最早3D打印一詞的出現可追溯到二十世紀五十年代，直到1988年，麻省理工學院Ely Sachs教授及其同事研發出binder jetting prototype（粘合劑噴射原型）并給出3D Printing 的命名。

因此，“3D 打印”一詞最初指的是binder jetting（粘結劑噴射3D打印技術）。如今，全球技術標準使用官方術語“增材制造/Additive Manufacturing，AM”來指代更廣泛的增材制造技術。

3D打印，又稱增材制造，作為一種制造技術，映射的是先進制造業的發展和沿革。其可應用于工業制造、航空航天、汽車、消費品和醫療保健等行業，為生產帶來經濟價值。

增材制造產業30年發展以來，在技術先進性和企業成熟度方面，形成以歐美國家領銜，中國等國家相繼追趕的局面。

鑒于市場和企業對增材制造商業價值的逐步認可，CB Insights 從全球增材制造公司的發展情況切入，結合技術應用、資本市場、企業資源三個角度，臨摹全球增材制造產業的現階段發展景圖。

全球突破百億美元市場規模，增材制造技術商業價值凸顯

什么是增材制造？

3D 打印產業，也稱增材制造產業是先進制造業的重要組成部分。增材制造（AdditiveManufacturing，AM）是以數字模型為基礎，將材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術，實現了制造方式從等材、減材到增材的重大轉變，改變了傳統制造的理念和模式。

增材制造設備是指依據三維 CAD 設計數據，采用離散材料（液體、粉末、絲等）逐層累加原理制造實體物件的技術設備。

市場和企業為什么關注增材制造技術的應用？

從產業成型來看，經過 30 余年，3D 打印已形成較成熟的上下游產業鏈，并且在消費、工業、汽車、醫療諸多應用場景實現試產或應用。

從政策來看，全球發達國家和新興發展中國家，多將增材制造技術視為未來 5-10 年戰略性發展技術，同時配合相關支持政策大力推動各國增材制造企業成長。世界范圍內，America Makes、ANSI、ASME、ASTM、ISO、NIST、SME、the U.S. Department of Commerce 等均通過制定標準或行業政策推動增材制造產業前進。

圖丨Original binder jetting prototype （來源：MIT）

中國相繼印發《國家增材制造產業發展推進計劃（2015-2016年）》、《增材制造產業發展行動計劃（2017-2020年）》、《增材制造標準領航行動計劃（2020-2022年）》等文件推進增材制造的深化發展。

從增材制造技術/3D 打印技術為企業真實提供的有效價值來看，加快產品生產速度、提供定制化產品、小批量快速生產、聯合生產、增加零部件生產靈活性、減少生產工具成本等優勢，確實讓各行業企業、設計人員、生產人員看到了“經濟”、“實惠”、“高效”生產方式的可能性。

全數字化是增材制造產業的本質特點，增材制造從設計到優化、仿真到工藝、以及全周期的設備維護，都是數字化過程。因此，增材制造技術與傳統制造技術從本質上來說，具有非常大的差別，嚴格來說，很多增材制造技術能完成的設計和制造，傳統的等減材不一定能實現。

圖丨3D 打印為工業品制造帶來哪些優勢 （來源：CB Insights）

增材制造產業上下游及主要技術

增材制造產業鏈

按照 3D 打印使用的上游原材料劃分，可分為金屬材料 3D 打印和非金屬材料 3D 打印；按照應用領域劃分，可分為消費級 3D 打印和工業級 3D 打印。工業級 3D 打印的精度更高、速度更快，但在設備尺寸方面的優勢不明顯。

未來金屬工業級 3D 打印增長是大勢所趨，根據 Wohlers Associates 統計數據，2017 年全球工業級增材制造設備（指面向工業且銷售售價在 5000 美元或更高的機器）銷售量達到 14736 臺。在汽車、航空航天、核工業等工業制造領域，金屬材料 3D 打印技術已展現增長勢頭。

圖丨增材制造上下游環節（來源：公開資料整理）

增材制造材料與技術

3D 打印在 30 多年的發展中，處于多種技術路線共存的狀態，工藝選擇取決于材料和設備，以及下游應有場景的差異性。金屬 3D 打印工藝原理主要分為粉末床選區熔化和定向能量沉積兩大類別，非金屬材料打印的工藝原理主要是材料擠出、材料噴射、粘結劑噴射等。

圖丨DMG Mori 機器在很快時間內即可完成“3D 打印”零部件（來源：CB Insights）

表丨代表性增材制造材料與技術（來源：公開資料整理）

金屬 3D 打印的技術原理是分層制造、逐層疊加，適用于小批量、復雜化、輕量化、定制化、功能一體化零部件制造，多適用于工業品制造、模具制造過程。Sculpteo 通過調研發現，在工業品制造時，SLS、FDM、SLA 為主要采用的技術。

圖丨工業品制造時采用哪種3D打印技術（來源：CB Insights）

增材制造下游應用

根據 Wohlers Associates 數據，工業機械、航空航天和汽車是增材制造下游應用最多的三個領域；消費品和醫療保健行業有望成為未來增長較快的行業。

圖丨增材制造下游應用（來源：CB Insights）

全球及中國增材制造產業規模

2019 年，全球增材制造產業規模突破 100 億美元。根據 SmarTech Analysis 數據，未來十年全球增材制造產業規模預計以 15%-20% 的增速逐年增長。

2019 年全球增材制造產業規模突破 100 億美元（約 700 億人民幣）大關，預計十年后達到 538.4 億美元，實現 10 年翻 5 倍的規模增長。

全球增材制造產業結構中，硬件和材料兩個領域的產業規模占比約 50%，服務部分產業規模最大，獨占半壁江山，而軟件作為前置輔助生產環節規模最小（約百億美元規模）。

圖丨全球增材制造產業規模及產業結構（來源：SmarTech Analysis）

2020 年，中國增材制造產業規模預計突破 200 億元。根據中國工業和信息化部裝備工業發展中心統計數據，中國增材制造產業規模以 25%-30% 的增速逐年增長。

2017 年仍未突破百億元大關，預計 2020 年可以實現翻一番的規模；2019 年中國增材制造產業規模達到 157 億元，2022 年有望增長至 348 億元，實現約 30% 的年增速。

圖丨中國增材制造產業規模（來源：CB Insights）

全球投融資情況與明星企業

全球投融資概述

2019 年，全球 3D 打印融資金額超過 12 億美元，融資事件突破 150 件。盡管在數量和金額的絕對值上沒有達到特別驚人的量級，但至少保持了逐年增加的上漲趨勢。

從輪次分布來看，八成初創公司處在 B 輪及之前，側面印證全球 3D 打印市場及公司發展尚處于早期。

圖 丨全球3D打印融資事件數量與金額（來源：CB Insights）

圖 丨全球3D打印融資事件按輪次分布（來源：CB Insights）

從地域分布來看，美國依然一馬當先，綜合來看，無論是在巨頭企業擴張、科技巨頭投資并購、初創企業數量、初創企業成長速度來看，美國都走在前列。其他國家包括日本、德國、以色列等科技實力強國；中國在初創公司數量和質量上面，有著穩步發展。

圖 丨全球3D打印融資事件按地域分布（來源：CB Insights）

全球獨角獸及初創企業代表

全球 3D 打印領域獲得融資最高的初創公司前五名，均為美國企業。其中涵蓋全球 3D 打印領域的三個獨角獸：Carbon、Desktop metal、Formlabs。

2010 年至 2015 年這段時間，上述三家美國獨角獸公司相繼獲得早期投資，經過不到 10 年的發展，它們陸續獲得 5 輪左右的融資，投資人不僅有 VC、CVC，還包括科技巨頭、行業巨擘。

無論是成長階段、商業化速度，還是融資額度和公司體量，美國公司均走在世界前列。

圖 丨全球3D打印初創公司圖景（來源：CB Insights）

麻省理工學院、斯坦福大學等一眾美國高等學府，成為 3D 打印明星企業的人才搖籃。主修電氣、計算機、化學、材料和航天航空等硬科技專業，成為創業公司高管和員工的共同屬性。

3D 打印明星企業由科研精英所引領，Carbon 和 Revo 塑成之于弗吉尼亞理工，Formlabs 之于哈佛大學，Desktop metal 之于麻省理工。

值得注意的是，在 3D 打印領域，除了美國的企業和人才表現突出，英國、德國和以色列公司、技術也嶄露頭角，例如 3YOURMIND、metalysis、XJet 等初創企業均獲得了千萬級美元的融資。

圖 丨全球3D打印獲得融資額最高的初創公司Top15（來源：CB Insights）

明星企業 Carbon：估值 24 億美元的 3D 打印獨角獸

Carbon 成立于 2013 年，獲得 6.92 億美元融資，成為 3D 打印界拿到融資最多的初創公司，集硬件、軟件及材料與一體，采用“只租賃不賣”的設備運營模式，為眾多企業提供 3D 打印數字化解決方案。

Carbon 擁有超豪華投資陣容，除了頂級風投外，GE、BMW、Nikon、Adidas 、Johnson & Johnson 等各行業頂尖科技巨頭均有投資。

圖 丨Carbon歷史融資（來源：CB Insights）

Carbon 公司采用 Digital Light Synthesis / DLS 技術（數字光合成技術），這項技術使用數字光投射、透氧光學片和可編程液體樹脂來生產具有卓越機械性能、分辨率和表面光潔度的零件。

硬件是其明星產品，Carbon公司的主打產品是 Digital Light Synthesis 技術驅動的 3D 打印機。M2 和 L1 型號的 3D 打印機與 Smart Part Washer （自動化智能零件清洗機）一起工作，為多個行業提供制造流程來設計、原型制作、生產和交付最終用途零件。

Carbon 的產品主要應用在以下五個場景：汽車、消費、牙科、工業和生命科學。

Carbon 和各品牌的主要合作關系有：汽車企業：福特，蘭博基尼，寶馬和Aptiv；消費品：adidas、Riddell Sports、Vitamix；工業/航空航天領域：NASA；牙科和生命科學行業：Johnson＆Johnson，Becton，Dickinson＆Company 和National Dentex Labs（NDX）等。

Carbon 技術團隊由硬件研發、 軟件研發和分子材料領域的技術人員構成，公司規模在 500 人左右。2019 年 12 月 17 日，Ellen Kullman 女士加入了 Carbon。在加入 Carbon 之前，Ellen 是杜邦公司的董事長兼首席執行官，她是第 19 位高管，也是該公司 212 年歷史上第一位領導該公司的女性。在擔任首席執行官的七年中，Ellen 領導公司專注于新興國際市場的增長，為杜邦的未來發展定位。她被《財富》雜志評為“商界最具影響力的 50 位女性”之一，被《福布斯》評為“全球最具影響力女性”之一。

圖 丨Carbon 團隊（來源：官網）

除了大家所熟知的 Carbon 和 adidas 聯合生產的 Futurecraft 4D 跑鞋，為應對 Covid-19，Carbon 利用其 DLS 技術，為美國醫護人員和急救人員提供 3D 打印鼻咽拭子和面罩。

由 Carbon 和 Resolution Medical 設計和制造的格子狀鼻拭子獲得 Fast Company 2020 年創新設計大獎，這款 3D 打印鼻咽拭子從概念到上市僅用了 20 天，這是醫療產品設計上的突破。

除臨床功效外，與傳統拭子相比，3D 打印鼻咽拭子獨特且高度靈活的構造旨在提高患者的舒適度并顯示出卓越的柔韌性。自今年四月以來，Carbon 生產了超過一百萬個拭子，并在美國的醫療機構中使用。

主流國家 3D 打印代表企業資源圖景

增材制造設備/系統制造企業

表丨全球代表性增材制造設備/系統制造企業（來源：CB Insights）

備注：本文僅列出全球范圍內部分代表性企業，并未窮盡。

增材制造材料商

表丨全球代表性增材制造材料商（來源：CB Insights ）

備注：本文僅列出全球范圍內部分代表性企業，并未窮盡。

軟件公司

表丨全球代表性增材制造軟件（來源：CB Insights ）

備注：本文僅列出全球范圍內部分代表性企業，并未窮盡。

增材制造技術的改進和規模化應用，必將掀起一場制造業革命

國外增材制造上市公司、巨頭和 NASA 等對增材制造技術的應用、改進、突破，已經印證了其在智能制造中的潛能和效用。增材制造產業在材料、設備方面的深入研發，在大尺寸、高精度工藝方面的持續研發，對于整個制造業來說都將具有里程碑式的意義。

分散制造是一個即將到來的變化，可以幫助制造商處理零件訂單的需求。在訂購上千個實體零件之前，設計師可以使用 3D 打印來查看未來產品的外觀。

分布式或分散式制造采用與之相協調的地理位置分散的設施網絡。零件訂單，尤其是制造中小型零件（如 3D 打印零件）的訂單，可以使用分布式制造平臺大規模完成。

例如 Xometry 公司允許用戶簡單地上傳一個 3D 文件，并獲得關于銑削、3D 打印甚至零件注塑成型的報價。該公司還致力于 CAD 集成，以簡化訂購過程。為了滿足所有這些按需定單，公司與 3000 多家不同的材料供應商合作。2019 年，Xometry 從戴爾、寶馬和通用電氣（GE）等公司籌集了 5000 萬美元。

類似的，位于阿姆斯特丹的 3D Hubs 承諾能夠在“不到 5 分鐘”內獲得零件報價并投入生產。2018 年，3D Hubs 從最初的社區 3D 打印機商業模式轉變為專注于高端塑料、金屬和注塑成型制造業務。

其次，輕量級消費產品和人機融合帶來的 3D 打印也是兩個可預見的趨勢。例如比利時 Materialise NV 正在與近 30 個品牌合作，生產消費者可佩戴的眼鏡。HP 也在利用 3D 打印技術開啟眼鏡定制化新階段。康奈爾大學的一位研究人員最近展示了在 3D 打印時使用 AR/VR 繪制草圖的能力。最終，人機界面可以做到無縫，三維模型可以實時雕刻。