1、3D Systems（NYSE：DDD） 

3D Systems公司成立于1986年，以立體光刻造型技術(SLA)起家。在此后的二十幾年中公司依靠基礎專利的優勢，通過并購等商業運作形成了覆蓋打印材料、打印設備和打印服務領域的全產業模式。 在外延并購方面，3D Systems動作頻頻。在過去的幾年中，3D Systems公司已經收購了超過45家公司，其總金額達到5.2億美元。2014年，公司通過收購Cimatron、Simbionix、LayerWise、Laser Reproductins等公司開始進軍仿真、航空航天以及醫療等領域。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 主要領域 Cimatron 3D-CAD/CAM軟件產品 Simbionix 仿真手術設備 APP和APM 航空航天領域 Medical-Modeling 醫療設備 LayerWise 金屬3D打印業務 Laser-Reproductions 3D打印服務業務。

 

被3D Systems收購的公司：

 

 

 

 

2、Stratasys（NASDAQ: SSYS） 

Stratasys公司成立于1989年，依靠其創始人Scott Crump取得的熔融沉積成型(FDM)技術專利起家。經過多年的發展，Stratasys現在已經成為了全球最大的工業級打印機制造商。并且公司通過與以色列Objet強強聯合，成為了全球打印材料領域的領頭羊。 

公司的3D打印設備包括理念系列、設計系列和生產系列三個級別，同時公司還制造專門用于牙科的3D打印機。在打印材料領域，現在公司能夠生產超過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 

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

 

2、材料擠出技術 

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

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

使薄粉熔化，從而實現材料的燒結粘合。該技術無需使用支撐材料，可以打印復雜的結構構型，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的3D打印機具有設備價格昂貴，操作費用高，產品表面粗糙等缺點。3D Systems出售的粉末床熔融系統價格一般在35萬到85萬美元之間，而金屬粉末床熔融系統的售價可以達到百萬美元以上。 

 

4、材料噴射技術 

材料噴射技術最早是由以色列的objet公司發明（2012年已被statasys公司收購）。此項技術的原理和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品的顏色。用此項技術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60萬美元。 

 

5、粘合劑噴射技術 

粘合劑噴射技術又被稱為三維印刷技術，最早是由麻省理工學院開發出來并申請了專利。Z Corp公司隨后獲得了麻省理工學院的獨家授權，并開始研發基于此項技術的3D打印機。現在3D Systems通過收購Z Corp獲得了此項技術的專利授權。粘合劑噴射技術是通過使用液態粘合劑將鋪有粉末的各層固化，逐層創建各部件。這項技術具有打印速度快，不需要支撐材料以及可以使用不同的材料等優點。但是和材料噴射系統一樣，使用粘合劑噴射技術的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 

疊成技術也被稱為層片疊加制造術（LOM），最早由愛爾蘭的Mcor Technology公司發明。疊成技術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品。這種技術最常用的材料是標準化的紙，其材料價格相當低廉。疊成技術可以用來制造大件物品，但是整個過程材料的浪費相當嚴重，而且產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 

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來定位固化頭。這種技術使得最終的產品不再限于逐層制造，比較靈活，而且可以用來修復現有產品。但是使用這種技術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別在于熱塑性材料在高溫下可以反復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領先地位。ABS塑料是當前最熱門的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。這種材料的優點在于打印出的部件機械強度好且有很高的穩定性。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雜的產品形狀。這些優點使得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備原廠購買對應的打印材料。 

 

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

 

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抗性。但是其缺點就在于使用這種材料打印出來的產品表面比較粗糙，一般還需要后續加工。尼龍材料能夠應用在航空、汽車和消費品等多個領域。比如在航空領域可以用尼龍材料來打印定制的工具，在汽車領域可以用來打印汽車電池盒，而在消費品領域則可以用于制造能夠重復使用的卡扣。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計師的要求的電動工具和工業設備。而PC－ISO則是一種具有高強度和耐熱性的生物相溶性材料，被廣泛地應用于藥品及醫療器械行業。 

 

2、光敏樹脂 

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

 

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物質，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，其選擇標準是無毒、氣味小和難揮發。 

 

反應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。在光固化反應時，反應稀釋劑能夠將齊聚物分子粘合在一起，使之發生充分固化。因此反應稀釋劑也是組成光敏樹脂的重要物質之一。它既能調節齊聚物的黏度，也可以影響到聚合反應的分子動力學、聚合程度以及固化物的物理性質。反應稀釋劑的選擇標準和齊聚物一樣，也需要具有無毒、氣味小和難揮發的特性。 

 

光引發劑可以根據引發輻射的能量不同而分為紫外線引發劑和可見光引發劑。由于紫外光引發劑具有存儲穩定的優點，現在3D打印市場上所用的光引發劑都是紫外光引發劑。光引發劑在固化反應中具有關鍵的作用，能夠決定固化物的質量和固化反應的速度。 

 

光敏樹脂體系的組分很多，其配方的設計相對來說比較困難。不同的設計配方將會產生不同的材料性能，所以材料的研發公司通常會把設計配方當作公司的核心機密而不對外公開。3D打印設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。金屬材料一般呈現粉末狀，可以用于選擇性激光燒結(SLS)、直接金屬激光燒結（DMLS）、電子束熔煉（EMB）等工業級別的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用3D打印技術的難點。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格的要求。現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品。 

 

鈦合金材料可以被應用在EMB等高端打印機上制作工業零部件。鈦合金材料的強度、耐腐蝕性和耐熱性能都非常優異。采用３Ｄ打印技術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。這些優點使得鈦合金被廣泛地應用在了航空航天和汽車等領域。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異，使之在航空航天和醫學領域都有很好的應用。2014年中國航天科技集團公司上海航天技術研究院已經用鈷鉻合金材料通過航天3D打印機打印出了航空發動機葉輪。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。 

 

不銹鋼材料可以應用于選擇性激光燒結（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產品，而且打印出來的產品強度都很高。現在不銹鋼的市場售價為每千克78到120美元。 

 

鋁合金可以應用在電子束熔煉（EMB）的打印機上，其在醫學、建筑和工程領域都有著很好的應用前景。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、負重強度大的優點。2014年美國普度大學用鋁合金材料AlSi12打印出來的晶格結構重量僅有3.9克，但是此晶格結構卻能承受高達408公斤的重量。 

 

4、陶瓷材料 

陶瓷材料一般呈現粉末狀態，通常用于選擇性激光燒結（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，然后利用激光燒結將粘合劑熔化后與陶瓷粉末粘合在一起。不斷重復這個過程直到最后打印出陶瓷產品。但是用3D打印出來的陶瓷產品還需要進一步的高溫燒制才能夠形成最后的成品。 

 

對于陶瓷材料，陶瓷粉末和粘結劑粉末的配比非常關鍵，會直接影響到陶瓷零部件的性能。如果粘結劑粉末的比重過大，會使得燒結過程比較容易，但是將不利于控制陶瓷產品的尺寸精度。而相反如果粘結劑粉末的比重過小，則會使得燒結過程變得十分困難。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量產生重要影響。減小陶瓷顆粒和使表面接近球形都有助于形成高質量的陶瓷打印產品。 

 

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

 

現在陶瓷材料商業化應用面臨的主要技術問題是陶瓷粉末在燒結時液相的表面張力大致使燒結體中存在較高的殘余應力。另外其制造速度、產品的穩定性和精度都有待于提高。現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，是第一家將陶瓷3D打印技術商業化的公司。Lithoz公司于2014年獲得了來自EOS公司（3D 打印設備廠商）創始人Hans J.Langer博士的投資，加速了其對陶瓷打印材料的開發進程。 

 

5、新興的3D打印材料 

導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打印產品，比如電路板、手電筒以及可穿戴的照明設備等。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，是一家專注于導電打印材料研究的公司。其首款導電打印材料F-Electric已經研制成功并且進入市場出售。這款材料的電阻能夠低至0.75歐姆/厘米，其導電性能比純PLA線材還要高。導電打印材料對于個人工業化的發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保的生活需求而開發出來的。現在已經用于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生物降解，是一種綠色環保的生物材料。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，可以應用在教育領域，比如進行教具的打印等。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-環己烷二甲醇酯（PETG）以及聚已內酯（PCL）等也已經陸續地被研發出來。 

 

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點。目前MarkForged公司已經制造出專門用于打印碳纖維材料的專業打印機。我國3D打印公司華曙高科也成功開發出了可以用來制造工具的碳纖維復合材料。但是目前碳纖維材料還停留在制造模型或工具的階段，并沒有成功的工業產品問世。進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化必須解決的問題。