3D打印框架报告：苹果布局3D打印，推动消费电子精密制造革新

证券研究报告|2025年04月07日 3D打印框架报告 苹果布局3D打印，推动消费电子精密制造革新 行业研究·行业专题电子 投资评级：优于大市（维持评级） 证券分析师：胡剑 证券分析师：吴双 证券分析师：李书颖 证券分析师：张宇翔 021-60893306 0755-81981362 0755-81982362 0755-81981897 hujian1@guosen.com.cn wushuang2@guosen.com.cn lishuying@guosen.com.cn zhangyuxiang@guosen.com.cn S0980521080001 S0980519120001 S0980522100003 目录 01 增材制造与传统制造的对比 02 03 降本增效，从模具走向直接制造 消费电子、航天航空、汽车为主要下游 04 05 产业链相关公司风险提示 增材制造持续降本增效，优化规模经济效应 •增材制造又称“3D打印”，是一种基于三维模型数据的先进制造技术。它采用与传统减材制造技术截然相反的逐层叠加材料的方式，利用激光束、热熔喷嘴等手段，将粉末、树脂等特殊材料逐层堆积黏结，最终叠加成形。与传统精密加工技术相比，增材制造在加工精度、表面粗糙度和可加工材料方面仍存在差距，但其独特的技术原理在特定应用场景中具有显著优势：1）缩短研发周期降低研发成本，无需模具即可直接成形；2）高效成形复杂结构，实现一体化、轻量化设计；3）材料利用率高，符合ESG理念；4）快速凝固工艺使制件内部组织均匀致密，强度提升而不损失塑性。 •3D打印技术路线多样，金属3D打印较为成熟。3D打印主要分为金属类和非金属类，其中金属3D打印在航空航天、医疗和汽车等领域应用广泛，工业化成熟度更高。而按成型原理，3D打印技术可分为立体光固化、粘结剂喷射、定向能量沉积等7大类，其中选区激光熔融(SLM)和选区激光烧结(SLS)因成形精度高、材料利用率高等优势，是目前较为主流的工艺。根据Wholersreport数据，全球3D打印市场2023年约200亿美元，预计2026年达362亿美元，CAGR21.8%。中国作为最具潜力的市场，2022年市场规模约320亿元，预计2024年达415亿元。下游来看，2024年全球3D打印下游应用中，航空航天占比13.3%、医疗占比13.7%、汽车占比14.0%、消费电子产品占比14.0%，是占比最高的四个领域。 •增材制造正通过多种方式降低成本并提升效率，推动3D打印进入批量生产的“增材制造2.0”时代。尽管其规模经济效应相较传统制造受限，但通过降低材料成本（如钛合金粉末价格从600元/kg降至300元/kg以下）、使用光束整形技术（环形光斑是高斯光斑打印速度的3倍）、增加激光头（如铂力特六光设备生产效率较双光设备提升2.7倍）、优化工艺参数（如90μm层厚打印效率比30μm提升400%）等 方式，生产效率显著提升，推动增材制造向大规模生产迈进，逐步突破原型制造局限。此外，我国增材制造核心器件（如激光器、振镜）仍依赖进口，核心器件的国产替代也将推动成本下降。 •3D打印已在航空航天和汽车领域有广泛应用，苹果积极布局3D打印技术。在消费电子领域，3D打印可以用于制造折叠屏手机铰链、手表中框等精密零部件，如OPPOFindN5的天穹铰链由铂力特通过金属3D打印制造，集成度提升和减重效果明显。苹果也在探索3D打印技术用于AppleWatch和折叠机等产品。在航空航天领域，3D打印技术用于制造复杂零部件，预计2024年全球航空航天3D打印市场规模达41亿美元，2029年将增至82亿美元。在汽车行业，3D打印助力轻量化制造、定制化生产和工具制造，2024年市场规模预计达33.6亿美元，2034年将突破256.1亿美元。 •产业链相关公司：我们推荐关注3D打印设备公司铂力特、华曙高科，零组件核心供应商精研科技、立讯精密等。 •风险提示：技术发展不及预期，成本下降不及预期。 一、增材制造的主流技术和优势 3D打印技术有望颠覆传统制造 •增材制造又称“3D打印”，是基于三维模型数据，采用与传统减材制造技术（对原材料去除、切削、组装的加工模式）完全相反的逐层叠加材料的方式，直接制造与相应数字模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法，将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，是制造业有代表性的颠覆性技术，集合了信息网络技术、先进材料技术与数字制造技术，是先进制造业的重要组成部分。 •3D打印的基本原理为：以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成形系统，将三维实体变为若干个二维平面，利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末、树脂等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成形，制造出实体产品。增材制造将复杂的零部件结构离散为简单的二维平面加工，解决同类型零部件难以加工难题。 图：激光选区熔化成形设备工作示意图图：增材制造、减材制造与模具制造的对比 模具制造 减材制造 增材制造 数据来源：铂力特，国信证券经济研究所整理 数据来源：WohlersReport2022P.19，国信证券经济研究所整理 增材制造高效、环保，适合复杂结构 •增材制造技术和传统精密加工技术均是制造业的重要组成部分，目前增材制造加工与传统精密加工相比还存在加工精度、表面粗糙度和可加工材料等方面的差距，但增材制造其全新的技术原理和特点，在多种应用场景具备使用优势： •1）缩短新产品研发及实现周期。3D打印工艺成形过程由三维模型直接驱动，无需模具、夹具等辅助工具，可以极大的降低产品的研制周期，并节约昂贵的模具生产费用，提高产品研发迭代速度。 •2）可高效成形更为复杂的结构。3D打印的原理是将复杂的三维几何体剖分为二维的截面形状来叠层制造，故可以实现传统精密加工较难实现的复 杂构件成形，提高零件成品率，同时提高产品质量。 •3）实现一体化、轻量化设计。金属3D打印技术的应用可以优化复杂零部件的结构，在保证性能的前提下，将复杂结构经变换重新设计成简单结构，从而起到减轻重量的效果，3D打印技术也可实现构件一体化成形，从而提升产品的可靠性。 •4）材料利用率较高。与传统精密加工技术相比，金属3D打印技术可节约大量材料，特别是对较为昂贵的金属材料而言，可节约较大的成本，在 ESG方向上有优势。 •5）实现优良的力学性能。基于3D打印快速凝固的工艺特点，成形后的制件内部冶金质量均匀致密，无其他冶金缺陷；同时快速凝固的特点，使得 图：增材制造与减材制造材料利用对比 材料内部组织为细小亚结构，成形零件可在不损失塑性的情况下使强度得到较大提高。 表：金属3D打印技术与传统精密加工技术对比 项目金属3D打印技术传统精密加工技术 技术原理增材制造减材制造 化、功能一体化零部件改造 化零部件制造方面受限 使用材料 金属粉末、金属丝材等（受限） 几乎所有材料（不受限） 材料利用率 利用率高，可超过95% 利用率低 产品实现周期 制造周期短 制造周期相对较长 零件尺寸精度 ±0.1mm，偏差较大 0.1-10μm 适用场景小批量、复杂化、轻量化、定制 批量化、大规模制造，但在复杂 零件表面粗糙度 表面光洁程度较低 Ra2μm-Ra10μm之间 光洁度较高，甚至可达镜面效果 Ra0.1μm以下 数据来源：《ANALYSISOFPA6POWDERAGEINGDURINGTHESELECTIVELASERSINTERING PROCESS》，国信证券经济研究所整理 数据来源：珀力特招股书，国信证券经济研究所整理 3D打印工艺类型多样，金属打印较为成熟 •3D打印工艺技术路线多样，主要取决于材料特性和形态，粗略可分为金属类与非金属类（无机材料和有机材料）。进一步，按照成型原理的不同，国际标准化组织又将其分为7大类，分别是：立体光固化、粘结剂喷射、定向能量沉积(DED)、薄材叠层、材料挤出、材料喷射、粉末床熔融。不同工艺技术的区别主要体现在材料叠加的方式上，而叠加方式又主要取决于不同材料的特性和形态。•在技术路线方面，设备选区激光熔融（SLM）与选区激光烧结（SLS）工艺，具有取材范围广、力学性能好、成形精度高、材料利用率高、可成形结构复杂程度高等优势，是增材制造的主流工艺。而金属3D与非金属3D打印相比，由于其工艺特点，具有成形结构精细和力学性能优越的突出优势，因此应用场景相对更广，工业化应用最成熟，尤其在航空航天、汽车和消费电子等领域。 表：不同增材制造技术的成熟度 表：增材制造的基本类别 大类 工艺类型 工艺说明 主要工艺技术名称 典型材料 金属类 粉末床熔融（PowerBedFusion，PBF） 通过热能选择性的熔化/烧结粉末床区域的增材制造工艺 选区激光熔融（SLM）、选区激光烧结（SLS）、电子束熔化（EBM）、多射流熔融成形（MJF） 金属粉末、尼龙、聚苯乙烯等聚合物、陶瓷、覆膜砂等 定向能量沉积 （DirectedEnergyDeposition，DED） 利用聚焦热能将材料同步熔化沉积的增材制造工艺 激光近净成形（LENS）电弧熔丝增材制造（WAAM）电子束熔丝沉积（EBDM） 金属粉末、丝材 非金属类 立体光固化 （VATPhotopolymerzation） 通过光致聚合作用选择性的固化液态光敏聚合物的增材制造工艺 光固化成形（SLA） 光敏树脂 粘结剂喷射（BinderJetting） 选择性喷射沉积液态粘结剂粘结粉末材料的增材制造工艺 三维立体打印（3DP） 陶瓷粉末、石膏粉末、金属粉末等粉末材料 材料挤出 （MaterialExtrusion） 将材料通过喷嘴或孔口挤出的增材制造工艺 熔融沉积成形（FDM） 热塑性材料 材料喷射 （MaterialJetting） 将材料以微滴的形式按需喷射沉积的增材制造工艺 材料喷射成形（PJ） 高分子材料(光敏材料等)、生物分子、活性细胞等 薄材叠层 （SheetLamination） 将薄层材料逐层粘结以形成实物的增材制造工艺 薄材叠层（LOM） 纸材、金属箔、塑料薄膜 数据来源：AMpower，国信证券经济研究所整理 数据来源：华曙高科招股书，国信证券经济研究所整理 3D打印材料是技术发展的关键瓶颈之一 •3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，材料的性能、种类等因素决定着3D打印产品的质量和功能。目前，尽管各国均在大力开展有关3D打印材料的研发工作，但与已有的数万种不同性能和用途的材料相比，能够真正实现应用的3D打印材料尚存在种类和品种少、性能无法满足各种应用要求等问题。因此，破解材料对3D打印技术制约的瓶颈，对于推动3D打印技术的发展至关重要。当前，围绕宏微观结构制造的结构性能、力学性能、生物学性能和物理学性能需求，3D打印涉及的主要材料有聚合物材料、金属材料、陶瓷材料、复合材料和智能材料等。除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。•根据中商情报网数据，我国3D打印市场中，钛合金、铝合金、不锈钢分别占20.2%、10.0%、9.1%，合计占比39.3%，PLA、PA、ABS占比分别为15.2%、14.1%、11.1%，树脂占比6.1%。据南极熊3D打印援引的VoxelMattersResearch数据，金属3D打印市场2022年创造超过28亿美元的收入，预计市场将以30%的复合年增长率增长到2032年，达到400亿美元以上。金属3D打印玩家包括第一梯队的EOS、SLMSolutions、3DSystems；第二梯队的DesktopMetal、GEAdditive、铂力特；第三梯队的Velo3D、DMGMori和TRUMPF。华曙高科、EPlus3D等国内玩家也在扩大市场份额。 图：增材制造的各种材料 图：中国3D打印原材料市场占比情况 分类1 分类2 包含材料 铝合金 10.01% ABS11.11% 树脂 6.11% 不锈钢 9.11% PA14.11