3D打印专题研究系列报告之七:3D打印在消费和电子产品行业的应用
时间:2016-03-25 13:34 来源:南极熊3D打印网 作者:中国3D打印网 点击:次
2015年，南极熊3D打印网与华融证券合作，共同对3D打印行业的一批优秀企业进行了调研，共计走访了近50家优秀的3D打印企业，涵盖华北、华东、华中、华南以及西部地区的一些公司，企业类型上覆盖了印机研发生产企业、耗材研发生产企业、打印服务企业、代理公司、设计公司、云平台等.在长达2个月的走访及现场调研之后，华融证券撰写了一系列的研究分析报告.
 南极熊将逐渐免费公开这些3D打印行业研究报告的内容，以提供给3D打印行业内外人士作为参考资料.南极熊作为3D打印行业第一互动媒体，一直致力于推动3D打印行业的发展，除了发布最新的行业发展动态，南极熊还开展产品评测，组织线下交流活动，提供优质的3D模型下载，对行业进行深度研究等.本次联手华融证券，就是希望与专业的行业研究机构合作，共同推出专业的研究报告.与其他国内外所谓的研究机构相比，本报告不但具有一定的专业性，而且分析深入，干货多，而且是免费开放给所有熊友.
3D打印专题研究系列报告之七
3D打印在消费和电子产品行业的应用和展望
3D打印在消费品行业应用规模居前
3D打印技术的下游应用以消费和电子产品、机械、医疗、汽车和航空航天行业为主。按照销售规模排名，3D打印在机械、消费品和汽车行业的应用规模居前。其中消费品行业的占比 16.6%，位居第二。3D打印在消费品行业的应用主要集中在产品设计和开发环节。行业应用优势明显消费品行业具有产品生命周期短，更新换代快的特性，需要持续不断的开发和投入。3D打印的优势在于小批量、快速生产复杂度高的产品。借助 3D打印的优势，可以缩短产品开发周期，削减设计成本，这对于消费品行业意义重大。华融证券 3D打印研究团队分析师：张迪3D打印在消费品行业的应用优势主要体现在提升设计水平和节省设计成本两个方面。3D打印在原型制造和概念验证的应用已成为趋势。随着 3D打印技术和材料的发展和个性化需求的提升，3D打印将更多的用于直接制造。
未来展望
长期来看，3D打印是传统制造不可或缺的补充，而不是替代。传统的大规模生产仍将在很长的一段时间占据主导地位，而 3D打印对消费品行业的影响也会逐渐显现，这些影响主要来自消费品行业价值链的重塑和技术发展3D打印可以减少零件生产和组装，从而缩短供应链。未来实体产品都可以转化为数据，产品的销售模式由卖实物转为卖数据。产品先通过互联网销售再生产，滞销的风险被降到最低。当技术和材料发展到一定程度时，产品的生产端将无限接近客户需求端，传统的物流和库存管理将不复存在。放眼未来，3D打印技术的发展，数字化库存、当地即时生产以及分散式的制造模式逐渐兴起。放眼未来，工业时代繁琐的分工协作模式和冗长的供应链条将极大简化，个性化需求持续释放，人类社会终将迎来大规模定制时代。
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目录
一、3D打印在消费品行业的应用 .......................... 5
1、市场规模和增速 ........................ 5
2、应用领域 ................................ 5
3、技术类型 ......................... 7
4、应用优势 .................................. 8
二、行业应用案例 ...................................... 11
1、消费电子行业应用 .............................. 11
2、玩具行业应用................................ 11
3、家电行业应用............................. 12
4、体育用品行业应用 .................................... 13
5、日用品行业应用 ................................. 13
三、未来展望 ................................. 14
1、3D打印重塑行业的价值链 ...................................... 14
2、从大规模生产到大规模定制 ........................... 14
一、3D打印在消费品行业的应用
1、市场规模和增速
3D打印技术的下游应用以消费品和电子产品（以下简称“消费品”）、机械、医疗、汽车和航空航天行业为主。据 Wohlers Association统计，2014年全球 3D打印行业规模为 41亿美元。按照销售规模排名，3D打印在机械、消费品和汽车行业的应用规模居前。其中消费品行业的占比 16.6%，位居第二。相比 2013年，该比例由 19%降到了 16.6%，而消费品行业 3D打印规模由 5.8亿美元增长至 7亿美元，增速达到 21%。
Wohlers Association预计 2020年全球 3D打印市场规模将达到 212亿美元，未来 6年行业平均增速 31.5%。研究机构 Canalys Research预测 2015年全球3D打印行业增速为 56%。假设消费品行业应用规模占比保持在 15%的水平， 2020年 3D打印在消费品行业应用规模将达到 32亿美元，未来 6年平均增速为28.7%。
2、应用领域
消费品行业涵盖范围较广，主要包括手机、电子产品、电脑、家电、工具和玩具等行业。消费品生命周期一般比较短，更新换代的频率高。普遍采用大规模生产和销售的方式。目前 3D打印在消费品行业的应用主要集中在产品设计和开发环节。直接数字化制造（以下简称“直接制造”）在消费品行业应用不及航空航天、医疗等行业普及。3D打印在模型或原型制造（prototyping）和概念验证（proof of concept）环节扮演了重要的角色。Sculpteo公司最近的一次问卷调查结果显示，原型制造和概念验证是 3D打印最重要的两项用途。欧美受访者中平均 59%和 35%认为 3D打印的用途是原型制造和概念验证，其次是生产造（27%）。在产品设计初期，设计师提出设计概念并转化为模型，用于进一步的设计和改进。接下来的开发过程包括各种测试，对模型的工艺要求和特性提出了各种需求。3D打印的优势在于可以满足各个设计环节的需求，并赋予设计环节极高的灵活性。相比传统的注射成型（ injection molding）技术的耗时费力，3D打印在原型制造和概念验证的应用已成为一种趋势。
直接制造是指直接用快速成型的方法生产出最终产品。虽然同属快速成型范畴，直接制造与前述的模型制造目的不同，前者以满足最终使用为目的，后者以满足设计环节需求为主。目前直接制造在消费品行业主要应用于辅助工具、特殊部件和个性化产品制造，如夹具、固定件、碳纤维材料部件。直接制造被认为是快速成型技术发展的趋势。随着未来 3D打印技术和材料的发展和个性化需求的提升，直接制造在消费品行业的应用会更普遍。
3、技术类型
我们在之前的报告中对 3D打印技术有过详细的介绍，此处简单介绍几种在消费品行业广泛应用的技术。
光固化成型（SLA）
SLA技术的优势在于打印质量较高，可用于打印复杂度高的模型。劣势在于 SLA设备和材料成本较高，材料的耐用性较低，大量打印的经济性不高。因此，该技术应用在概念设计和早期设计阶段较为合适。
选择性激光烧结（SLS）
相比 SLA，用 SLS技术打印的部件耐用性略高，因此可以用于一些特定的测试阶段。材料范围更广也使得 SLS的应用范围可以不局限于早期设计阶段。
熔融层积（FDM）
FDM技术是目前市场上应用最广泛的技术。用 FDM技术打印出来的部件尽管在像素方面不如 SLA和 SLS，但是由于打印材料的选择性多且强度大，可以应用于
测试的范围更广。因此，FDM技术主要用于设计和制造用于最终产品的部件。
聚合体喷射（Polyjet）
Polyjet技术是一项相对较新的技术。该技术的优势主要体现在精度和速度，Polyjet打印机可以打印表面光滑度较高的复杂模型。相比传统数控机床（CNC），用 Polyjet技术打印小批量模型可以把成本控制在较低水平，但是大批量生产的成本依旧较高。此外，由于材料范围有限，Polyjet打印的部件耐用性不及 SLS或 FDM打印的部件。因此，此项技术适用于概念设计和适应性测试阶段.
4、应用优势
消费品行业具有产品生命周期短，更新换代快的特性，需要持续不断的开发和投入。借助 3D打印的优势，可以缩短产品开发周期，大幅削减设计成本，这对于消
费品行业意义重大。3D4打印在消费品行业的应用优势主要有以下两点：
（1）提升设计水平
模型制造贯穿于产品开发的各个阶段。传统模式下，模型的复杂程度对制作难度和成本的影响呈现几何级递增。考虑到设计周期和成本问题，很多复杂的设计只能向现实低头。现有的 3D打印技术可以实现各种复杂设计的模型制作，赋予设计师更多的自由，产品设计水平大幅提升。以迭代设计为例，在一个设计周期内，迭代设计一般需要在制模完成后才能进行。迭代往往伴随着成本的上升，这必然会约束设计师的设计水平。 3D打印技术在模型制造和时间成本方面的优势，帮助设计师在更短时间内以几乎可以忽略不计的成本进行迭代设计。此外，有了 3D打印，设计师可以忽略传统设计制造标准，无需考虑设计的产品能否被制造出来。设计师可以在产品设计过程中直接打印模型，省略了外部模型制作环节，还可以有效防范数据泄漏。
（2）节省材料和时间成本
传统的模型制造一般采用铸模和注射成型的方式，根据模型的复杂程度，制造周期在一周到两个月之间。模型越复杂，制造成本越高。而 3D打印机打印一个复杂模型和一个简单模型所需的成本没有差别，不同的只是数据文件。3D打印的材料平均利用率要远高于传统技术。传统减材制造方法的材料的平均利用率大概在25%左右，而 3D打印材料平均利用率理论上接近 100%。实际运用中，金属 3D打印比非金属打印的材料利用率更高，绝大多数剩余的金属粉末都能回收利用。市面上已经有支持可回收非金属材料的 3D打印设备在出售。
除了材料成本，时间成本对于消费品公司也非常关键。传统外包模式下，模型的平均交货周期在一周左右。由于成本方面的考虑，模型往往需要等设计方案足够完善才开始制造，相关的内部流程和模型交货期消耗了成倍的时间。相比传统模型制造周期以天为单位，3D打印技术以小时为单位，且打印工作完全可以安排在夜间或者周末进行。产品设计和制模可以同步进行，进一步缩短了产品开发周期。
二、行业应用案例
消费品行业细分行业众多，我们以几个主要的行业作为案例重点分析。
1、消费电子行业应用
罗技（Logitech）是一家全球知名的外设厂商。公司早期设计的一款蓝牙耳机在受力过大时，麦克风连接杆会旋转过度导致电子部件损坏。由于连接杆和阻力点尺寸较
小，传统的技术无法制作出耐用的功能测试原型，只能根据计算机软件推算连接杆的受力能力。
传统方式下，每制作一个原型都需要重新开模，造价十分昂贵。而 3D打印机只需一台就可以同时打印多个不同的模型，大大缩短了模型制作的时，设计师可以在最
短的时间内做出最优化的设计。在蓝牙耳机的案例中，设计师通过反复测试直到连接杆受力强度达到最高值——比原先设计提高了 273%。设计师无需再考虑原型能否制
作，也无需担心以往制作成本高昂的原型在测试过程中损坏。
2、玩具行业应用
万代（Bandai）公司是全球知名的玩具制造商。自上世纪 90年代以来，万代一直使用数控铣床等传统方法制作原型，资本投入和人力成本居高不下。以制作同一卡通人物玩具为例，传统方法光是制作玩具的一个部件就需要花费几天时间。而采用 3D打印技术一周内就能制作三件完整的玩具模型。传统方法制作机器人玩具的手臂和躯干在组装时会因关节不牢产生脱落，而 3D打印可以同时打印出身体和手臂，打印过程同时也是安装过程，彻底避免了脱落问题。
3、家电行业应用
作为一家大型家电企业，格力电器对样件的需求持续增长。传统加工模式下，公司将部分样件任务外包给外协加工厂，不仅沟通过程繁琐，还需要保密。最终
样件效果也不尽如人意，经常会因为欠缺精度、细节度或强度影响评测效果。采用 3D打印技术后，格力可以在公司内部打印样件。模型的材料与最终产品的材料
在特性上几乎完全一致，材料的硬度和耐腐蚀等关键指标足以满足多次功能测试而不会断裂或渗漏。公司可在模具投放前，先用模型样件进行验证，判断其设计是
否符合预期效果。
4、体育用品行业应用
作为一家运动时尚公司，彪马（ Puma）迫切需要缩短设计周期和解决团队间的沟通障碍。位于不同国家和地区的设计团队需要共同探讨产品设计，缺少一
致的模型会让远程沟通效率低下。传统的生产和物流耗时耗力，不可避免的拉长了产品设计周期。而通过在各地区办公室装备 3D打印机，每个团队可以随时打印
出完全一致的模型，有效的消除了团队之间的沟通障碍。
5、日用品行业应用
上海家化一直对产品包装设计非常重视。公司常常需要从包装设计着手对产品进行重新定位。借助 3D打印，上海家化大幅缩短了的包装开发周期。以容器类
包装为例，开发周期较之前缩短了 75%-85%。设计团队实现更具创造力的设计构想，例如不规则外型的沐浴产品包装。公司设计团队通过 3D打印申请了多项实
用新型专利，以此来巩固公司在行业内的领先地位。
三、未来展望
消费品行业是大规模采购、生产和销售的行业，目前 3D打印的效率远不及传统制造方式。不同于航空航天（产品批量小）、医疗（高度定制化）行业，3D打
印在消费品行业主要用于原型制造和概念验证，而不是用于生产制造。长期来看，3D打印会是传统制造不可或缺的补充，而不是替代。传统的大规模生产仍将在很
长的一段时间占据主导地位，而 3D打印对消费品行业的影响也会逐渐加大，这些影响主要来自消费品行业价值链的重塑和技术发展。
1、3D打印重塑行业的价值链
在消费品行业，产品越复杂，意味着供应链越长，物流和仓储成本也越高。随着 3D打印技术的发展，数字化库存、当地即时生产以及分散式的制造模式开始
逐渐兴起，供应链将大简化。
首先，3D打印可以减少零件生产和组装，从而缩短供应链。这种趋势在航天领域已经体现出来。
其次，未来实体产品都可以转化为数据，产品的销售模式由卖实物转为卖数据。产品先通过互联网销售再生产，滞销的风险被降到最低。当技术和材料发展到
一定程度时，产品的生产端将无限接近客户需求端，传统的物流和库存管理将不复存在。以手机保护壳为例，公司无需生产实物，只需在网上展示不同的设计款
式，客户下单购买直接收取设计数据，就近选择服务商打印，或者自行打印。这一过程彻底省略了原材料采购、生产、仓储、物流和销售流程。3D打印缩短了产品
开发周期，加快了产品更新换代的频率。以手机行业为例，以往新品发布间隔在一年左右，未来新品发布间隔可能缩短到半年甚至季度。由此带动消费者购买产品
的频率增加，提高客户粘性。再者， 3D打印削减产品开发成本，降低了特定行业的门槛，进而改变行业的竞争格局。规模小、资金实力弱不再是制约公司成长的
因素，设计能力强的公司有望迅速得到消费者的认可，而一味追随和模仿的公司越来越难以被市场接受。现阶段 3D打印正在对行业产生深远的影响。
2、从大规模生产到大规模定制
大规模生产时代，定制化产品由于成本高昂注定只属于小众群体。绝大多数的消费者需要适应商品，或者花费时间和精力去寻找适合自己的产品。归根结底，大规模生产是以满足大多数人的需求为目的。定制化之所以高端、昂贵主要还是成本问题，过高的成本阻碍了需求，迫使消费者退而求其次选择大规模生产的商品。如果定制化能够和大规模生产同样的成本，相信大多数人会选择定制，毕竟每个消费者都是不同的。3D打印已经在一定程度上解决了产品定制化的问题。美国的 3D打印爱好者已经实现了大量的个性化需求。随着技术的发展，个性化需求将持续释放。人类社会将迎来大规模定制时代。尽管目前还很难预测这一过程需要多久，但这并不妨碍我们设想未来大规模定制时代会是怎样一种场景。当大规模定制时代来临，消费者购买的对象由实物转变为数据。消费者对品牌的重视程度减弱，能否个性化定制成为消费者的首要考虑，其次是产品的设计和材料。数据的传递替代了传统供应链各环节之间的实物传递。生产场所从传统工厂转移到极度分散的消费者身边。每个人都从单纯的消费者转变成具有设计和生产能力的消费者。各种新型原材料取代了最终产品，成为全球贸易和物流的主要货物。伴随着这种趋势愈演愈烈，几家大厂商主导某个市场的情况不再常见,消费品行业集中度变得极低。上述任何一个设想都足以让行业彻底改变。虽然从目前来看，这些都还只是设想。但 3D打印出现至今仅仅 30年，高速发展时期才刚刚开始。回顾计算机的发展历程，我们相信 3D打印也将沿着类似的轨迹发展.
四、风险提示
1、3D 打印技术发展不达预期；2、出现更先进的生产技术。 免责声明 丁思德，张迪，在此声明，本人具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格并注册为证券分析师，以勤勉的职业态度，独立、客观地出具本报告。本报告清晰准确地反映了本人的研究观点。本人不曾因，不因，也将不会因本报告中的具体推荐意见或观点而直接或间接收到任何形式的补偿等。华融证券股份有限公司（已具备中国证监会批复的证券投资咨询业务资格）已在知晓范围内按照相关法律规定履行披露义务。华融证券股份有限公司（以下简称本公司）的资产管理和证券自营部门以及其他投资业务部门可能独立做出与本报告中的意见和建议不一致的投资决策。本报告仅提供给本公司客户有偿使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。本公司会授权相关媒体刊登研究报告，但相关媒体客户并不视为本公司客户。本报告版权归本公司所有。未获得本公司书面授权，任何人不得对本报告进行任何形式的发布、复制、传播，不得以任何形式侵害该报告版权及所有相关权利。本报告中的信息、建议等均仅供本公司客户参考之用，不构成所述证券买卖的出价或征价。本报告并未考虑到客户的具体投资目的、财务状况以及特定需求，在任何时候均不构成对任何人的个人推荐。客户应当对本报告中的信息和意见进行独立评估，并应同时考量各自的投资目的、财务状况和特定需求，必要时可就研究报告相关问题咨询本公司的投资顾问。本公司市场研究部及其分析师认为本报告所载资料来源可靠，但本公司对这些信息的准确性和完整性均不作任何保证，也不承担任何投资者因使用本报告而产生的任何责任。本公司及其关联方可能会持有报告中提到的公司所发行的证券并进行交易，还可能为这些公司提供投资银行服务或其他服务，敬请投资者注意可能存在的利益冲突及由此造成的对本报告客观性的影响。 华融证券股份有限公司市场研究部 地址：北京市朝阳区朝阳门北大街 18 号 15 层(100020） 传真：010－85556173 网址：www.hrsec.com.cn 华融证券 3D 打印研究团队 |