工艺创新：将FDM 3D打印技术的潜力开发到极致

近10年来，3D打印技术经历了突飞猛进的发展，一系列新工艺不断涌现，不仅突破了对材料、速度和成本的限制，更实现着人们对这一技术的美好期待。FDM熔融沉积技术，这一市场占有量最大且发展最快的工艺更是分化出了多种门类，不仅可以打印普通塑料，更可以实现复合材料甚至金属材料成型。

3D打印技术参考发现，基于桌面FDM技术的工艺种类越来越细化，区分度也越来越大，并逐渐分化出了消费级、专业级和工业级等三种类型。市场研究公司CONTEXT将价格低于0.25万美元的3D打印机定义为消费级（入门级）、0.25-2万美元之间的为专业级，2-10万美元之间为设计级别，10万美元以上为工业级。

然而，这不只是价格的问题，就FDM类型的3D打印机来说，它们在打印尺寸、打印速率、打印质量、打印精度、适用材料范围，可靠性和易用性等方面都有很大差别。

消费级、专业级、工业级3D打印机

消费级FDM打印机

消费级3D打印机因为制造成本和客户适用范围的限制，多采用开源架构，成型尺寸一般不会太大，多为200-300mm左右；打印速率适中，质量也可以接受；在精度方面，有的品牌可以达到0.1mm；能够成型的材料对外部环境多没有特殊要求，主流的PLA、ABS、TPU都可以打印。

中国代表厂商：创想三维（Creality），2020年营收超过10亿元。

普通台式3D打印机多用于家庭和教育领域

此类FDM打印机主要迎合初级和业余爱好者的需求，价格多为千余元，国内外中小学3D打印教育所采用的机型就是这种类型。然而由于对课外实践接受程度的差异，国内消费级3D打印机鲜有走入家庭的案例。

除了教育领域的应用外，消费级3D打印机还被医疗领域用来制造手术预演模型、导板，工业设计师可以进行概念模型打印，在汽车领域也可用于制造定制工具等。除了主流常规的打印尺寸之外，目前也有一些较大尺寸的的此类型打印机可用于工业领域，如打印发光字、雕塑、模特道具等，价格在数万元不等。

专业级FDM打印机

专业级FDM打印机主要定位于中小型企业和专业生产领域。其具有消费级设备的尺寸，但可打印PC、PA等工程塑料甚至纤维增强材料，适合制造具有高强度、耐用性和刚度的功能性原型以及最终用途零件。

中国代表厂商：上海复志（Raise3D），正在启动上市的又一家3D打印企业。

由专业级FDM打印的碳纤维复合材料电动超级摩托车的整流罩

点击图片，可向上海复志申请样品

专业级设备比消费级设备采用了更为精密的控制元件，从而使设备能够打印更多材料，同时在打印精度、质量方面提升了一个等级，并具有更高的稳定性和可靠性；与工业级设备相比，它能够让用户体验到高性能3D打印的优势，价格也基本在数万元，能够让用户负担的起。

在行业应用方面，专业级的FDM设备获得了汽车、医疗以及研究机构等行业的青睐。基于更高的材料性能，专业级FDM打印机可以制造零配件解决设备故障，并在一定程度上替代金属零件；除了可以进行快速原型制造之外，有企业还采用它进行小批量零件生产，并用作最终零部件使用。

工业级FDM打印机

工业级别的FDM设备与消费级和专业级相比增加了恒温腔室和高温喷头，打印舱的温度甚至可以达到300℃，专门用来打印PEEK、PEKK、ULTEM、PEI等高性能材料，并满足应用端对耐高温、防腐蚀和抗高冲击力材料以及对大尺寸和高效率等工业级别的需求。

中国代表企业：上海远铸智能（INTAMSYS），备受国际顶级科研机构青睐。

远铸智能工业级高温FDM设备打印的PEEK工装夹具

远铸智能工业级3D打印机

作为FDM技术类型的顶端工艺，工业级FDM在研发方面存在一定难度，其生产的零件具有最高的性能、精度和质量，适用于航空、国防、研发和制造等需要使用特殊工程塑料的行业。

在汽车制造领域，此类设备能够生产满足机械性能的功能原型，并满足小批量的生产需求；在医疗领域，通过其打印的PEEK可以植入人体；而在航空航天领域，由工业级FDM技术打印的ULTEM材料已经获得了航空认证，并被允许用于制造飞机内饰。

工艺创新——打印复合材料和金属材料

虽然我们已经知道采用FDM技术可以打印碳纤维以及玻璃纤维复合材料，甚至还可以打印金属材料，但对于该技术本身而言，从诞生之初到今天，从未被开发出如此强大的功能并发掘出如此潜力。

基于FDM技术的连续纤维3D打印工艺，借助双喷嘴将纤维填充进热塑性丝材，从而起到材料增强的效果。由此工艺打印的碳纤维增强PEEK、PA部件，甚至可用于航空航天、国防以及汽车领域，并能够在一定程度上替代金属部件。

Markforged推出的金属和复合材料3D打印机

采用FDM技术来打印纤维复合材料的典型代表厂商是Markforged，同时该公司还开发出了基于FDM技术的金属3D打印机，其材料形式与普通的PLA、PA一样，均为细丝。该公司也基本可以认定为第一家采用FDM来打印金属的公司，目前可成型材料涉及不锈钢、高温合金、铜等多种类型。这两种类型的3D打印机应当归类于专业级FDM，Markforged在该领域取得了巨大成功，目前已经宣布上市。

市场分析

随着前些年3D打印炒作而涌入的很多公司最终不得不面对倒闭的结局，而最终沉淀下来的企业逐渐具备了一定规模，Ultimaker、MakerBot、创想三维等企业得以发展壮大，而只有少数企业通过从消费市场过渡到专业和工业级市场而幸存下来。

这种转变还表明，用户对小型工业系统的需求日益增长。将重点转移到专业和工业用户上，就要求供应商改进其解决方案。这导致了需要在传统桌面机的设计中引入仅在大型高端3D打印机中才具备的工业功能，例如针对高端需求必备的高温加热床、保温装置和双挤出喷嘴等已成为专业和工业级别台式3D打印机的必要配置。制造商则需要在保持紧凑设计的同时提高生产率和可靠性。

在今年2月底，Stratasys工业级FDM 3D打印机的高温腔室设计专利已全部到期。包括INTAMSYS创始人在内的诸多专业人士普遍认为，未来会有更多厂商参与进来并推出更好的解决方案，这将为客户带来更多的创新、更低的成本、更多的应用以及更好的投资回报率。工业级FDM打印机将会越来越普及、更具竞争力，且将取代更多的传统制造方法。

当前，无论是消费级、专业级还是工业级，对于国内的设备商来说，其营收仍旧主要来自于海外，外媒甚至称主要的消费级打印机是由中国制造的；而对于一些高端应用案例，也多来自于国外用户。这也意味着，国内制造商的技术实力已经足以与国外品牌竞争，并占据了不错的市场地位；而对于国内市场，随着各行业对3D打印技术认知水平的提高，其增长空间巨大，这也是设备商们正在加大国内市场投资的原因。

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