3D打印研究報告：3D打印技術：粒狀物料成型
時間：2016-03-24 14:04 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
2015年，南極熊3D打印網與華融證券合作，共同對3D打印行業的一批優秀企業進行了調研，共計走訪了近50家優秀的3D打印企業，涵蓋華北、華東、華中、華南以及西部地區的一些公司，企業類型上覆蓋了印機研發生產企業、耗材研發生產企業、打印服務企業、代理公司、設計公司、云平臺等。在長達2個月的走訪及現場調研之后，華融證券撰寫了一系列的研究分析報告。
3DP的主要缺點包括：
（1） 設備價格相對較高。
（2） 生胚強度不高。但是可通過浸滲等后處理工序進行加強。
主要廠商和設備情況
工作原理
選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering, SLS）技術的工作過程與 3DP相似，都是基于粉末床進行的，區別在于 3DP是用噴射粘結劑來粘結粉末，而SLS是利用紅外激光燒結粉末.計算機將物體的三維數據轉化為一層層截面的2D數據并傳輸給打印機，打印機控制激光在鋪設好的粉末上方選擇性地對粉末進行照射，激光能量被選區內的粉末吸收并轉換為熱能，加熱到燒結溫度的粉末顆粒間接觸界面擴大、氣孔縮小、致密化程度提高, 然后冷卻凝固變成致密、堅硬的燒結體，加工成當前層。然后活塞使工作臺降低一個單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已燒結的當前層之上，設備調入新一層截面的數據進行加工，與前一層截面粘結，此程逐層循環直至整個物體成型。
SLS技術在成型金屬零件時，主要有幾種方式：
（1） 采用 2種以上不同熔點的金屬粉末，通過熔化低熔點成分潤濕并填充高熔點結構金屬粉末顆粒間隙，將結構材料粘結起來燒結成金屬零件；
（2） 通過激光熔化金屬粉末顆粒的外層，而粉末顆粒的內部并沒有熔化的方式，將粉末顆粒通過外層燒結粘結在一起；
（3） 采用高分子聚合物材料包裹高熔點的金屬粉末，激光熔化聚合物材料以將金屬粉末粘結起來獲得原型件的方式，然后經過焙燒、熔浸低熔點金屬液、熱等靜壓等后處理工序進步制件的密度.
SLS技術最早由德克薩斯大學奧斯汀分校的 Carl Deckard和 Joe Beaman開發并取得專利，他們創立了 DTM公司進行基于 SLS技術的 3D打印設備的設計和生產.2001年，DTM被 3D System收購.
主要廠商和設備情況
國際主要典型公司為 3D System，前文已作介紹，國內典型公司為北京隆源，公司是國內最大的 SLS技術提供商，公司全稱為北京隆源自動成型系統有限公司為三帝打印科技有限公司(3DP Technology, Inc.)控股子公司.成立于1994年，注冊于中關村科技園區.自 1994年研制成功第一臺激光快速成型機始，便傾力開發選區激光粉末燒結（SLS）快速成型機，同時致力于快速原型的應用加工服務。是我國最早開發、生產、銷售激光選區粉末燒結快速成型機（工業級 3D打印）的企業，榮膺北京市科委認定的高新技術企業、中關村高新技術企業和海淀區創新企業。公司于 2002年通過了 ISO9001國際質量體系認證。2013年，三帝打印科技公司控股隆源成型，使隆源成型再次啟動并駛入3D打印的“高鐵”時代。作為國內最大的 3D打印（SLS）技術服務供應商，隆源成型通過擁有自主知識產權的 3D打印設備及產品、全面的工藝及雄厚的技術實力為用戶提供個性化的定制服務。隆源成型加工服務中心已為航空航天、汽車摩托車、泵業閥體等行業快速制造了大批量的異形復雜制件。迄今，公司已擁有近 400家設
備和加工服務用戶，遍布航空航天、船舶、汽車制造、電子、鑄造、醫療、文化藝術及研究院所和高校。
典型設備是 3D System公司生產的 ProX 500和 sPro系列，主要適用于功能型熱塑塑料。
主要性能指標如下：
（1） 構建尺寸：550 x 550 x 750mm（ 22 x 22 x 30 英寸）
（2） 層厚：0.08 - 0.15 mm (0.003 - 0.006 英寸)
（3） 體積構建速度：1.8 升/小時（ 110 立方英寸/小時）
（4） 掃描速度：6 米/秒和 12 米/秒（ 240 英寸/秒和 480 英寸/秒）
（5） 激光功率/類型：70 瓦/CO2
應用
由于機械性能不佳，SLS較少用于金屬功能零件的制造，但是其能夠實現模型、樣機的快速制作，也可以較高的建造速度用于非金屬零件的小批量生產。能夠應用于工業設計、航空航天、醫療用品、電子產品外殼等領域。
（3）小批量、特殊零件的制造加工.當遇到一些小批量、特殊零件的制造需求是，利用傳統方法制造往往成本較高，而利用 SLS工藝可以快速有效的解決這個問題，從而降低成本.
（4）快速模具和工具制造.目前，隨著工藝水平的提高，SLS制造的部分零件可以直接作為模具使用，經過后處理，甚至可以直接用功能性零件而使用.
（5）在逆向工程上的應用.利用三維掃描工藝等技術，可以利用 SLS工藝在沒有圖紙和 CAD模型的條件下按照原有零件進行加工，根據最終零件構造成原型的 CAD模型，從而實現逆向工程應用.
（6）在醫學上的應用.由于 SLS工藝制造的零件具有一定的孔隙率，因此可以用于人工骨骼制造，已經有臨床研究證明，這種人工骨骼的生物相容性較好.
由于 SLS原理的特點，該工藝可以采用任何加熱時粘度降低的粉末材料，包括蠟、PC、尼龍、金屬等等，但對粉末的粒徑有較為嚴格的要求，當粉末粒徑為 0.1mm以下時，成型后的原型精度可達±1%.
根據相關文獻資料研究結果顯示， SLS工藝的材料有各類粉末，包括金屬、陶瓷、石蠟以及聚合物的粉末，如尼龍粉、覆裹尼龍的玻璃粉、聚碳酸酯粉、聚酰胺粉、蠟粉、金屬粉（成型后常需進行再燒結及滲銅處理）、覆裹熱凝樹脂的細砂、覆蠟陶瓷粉和覆蠟金屬粉等，SLS工藝采用的粉末粒度一般在50--125um之間.SLS用的復合粉末通常有兩種混合形式：一種是粘結劑粉末與金屬或陶瓷粉末按一定的比例機械混合；另一種則是把金屬或陶瓷粉末放到粘結劑稀釋液中，使其具有粘結劑包裹的金屬或陶瓷粉末.為了提高原型的強度，用于 SLS工藝的材料正漸漸地轉向金屬和陶瓷.
4、選擇性激光熔化（SLM）/ 直接金屬激光燒結成型（DMLS）
SLM特點
SLM的主要優點包括：
（1） 成型的金屬零件致密度高，可達 90%以上，某幾種金屬材料成型后的致密度近乎 100%；抗拉強度等機械性能指標優于鑄件，甚至可達到鍛件水平；顯微維氏硬度可高于鍛件；
（2） 由于是打印過程中粉末完全融化，因此尺寸精度較高；
（3） 與傳統減材制造相比，可節約大量材料，對于較昂貴的金屬材料而
言，可節約一定成本。
SLM的主要缺點包括：
（1） 成型速度較低，為了提高加工精度，加工層厚較薄，加工小體積零件所用時間也較長，因此難以應用于大規模制造；
（2） 設備穩定性、可重復性還需要提高；
（3） 零件的表面粗糙度較高；
（4） 熔化金屬粉末需要大功率激光，能耗較高。
SLM技術的代表公司為德國的 EOS，德國 EOS GmbH Electro OpticalSystems公司自 1989年在德國慕尼黑成立以來，一直致力于激光粉末燒結快
速制造系統的研究開發與設備制造工作。EOS公司現在已經成為全球最大同時也是技術最領先的雷射粉末燒結快速成型系統的制造商，其所擁有的雷射燒結
技術也正是 e-manufacturing的核心技術。e-Manufacturing是由 EOS公司所倡導的全新 e制造整合服務，基于激光粉末燒結成型技術的全新制造概念。直接進行快速的立體制作，達到彈性大、低成本的制造模式。這種制造方式能夠符合從單件產品制造到批量生產的不同市場需求。EOS雷射粉末燒結快速制造系統，適于應用在 3C產品開發、航太產品、精密模具、樣品打樣、生醫材料制造上。目前德國 EOS公司在金屬粉末雷射快速制造設備上為全球最頂尖供應商。典型設備為 EOS公司的 EOSINT M 280，主要參數如下。
SLM應用
由于能夠實現較高的打印精度和足夠的機械性能，SLM不僅可用于模型、樣機的制造，也可用于復雜形狀的金屬零件的小批量生產，能夠應用于航空航天、醫療用品等領域.
目前，SLM技術最令人矚目的是在 Elon Musk的 SpaceX公司開發的新一代 Dragon V2載人飛船的 SuperDraco引擎的制造中的應用——SuperDraco引擎的燃燒室是使用 EOS公司的 SLM設備制造的.SuperDraco引擎的冷卻道、噴射頭、節流閥等結構的復雜程度非常之高，3D打印很好地解決了復雜結構的制造問題.同時，SuperDraco是在 6900千帕的高溫高壓環境下工作，而且作為一款在一次載人過程中多次點火的引擎，其重復使用次數和可靠性相當重要，SLM制造出的零件的強度、韌性、斷裂強度等性能完全可以滿足各種嚴苛的要求.
世界范圍內，已經有多家成熟的設備制造商，包括德國 EOS公司、德國MCP公司、Concept laser公司等。EOS應用 SLM技術的設備包括 EOSINT M系列、EOS M系列、PRECIOUS M系列。
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南極熊將逐漸免費公開這些3D打印行業研究報告的內容，以提供給3D打印行業內外人士作為參考資料。南極熊作為3D打印行業第一互動媒體，一直致力于推動3D打印行業的發展，除了發布最新的行業發展動態，南極熊還開展產品評測，組織線下交流活動，提供優質的3D模型下載，對行業進行深度研究等。本次聯手華融證券，就是希望與專業的行業研究機構合作，共同推出專業的研究報告。與其他國內外所謂的研究機構相比，本報告不但具有一定的專業性，而且分析深入，干貨多，而且是免費開放給所有熊友
3D打印專題研究系列報告之四3D打印技術：粒狀物料成型
概述：本文主要介紹粒狀物料成型相關 3D 打印工藝，具體包括 3DP、SLS、SLM、DMLS、EBM、SHS等主流粒狀物理成型工藝，這些工藝大多可應用于工業級 3D打印領域，我們主要從這些工藝的技術原料、優缺點、涉及材料、主要應用、典型公司及設備等幾方面進行介紹.
原理基本相同
基本原理都是將 3D數據轉化為 2D數據，通過電腦控制 3D打印機逐層進行打印，最后形成成品，所不同的是在進行粉末連接的時候采用的方法不同，一般有激光、電子束、熱量、粘劑等，采用激光、電子束進行3D打印的一般需要較為苛刻的外部條件，適用于工業 3D打印機，利用粘劑、熱進行連接的對外部環境要求不算太苛刻，可發展桌面級打印機.
優缺點并存
粒狀物料成型相關技術的優點包括成型速度快、材料廣泛、能夠制造復雜構造等特點，但同時也存在強度低、一般需要后處理、部分技術路徑需要預加工、成本較高等缺點，目前階段，是傳統技術的重要補充，暫時還不能完全替代傳統技術.粒狀物料成型相關技術的優點包括成型速度快、材料廣泛、能夠制造復雜構造等特點，但同時也存在強度低、一般需要后處理、部分技術路徑需要預加工、成本較高等缺點，目前階段，是傳統技術的重要補充，暫時還不能完全替代傳統技術.
材料均為粉末
粒狀物料成型的材料均為粉末，包括金屬粉末、塑料粉末、陶瓷粉末等等，不同的技術路徑對材料的物理、化學性能有差別化的要求，通過這些技術可以將粉末材料轉化為固體材料，賦予一定的結構和機械性能.
應用領域有待拓展
目前多用于產品開發階段受制于機械性能較差等因素，目前通過粒狀物料成型 3D打印工藝更多的應用于產品開發階段，雖然也可以直接用于直接制造，但與傳統工藝相比，通過 3D打印的直接制造成本仍然較高，不具有競爭力，其應用領域還有待進一步拓展.
結論與展望
粒狀物料成型是將粉末狀材料變為有機械強度的立體物件的過程，隨著技術的不斷進步，一些缺點正在被逐步克服，如 SLM解決了 SLS不能完全融化粉末的問題、SHS解決了燒結粉末需要高強度激光的問題，但同時我們也看到，一種技術不能完全替代另一種技術，各有特點，我們認為在未來一段時間內這些粒狀物料成型技術還將繼續存在，技術含量更高的技術也將不斷出現，粒狀物料成型技術的應用前景十分廣闊.
相關研究：
3D打印專題研究系列報告之一_3D打印概覽：崛起中的智能制造方式_20151228
3D打印專題研究系列報告之二_3D打印技術：熔融沉積成型（FDM）_20151229
3D打印專題研究系列報告之三_3D打印技術：光聚合成型_20151229
目 錄
1、概述 .......................................................................................................................................................................................... 5
1、原理基本相同 ................................................................................................................................................................. 5
2、優缺點并存 ..................................................................................................................................................................... 5
3、材料均為粉末 ................................................................................................................................................................. 5
4、應用領域有待拓展，目前多用于產品開發階段 .......................................................................................................... 5
2、三維打印（3DP） .................................................................................................................................................................. 6
工作原理 ............................................................................................................................................................................... 6
特點 ....................................................................................................................................................................................... 7
主要廠商和設備情況 ........................................................................................................................................................... 7
應用 ..................................................................................................................................................................................... 10
材料 ..................................................................................................................................................................................... 10
3、選擇性激光燒結（SLS） ..................................................................................................................................................... 10
工作原理 ............................................................................................................................................................................. 10
特點 ..................................................................................................................................................................................... 12
主要廠商和設備情況 ......................................................................................................................................................... 12
應用 ..................................................................................................................................................................................... 14
材料 ..................................................................................................................................................................................... 15
4、選擇性激光熔化（SLM）/ 直接金屬激光燒結成型（DMLS） ..................................................................................... 15
SLM工作原理 ..................................................................................................................................................................... 15
SLM特點 ............................................................................................................................................................................. 16
SLM主要廠商和設備情況 ................................................................................................................................................. 17
SLM應用 ............................................................................................................................................................................. 18
SLM材料 ............................................................................................................................................................................. 19
DMLS工作原理 .................................................................................................................................................................. 20
DMLS特點 .......................................................................................................................................................................... 20
DMLS應用 .......................................................................................................................................................................... 20
DMLS材料 .......................................................................................................................................................................... 20
5、電子束熔煉（EBM） ........................................................................................................................................................... 21
工作原理 ............................................................................................................................................................................. 21
特點 ..................................................................................................................................................................................... 22
主要廠商和設備情況 ......................................................................................................................................................... 23
應用 ..................................................................................................................................................................................... 24
材料 ..................................................................................................................................................................................... 24
6、選擇性熱燒結（SHS） ........................................................................................................................................................ 25
工作原理 ............................................................................................................................................................................. 25
特點 ..................................................................................................................................................................................... 25
主要廠商和設備情況 ......................................................................................................................................................... 26
應用 ..................................................................................................................................................................................... 27
材料 ..................................................................................................................................................................................... 27
圖表目錄
圖表 1：粒狀物料成型各種工藝對比 ........................................................................................................................................ 6
圖表 2：3DP工作原理 ................................................................................................................................................................ 7
圖表 3：3D SYSTEM歷年收入及增速情況 ............................................................................................................................. 8
圖表 4：3D SYSTEM歷年利潤及增速情況 ............................................................................................................................. 9
圖表 5：PROJET®660PRO設備 ............................................................................................................................................... 9
圖表 6：SLS工作原理 ............................................................................................................................................................... 11
圖表 7：SPRO 230 HS設備 ...................................................................................................................................................... 13
圖表 8：SLS應用舉例 ............................................................................................................................................................... 14
圖表 9：SLM工作原理 ............................................................................................................................................................. 16
圖表 10：EOSINT M 280設備 ................................................................................................................................................. 18
圖表 11：SLM應用舉例 ........................................................................................................................................................... 19
圖表 12：SLM工作原理 ........................................................................................................................................................... 22
圖表 13：ARCAM A2X設備 .................................................................................................................................................... 23
圖表 14：EBM應用舉例 ........................................................................................................................................................... 24
圖表 15：SHS技術原理圖 ....................................................................................................................................................... 25
圖表 16：BLUEPRINTER M3設備 ........................................................................................................................................ 26
圖表 17：SHS應用舉例 ............................................................................................................................................................ 27
1、概述
1、原理基本相同
基本原理都是將 3D數據轉化為 2D數據，通過電腦控制 3D打印機逐層進行打印，最后形成成品，所不同的是在進行粉末連接的時候采用的方法不同，一般有激光、電子束、熱量、粘劑等，采用激光、電子束進行 3D打印的一般需要較為苛刻的外部條件，適用于工業 3D打印機，利用粘劑、熱進行連接的對外部環境要求不算太苛刻，可發展桌面級打印機.
2、優缺點并存
粒狀物料成型相關技術的優點包括成型速度快、材料廣泛、能夠制造復雜構造等特點，但同時也存在強度低、一般需要后處理、部分技術路徑需要預加工、成本較高等缺點，目前階段，是傳統技術的重要補充，暫時還不能完全替代傳統技術.
3、材料均為粉末
粒狀物料成型的材料均為粉末，包括金屬粉末、塑料粉末、陶瓷粉末等等，不同的技術路徑對材料的物理、化學性能有差別化的要求，通過這些技術可以將粉末材料轉化為固體材料，賦予一定的結構和機械性能.
4、應用領域有待拓展
目前多用于產品開發階段受制于機械性能較差等因素，目前通過粒狀物料成型 3D打印工藝更多的應用于產品開發階段，雖然也可以直接用于直接制造，但與傳統工藝相比，通過 3D打印的直接制造成本仍然較高，不具有競爭力，其應用領域還有待進一步拓展.
2、三維打印（3DP）
工作原理
三維打印（3D Printing, 3DP）是一種基于粉末床、噴頭和石膏的三維打印技術（Powder bed and inkjet head 3D printing，3DP的工作方式與二維平面打印相似，都利用了噴射打印的技術，二維打印的噴頭用于噴射墨水，而 3DP的噴頭用于噴射液態粘結劑.計算機軟件將打印對象的 3D數據“切割”為一層層截面的 2D數據，傳輸到三維打印機，三維打印機根據截面的 2D數據，控制噴頭移動、在鋪設好的粉末上方選擇性地噴射粘結劑，將相應位置的粉末粘結在一起而形成第一層的截面.然后活塞使工作臺降低一個單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已粘結的截面之上，噴頭再根據數據進行新的一層的噴射打印，與前一層截面粘結，此過程逐層循環直至整個物體成型.由于未粘結的粉末可以起到支撐的作用，3DP無需額外的支撐結構就可以打印相當復雜的形狀.3DP技術于 1993年由麻省理工學院的學者研發，1995年 Z Corparation公司獲得了排他性的使用許可.3D System于 2012收購了 Z Corporation，繼續生產基于 3DP技術的 3D打印設備和材料.
特點
3DP的主要優點包括：
（1） 打印速度快.3DP僅有粘結劑是通過噴頭噴射，作為支撐材料的粉末全部是通過鋪撒的方式放置，因此打印速度比 FDM快很多.
（2） 多打印頭同時工作.可以同時打印多個物體，也可以同時打印物體的不同部分，提高了打印速度.
（3） 色彩豐富.3DP具有 24位全彩打印能力的打印技術，其著色原理與二維打印相同，是通過 C、M、Y、Clear等 4種色彩的粘結劑按不同比例的混合而形成多種色彩.（4） 無需額外的支撐結構，可打印幾何形狀復雜的物體.
（1） 設備價格相對較高。
（2） 生胚強度不高。但是可通過浸滲等后處理工序進行加強。
主要廠商和設備情況
3D System公司是應用該技術的主要廠商，公司成立于 1993年，注冊地為美國特拉華州，公司是全球領先的 3D打印、印刷解決方案提供商，也是 3D打印概念的締造者.公司為企業和個人提供專業的 3D打印設備、集成打印材料以及定制零部件服務，受到用戶的一致好評.公司致力于提供實用性較強、物廉價美的 3D打印設備、更具創造性的 3D打印內容、3D作圖軟件、及解決方案等.最新數據顯示，公司 2015年上半年實現營業收入 3.3億美元，同比增長10.68%；實現凈利潤-2687萬美元，較去年同期大幅下滑 483.85%.我們統計了公司 2006年以來的收入、利潤數據，結果顯示，公司僅在 2008和 2009年出現過下滑，彼時金融危機正影響著全球經濟，2010年開始，公司收入均保持較高速的正增長，但近兩年增長幅度有所下滑，2013年以前均能保持 40%以上的收入增長，2014年下滑至 27%，而 2015年中期更是下滑至 10.68%.
利潤變化方面，2006年-2008年公司處于虧損狀態，但總體上虧損幅度有所下降，2009年公司實現盈利，隨后一直到 2013年公司利潤均呈現正增長態勢，2014年出現下滑，下滑幅度達到 73.61%，而 2015年中期公司出現虧損.
3Dsystem公司基于 3DP應用該技術的產品為 ProJet® x60系列。
主要性能指標如下：
（1） 顏色：390,000 色（5 個打印頭，包括黑色）
（2） 分辨率：600 x 450 dpi
（3） 構建尺寸：254 x 381 x 203mm (10 x 15 x 8 英寸)
（4） 層厚： 0.089 - 0.102 mm (0.0035 - 0.004 英寸)
（5） 垂直構建速度：28 mm/小時 (1.1英寸/小時)
（6） 噴頭數：1520
（7） 每次建造原型數目：36個
應用
由于具有打印速度快、色彩豐富等優點，3DP可以用于在工業設計創意模型、原理樣機的制造，建筑、工程和施工中建筑模型的制造，也可以用于地球空間分析、教育、醫療等領域.
材料
3DP及時實際為三維粉末粘接，所用的材料主要涉及兩方面，一是被粘結的粉末材料，二是粘接用的粘膠劑，下面分別介紹.
（1）粉末材料
粉末材料主要作為產品的主體部分，根據構成成本不同主要分為陶瓷粉末、金屬粉末和塑料粉末等.陶瓷粉末包括礬土、氧化鋯等；金屬粉末包括鋁、鈦合金、不銹鋼等；塑料粉末則包括 ABS、PLA、PP等.
（2）粘劑
粘劑的作用是將粉末粘結起來，其應該具有與粉末附著后快速粘合、較強的結合力、后處理過程中不被去除等特點.從大類上劃分可分為有機粘劑和無機粘劑.
3、選擇性激光燒結（SLS）
選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering, SLS）技術的工作過程與 3DP相似，都是基于粉末床進行的，區別在于 3DP是用噴射粘結劑來粘結粉末，而SLS是利用紅外激光燒結粉末.計算機將物體的三維數據轉化為一層層截面的2D數據并傳輸給打印機，打印機控制激光在鋪設好的粉末上方選擇性地對粉末進行照射，激光能量被選區內的粉末吸收并轉換為熱能，加熱到燒結溫度的粉末顆粒間接觸界面擴大、氣孔縮小、致密化程度提高, 然后冷卻凝固變成致密、堅硬的燒結體，加工成當前層。然后活塞使工作臺降低一個單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已燒結的當前層之上，設備調入新一層截面的數據進行加工，與前一層截面粘結，此程逐層循環直至整個物體成型。
（1） 采用 2種以上不同熔點的金屬粉末，通過熔化低熔點成分潤濕并填充高熔點結構金屬粉末顆粒間隙，將結構材料粘結起來燒結成金屬零件；
（2） 通過激光熔化金屬粉末顆粒的外層，而粉末顆粒的內部并沒有熔化的方式，將粉末顆粒通過外層燒結粘結在一起；
（3） 采用高分子聚合物材料包裹高熔點的金屬粉末，激光熔化聚合物材料以將金屬粉末粘結起來獲得原型件的方式，然后經過焙燒、熔浸低熔點金屬液、熱等靜壓等后處理工序進步制件的密度.
SLS技術最早由德克薩斯大學奧斯汀分校的 Carl Deckard和 Joe Beaman開發并取得專利，他們創立了 DTM公司進行基于 SLS技術的 3D打印設備的設計和生產.2001年，DTM被 3D System收購.
特點
SLS的主要優點包括：
（1） 材料種類廣泛.可使用的材料包括尼龍、聚苯乙烯等聚合物，鐵、鈦、合金等金屬、陶瓷、覆膜砂等；
（2） 成型效率高.由于 SLS技術并不完全熔化粉末，而僅是將其燒結，因此制造速度快；
（3） 材料利用率高.在加工過程中，SLS可直接成型，不需要支撐材料，也不會出現廢料，因此材料利用率特別高，幾乎可以達到 100%，這也在一定程度上降低了成本；
（4） 生產周期短.在整個加工過程中都是數字化控制，成型時間也僅為幾小時到幾十小時，而且在加工過程中可隨時做修正，生產周期較短；
（5） 無需支撐材料.與其他需要支撐材料的工藝不同，SLS的工藝特點決定了在加工過程中不需要支撐材料，后處理較為簡便；
（6） 應用面廣.由于幾乎可以使用所有加熱后粘度降低的粉末材料，因此 SLS的應用利于較廣，可用于制造原型設計模型、模具母模、精鑄熔模、鑄造型殼和型芯等.
SLS的主要缺點包括：
SLS成型金屬零件的原理是低熔點粉末粘結高熔點粉末，使得制件的孔隙度高，機械性能差，特別是延伸率很低，很少能夠直接應用于功能零件的制造上.在燒結過程中會因粉末材料的融化而產生異味，而且由于 SLS所用的采用差別較大，有時需要比較復雜的輔助工藝，如需要對原料進行長時間的預處理（加熱）、造成完成后需要進行成品表面的粉末清理等.SLS的主要缺點包括：SLS成型金屬零件的原理是低熔點粉末粘結高熔點粉末，使得制件的孔隙度高，機械性能差，特別是延伸率很低，很少能夠直接應用于功能零件的制造上.在燒結過程中會因粉末材料的融化而產生異味，而且由于 SLS所用的采用差別較大，有時需要比較復雜的輔助工藝，如需要對原料進行長時間的預處理（加熱）、造成完成后需要進行成品表面的粉末清理等.
國際主要典型公司為 3D System，前文已作介紹，國內典型公司為北京隆源，公司是國內最大的 SLS技術提供商，公司全稱為北京隆源自動成型系統有限公司為三帝打印科技有限公司(3DP Technology, Inc.)控股子公司.成立于1994年，注冊于中關村科技園區.自 1994年研制成功第一臺激光快速成型機始，便傾力開發選區激光粉末燒結（SLS）快速成型機，同時致力于快速原型的應用加工服務。是我國最早開發、生產、銷售激光選區粉末燒結快速成型機（工業級 3D打印）的企業，榮膺北京市科委認定的高新技術企業、中關村高新技術企業和海淀區創新企業。公司于 2002年通過了 ISO9001國際質量體系認證。2013年，三帝打印科技公司控股隆源成型，使隆源成型再次啟動并駛入3D打印的“高鐵”時代。作為國內最大的 3D打印（SLS）技術服務供應商，隆源成型通過擁有自主知識產權的 3D打印設備及產品、全面的工藝及雄厚的技術實力為用戶提供個性化的定制服務。隆源成型加工服務中心已為航空航天、汽車摩托車、泵業閥體等行業快速制造了大批量的異形復雜制件。迄今，公司已擁有近 400家設
備和加工服務用戶，遍布航空航天、船舶、汽車制造、電子、鑄造、醫療、文化藝術及研究院所和高校。
典型設備是 3D System公司生產的 ProX 500和 sPro系列，主要適用于功能型熱塑塑料。
（1） 構建尺寸：550 x 550 x 750mm（ 22 x 22 x 30 英寸）
（2） 層厚：0.08 - 0.15 mm (0.003 - 0.006 英寸)
（3） 體積構建速度：1.8 升/小時（ 110 立方英寸/小時）
（4） 掃描速度：6 米/秒和 12 米/秒（ 240 英寸/秒和 480 英寸/秒）
（5） 激光功率/類型：70 瓦/CO2
應用
由于機械性能不佳，SLS較少用于金屬功能零件的制造，但是其能夠實現模型、樣機的快速制作，也可以較高的建造速度用于非金屬零件的小批量生產。能夠應用于工業設計、航空航天、醫療用品、電子產品外殼等領域。
具體而言，SLS的應用可大體歸納為六個方面.
（1）快速原型制造.SLS工藝能夠快速制造模型，從而縮短從設計到看到成品的時間，通過制造出的原型可以對最終產品進行分析和評價，從而提高最終產品的質量，同時也可以使客戶更加快速、直觀的看到最終產品的原型.
（2）新型材料的制備及研發.采用 SLS工藝可以研制一些新興的粉末顆粒以加強復合材料的強度.
（3）小批量、特殊零件的制造加工.當遇到一些小批量、特殊零件的制造需求是，利用傳統方法制造往往成本較高，而利用 SLS工藝可以快速有效的解決這個問題，從而降低成本.
（4）快速模具和工具制造.目前，隨著工藝水平的提高，SLS制造的部分零件可以直接作為模具使用，經過后處理，甚至可以直接用功能性零件而使用.
（5）在逆向工程上的應用.利用三維掃描工藝等技術，可以利用 SLS工藝在沒有圖紙和 CAD模型的條件下按照原有零件進行加工，根據最終零件構造成原型的 CAD模型，從而實現逆向工程應用.
（6）在醫學上的應用.由于 SLS工藝制造的零件具有一定的孔隙率，因此可以用于人工骨骼制造，已經有臨床研究證明，這種人工骨骼的生物相容性較好.
材料
由于 SLS原理的特點，該工藝可以采用任何加熱時粘度降低的粉末材料，包括蠟、PC、尼龍、金屬等等，但對粉末的粒徑有較為嚴格的要求，當粉末粒徑為 0.1mm以下時，成型后的原型精度可達±1%.
根據相關文獻資料研究結果顯示， SLS工藝的材料有各類粉末，包括金屬、陶瓷、石蠟以及聚合物的粉末，如尼龍粉、覆裹尼龍的玻璃粉、聚碳酸酯粉、聚酰胺粉、蠟粉、金屬粉（成型后常需進行再燒結及滲銅處理）、覆裹熱凝樹脂的細砂、覆蠟陶瓷粉和覆蠟金屬粉等，SLS工藝采用的粉末粒度一般在50--125um之間.SLS用的復合粉末通常有兩種混合形式：一種是粘結劑粉末與金屬或陶瓷粉末按一定的比例機械混合；另一種則是把金屬或陶瓷粉末放到粘結劑稀釋液中，使其具有粘結劑包裹的金屬或陶瓷粉末.為了提高原型的強度，用于 SLS工藝的材料正漸漸地轉向金屬和陶瓷.
4、選擇性激光熔化（SLM）/ 直接金屬激光燒結成型（DMLS）
SLM工作原理
SLM的工作原理與 SLS相似，都是將激光的能量轉化為熱能使金屬粉末成型，其主要區別在于 SLS在制造過程中，金屬粉末并未完全熔化，而 SLM在制造過程中，金屬粉末加熱到完全熔化后成型.計算機將物體的三維數據轉化為一層層截面的 2D數據并傳輸給打印機，打印機控制激光在鋪設好的粉末上方選擇性地對粉末進行照射，激光能量被粉末吸收并轉換為熱能，選區內的金屬粉末加熱到完全熔化后成型，加工成當前層。然后活塞使工作臺降低一個單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已燒結的當前層之上，設備調入新一層截面的數據進行加工，與前一層截面粘結，此程逐層循環直至整個物體成型。SLM的整個加工過程在惰性氣體保護的加工室中進行，以避免金屬在高溫下氧化。
SLM的主要優點包括：
（1） 成型的金屬零件致密度高，可達 90%以上，某幾種金屬材料成型后的致密度近乎 100%；抗拉強度等機械性能指標優于鑄件，甚至可達到鍛件水平；顯微維氏硬度可高于鍛件；
（2） 由于是打印過程中粉末完全融化，因此尺寸精度較高；
（3） 與傳統減材制造相比，可節約大量材料，對于較昂貴的金屬材料而
言，可節約一定成本。
SLM的主要缺點包括：
（1） 成型速度較低，為了提高加工精度，加工層厚較薄，加工小體積零件所用時間也較長，因此難以應用于大規模制造；
（2） 設備穩定性、可重復性還需要提高；
（3） 零件的表面粗糙度較高；
（4） 熔化金屬粉末需要大功率激光，能耗較高。
SLM主要廠商和設備情況
SLM技術的代表公司為德國的 EOS，德國 EOS GmbH Electro OpticalSystems公司自 1989年在德國慕尼黑成立以來，一直致力于激光粉末燒結快
速制造系統的研究開發與設備制造工作。EOS公司現在已經成為全球最大同時也是技術最領先的雷射粉末燒結快速成型系統的制造商，其所擁有的雷射燒結
技術也正是 e-manufacturing的核心技術。e-Manufacturing是由 EOS公司所倡導的全新 e制造整合服務，基于激光粉末燒結成型技術的全新制造概念。直接進行快速的立體制作，達到彈性大、低成本的制造模式。這種制造方式能夠符合從單件產品制造到批量生產的不同市場需求。EOS雷射粉末燒結快速制造系統，適于應用在 3C產品開發、航太產品、精密模具、樣品打樣、生醫材料制造上。目前德國 EOS公司在金屬粉末雷射快速制造設備上為全球最頂尖供應商。典型設備為 EOS公司的 EOSINT M 280，主要參數如下。
主要性能指標如下：
（1） 構建尺寸：250 x 250 x 325 mm (9.85 x 9.85 x 12.8英寸)
（2） 層厚：0.03mm/0.06mm
（3） 掃描速度：最快 7米/秒
（4） 激光功率/類型：Yb-fibre 激光發射器，200 W或 400 W
由于能夠實現較高的打印精度和足夠的機械性能，SLM不僅可用于模型、樣機的制造，也可用于復雜形狀的金屬零件的小批量生產，能夠應用于航空航天、醫療用品等領域.
目前，SLM技術最令人矚目的是在 Elon Musk的 SpaceX公司開發的新一代 Dragon V2載人飛船的 SuperDraco引擎的制造中的應用——SuperDraco引擎的燃燒室是使用 EOS公司的 SLM設備制造的.SuperDraco引擎的冷卻道、噴射頭、節流閥等結構的復雜程度非常之高，3D打印很好地解決了復雜結構的制造問題.同時，SuperDraco是在 6900千帕的高溫高壓環境下工作，而且作為一款在一次載人過程中多次點火的引擎，其重復使用次數和可靠性相當重要，SLM制造出的零件的強度、韌性、斷裂強度等性能完全可以滿足各種嚴苛的要求.
世界范圍內，已經有多家成熟的設備制造商，包括德國 EOS公司、德國MCP公司、Concept laser公司等。EOS應用 SLM技術的設備包括 EOSINT M系列、EOS M系列、PRECIOUS M系列。
SLM材料
與 SLS類似，可以用于 SLM技術路徑的粉末材料也比較廣泛，一般可以將 SLM技術路徑使用的粉末材料分為三類，分別是混合粉末、預合金粉末、單質金屬粉末.（1） 混合粉末.
（1） 混合粉末.混合粉末由一定比例的不同粉末混合而成，在設計過程中需要考慮激光光斑大小對粉末粒度的要求.現有的研究表明，利用 SLM成型的構件機械性能受致密度、成型均勻度的影響，而目前混合粉的致密度還有待提高；
（2） 預合金粉末.根據成分不同，可以將預合金粉末分為鎳基、鈷基、鈦基、鐵基、鎢基、銅基等，研究表明，預合金粉末材料制造的構件致密度可以超過 95%；
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（3） 單質金屬粉末。一般，單質金屬粉末主要為金屬鈦，其成型性較好，致密度可達到 98%。
DMLS工作原理
DMLS（Direct Metal Laser Sintering）又稱金屬激光燒結、金屬直接表面燒結或者激光熔覆.其原理是通過在基材表面覆蓋熔覆材料，利用激光使其與基材表明一起熔凝在一起的方法.DMLS（Direct Metal Laser Sintering）又稱金屬激光燒結、金屬直接表面燒結或者激光熔覆.其原理是通過在基材表面覆蓋熔覆材料，利用激光使其與基材表明一起熔凝在一起的方法.
DMLS特點
DMLS的主要優點包括：
（1） 對基材改變較小.通過 DMLS技術，對基材的熱影響程度較小，引起的變形程度也較小；
（2） 材料范圍廣.根據不同的基材，可以使用不同的粉末材料進行加工，可以用于不同用途；
（3） 提高部件使用壽命.可對局部磨損或損傷的大型設備貴重零部件、模具進行修復，延長使用壽命；
（4） 降低成本.可以快速修復受損部件，減少因設備損壞造成的停工時間，從而降低維護成本.DMLS的主要缺點包括：
存在的缺點基本與 SLM路徑相同，主要是成型速度慢、需要大功率激光設備等。
DMLS應用
DMLS主要用于受損零件的修復，下游行業主要涉及冶金、石化、船舶、電力、機械、液壓、化工、模具等行業，可對大型轉動設備重要零部件如軸、葉片、輪盤、曲軸、泵軸、齒軸以及模具、閥門等進行腐蝕、沖蝕和磨損后的激光熔覆修復.
DMLS材料
DMLS技術的材料主要包括自熔性合金粉末、碳化物復合粉末、自粘結復合粉末、氧化物陶瓷粉末等。
（1） 自熔性合金粉末.主要特點是含硼和硅，具有自我脫氧和造渣的性能，因此這類粉末倍成為自熔行合金粉末，可分為鎳基自熔合金、鈷基自熔合金、鐵基自熔合金；（2） 碳化物復合粉末.碳化物復合粉末是由碳化物硬質相與金屬或合金作為粘結相所組成的粉末體系.這類粉末中的粘結相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，特別是經預合金化的碳化物復合粉末，能獲得具有硬質合金性能的涂層；
（3） 自粘結復合粉末.自粘結復合粉末是指在熱噴涂過程中，由于粉末產生的放熱反應能使涂層與基材表面形成良好結合的一類熱噴涂材料，其最大的特點是具有工作粉和打底粉的雙重功能；
（4） 氧化物陶瓷粉末.氧化物陶瓷粉末具有優良的抗高溫氧化能力，還有隔熱、耐磨、耐蝕等性能，是一類重要的熱噴涂材料，也是目前較為重視的激光熔覆材料.
5、電子束熔煉（EBM）
工作原理
電子束熔煉（Electron Beam Melting, EBM）也是一種金屬增材制造技術.EBM的工作原理與 SLM相似，都是將金屬粉末完全熔化后成型.其主要區別在于 SLM技術是使用激光來熔化金屬粉末，而 EBM技術是使用高能電子束來熔化金屬粉末.計算機將物體的三維數據轉化為一層層截面的 2D數據并傳輸給打印機，打印機在鋪設好的粉末上方選擇性地向粉末發射電子束，電子的動能轉換為熱能，選區內的金屬粉末加熱到完全熔化后成型，加工成當前層.然后活塞使工作臺降低一個單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已燒結的當前層之上，設備調入新一層截面的數據進行加工，與前一層截面粘結，此過程逐層循環直至整個物體成型.
EBM對零件的制造過程需要在高真空環境中進行，一方面是防止電子散射，另一方面是某些金屬（如鈦）在高溫條件下會變得非常活潑，真空環境可以防止金屬的氧化.
EBM技術最早由瑞典 Arcam公司研發并取得專利.Arcam成立于 1997年，專注于 EBM設備的研發、制造，目前擁有超過 50項相關專利.
特點
EBM技術同樣具有 SLM技術的致密度高、機械性能好、硬度高、尺寸精度較高、節約材料等優點。
與 SLM相比，EBM技術的主要優點包括：
（1） 電子束的能量轉換效率非常高，遠高于激光，因此能量密度更高，粉末材料熔化速度更快，因此可以得到更快的成型速度，且節省能源；
（2） 高能量密度能夠熔化高熔點高達 3400攝氏度的金屬；
（3） 電子束的掃描速度遠高于激光，因此在造型時一層一層掃描造型臺整體進行預熱以提高電子粉末的溫度。經過預熱的粉末在造型后殘余應力較小，在特定形狀的造型會有優勢，且無需熱處理。
EBM技術同樣具有 SLM技術的成型效率低、設備穩定性、可重復性低、表面粗糙度高等缺點。
與 SLM相比，EBM技術的主要缺點包括：
（1） 由于 EBM對粉末進行預熱，金屬粉末會變成類似假燒結的狀態，造型結束后，SLM的未造型粉末極易清除，而 EBM的未造型粉末需要通過噴砂去除，但是復雜造型內部會有難以去除的問題；
（2） 需要額外的系統以制造真空工作環境。
主要廠商和設備情況
瑞典 Arcam公司成立于 1997年，目前已經在斯德哥爾摩股票交易所上市，2003年 3月公司第一臺 EBM S12機器上市，隨后推出基于 EBM技術的改進機型，目
前在歐洲、亞洲、美洲等地設有分支機構，典型設備為 Arcam公司的產品 Q10、Q20、A2X等。
主要性能指標如下：
（1） 構建尺寸：200 x200x 380 mm
（2） 層厚：0.05mm
（3） 體積構建速度：55/80 cm 3/小時(Ti6Al4V材料)
（4） 掃描速度：最高 8000 米/秒
（5） EBM功率：50-3000W（連續可變）
應用
EBM可用于模型、樣機的制造，也可用于復雜形狀的金屬零件的小批量生產.目前 EBM主要應用于航空航天，如制造起落架部件和火箭發動機部件等，同時可應用于骨科植入物領域，目前已經有成功案。
材料
EBM的材料多為金屬材料，不同的應用領域對強度、彈性、硬度、熱性能等要求有所卻別，因此根據不同的用途需要進行調配，一般為多金屬混合粉末
合金材料，如目前主流的 Ti6Al4V、鈷鉻合金、高溫銅合金等等。這些材料具有自己獨有的一些特征，如高溫銅合金具有高相對強度、潛在的用于高熱焊劑
的應用、極好的升高的溫度強度 、極好的熱傳導性、好的抗蠕變性等特征。
6、選擇性熱燒結（SHS）
工作原理
選擇性熱燒結（Selective Heat Sintering, SHS）也是一種基于粉末床的增材制造技術，其工作過程與 SLS有相似之處，區別在于 SLS使用激光燒結粉末，SHS使用熱敏打印頭的熱量燒結熱敏性粉末.計算機將物體的三維數據轉化為一層層截面的 2D數據并傳輸給打印機，打印機控制熱敏打印頭在鋪設好的粉末上方選擇性地移動，打印頭的熱量將選區內的粉末加熱至熔融溫度以上，粉末融化并粘結在一起，加工成當前層.然后活塞使工作臺降低一個單位的高度，新的一層粉末鋪撒在已燒結的當前層之上，設備調入新一層截面的數據進行加工，與前一層截面粘結，此程逐層循環直至整個物體成型.
SHS技術是由丹麥 Blueprinter公司開發的。
特點
SHS的優點在于：
（1） 是一種低成本的 3D打印技術，材料和設備價格相對低廉；
（2） 與其他粉末床打印技術一樣，無需額外的支撐結構，可打印幾何形狀復雜的物體；
（3） 多打印頭同時工作，可以打印復雜的幾何形狀。
SHS的缺點包括：
（1） 材料單一，僅包括熱塑性尼龍粉末；
（2） 成型精度低；
（3） 成型速度低。
主要廠商和設備情況
丹麥的 Blueprinter公司是唯一應用該技術的廠商，公司成立于 2009年，公司成立的宗旨是制造優惠和實用的適用于辦公室環境的 3D打印機，公司的
專利技術 SHS最早亮相于 2011年的歐洲模具展，目前公司產品主要銷售地為歐洲，正在拓展其他國家市場。
目前推出的主流設備型號為 Blueprinter M3。
主要性能指標如下：
（1） 構建尺寸：200 x1 57 x 140mm
（2） 層厚：0.1mm
（3） 構建速度：2-3mm/小時
（4） 解析度：0.1mm
應用
由于只能使用熱敏性塑料粉末，因此采用 SHS技術打印出的物件強度有限，智能用于創意模型、模具的打印，暫時不能用于功能件的打印。但與設計激光的 3D打印機相比，該技術可以放置于辦公室環境中，從而成為桌面級 3D打印機，可以與 FDM技術形成重要的桌面級打印機的技術來源。
材料
基于 SHS的材料主要是熱敏性材料，如尼龍等，針對不同的構件尼龍粉末的粒徑可能會有所不同，在打印結束后打印的最終部件會被未熔化的粉末所包圍，因此需要進行后處理，這就要求材料要能夠易去除。
五、風險提示
1、3D 打印技術發展不達預期；2、出現更先進的生產技術。
免責聲明
丁思德，張迪，在此聲明，本人具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并注冊為證券分析師，以勤勉的職業態度，獨立、客觀地出具本報告。本報告清晰準確地反映了本人的研究觀點。本人不曾因，不因，也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償等。華融證券股份有限公司（已具備中國證監會批復的證券投資咨詢業務資格）已在知曉范圍內按照相關法律規定履行披露義務。華融證券股份有限公司（以下簡稱本公司）的資產管理和證券自營部門以及其他投資業務部門可能獨立做出與本報告中的意見和建議不一致的投資決策。本報告僅提供給本公司客戶有償使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本公司會授權相關媒體刊登研究報告，但相關媒體客戶并不視為本公司客戶。本報告版權歸本公司所有。未獲得本公司書面授權，任何人不得對本報告進行任何形式的發布、復制、傳播，不得以任何形式侵害該報告版權及所有相關權利。本報告中的信息、建議等均僅供本公司客戶參考之用，不構成所述證券買賣的出價或征價。本報告并未考慮到客戶的具體投資目的、財務狀況以及特定需求，在任何時候均不構成對任何人的個人推薦。客戶應當對本報告中的信息和意見進行獨立評估，并應同時考量各自的投資目的、財務狀況和特定需求，必要時可就研究報告相關問題咨詢本公司的投資顧問。本公司市場研究部及其分析師認為本報告所載資料來源可靠，但本公司對這些信息的準確性和完整性均不作任何保證，也不承擔任何投資者因使用本報告而產生的任何責任。本公司及其關聯方可能會持有報告中提到的公司所發行的證券并進行交易，還可能為這些公司提供投資銀行服務或其他服務，敬請投資者注意可能存在的利益沖突及由此造成的對本報告客觀性的影響。
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