头豹词条报告系列：3D打印扫描仪

3D打印扫描仪行业分类 大体分为接触式3D扫描仪和非接触式3D扫描仪。其中非接触式3D扫描仪又分为光栅3D扫描仪（也称拍照 式三维描仪）和激光扫描仪。而光栅3D扫描有白光扫描或蓝光扫描等，激光扫描仪有点激光、线激光、面激 光。 接触式3D扫描仪 接触式三维扫描仪透过实际触碰物体表面方式计算深度，如座标测量机（CMM,CoordinateMeasuring Machine）即典型的接触式三维扫描仪。此方法相当精确，常被用于工程制造产业，然而因其在扫描过程中必须接触物体，待测物有遭到探针破坏损毁几率，因此不适用于高价值对象如古文物、遗迹等重建作业。此外，相较于其他方法接触式扫描需较长时间，现今最快座标测量机每秒能完成数百次测量，而光学技术如激光扫描仪运作频率则高达每秒一万至五百万次。 3D打印扫描仪分类 接触式3D扫描仪 非接触式3D扫描仪 3D打印扫描仪分类 物作扫描，大幅加速整个测量进程 手持激光三维扫描仪透过上述三角形测距法建构出3D图形：透过手持式设备，对待测物发射出激光光点或线性激光。以两个或两个以上的侦测器（电耦组件或位置感测组件）测量待测物表面到手持激光产品距离，通常还需借助特定参考点－通常是具有黏性、可反射贴片－用来当作扫描仪在空间中定位及校准使用。这些扫描仪获得数据，会被导入计算机中，并由软件转换成3D模型。手持式激光扫描仪，通常还会综合被动式扫描（可见光）获得数据（如待测物结构、色彩分布），建构出更完整待测物3D模型。 手持激光三维扫描仪 潜在应用空间巨大 3D打印扫描仪潜在应用空间巨大，在制造业领域3D打印扫描仪可提高制造效率和生产效率，减少成本，降低生产过程浪费，起到快速转换成3D模型并进行制作，缩短产品研发时间。 3D打印扫描仪领域如电商、教育、医疗医美、数字文物典藏修复、游戏创作素材以及VR、AR等领域，3D 扫描仪在商业领域应用市场持续扩大。 制作成本低 尽管3D打印机设备和材料初投资相对较高，但在生产中可降低人力成本和库存风险，尤其是在小批量生产和定制制造方面，可降低制造成本。 传统工艺需大量材料来制造产品，并且在加工过程中会产生许多废料。而3D打印是通过逐层堆积材料来制 造产品，可最大程度地减少浪费。企业在这方面起到一定优势，工期缩短，减少仓储成本，3D打印都是一体化成型，起到减少劳动力在这方面组装成本，对于复杂程度较高物品，企业也能够精确快速复制，传统 工艺生产较为单一，对新产品适应性较差，3D打印技术只需更换设计图纸和新材料就可快速进行生产。另外，3D打印还可实现个性化定制。传统制造方式需大规模生产相同产品，而3D打印可根据客户需求进行 个性化定制，这可降低库存成本和销售风险。因此，尽管3D打印前期设备投入资金较大，但从长远来看， 它可实现较低制作成本。 准入门槛较高 3D打印前期设备投入资金较大，技术和人才也存在较高难度 3D打印前期设备投入资金较大，主要是因为需购买3D打印机及其配套设备，以及原材料和耗材等。这些设备和材料成本相对较高，对于初创企业或个人来说是一个较大负担。另外，3D打印技术本身也存在一定难 度。对于初学者来说，需掌握3D建模软件、CAD设计和工艺流程等知识，然后才能进行有效打印操作。这对于一些没有相关经验的人来说需较长学习和实践过程。此外，找到人才也是一个挑战。3D打印技术相对 较新，市场上专业3D打印工程师和技术人才相对较少。招聘和留住这些人才需付出更多努力和资源，因 此，3D打印前期设备投入资金较大，技术和人才难度也较高，这也是3D打印一大痛点。 [3] 1：https://www.zhihu.… 2：知乎 [4] 3D打印扫描仪发展历程 萌芽期 1892年，增材制造技术的元年，Joseph Blanther发明了一种将蜡板层叠起来并压制出地形轮廓的方 法。通过在一系列蜡板上印制地形等高线，然后切割蜡板，并将它们层层堆叠起来，进行平滑处理， 这就是增材制造的基本原理。1940年，Perera提出了一个与Blanther不谋而合的想法，他提议沿着地形等高线轮廓切割硬纸板，然后将其层层堆叠起来制作三维地形图。1972年，首次尝试使用光敏 聚合物Matsubara在纸板层叠技术的基础上，首先提出了使用光固化材料的可能性。将光敏聚合树脂涂在耐火颗粒上面，然后将这些颗粒填充到叠层中，加热后生成与叠层相对应的板层。通过有选择地 将光线投射到这个板层上，可将指定的部分硬化，而没有扫描的部分则可使用化学溶剂溶解掉。这样，板层会不断堆积，直到最终形成一个立体模型。这种方法适用于制作传统工艺难以加工的曲面。 1979年，日本东京大学生产技术研究所的中川威雄教授发明了叠层模型造型法，他使用该技术制作出了实用的工具，例如落料模、注塑模和成型模。 3D打印技术缓慢发展，主要应用于工业，与传统工艺相比，具有缩短工期，快速精确复制的特点，应用范围较窄，普及度不高 启动期 1984~1995 改写如下：1984年，SLA技术诞生的年份。由胡尔发明的SLA立体平板印刷技术（Stereo Lithography Appearance）在问世后，其工作原理是通过光来催化光敏树脂，从而实现成型。此后，胡尔被誉为“3D打印之父”。1988年，FDM技术问世。由美国人斯科特·克鲁普（Scott Crump）发明了FDM熔融沉积成型技术（Fused Deposition Modeling）。该技术的运作原理是利用高温将材料熔化，然后通过喷出重新凝固的方式实现成型。同年，颜永年在美国加州大学洛杉矶分 校做访问学者后回到中国，并建立了清华大学激光快速成形中心，成为推动中国快速成型技术的先 驱。1992年，美国Stratasys公司在成立三年后推出了第一台基于FDM技术的3D工业级打印机——“3D造型者（3D Modeler）”，标志着FDM技术步入了商用阶段。与此同时，美国DTM公司也推 出了首台选择性激光烧结（SLS）打印机。1995年，SLM技术诞生。德国Fraunhofer激光技术研究 高速发展期 1996年，“3D打印”这个名称开始被广泛使用，美国3DSystems、Stratasys、Z Corporation等公司分别推出了新一代的快速成型设备。此后，快速成型技术就有了更为通俗的称呼——3D打印。 1999年，生物医学3D打印的元年，Wake Forest再生医学研究所开发了一项技术，将实验室生长的膀胱成功移植到患者体内。如今，在手术中使用3D打印的器官已经成为现实。2002年，Stratasys公 司推出了Dimension系列桌面级3D打印机。这个系列的设备价格相对较为亲民，主要采用的是FDM技术，以ABS塑料作为成型材料。2005年，彩色3D打印技术正式出现，美国Z Corporation公司推 出了全球首台彩色3D打印机Spectrum Z510。这一技术的出现标志着3D打印技术从单色时代迈向了多色时代。2012年，3D打印技术的科普工作取得了重大突破，英国《经济学人》杂志发表了一篇专 题文章，称3D打印将是第三次工业革命的重要推动力。这篇文章引发了人们对3D打印技术的重新认识，使得3D打印开始在更广泛的公众中传播开来。2019年1月，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室 （LLNL）与加州大学伯克利分校的研究人员在国际知名期刊《Science》上发表了最新的研究成果 ——轴向光刻技术。同月，美国哥伦比亚大学开发了一款食品3D打印机，可通过激光烹饪食品。另外，英国剑桥大学的研究人员也成功开发出一款可弹奏简单钢琴曲的3D打印机械手。同年的3月，由 西班牙马德里自治大学(UAM)Pilar Amo-Ochoa领导的一个包括西班牙、以色列科学家的团队开发了一种多功能3D打印塑料复合传感器，这种传感器能够检测微量水。此外，哈佛大学威斯研究所、 马萨诸塞理工学院计算机科学人工智能实验室以及麻省理工学院CSAIL的一组研究人员联合开发出了一种机器人抓手，它使用了3D打印的折纸结构，可提升自身重量100倍。在同年的3月，中国的太空 灰3D建筑打印技术团队在河南郑州的3D建筑特色园区内成功打印出一座凉亭，整个过程耗时12小时。此外，以色列科学家还在4月份宣布推出了其微米级3D打印技术。更令人振奋的是，同年4月， 西北工业大学汪焰恩教授的团队成功地利用患者细胞3D打印出了一颗“可生长的骨头”。而在5月份，美国莱斯大学与华盛顿大学的研究团队又成功地3D打印出了一颗“可呼吸的肺”。 3d打印技术进入高速发展期，3d打印名称出现，从单色步入多色时代，技术不断改进与创新，应用 领域从工业扩大到医疗、食品、建筑等领域，普及度在社会大众中传播开来，使用者从科学家扩大到普通用户。 3D打印扫描仪产业链分析 对于3D扫描仪行业来说，上游主要包括原材料及生产设备供应商、零部件提供商和软件服务提供商。其 中，零部件提供商为中游提供光学镜头、工业相机、激光发射器、电源供应系统、通信接口等零部件，这些零部件用于生产和组装3D扫描仪产品。软件服务提供商则为中游提供三维视觉数字化数据采集软件、三维数据处理 及分析软件、三维展示和处理库文件及算法支持等服务。中游主要包括3D扫描仪的研发、生产、组装和测试。 3D打印下游市场以制造业为主，应用领域广泛，包括工业设计、瑕疵检测、模拟装配、逆向工程、医学信息、 艺术文博与数字文物典藏、3D展示和3D打印等诸多场景。这些应用领域需使用三维扫描仪来获取物体准确三维数据，以便进行后续设计、分析、展示或生产等工作。其中，下游3D打印扫描仪应用作为产业链附加值最高的 环节。 龙头企业有向全产业链布局的趋势，以先临三维为例，通过设立和收购子公司的方式已经实现全产业链布局，产业链布局可增强企业在行业内影响力和议价能力。企业通过掌握整个产业链，全产业链布局可实现资源优 化配置，可更好地协调各方利益，提高议价能力，从而在市场竞争中更好地保护自身利益。下游作为产业链附加值最高的环节，目前已经有不少企业参与，3D打印技术目前已被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域，并 逐渐被尝试应用于更多领域中。 上 产业链上游 生产制造端 主要包括材料供应商、硬件制造商和软件开发商 上游厂商 广东奥仕智能科技股份有限公司 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 山东鲁能光大电力器材有限公司 查看全部 产业链上游说明 上游包括材料供应商、硬件制造商和软件开发商。中国3D打印材料行业企业可分为三大梯队。第一 梯队为楚江新材，2022年营业总收入405.96亿元;第二梯队以安泰科技、银邦股份和有研粉材为代表，2022年总营收在20-100亿元;第三梯队以银禧科技、凯盛新蔡、中洲特材、先临三维等企业为代 表。软件开发商多以外企为主，以3D Systems Corporation、Materialise、Exone为代表，中国企 产业链中游 品牌端 主要由扫描仪制造商组成 中游厂商 西安铂力特增材技术股份有限公司 先临三维科技股份有限公司 上海联泰科技股份有限公司 查看全部 产业链中游说明 目前，中国市场主流3D打印扫描设备品牌包括先临三维、天远三维、思看科技等。随着中国3D打印企业技术不断积累，与国外先进水平差距快速缩小，在大尺寸成型等部分领域甚至实现反超，优秀企 业不断涌现，以铂力特、华曙高科、联泰科技等为代表，综合实力雄厚，属于3D行业领军企业。 2022年中国3D打印扫描仪价格在150,000-500,000元，中国进口3D打印扫描仪价格在650,000元 以上，目前3D打印扫描仪将逐步实现进口替代化。随着3D打印扫描产品的逐步规模化应用以及部分积压的3D打印设备需求的释放，2022年中国3D打印产业的规模增速加快，产业规模增加至325亿 元。随着3D打印扫描技术在现有应用场景中的规模进一步扩大，以及新场景、新应用的不断开发，预计202