1、3D Systems（NYSE：DDD） 

3D Systems公司成立于1986年，以立體光刻造型技術(shù)(SLA)起家。在此后的二十幾年中公司依靠基礎(chǔ)專利的優(yōu)勢，通過并購等商業(yè)運作形成了覆蓋打印材料、打印設(shè)備和打印服務(wù)領(lǐng)域的全產(chǎn)業(yè)模式。 在外延并購方面，3D Systems動作頻頻。在過去的幾年中，3D Systems公司已經(jīng)收購了超過45家公司，其總金額達(dá)到5.2億美元。2014年，公司通過收購Cimatron、Simbionix、LayerWise、Laser Reproductins等公司開始進(jìn)軍仿真、航空航天以及醫(yī)療等領(lǐng)域。2015年3D Systems收購了無錫易維，加緊了其在中國3D打印市場的布局。 公司名稱 主要領(lǐng)域 Cimatron 3D-CAD/CAM軟件產(chǎn)品 Simbionix 仿真手術(shù)設(shè)備 APP和APM 航空航天領(lǐng)域 Medical-Modeling 醫(yī)療設(shè)備 LayerWise 金屬3D打印業(yè)務(wù) Laser-Reproductions 3D打印服務(wù)業(yè)務(wù)。

 

被3D Systems收購的公司：

 

 

 

 

2、Stratasys（NASDAQ: SSYS） 

Stratasys公司成立于1989年，依靠其創(chuàng)始人Scott Crump取得的熔融沉積成型(FDM)技術(shù)專利起家。經(jīng)過多年的發(fā)展，Stratasys現(xiàn)在已經(jīng)成為了全球最大的工業(yè)級打印機制造商。并且公司通過與以色列Objet強強聯(lián)合，成為了全球打印材料領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。 

公司的3D打印設(shè)備包括理念系列、設(shè)計系列和生產(chǎn)系列三個級別，同時公司還制造專門用于牙科的3D打印機。在打印材料領(lǐng)域，現(xiàn)在公司能夠生產(chǎn)超過130種的打印材料，其中包括100種的光聚物和10多種的熱塑性塑料打印材料。

  

 

1、槽光固化技術(shù) 

槽光固化技術(shù)是3D打印中最常用的技術(shù)，包括立體光固化成型技術(shù)，數(shù)字光處理技術(shù)以及薄模光聚合技術(shù)。3D systems公司于上世紀(jì)80年代發(fā)明的立體光固化成型技術(shù)（SLA）是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的3D打印技術(shù)。立體光固化成型技術(shù)通過離子激光器發(fā)出紫外激光束對液槽中的光敏樹脂表面進(jìn)行逐點掃描，使之發(fā)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個薄層。在一層完成后再進(jìn)行下一層的逐點掃描，新光固化的一層黏結(jié)在上一層上。然后再重復(fù)掃描直至整個打印完成。槽光固化技術(shù)具有快速成型的優(yōu)點，同時使用這種技術(shù)打印的物品具有最好的表面性能。但是使用該技術(shù)在成型過程中可能需要支撐材料，并且材料和設(shè)備價格都很昂貴。3Dsystems公司生產(chǎn)的使用立體光固化成型技術(shù)的3D打印機售價從2萬到80萬美元不等。 

 

2、材料擠出技術(shù) 

材料擠出技術(shù)也是目前在3D打印機中應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)之一。在1991年，Stratasys公司率先將材料擠出技術(shù)應(yīng)用在其熔融沉積快速成型系統(tǒng)（FDM）中，并在之后的二十多年中一直保持了此項技術(shù)的業(yè)界領(lǐng)先水平。材料擠出技術(shù)的工作原理是通過噴嘴將已經(jīng)加熱的打印材料噴出，當(dāng)完成第一層后再熔融第二層，并使之黏結(jié)在第一層之上，然后再逐層打印成型。材料擠出技術(shù)是成本最低的3D 打印技術(shù)之一，并且它可以采用標(biāo)準(zhǔn)化的耐熱聚合物作為打印材料。材料擠出技術(shù)的缺點在于打印的產(chǎn)品性能較差并且形狀有限、材料浪費嚴(yán)重以及打印速度較慢。運用材料擠出技術(shù)的個人打印機售價一般在500到4000美元之間，現(xiàn)在市面上已經(jīng)出現(xiàn)多款價格在400美元以下的FDM系統(tǒng)，其中價格最低的QB-3D OneUp系統(tǒng)僅售200美元。而工業(yè)打印機的售價要高得多，一般在10萬美元左右。

 

3、粉末床熔融技術(shù) 

粉末床熔融技術(shù)又叫選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。德州大學(xué)奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年發(fā)明了這項技術(shù)，并將此技術(shù)商業(yè)化成立了DTM公司（2001年已被3D Systems收購）。粉末床熔融技術(shù)是利用激光或是電子束的能量對薄粉材料進(jìn)行掃描， 

使薄粉熔化，從而實現(xiàn)材料的燒結(jié)粘合。該技術(shù)無需使用支撐材料，可以打印復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，同時其選擇打印材料的范圍也較為廣泛。但是使用粉末熔融技術(shù)的3D打印機具有設(shè)備價格昂貴，操作費用高，產(chǎn)品表面粗糙等缺點。3D Systems出售的粉末床熔融系統(tǒng)價格一般在35萬到85萬美元之間，而金屬粉末床熔融系統(tǒng)的售價可以達(dá)到百萬美元以上。 

 

4、材料噴射技術(shù) 

材料噴射技術(shù)最早是由以色列的objet公司發(fā)明（2012年已被statasys公司收購）。此項技術(shù)的原理和2D的噴墨打印機很相似。打印材料以液滴的形式通過噴頭沉淀下來形成薄層。采用材料噴射技術(shù)的3D打印機可以同時擁有多個噴頭來加快打印的速度或是改變打印產(chǎn)品的顏色。用此項技術(shù)打印出來的物品表面性能良好。但是這種類型的3D打印價格不菲。3D Systems公司出售的單個噴頭的3D打印機售價在2萬到18萬美元之間。而具有多個噴頭的打印機價格可以高達(dá)60萬美元。 

 

5、粘合劑噴射技術(shù) 

粘合劑噴射技術(shù)又被稱為三維印刷技術(shù)，最早是由麻省理工學(xué)院開發(fā)出來并申請了專利。Z Corp公司隨后獲得了麻省理工學(xué)院的獨家授權(quán)，并開始研發(fā)基于此項技術(shù)的3D打印機?，F(xiàn)在3D Systems通過收購Z Corp獲得了此項技術(shù)的專利授權(quán)。粘合劑噴射技術(shù)是通過使用液態(tài)粘合劑將鋪有粉末的各層固化，逐層創(chuàng)建各部件。這項技術(shù)具有打印速度快，不需要支撐材料以及可以使用不同的材料等優(yōu)點。但是和材料噴射系統(tǒng)一樣，使用粘合劑噴射技術(shù)的3D打印機售價也非常昂貴。在市場上，此類打印機的價格差異非常大，既可以找到16萬美元的入門級打印機，也有售價超過百萬美元的高端打印機。 

 

6、疊成技術(shù) 

疊成技術(shù)也被稱為層片疊加制造術(shù)（LOM），最早由愛爾蘭的Mcor Technology公司發(fā)明。疊成技術(shù)制造三維物體的過程和制造膠合板的過程很相似。先把層狀的材料粘合在一起，然后再將其切割為最終的產(chǎn)品。這種技術(shù)最常用的材料是標(biāo)準(zhǔn)化的紙，其材料價格相當(dāng)?shù)土?。疊成技術(shù)可以用來制造大件物品，但是整個過程材料的浪費相當(dāng)嚴(yán)重，而且產(chǎn)品的尺寸精度也不高。Mcor Technology出售的此類打印機的價格在5 萬美元左右。 

 

7、直接能量固化技術(shù) 

目前市場上出售直接能量固化體系的廠家并不多，最大的生產(chǎn)商是美國的Optomec公司。直接能量固化打印機一般是用金屬或合金作為材料。這種技術(shù)的工作原理是使用激光將金屬材料熔化，并將其固化到其他材料之上。在這個過程中，可以使用多軸的移動系統(tǒng)來定位固化頭。這種技術(shù)使得最終的產(chǎn)品不再限于逐層制造，比較靈活，而且可以用來修復(fù)現(xiàn)有產(chǎn)品。但是使用這種技術(shù)的打印機價格一般都比較昂貴。目前市場上直接能量固化體系的價格一般都在35萬美元以上，有些機型的價格甚至可以高達(dá)百萬美元以上。 

 

 

（三）主要的3D打印材料

1、工程塑料

工程塑料是目前應(yīng)用最為廣泛的3D打印材料之一，包括熱塑性材料和熱固性材料兩類。這兩類材料的最主要區(qū)別在于熱塑性材料在高溫下可以反復(fù)的熔融而熱固性材料一旦定型后則不可以再次熔融。熱塑性材料主要包括ABS工程塑料和聚碳酸酯（PC），而熱固性材料的代表則是尼龍(PA)。美國的Stratasys公司在工程塑料的研究上處于行業(yè)領(lǐng)先地位。ABS塑料是當(dāng)前最熱門的FDM熱塑性塑料之一，通常情況下呈絲狀。ABS塑料可以進(jìn)行多種顏色的選擇，甚至可以自定義顏色。比如Stratasys公司的ABSplus材料在FDM技術(shù)的輔助下就能提供象牙色、白色、黑色等九種顏色的選擇。這種材料的優(yōu)點在于打印出的部件機械強度好且有很高的穩(wěn)定性。同時ABS塑料還可以和可溶性支撐材料一起使用，能夠比較容易地制造出復(fù)雜的產(chǎn)品形狀。這些優(yōu)點使得ABS塑料成為桌面機用戶理想的打印耗材。但是通常打印機廠商會將ABS 材料和FDM打印機捆綁銷售，所以用戶只能從打印機設(shè)備原廠購買對應(yīng)的打印材料。 

 

PC材料是一種白色工程塑料，能夠和FDM技術(shù)相結(jié)合制造出耐用的模型、工具或最終的產(chǎn)品零件。與ABS塑料相比，PC材料具有更好的強度、耐高溫性、抗沖擊性等優(yōu)點。PC材料優(yōu)異的物理性能使得它能夠被廣泛地應(yīng)用在電子消費品、汽車、航空航天和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。 

 

尼龍粉末材料在所有的FDM打印材料中，具有最佳的Z軸層壓，最高的沖擊強度和出色的化學(xué)抗性。但是其缺點就在于使用這種材料打印出來的產(chǎn)品表面比較粗糙，一般還需要后續(xù)加工。尼龍材料能夠應(yīng)用在航空、汽車和消費品等多個領(lǐng)域。比如在航空領(lǐng)域可以用尼龍材料來打印定制的工具，在汽車領(lǐng)域可以用來打印汽車電池盒，而在消費品領(lǐng)域則可以用于制造能夠重復(fù)使用的卡扣。用于3D打印的尼龍材料售價一般為85-100美元/千克。

 

除了ABS，PC和尼龍材料以外，工程塑料還包括工程塑料合金PC-ABS、PC-ISO等材料。PC-ABS具備了ABS的韌性和PC材料的高強度，使之能夠制造出滿足工程師和設(shè)計師的要求的電動工具和工業(yè)設(shè)備。而PC－ISO則是一種具有高強度和耐熱性的生物相溶性材料，被廣泛地應(yīng)用于藥品及醫(yī)療器械行業(yè)。 

 

2、光敏樹脂 

光敏樹脂是用于光固化成型(SLA)或數(shù)字光處理（DLP）系統(tǒng)的重要材料。它能夠在紫外光的照射下發(fā)生聚合反應(yīng)而固化，一般呈現(xiàn)液體狀態(tài)。這種3D材料具有高強度、耐高溫和防水的優(yōu)點。但是通常光敏樹脂都具有一定的毒性，需要進(jìn)行密封保存。光敏樹脂主要是由齊聚物、反應(yīng)稀釋劑和光引發(fā)劑組成。 

 

齊聚物是含有不飽和鍵的低分子聚合物，具有許多種類。最常見的種類是各類丙烯酸樹脂，比如聚氨酯丙烯酸樹脂、環(huán)氧丙烯酸樹脂、聚丙烯酸樹脂、聚醚丙烯酸樹脂和堿性光成像樹脂等。齊聚物是光敏樹脂的基礎(chǔ)物質(zhì)，可以決定光敏樹脂的黏度、硬度、斷裂延伸率等物理性能。所以對于齊聚物的選擇非常重要，其選擇標(biāo)準(zhǔn)是無毒、氣味小和難揮發(fā)。 

 

反應(yīng)稀釋劑是含有雙鍵的小分子溶劑，主要有單官能團丙烯酸酯、雙官能團丙烯酸酯、多關(guān)能團丙烯酸酯、乙烯基醚、乙烯基類單體等種類。在光固化反應(yīng)時，反應(yīng)稀釋劑能夠?qū)R聚物分子粘合在一起，使之發(fā)生充分固化。因此反應(yīng)稀釋劑也是組成光敏樹脂的重要物質(zhì)之一。它既能調(diào)節(jié)齊聚物的黏度，也可以影響到聚合反應(yīng)的分子動力學(xué)、聚合程度以及固化物的物理性質(zhì)。反應(yīng)稀釋劑的選擇標(biāo)準(zhǔn)和齊聚物一樣，也需要具有無毒、氣味小和難揮發(fā)的特性。 

 

光引發(fā)劑可以根據(jù)引發(fā)輻射的能量不同而分為紫外線引發(fā)劑和可見光引發(fā)劑。由于紫外光引發(fā)劑具有存儲穩(wěn)定的優(yōu)點，現(xiàn)在3D打印市場上所用的光引發(fā)劑都是紫外光引發(fā)劑。光引發(fā)劑在固化反應(yīng)中具有關(guān)鍵的作用，能夠決定固化物的質(zhì)量和固化反應(yīng)的速度。 

 

光敏樹脂體系的組分很多，其配方的設(shè)計相對來說比較困難。不同的設(shè)計配方將會產(chǎn)生不同的材料性能，所以材料的研發(fā)公司通常會把設(shè)計配方當(dāng)作公司的核心機密而不對外公開。3D打印設(shè)備廠商對光敏樹脂的銷售也和ABS塑料一樣，采用捆綁銷售模式，以此來獲得更大的利潤。 

 

3、金屬材料 

金屬打印材料近年來成為3D打印的熱門話題。金屬材料一般呈現(xiàn)粉末狀，可以用于選擇性激光燒結(jié)(SLS)、直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）、電子束熔煉（EMB）等工業(yè)級別的3D打印機。而如果把金屬材料加入到某些工程塑料材料（如PLA或ABS）中去，則可以制成適用于FDM機型的具有一定金屬屬性的線材。比如將磁鐵粉末加入到PLA材料中，就會使PLA線材在經(jīng)過拋光處理以后具備金屬的光澤。金屬材料的高熔點成為其應(yīng)用3D打印技術(shù)的難點。在3D打印金屬材料的過程中，需要考慮金屬的固液相變、表面擴散和熱傳導(dǎo)等物理工程。而且用于3D打印的金屬材料在純凈度、球型度、粒徑分布和含氧量等方面都有嚴(yán)格的要求。現(xiàn)在市面上常見的金屬材料有鈦合金、不銹鋼、鈷鉻合金和鋁合金等。金、銀等貴金屬粉末材料也會被用于打印首飾或藝術(shù)品。 

 

鈦合金材料可以被應(yīng)用在EMB等高端打印機上制作工業(yè)零部件。鈦合金材料的強度、耐腐蝕性和耐熱性能都非常優(yōu)異。采用３Ｄ打印技術(shù)制造出來的鈦合金零部件的強度很高而且其制作的尺寸也非常精確。這些優(yōu)點使得鈦合金被廣泛地應(yīng)用在了航空航天和汽車等領(lǐng)域。但是鈦合金的售價較高，一般每千克需要340到880美元。目前在EMB鈦合金材料的研究上處于領(lǐng)先地位的是瑞典的ARCAM公司。 

 

鈷鉻合金材料則是一種由金屬鈷和鉻在高溫下熔合而形成的合金。鈷鉻合金具有良好的抗腐蝕性，而且其機械性能也非常優(yōu)異，使之在航空航天和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用。2014年中國航天科技集團公司上海航天技術(shù)研究院已經(jīng)用鈷鉻合金材料通過航天3D打印機打印出了航空發(fā)動機葉輪。而鈷鉻合金材料在牙科中也常被用于假牙的打印。目前用于3D打印的鈷鉻合金售價為每千克120到545美元。 

 

不銹鋼材料可以應(yīng)用于選擇性激光燒結(jié)（SLS）打印機上，主要被用來制作模型和打印工藝品。不銹鋼具有堅固和耐腐蝕等優(yōu)點，是一種性價比很高的打印材料。不銹鋼材料可以用于打印模型，也可以用于打印大尺寸的工業(yè)產(chǎn)品，而且打印出來的產(chǎn)品強度都很高?，F(xiàn)在不銹鋼的市場售價為每千克78到120美元。 

 

鋁合金可以應(yīng)用在電子束熔煉（EMB）的打印機上，其在醫(yī)學(xué)、建筑和工程領(lǐng)域都有著很好的應(yīng)用前景。鋁合金的密度相對鈦合金和不銹鋼都低，同時具有熔點低、重量輕、負(fù)重強度大的優(yōu)點。2014年美國普度大學(xué)用鋁合金材料AlSi12打印出來的晶格結(jié)構(gòu)重量僅有3.9克，但是此晶格結(jié)構(gòu)卻能承受高達(dá)408公斤的重量。 

 

4、陶瓷材料 

陶瓷材料一般呈現(xiàn)粉末狀態(tài)，通常用于選擇性激光燒結(jié)（SLS）的打印機。用于3D打印的陶瓷材料一般是由陶瓷粉末和光聚合物（作為粘結(jié)劑）混合而成的。在打印的過程中打印噴頭先向陶瓷粉床上噴射粘合劑，打完一層以后再往料床上添加陶瓷粉末，然后利用激光燒結(jié)將粘合劑熔化后與陶瓷粉末粘合在一起。不斷重復(fù)這個過程直到最后打印出陶瓷產(chǎn)品。但是用3D打印出來的陶瓷產(chǎn)品還需要進(jìn)一步的高溫?zé)撇拍軌蛐纬勺詈蟮某善贰?nbsp;

 

對于陶瓷材料，陶瓷粉末和粘結(jié)劑粉末的配比非常關(guān)鍵，會直接影響到陶瓷零部件的性能。如果粘結(jié)劑粉末的比重過大，會使得燒結(jié)過程比較容易，但是將不利于控制陶瓷產(chǎn)品的尺寸精度。而相反如果粘結(jié)劑粉末的比重過小，則會使得燒結(jié)過程變得十分困難。同時對于陶瓷材料，其顆粒的大小和表面形貌也會對陶瓷層的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。減小陶瓷顆粒和使表面接近球形都有助于形成高質(zhì)量的陶瓷打印產(chǎn)品。 

 

陶瓷材料具有高強度、耐高溫和耐腐蝕等優(yōu)點，具有應(yīng)用于航空航天和汽車等領(lǐng)域的潛能。同時由于陶瓷材料可以選擇的顏色很多，能夠打印出形態(tài)逼真、色彩豐富的產(chǎn)品，所以陶瓷打印材料也是工藝品、建筑和衛(wèi)浴產(chǎn)品的理想選擇。 

 

現(xiàn)在陶瓷材料商業(yè)化應(yīng)用面臨的主要技術(shù)問題是陶瓷粉末在燒結(jié)時液相的表面張力大致使燒結(jié)體中存在較高的殘余應(yīng)力。另外其制造速度、產(chǎn)品的穩(wěn)定性和精度都有待于提高?，F(xiàn)在這些問題都正處于積極的探索之中。 

 

在陶瓷打印材料這個方面，走在研究前沿的是奧地利的Lithoz公司。這家公司專注于高性能陶瓷材料的開發(fā)，是第一家將陶瓷3D打印技術(shù)商業(yè)化的公司。Lithoz公司于2014年獲得了來自EOS公司（3D 打印設(shè)備廠商）創(chuàng)始人Hans J.Langer博士的投資，加速了其對陶瓷打印材料的開發(fā)進(jìn)程。 

 

5、新興的3D打印材料 

導(dǎo)電打印材料是熱塑性材料的一種，可以用于制造具有電子或是機械功能的3D打印產(chǎn)品，比如電路板、手電筒以及可穿戴的照明設(shè)備等。首先對這種新興的3D打印材料做出嘗試的是美國的Functionalize公司。該公司成立于2014年，是一家專注于導(dǎo)電打印材料研究的公司。其首款導(dǎo)電打印材料F-Electric已經(jīng)研制成功并且進(jìn)入市場出售。這款材料的電阻能夠低至0.75歐姆/厘米，其導(dǎo)電性能比純PLA線材還要高。導(dǎo)電打印材料對于個人工業(yè)化的發(fā)展有著很強的推動作用。 

 

生物打印材料是為了滿足人們更健康更環(huán)保的生活需求而開發(fā)出來的?，F(xiàn)在已經(jīng)用于3D打印的最常見的生物材料是聚乳酸(PLA)。PLA材料來源于玉米淀粉或甘蔗等可再生資源，在用完以后可以實現(xiàn)生物降解，是一種綠色環(huán)保的生物材料。PLA線條一般用于熔融沉積制造（FDM）的打印機中，而且它不需要通過熱床加熱，更容易使用，所以受到桌面打印機用戶的青睞。PLA材料打印出來的樣品成型好而且表面光滑，可以應(yīng)用在教育領(lǐng)域，比如進(jìn)行教具的打印等。還有其他的生物材料比如聚乙烯醇（PVA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯（PBAT）、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1，4-環(huán)己烷二甲醇酯（PETG）以及聚已內(nèi)酯（PCL）等也已經(jīng)陸續(xù)地被研發(fā)出來。 

 

碳纖維材料是一種新興的3D打印材料。它的強度是鋼的五倍而重量卻只有其三分之一，且還具有耐高溫和耐腐蝕等優(yōu)點。目前MarkForged公司已經(jīng)制造出專門用于打印碳纖維材料的專業(yè)打印機。我國3D打印公司華曙高科也成功開發(fā)出了可以用來制造工具的碳纖維復(fù)合材料。但是目前碳纖維材料還停留在制造模型或工具的階段，并沒有成功的工業(yè)產(chǎn)品問世。進(jìn)一步提高材料的性能和降低其價格是碳纖維材料要想商業(yè)化必須解決的問題。