2024增材制造行业研究报告

增材制造行业研究报告 !"#$%&'()%*+,-./0 !"#" 一、增材制造优势和应用领域........................1二、增材制造工艺路线..............................5三、增材制造产业链概况............................7四、全球及中国市场情况...........................11五、各领域竞争格局...............................19六、我国增材制造产业园分布.......................22 !"#$% 图12021年全球增材制造应用领域........................3图2增材制造产业链示意.................................8图3增材制造产业链全景图...............................8图43D打印原材料类别及应用领域........................9图52021年全球增材制造各业务占比.....................11图6全球增材制造产品和服务产值........................12图7全球工业级增材制造设备销售量（台）................13图8全球金属增材制造设备销售量（台）..................14图9全球工业级高分子增材制造设备销售量（台）.........14图10全球增材原材料销售额（百万美元）.................15图11截至2021年增材制造设备安装量占比................15图122019-2022年中国增材制造产业营业收入情况.........16图13工信部调研企业产业链各环节营收比重...............17图142021年中国3D打印设备市场竞争格局...............21图15我国增材制造产业园分布...........................23 表1金属3D打印技术与传统精密加工技术对比..............2表2增材制造工艺类别及应用领域.........................5表33D打印金属粉体材料国内外重点企业.................19 增材制造技术是颠覆性的先进制造技术，目前已广泛应用于航空航天、汽车、船舶、国防军工、医疗健康等众多领域，苹果、荣耀等品牌开始将其应用到手机零部件制造中。2022年全球市场规模180亿美元，预计到2030年将达到近千亿美元。 &"'()*+,-./012 增材制造（Additive Manufacturing,AM）又称3D打印，是基于三维模型数据，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，采用逐层叠加材料（逐层打印）的方式，直接制造与相应数字模型完全一致的实体或零件。增材制造是制造业有代表性的颠覆性技术，不同于传统制造业通过切削等机械加工方式对材料去除从而成形的“减”材制造，增材制造通过对材料自下而上逐层叠加的方式，将三维实体变为若干个二维平面，大幅降低了制造的复杂度，简化了生产流程，避免了生产周期长、成本高、难以生产复杂零件等缺点。 目前增材制造技术在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面与传统的精密加工技术相比，还存在较大的差距，但因其全新的技术原理和特点，在多种应用场景有使用优势，可作为传统精密加工技术的补充。以金属3D打印技术为例，与传统精密加工技术相比，其材料利用率可达到95%，而在我国航空锻件的材料利用率约为15-25%，相比之下，3D打印将大幅降低材料成本，具有“去模具、减废料、降库存”的特点，可以缩短新产品研发及实现周期，实现一 体化、轻量化设计，也可以实现优良的力学性能。 目前增材制造技术已经广泛应用到航空航天、汽车、船舶、国防军工、能源动力、轨道交通、石油化工、医疗健康、电子、模具、文化创意、建筑、文创等领域。根据从事增材制造行业研究的美国咨询机构Wohlers Associates发布的《Wohlers Report 2022报告》显示，2021年增材制造主要应用于航空航天、汽车、消费及电子产品、医疗/牙科、学术科研等领域，如下图所示。 资料来源：Wohlers Associate《Wohlers Report 2022》，华曙高科招股说明书。 ——航空航天应用。在航空航天领域，由于零部件形态复杂、传统工艺加工成本高及轻量化要求等因素，增材制造已发展成为提升设计与制造能力的一项关键核心技术，能够实现任意复杂构件成形与多材料一体化制造，突破了传统制造技术对结构尺寸、复杂程度、成形材料的限制，应用场景日趋多样化。欧洲航天局（ESA）、美国国家航空航天局（NASA）、SpaceX和Relativity Space均使用增材制造技术生产火箭点火装置、推进器喷头、燃烧室和油箱，美国GE、波音（Boeing）、雷神科技、法国空客（Aribus）、赛峰（Safran）使用增材制造技术生产商用航空发动机零部件、军机机身部件、飞机风管、舱内件等。同时，增材制造的构件也已在国内航空航天领域广泛应用，先后成功参与了天问一号、实践卫星、北斗导航系统等数十次发射和飞行任务，我国航天院所如航天一院、航天二院、航天五院、航天六院、中航商飞等均积极运用3D打印技术制造相关零部件。 ——汽车领域应用。汽车制造领域的3D打印，主要应用于汽车设计、零部件开发、内外饰等方面。在设计方面，3D打印技术的应用可以实现无模具设计和制造，可以在设计阶段引导零件轻量化、一体化、个性化、功能化方面的创新。在制造方面，3D打印技术可提升零件的制造效率和生产质量，实现零件轻量化制造和降低质量的位移途径，进行复杂结构模具的加工，加强对制造精度的控制，同时，增材制造一体化成形技术允许将多个零件整合为一个零件，可减轻复杂关键部件的重量。在维修方面，3D打印技术可以进行门把手、轮毂、汽缸、变速器和其他基础部件的制作。 ——医疗领域应用。3D打印凭借可个性化定制的特点在医疗领域内应用逐步广泛，主要应用方向包括制造医疗模型、手术导板、外科/口腔科植入物、康复器械等（主要材料包括塑料、树脂、金属、高分子复合材料等），以及生物3D打印人体组织、器官等。目前在口腔医学中的应用逐渐成熟，主要运用于制造牙冠和牙桥等修复材料，包括义齿打印、矫正器制作等。在骨科植入方面也发展迅速，目前开始采用金属3D打印技术生产全膝关节植入物、髋臼杯、脊柱植入物等。听力学领域，主要运用于制造耳蜗和听骨链等助听器部件。心脏和神经系统方面，主要运用于制造心脏支架和脑植入物等。 ——国防军工领域应用。3D打印技术在武器装备设计、制造以及维修保障等方面的应用逐渐普及，比如，可以使用3D打印技术生产战斗机等高端武器装备的复杂零部件，维修中短缺的零部件。在军事制造业生产模式上，除了按需便捷生产，3D打印技术还允许创建 高级定制和专业化的设备。例如，士兵可以拥有定制的头盔、防弹衣等防护装备，可以在战场上快速为伤员打印假肢、关节，随时随地建造营房和防御工事等。 ——消费电子等消费品领域应用。3D打印技术在产品的研发和生产阶段，如装配和功能验证、外观及性能测试、人体工程学、快速手板、批量制造等方面，有助于降低研发和时间成本。苹果预计下半年发布的AppleWatchUltra智能手表的部分钛金属机械部件将采用3D打印工艺。未来在iPhone 15上有可能将中框结构件用钛合金替换之前的铝合金。荣耀近期发布的荣耀MagicV2折叠旗舰机，铰链的轴盖部分首次采用钛合金3D打印工艺。其他消费品领域，3D打印技术有助于加速产品设计、优化和迭代，提升并丰富产品性能，如为运动员量身定制轻量化、个性化运动设备等。 ——模具领域应用。3D打印已广泛应用于鞋模及随形冷却模具等领域，优化冷却水路设计，不受水路复杂程度的限制，提升模具的冷却效率和生产效率。 3"'()*45672 增材制造技术自诞生至今将近40年，目前多种技术路线并存。按照成型原理，增材制造主要有7种工艺，如下表所示。 金属增材制造工艺原理主要为粉末床熔融和定向能量沉积两大类别，对应的金属3D打印技术都可以制造达到锻件标准的金属零件。粉末床熔融技术比较适合航空航天小批量、定制化的生产特点，是目前最广泛应用的增材制造技术之一。定向能量沉积技术的成熟度和设备自动化程度不及粉末床熔融技术，但是能实现修复功能，因此也具有不可替代性。具体工艺来看，目前激光选区熔化技术（SLM）是最常用的金属增材制造工艺，其生产效率高，可以在短时间内制造出致密度极高的金属零件；电子束选区熔化（EBSM）依托真空加工环境，更容易加工难熔的材料，但维护费用高，打印的零件尺寸受限，且需要有射线安全保护设备；电弧增材制造（WAAM）在大尺寸结构件制造中具有优势，但零件表面质量较差，需经过表面加工过后才能使用。 8"'()*9:;<=2 增材制造产业链上游主要为原材料和零件，包括增材制造装备零部件、三维扫描设备、增材制造软件系统、专用材料生产工艺及设备等；中游为3D打印设备，多数厂商同时提供打印服务、原材料供应及系统解决方案；下游为各个行业应用。产业链如下图所示。 资料来源：华曙高科招股说明书。 资料来源：信达证券《增材制造行业深度报告-3D打印：颠覆性技术，有望从1到100撬动千亿产业链-230712》。 深企投产业研究院 ——3D打印原材料。目前主要可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料以及生物材料等几类。金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低，目前应用于3D打印的金属粉末材料主要有钛及钛合金、高温合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等。SLS工艺技术目前使用最广泛的原材料为PA粉末类材料。近年来，行业内出现多种新型高分子增材制造粉末材料，各类材料在成形质量和稳定性等方面的表现各有差异。 图4 3D打印原材料类别及应用领域 资料来源：艾瑞咨询，招商证券《金属3D打印行业深度报告：传统技术的革新，高成长与高壁垒-230728》。 目前国内的金属3D打印材料已基本满足国产设备及国内下游增材制造需要，设备生产厂商一般与第三方材料厂商合作研究开发各类金属材料熔融工艺，少量3D打印服务的厂商会同时自主生产金属3D打印材料。不过，海外3D打印巨头如Stratasys和3DSystems在体量、积累和技术实力上远超国内企业，分别拥有数百种商业牌号的增材制造材料销售，其采用“捆绑销售”模式，导致我国进口高端增材制造材料数量长期居高不下。 ——核心硬件。增材制造所使用的核心硬件包括振镜和激光器等。目前，该等核心硬件多数采购自美国、德国等，存在依赖进口的情况，但随着国产振镜和激光器的研制成功及性能提升，目前已实现部分进口替代。 ——软件。3D打印相关软件包括3D打印设备工业软件系统以及应用软件。应用软件可由产业链上中下游主体及专业软件供应商基于技术应用需求开发提供，如辅助设计软件、工程处理软件、仿真模拟软件、智能处理软件等。目前，行业内大部分3D打印设备制造企业的3D打印设备工业软件系统系向第三方采购，软件性能提升依赖并受制于软件服务商，拥有完全自主知识产权3D打印设备工业软件系统将有助于设备制造企业提升行业竞争力。 ——3D打印设备及服务。3D打印设备是中游、也是整个产业链的核心主体。可分为桌面级打印机和工业打印机，其中工业级打印机技术壁垒高，资本投入大，一直以来发展较为缓慢，但当前受到国家政策大力支持，市场呈现出快速增长形势。据铂力特公司公告，增材制造设备是牵动增材制造行业发展的关键之一，增材制造的核心专利大多被设备厂商掌握，因此设备厂商往往在整个产业链中占据主导地位。此外，重点设备厂商通过行业并购，整合上游3D打印软件、上游材料、3D打印服务等，成为集装备、材料、服务等多种业务为一体的综合解决方案提供商，进而提升对产业链的掌控能力。 从业务构成看，打印设备和打印服