瞻觀前沿

未來，軟機器人將能夠執(zhí)行傳統(tǒng)機器人無法完成的任務(wù)。這些軟機器人可用于難以進(jìn)入的地形以及暴露于化學(xué)物質(zhì)或輻射的環(huán)境中，這些化學(xué)物質(zhì)或輻射會損害由金屬制成的電子控制機器人。這要求這種軟機器人無需任何電子設(shè)備即可控制，這仍然是開發(fā)中的一個挑戰(zhàn)。

弗萊堡大學(xué)的一個研究團隊現(xiàn)已開發(fā)出 3D打印的氣動邏輯模塊，僅使用氣壓即可控制軟機器人的運動。這些模塊可以實現(xiàn)氣流的邏輯切換，從而可以模擬電氣控制。這些模塊首次使得完全在使用傳統(tǒng)長絲打印材料的3D打印機中生產(chǎn)靈活且無電子的軟機器人成為可能。該團隊由 Stefan Conrad 博士、Falk Tauber 博士、Joscha Teichmann 和 Thomas Speck 教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊已在《Science Robotics》上發(fā)表了這一成果。

Conrad 表示，我們的設(shè)計使任何具有3D打印經(jīng)驗的人都可以生產(chǎn)此類邏輯模塊，并使用它們來控制軟機器人，而無需高端打印設(shè)備。這標(biāo)志著朝著完全無電子氣動控制電路邁出的重要一步，可以取代未來軟機器人中日益復(fù)雜的電氣元件。根據(jù)所選材料的不同，模塊可以在80至750千帕以上的壓力下運行。與其他氣動系統(tǒng)相比，它們的響應(yīng)時間約為100毫秒。

Tauber表示，這些模塊的潛在應(yīng)用是巨大的。我們開發(fā)了一種靈活的3D打印機器人步行器，由集成電路使用氣壓控制。邏輯模塊的靈活性體現(xiàn)在該步行器甚至可以承受負(fù)載一輛汽車駛過它，作為更復(fù)雜控制系統(tǒng)的一個例子，我們還開發(fā)了一種無電子飲料分配器。

圖片來源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價值觀察

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的上游為原材料及基礎(chǔ)配件，原材料分為金屬專用材料及非金屬專用材料兩大類，是基礎(chǔ)配件及3D打印耗材的原材料。中游為3D打印耗材(金屬粉末、光敏樹脂、工程塑料、陶瓷材料、生物材料等)及3D打印設(shè)備的研發(fā)制造;下游為3D打印服務(wù)及應(yīng)用，3D打印主要應(yīng)用場景于航空航天、模具鑄造、生物醫(yī)療、汽車、軍工等領(lǐng)域。

科學(xué)家開發(fā)出3D打印的氣動邏輯模塊，而且根據(jù)所選材料不同調(diào)節(jié)壓力，使得無電子軟機器人成為可能。因此，從3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游環(huán)節(jié)，對打印耗材產(chǎn)生較大影響。

 宏觀市場洞察

——發(fā)展歷程：3D打印最早可追溯至1976年

3D打印技術(shù)最早可以追溯到1976年噴墨打印機的發(fā)明。20世紀(jì)80年代以后，3D打印行業(yè)受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，各種3D打印技術(shù)也在多個行業(yè)應(yīng)用并發(fā)展。目前已覆蓋了制造、醫(yī)療、教育、航空航天、軍事等多個領(lǐng)域。全球3D數(shù)字化和3D打印技術(shù)仍處于成長期初期。

——供給：2020年全球工業(yè)3D打印系統(tǒng)制造商數(shù)量達(dá)到228家

2020年，全球工業(yè)3D打印系統(tǒng)制造商的數(shù)量達(dá)到了228家，較2019年新增了15家企業(yè)，而根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2020年共有37家3D打印系統(tǒng)制造商銷售了超過100臺3D打印的相關(guān)機器。228個系統(tǒng)制造商分布在世界各地，對比Wohlers報告2020和2021版，美國制造商數(shù)量保持47家不變，排名第一;德國增加2家到27家，排名第二;中國制造商的數(shù)量則減少7家下降至25家，排名第三。

——需求：2020年全球3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模接近130億美元

2020年全球爆發(fā)新冠疫情，各國醫(yī)療防護(hù)設(shè)備緊缺，此時3D打印扮演了救場的角色。美國、英國等國家的創(chuàng)意團隊、網(wǎng)紅、大學(xué)機構(gòu)均利用3D打印機制作出口罩、醫(yī)用面罩、護(hù)目鏡等防疫設(shè)備，緩解了各地醫(yī)療防護(hù)用品短缺的情況;另外，疫情對全球的供應(yīng)鏈造成嚴(yán)重沖擊，3月中下旬開始，北美、歐洲各類工廠陸續(xù)停產(chǎn)，工業(yè)零部件供應(yīng)受到巨大沖擊。除供應(yīng)鏈外，層層流通的銷售與物流渠道同時受到較大影響，使得不少產(chǎn)品的零部件出現(xiàn)了斷供。以快速、小批量、無模具、彈性制造為特征的3D打印繞過這些供應(yīng)鏈斷點，開辟了一條解決供應(yīng)難題的新路徑;國內(nèi)最大的B2C跨境電商平臺全球速賣通上的數(shù)據(jù)顯示，疫情期間國產(chǎn)3D打印機銷售火爆，疫情以來該平臺上3D打印機的銷售額和2019年比已經(jīng)翻番。

Wohlers Associates是權(quán)威的全球3D產(chǎn)業(yè)研究機構(gòu)，通過總結(jié)全球261家服務(wù)提供商、系統(tǒng)制造商和材料生產(chǎn)商的數(shù)據(jù)，《Wohlers Report 2021》指出，2020年全球3D打印市場規(guī)模達(dá)到127.58億美元，相比2019年增長7.5%，低于此前21.2%的增長率。全球范圍內(nèi)眾多公司受到疫情影響，裁員、削減支出更是普遍，其中以業(yè)內(nèi)最大的兩家公司Stratasys和 3D Systems最為典型。2020年，兩家公司在整個行業(yè)所占比重為8.5%，而2019和2018年分別是10.7%和13.8%，呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，這也意味著，業(yè)內(nèi)其他設(shè)備制造商正在崛起。

——技術(shù)應(yīng)用格局：熔融沉積建模(FDM)是3D打印最常用的技術(shù)

根據(jù)法國知名3D打印公司Sculpteo2021年4月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年，全球最常用的3D打印技術(shù)是熔融沉積建模(FDM)，100%的受訪企業(yè)正在使用該技術(shù)。選擇性激光燒結(jié)(SLS)是2021年第二大最常用的技術(shù)，80%的受訪者已經(jīng)采用這種技術(shù)。

——全國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模

近年來，我國3D打印市場應(yīng)用程度不斷深化，在航空航天汽車、船舶、核工業(yè)、模具等領(lǐng)域均得到了越來越廣泛的應(yīng)用，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為航空航天等領(lǐng)域直接制造機修復(fù)再制造的重要技術(shù)手段，在汽車、船舶、核工業(yè)、模具等領(lǐng)域成為產(chǎn)品設(shè)計、快速原型制造的重要實現(xiàn)方式。

得益于3D打印產(chǎn)品逐步規(guī)?；瘧?yīng)用和部分積壓的3D打印設(shè)備需求釋放的帶動，我國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年增加，增加速度要略快于全球整體增速，促使我國3D產(chǎn)業(yè)占全球的比重在不斷增加。2021年中國3D打印市場規(guī)模達(dá)到261.5億元，同比增長34.1%。

隨著3D打印產(chǎn)品在已有場景中應(yīng)用規(guī)模進(jìn)一步擴張，以及新場景、新應(yīng)用的不斷開拓，賽迪預(yù)計未來三年中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模將持續(xù)高速增長，但規(guī)模增速將有所回落，三年復(fù)合增長率為24.1%，到2024年，中國3D打印市場規(guī)模達(dá)500億元左右。

——中國3D打印行業(yè)投資規(guī)模波動變化

根據(jù)IT桔子數(shù)據(jù)庫，整體來看，我國3D打印行業(yè)投融資數(shù)量呈現(xiàn)波動變化的走勢，2017年達(dá)到最高值56起，此后，投資數(shù)量波動下降，2021年達(dá)到43起。

從投融資規(guī)模來看，3D打印行業(yè)投資金額自2014年起波動增長，2019年達(dá)到歷史峰值67.2億元，隨后2020年受全球疫情影響下降至24.4億元，2021年大幅回升至58.2億元。

中國3D打印技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與3D打印關(guān)鍵技術(shù)強關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南和華中地區(qū)，并且以廣東、湖南省為重點發(fā)展區(qū)域，未來布局3D打印技術(shù)及其他效果技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南、華中地區(qū)優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點關(guān)注廣東省廣州市天河區(qū)、廣東省深圳市龍華區(qū)、湖南省長沙市開福區(qū)所處3D打印的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對于3D打印的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場的潛力空間。

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