人形机器人材料需求系列报告之二：3D打印赋能人形机器人升级迭代

3D打印行业快速发展，应用场景持续拓宽。伴随3D打印技术工艺不断进步，3D打印市场发展迅速，2023年全球3D打印市场规模已超200亿美元，据《Wohlers Report 2024》预计2025年将达到277亿美元，2021-2025年GAGR为16.1%；2023年国内3D打印市场规模已达367亿元，2019-2023年CAGR约23.45%，据中商情报网数据，预计2024年突破400亿元。从3D打印产业细分产品来看，3D打印原材料占比17.04%，打印装备占比22.42%，打印服务占比40.09%，其他占比20.45%。近些年来，3D打印效率持续提升推动下游应用从传统航空航天领域快速向汽车、消费电子等民用领域拓展，2023年前四大领域分别是汽车占比14.4%，消费电子产品占比14.0%、医疗占比13.7%、航空航天占比13.3%，消费类需求占比显著提升。伴随3D打印应用持续拓宽，3D打印市场规模有望持续快速增长。 人形机器人快速迭代，3D打印有望深度赋能。人形机器人由感知、决策、控制、执行四大模块构成，目前人形机器人正朝着智能化、高性能化和广泛应用的方向发展，驱动着各个模块持续升级迭代，但也面临技术瓶颈、成本和安全等多方面挑战。传感器的感知精度、电机的高效动力输出和精准力度控制以及减速器的传动效率精度提升都受到了设计端、材料端、工艺端的限制。3D打印工艺具备一系列优势特点，有望持续赋能人形机器人升级迭代。1）3D打印技术可应用于人形机器人的结构件制造，包括手臂、大腿、关节、肩部/胸部骨架、外壳等，凭借适合复杂结构制造、一体成型设计和轻量化材料应用的优势，有助于在满足强度及功能需求的同时降低零件重量，简化零部件的装配过程，并提升系统可靠性。2）3D打印可应用于人形机器人的结构组织/仿生组织制造，利用3D打印支持多种材料的特性，3D打印可以打印柔性皮肤、类似肌肉的结构提升人形机器人的仿生性。3）3D打印技术还可应用于人形机器人重要零部件的升级迭代，如铂力特通过3D打印工艺简化了生产流程、减少了材料损耗，有效控制了成本，成功赋能六维传感器实现感知升级。4）3D打印在人形机器人的设计端还可实现快速原型设计，缩短研发周期，助力人形机器人更新迭代。5）3D打印还能够匹配人形机器人的个性化定制需求，包括核心零部件、外观件的定制化需求。6）3D打印技术还可以针对人形机器人的散热需求进行散热通道的设计制造。综合来看，人形机器人高智能化、高性能化发展趋势和技术要求适配3D打印工艺特性，3D打印在人形机器人应用前景未来可期。 投资建议：人形机器人持续往智能化、高性能化方向发展，对于设计、材料、制造工艺都提出了很大挑战，3D打印工艺持续进步从设计端、材料端、工艺端等开拓了人形机器人制造新思路，有望深度赋能人形机器人升级迭代历程。我们推荐国内3D打印金属粉体龙头有研粉材，同时也建议关注国内3D打印设备龙头铂力特（军工、机械组联合覆盖）、华曙高科。 风险提示：人形机器人放量不及预期，材料应用不及预期，原材料价格波动风险等。 重点公司盈利预测、估值与评级 13D打印行业快速发展，下游应用场景持续拓宽 1.13D打印行业产业链完善，发展前景广阔 3D打印又称“增材制造”，是一种将建立的三维数字化模型通过切片软件进行路径规划，再使用粉末、线材、液体等材料逐层堆积完成三维实体模型制造的技术。相较于传统加工方式，3D打印技术的优势在于无需开模、材料利用率高、产品实现周期短，并且能够实现高性能复杂结构零件的无模具、快速、全致密成形，逐步成为应对众多领域技术挑战的最佳技术途径。从应用领域分布来看，航空航天、医疗、汽车和消费类领域是3D打印产品最重要的应用领域，2021年前四大领域分别是航空航天占比16.8%，医疗占比15.6%，汽车占比14.6%，消费电子产品占比11.8%；2023年前四大领域分别是汽车占比14.4%，消费电子产品占比14.0%、医疗占比13.7%、航空航天占比13.3%，消费类需求占比显著提升。 图1：全球3D打印行业应用领域及占比（2021年） 图2：全球3D打印行业应用领域及占比（2023年） 航空航天领域是金属3D打印产品最重要的应用领域之一。随着航空领域使用要求和设计水平的不断提高，新型航空飞行器不断向性能高、寿命长、成本低、可靠性好等方向发展，航空零件逐渐趋于结构复杂化和整体化。金属3D打印具有加工周期短、材料利用率高、设计更自由等优势，能够满足航空零件制造的低成本、短周期需求，在航空制造领域得到了广泛的应用。2023年5月28日，我国自主研发的国产大型客机C919顺利完成首次商业载客飞行，C919飞机中应用了大量通过3D打印技术制造的零部件，零部件包括机头主风挡窗框、发动机燃油喷嘴、舱门件等，通过3D打印技术生产的零部件具有更高的强度和更轻的重量，提高了飞机的性能和燃油效率，降低了制造成本。 表1：金属3D打印在航空航天领域的应用 图3：C919飞机中使用3D打印技术制造的零部件 汽车领域是金属3D打印产品又一重要的应用领域。3D打印技术在汽车行业的应用贯穿汽车整个生命周期，包括研发、生产以及使用环节，就应用范围来看，目前3D打印技术在汽车领域的应用主要集中于研发环节的试验模型和功能性原型制造，在生产和使用环节相对较少。随着3D打印技术不断发展、车企对3D打印认知度提高以及汽车行业自身发展需求，3D打印技术在汽车行业的应用将向市场空间更大的生产和使用环节扩展，在最终零部件生产、汽车维修、汽车改装等方面的应用将逐渐提高。 图4：拓扑优化前后车架零件对比 随着折叠屏、可穿戴设备、智能硬件等消费电子产品向轻薄化、高性能化、精密化方向发展，传统制造工艺在极限轻量化和复杂结构制造上的局限性日益显现，金属3D打印凭借其轻量化材料应用、高精度复杂结构制造能力以及定制化生产优势，在3C领域展现出了广阔前景。荣耀折叠屏手机Magic V2的铰链轴盖部分采用了钛合金3D打印工艺，是金属3D打印工艺在3C领域的首次应用，宽度相较于铝合金材质降低27%，强度却提升150%，完美的平衡了轻薄与可靠性要求。 继荣耀Magic V2后，铂力特又助力OPPO Find N5旗舰新品正式发布，是其在3C领域落地的第二个大规模量产应用案例，标志着金属3D打印在消费电子行业的进一步成熟与突破。在Find N5研发过程中，OPPO团队发现碳纤维、PEEK等传统材料难以满足轻量设计的可靠性需求，因此需要寻找兼具高强度和轻量化特性的金属材料。而钛合金，因其高比强度、耐疲劳性和出色的耐腐蚀性能成为理想选择。由于Find N5铰链结构件厚度极薄且设计复杂，传统的CNC与MIM工艺均无法满足量产需求。面对紧迫的开发周期和极高的精度要求，OPPO借助铂力特增材制造工艺的设计自由度和批产稳定性，成功实现铰链核心部件的技术突破。 铂力特最终通过28道精密工序，成功打印出薄度仅为0.15mm的钛合金结构件，助力OPPO刷新了3C行业商业化产品的最小尺度纪录，为Find N5轻薄折叠结构提供了坚实支撑。 图5：荣耀Magic V2铰链轴盖采用钛合金3D打印工艺 图6：OPPO Find N5铰链结构件采用钛合金3D打印工艺 3D打印产业链完整，原材料包括金属粉末、塑料线与树脂等。3D打印行业上游涵盖三维扫描设备、三维软件、原材料商及3D打印设备零部件制造等企业。 3D打印专用的原材料包括金属粉末、塑料线和树脂等，这些原材料的品质与可靠性是影响最终制造品质的重要因素，因此原材料供应商的产品质量和供货能力关系到产业链的稳定性与发展。中游以3D打印设备生产厂商为主，负责打印设备的设计、制造和销售，大多亦提供打印服务业务及原材料供应。下游包括3D打印零件的生产商和分销商等，下游应用已覆盖航天航空、汽车工业、船舶制造、能源动力、轨道交通、电子工业、模具制造、医疗健康、文化创意、建筑等众多领域。从全球3D打印细分市场份额占比来看，3D打印原材料占比约17%，3D打印设备占比约22%，3D打印服务约40%。 图7：全球3D打印细分产品市场占比（2021年） 图8：3D打印行业产业链 金属3D打印技术包括选区激光熔融成形、电子束熔化成形、激光熔化沉积成形、电子束自由成形、电弧增材制造等工艺技术。金属3D打印技术在我国快速发展，国内设备厂商在3D打印设备所需的专用材料、工艺装备、关键零部件、软件系统等实现了技术突破和工艺经验积累，具有了一定的批产能力，带动整个产业的竞争力明显提升。目前，我国的激光熔化沉积成形、选区激光熔融成形、光固化成形等一大批工艺装备实现产业化，部分增材制造工艺装备已经达到国际先进水平。 表2：典型金属增材制造技术 图9：金属增材制造技术示意图 通常用于3D打印的金属原材料为金属粉末，指标要求较粉末冶金材料更高。 传统粉末冶金主要对金属粉末进行压胚、烧结，烧结温度比所用的金属粉末熔点低； 而目前主流的金属3D打印技术均是对金属粉末直接熔化成形，最终成形产品的机械性能受金属粉末各项参数指标的影响较大。因此，金属3D打印对粉末材料各项参数指标要求有别于传统粉末冶金。 3D打印金属粉末材料的主要性能指标包括纯净度、粉末粒度分布、粉末形态、粉末流动性和松装密度等。金属3D打印粉末必须同时满足粉末实心（空心粉、卫星粉少）、纯度高、粒度分布窄、球形度高、氧含量低、流动性好和松装密度高等要求。因为粉末空心，打印过程中易形成气隙、卷入性和析出性气孔、裂纹等缺陷； 粉末粒径越大，球化现象越严重，粉末粒度越小，表面光洁度更高，但是粉末流动性会变差，影响铺粉的均匀性；粉末粒度分布太宽，打印的一致性与均匀性较难保障；粉末球形度越高，流动性能越好，松装密度也越高，得到的烧结件致密度越高； 粉末的氧含量高，表面活性越大，润湿性越差，球化现象越严重，导致熔化效果差。 表3：3D打印金属粉末指标及具体要求 增材制造用金属粉体涉及材料种类较多，包括钛合金、铝合金、铜合金、高温合金、模具钢、不锈钢、钴铬合金、难熔金属等。其中，目前钛合金的用量最大，应用占比超过50%；高强度、高韧性铝合金粉末逐步引起越来越多生产商的兴趣，应用占比约20%，未来市场潜力可期；镍基、钴基、铁基等高温合金材料在增材制造中的批量应用也将成为未来行业重点关注方向；铜合金正逐步成为研究和应用热点；模具钢和钴铬合金在模具和齿科领域已经初具规模。 表4：3D打印金属粉末类型及特性 1.23D打印产业规模持续增长，国内市场潜力增长可期 全球3D打印产业正从起步期迈入成长期，呈现出加速增长的态势。根据华经产业研究院数据，2023年全球增材市场规模首次超200亿美元，同比增加11.1%，2015-2023年增材市场规模年复合增长率达到了18.46%，预计2025年增材制造收入规模将达到277亿美元，2021-2025年GAGR为16.10%。 我国增材制造产业规模逐年高速增长，未来增长潜力可期。在经历了初期产业链分离、原材料不成熟、技术标准不统一与不完善及成本昂贵等问题后，当前中国增材制造技术已日趋成熟，市场呈现快速增长趋势。据中商情报网数据，2019年中国3D打印产业规模158亿元，2023年增至367亿元，2019-2023年CAGR约23.45%，预计2024年突破400亿元。 图10：全球3D打印市场规模 图11：中国3D打印市场规模 金属3D打印发展迅速，3D打印金属粉末市场潜力可期。从3D打印产业细分产品来看，3D打印原材料占比17.04%，打印装备占比22.42%，打印服务占比40.09%，其他占比20.45%。3D打印专用材料是行业重要的细分市场，材料的品类和品质在很大程度上决定产品及服务的质量。根据华经产业研究院数据，2021年全球增材制造材料产业规模达到25.98亿美元，约占总产值的17%。其中，金属原材料占比18.2%，光敏树脂占比25.2%，聚合物丝材占比19.9%，聚合物粉材占比34.7%。 图12：全球增材制造行业原材料种类及占比（2