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航天军工+新能源车+智能医疗3D打印产业迎来转折点12股受益

日期:2022-08-19 18:38:57 来源:爱游戏注册平台 作者:爱游戏全站app下载

  原标题:航天军工+新能源车+智能医疗,3D打印产业迎来转折点,12股受益

  前言:关于智能制造系列已经分享了很多篇,本篇再介绍一个属于智能制造领域的行业——3D打印,其实3D打印已经不是一个新鲜名词了,不过3D打印的技术成熟期似乎才刚刚到来,其行业空间也在加速打开。

  2021世界智能制造大会将于12月8日至10日在江苏南京举办,据悉,2021年世界智能制造十大科技进展、中国智能制造十大科技进展和智能制造标杆企业以及国家智能制造公共服务网络也将重磅发布。国家对智能制造的重视度还在延续,智能制造领域的相关产业也在持续发展,3D打印作为智能制造领域的行业之一,未来会不断发展。

  增材制造俗称 3D 打印技术,有别于传统减材制造,是一种快速成型技术,通过对模型数字化立体扫描、分层处理,借助于类似打印机的数字化制造设备,利用材料不断叠加形成所需的实体模型。

  与传统制造技术相比,3D 打印不需要事先制造模具,具有“去模具、减废料、降库存”的特点。在生产上可以优化结构、节约材料和节省能源,提升制造效率。3D 打印另一个显著的优点是,区别于传统加工技术理念“制造引导设计”,其可以实现“设计引导制造”,完全实现创意驱动,制造出符合特定消费者需求的产品。3D打印技术目前已经广泛应用到航空航天、医疗器械、建筑、汽车、能源、珠宝设计等领域。

  3D 打印问世时主要用于消费领域,近年来,3D 打印技术已经成为航空航天等高端设备制造的重要技术手段,并逐步向建筑、服装、食品等领域扩展。目前汽车工业、消费电子与航空航天领域是3D打印3大应用领域,航空航天、汽车工业、医疗齿科三大领域是 3D 打印未来重点应用领域。

  3D 打印技术已成为提高航天器设计和制造能力的一项关键技术,主要应用于设计模具铸造、功能性零部件制造、重要构件修复。目前,航空发动机是 3D 打印重点应用领域,在一些技术较为成熟的国家,3D 打印也开始用于导弹、无人机以及卫星的零部件。

  在模具铸造方面,由于 3D 打印技术具有速度快、成本低的优势,十分适用于航空发动机复杂铸件研制阶段所需进行的反复铸造工艺试验;

  在零部件制造方面,采用 3D 打印技术能够减少大量零件的焊接组装工作,同时能实现更复杂内部结构,提高零部件性能;

  在修复制件方面,利用 3D 打印技术修复的航空发动机整体叶盘的高周疲劳性能优于原始材料。

  3D 打印可以制造很多传统工艺无法实现的复杂结构零件,例如点阵结构、一体化结构、异形拓扑优化结构等,这些复杂结构不仅降低零件的质量,还能发挥其他功能性的作用。法拉利 668 赛车应用了 3D 打印的钢合金活塞,该零件内部添加了点阵结构,不仅可以减少材料的使用,减轻零件质量,又可以保证高冲击区域的强度,使发动机实现更充分地燃烧。

  汽车外形和内饰风格与消费者的购买决策是息息相关的,3D 打印技术的应用,可以为汽车提供更舒适的环境或更个性的造型,宝马 Mini 已经开始将 3D 打印运用到了汽车内饰的定制上。

  3D 打印不仅可以直接制造汽车零部件,甚至可以颠覆传统的整车设计理念和制造方式,用于整车制造。Blade 跑车的底盘和支撑结构是通过将 3D 打印的铝合金节点与现成的碳纤维管材连接而成,这种结构不仅质量减轻 90%,并且可以经受住五星级碰撞。

  金属生物材料是人类应用最早也是目前使用最多的医用生物材料之一,近年来随着 3D 打印技术的进步和 3D 打印材料的发展,有学者提出利用 3D 打印技术克服传统制作工艺缺陷。

  目前已有大量体内外实验证实 3D 打印金属基生物材料在实践应用中的可行性。目前,3D 打印金属基生物材料主要用于口腔科、组织修复、骨科植入及心血管设备的应用。以齿科为例,3D 打印技术可以帮助实现精准种植和精准医疗,主要用于口腔正畸、口腔修复、口腔种植等方面。

  3D打印产业链上游主要为原材料及零件,可以分为三大部分原材料、核心硬件和辅助运行工具。原材料包括金属粉末、光敏树脂材料、陶瓷材料等,核心硬件包括主板、激光器等,辅助运行工具主要是扫描仪和操作软件。

  产业链中游主要为3D打印技术和3D打印设备,就我国而言,3D打印设备市场规模最大,3D 打印材料规模最小。根据赛迪顾问公布的数据显示我国3D打印设备2020 年产值达到 92.54 亿元,这主要是因为设备单价高、部分依赖进口导致;由于我国对 3D 打印材料研发水平较为局限,加上 3D 打印材料整体单价相对较低,因此目前规模最小、增速最慢,在 2020总产值为 50.59亿元。

  产业链下游为应用,主要集中在民用消费、工业设计、航天军工三大板块。根据赛迪顾问(CCID)公布的数据显示,在 2019 年,中国 3D 打印应用服务产业结构中,工业领域应用服务产业规模达 29.23 亿元,占比达 64%,消费领域产业规模 16.44亿元,占比 36%。

  3D 打印技术最初由 Charles Hull 在 1986 年在被称为立体光固化(SLA)过程中开发出来,随后又发展出选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)、微喷射粘结技术(3DP)等技术。进入 21 世纪以来,3D 打印技术有了新的突破与发展,在大类技术的细分下催生出许多满足特定行业需求的小类技术。如 SLA 技术:数字光处理(DLP)、多头喷射技术(PloyJet),SLM 技术:直接金属激光烧结(DMLS)。

  3D 打印材料是 3D 打印技术发展的重要物质基础,材料是 3D 打印发展的重要制约因素。根据2019 年 3D 打印下游应用行业统计显示,汽车工业占比最大,为 16.4%;消费电子以及航空航天占据第二、第三位。根据下游领域制件品的特性,金属、复合材料需求空间大,有望成为 3D 打印材料的“引爆点”。

  目前,行业领军企业以及一些材料企业纷纷布局专用材料领域,突破了一批新型高分子复合材料、高性能合金材料、生物活性材料、陶瓷材料等专用材料。相关企业将纳米材料、碳纤维材料等与现有材料体系复合,开发多功能纳米复合材料、纤维增强复合材料、无机填料复合材料、金属填料复合材料和高分子合金等复合材料,不仅赋予材料多功能性特点,而且拓宽了增材制造技术的应用领域,使复合材料成为专用材料发展趋势之一。

  2015 年以后,我国增材制造产业在“中国制造”引导下迎来高速发展契机,《中国制造2025》、《十三五规划》、《智能制造发展规划(2016-2020 年)》、《增材制造产业发展行动计划(2017-2020 年》等一系列产业政策描绘了增材制造行业的发展路线图,并相继成立了基于企业、科研机构及高等院校合作的研究中心和技术联盟,有力地促进了这一技术在各领域的应用。

  进入 21 世纪以来,3D 打印行业进入快速发展阶段,规范化的行业标准不断形成。我国的增材技术标准建立起步较晚,主要是在《十三五规划》的推动下,于 2016 年 4 月成立全国增材制造标准化技术委员会,随后由该组织逐步建立和完善的相关标准体系。截至目前,关于增材制造的标准(含起草、批准和已发布)共计 50 余项,现行标准共计 15 项,主要是从技术、原材料、专业术语层面进行基本规范。

  综合 3D 打印技术、产值等分析情况来看,根据波特的行业生命周期理论,目前3D 打印处在成长初期。

  从产值角度看,目前行业增长率超过 20%,在中国年均增长率甚至超过 25%,根据相关机构预测,未来五年内还将加快增长速度;

  从技术的角度来看,3D 打印经历过产品新、质量差,专攻研发与技术改进的“负盈利”导入期,目前部分技术较为成熟、销量开始攀升、市场份额不断扩大、竞争者不断涌入,符合成长期的特征;

  在未来还将有一段较长的成长期,最终过渡到成熟期,达到最高的产值和利润总量。

  2016-2020年我国3D打印市场规模由53.8亿元快速增长至203亿元,中商产业研究院预测,2022年我国3D打印市场规模可达278.7亿元。结合国家层面政策指导以及国内近 6 年 3D 打印产业发展态势,前瞻产业研究院预测,到 2025 年,我国 3D 打印市场规模将超过 630 亿元,2021-2025 年复合年均增速 20%以上。

  小结:经过多年的技术发展,3D 打印行业即将从技术导入期进入快速成长期,在此过程中,下游航空航天、汽车工业、生物医疗行业应用有望率先迎来爆发点,一方面会增加对3D打印设备及材料的需求量,另一方面航空航天、汽车和医疗等的高技术属性会促进3D打印向高质量发展。

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