增材制造深度：由‘可选’到‘必选’，由‘配角’到‘主角’

时间：9月20日 参会人：中航分析师 全文摘要 航空航天产业对结构件成型技术提出高要求，随着武器装备向小型化、轻量化、低成本、高性能发展，综材制造技术因其优势成为航空航天零件制造业的有效补充。增材制造技术，作为快速成型的前沿，通过3D打印技术在航空航天领域的应用展现了巨大潜力，但面临成本偏高、生产速度慢、设备尺寸限制和材料种类有限等挑战。随着研发投入增加和技术成熟，这些挑战正逐步被克服。未来，增材制造技术发展方向包括产业成熟度提升、成本下降、应用范围扩大、设备智能化以及复合材料的3D打印研究。投资领域的关注点在于国产替代能力和与下游客户技术服务绑定密切的企业。 要点回顾 在航空航天领域中，复合材料制造技术和增材制造技术分别有哪些优势？ 复合材料制造技术因其加工周期短、材料利用率高、设计自由度高等优势，能有效补充传统精密加工技术，并满足航空航天零件制造业对快速低成本的需求，同时能够实现超规格复杂结构件的制造。而增材制造技术是一种前沿的快速成型工艺，以三维模型为基础，通过计算机软件和数控系统离散并堆积特殊材料，制造出与数字模型完全一致的零件，特别适合航空航天等军品制造领域的小批量定制化需求，可以一体化制造出高复杂度结构件，有助于实现装备轻量化，提高效能和可靠性。 我国增材制造技术的发展历程及产业化现状如何？ 我国增材制造技术起步于20世纪90年代，在政府资金支持下，清华大学、西安交通大学和华中科技大学等高校启动了增材制造技术的研究。经过数十年发展，已实现SLA等主流3D 打印技术的突破，并随着国家相关政策出台，增材制造被纳入产业化发展议程，目前我国增材制造技术已逐步完成从技术积累到商业化过渡的阶段，精度控制、变形调控等方面取得良好进展，与国际先进水平差距缩小。在产业链方面，增材制造设备和打印服务占据了行业近80%的市场份额，金属增材制造技术已成为提升航空航天设计与制造能力的核心技术，应用范围已从零部件级扩展至总机级，预计到2027年我国航空航天领域增材制造市场规模将达到约180亿元左右。 增材制造技术在航空航天领域应用中面临哪些挑战？ 尽管增材制造技术在航空航天领域的应用取得了显著成效，但其仍面临多重挑战。首先，相较于成熟的减材制造，增材制造成本仍然偏高，涉及设备、材料、后处理、辅助设施及维护等多个方面的成本。其次，增材制造生产速度相对较慢，后处理步骤延长了生产周期。此外，设备尺寸限制了产品的尺寸大小，且增材制造工艺控制不当易产生内部缺陷，影响零件力学性能，同时零件在尺寸、形状精度、表面粗糙度等方面不如传统锻造件。最后，可用材料种类仍需提高，远少于传统制造方法可利用的材料范围。 我国增材制造技术发展现状如何，以及它在航空航天领域的应用情况怎样？ 我国增材制造技术发展正从配角变为主角，从可选变为必选。在航空航天领域，增材制造技术通过满足多品种小批量的制造特征、实现复杂结构一体化制造、降低成本等优势，为航空航天装备带来了革命性的变革。目前，我国增材制造技术在工艺与装备稳定性、精度控制、变形与应变调控等方面取得了显著进步，与世界先进技术水平基本同步，部分核心技术如金属3D打印已应用于航空航天设计与制造中，市场规模预计将在2027年达到约180亿元左右。 中材制造技术如何在航空领域中实现应用，特别是在飞机结构创新和减重方面？ 中材制造技术通过设计制造一体化，为飞机结构创新提供了契机，并为航空结构减重开辟了新途径。在航空领域，钢材制造主要应用于快速原型制造和设计验证。随着增材制造技术的成熟、工艺精度提升和材料利用率提高，动态制造在航空装备研制和生产过程中已由快速制造原型件向直接制造终端产品转变，经历了从非主结构装机应用到规模化应用的重要阶段。此外，打印尺寸也实现了从毫米级到米级的突破，松材制造技术的应用正由零部件制造逐步拓展至大部件 制造。 增材制造技术在航空发动机领域的具体应用成果有哪些？ 增材制造技术在航空发动机领域能够有效解决复杂结构制造、减少零部件数量及材料难加工等问题。例如，北京航空制造工程研究院研究所成功修复了某钛合金整体叶轮并通过试车考验；航空发动机燃油喷嘴、涡轮裂片等复杂结构的制造中也得到了应用。然而，大多数零部件制造仍处于基础研究和地面试验验证阶段，尚未形成完整的产业链。 增材制造技术在航空维修方面的表现如何？ 增材制造技术在航空维修方面能节约成本、缩短维修周期，为航空维修保障开辟了数字化、定制化、高性能和短周期的新途径。例如，在发动机机匣、叶盘等部位的再制造中取得成果，实现了不拆卸零部件条件下的针对性修复增材，且冷喷涂增材制造技术因其适用范围广、修复效果好而逐渐产业化发展。 中材制造技术在民机应用中的挑战和进展如何？ 中材制造技术在民机应用中面临着试航取证等严格要求带来的更大挑战，但其减重降本、快速响应的优势与民机制造需求相契合。中国商飞正在不断推进增材制造技术在民机型号上的应用，并初步探索出民机增材制造适航认证思路，同时提高了大飞机国产化率水平。钛合金、光安合金等金属增材制造件已在C919上实现应用，主要在客舱等对飞机安全性能影响较小的部位。未来，基础增材制造技术性能和质量一致性将进一步提升，有望替代传统铸造件并在更高强度结构件上进行应用。 增材制造技术在商业航天及导弹制造中的应用价值是什么？ 增材制造技术在商业航天中能够实现快速制造，提高经济性，减少零部件数量，减轻自重，增加有效载荷，优化设计和材料选择，以及一体化成型，从而提高火箭运载能力。在导弹制造上，增材制造技术能减轻重量、降低成本、缩短设计和迭代周期、提高生产效率，尤其对于导弹这类对重量极为敏感的武器装备具有重要意义。随着航空航天应用范围的拓展，增材制造技术带动了3D打印设备制造技术快速发展，行业技术水平不断提升，但仍需加速核心器件国产化进程以满足高质量需求，并推动智能化和批量化生产的发展趋势。 3D打印在硬性材料研发方面存在哪些挑战？ 3D打印硬性材料时，为了保证原材料能实现较好的打印效果，需要对材料成分进行设计调整。这导致了研发成本较高且材料种类相对有限的问题。 我国3D打印材料行业目前的发展状况如何？ 当前，我国3D打印材料行业仍处于发展阶段，国产化进程有待提升。随着综合材料制造技术在航空航天领域的应用范围扩大，解决了传统制造工艺中的瓶颈问题。 增材制造技术在航空航天领域的未来发展重点有哪些方向？ 未来发展重点包括产业成熟度提升带来的成本下降和需求增加、增材制造技术向民用领域拓展、国内增材制造设备凭借价格优势开拓海外市场、应用范围从单领域扩展到多领域，以及从制造向维修市场的延伸。 智能化和智能化材料如何推动3D打印的发展？ 智能化3D打印设备能有效提高零部件质量和生产效率，结合5G和工业互联网技术实现自动化运行和集中管理。同时，智能材料与结构也将进一步推动3D打印技术的进步。 3D打印复合材料在航空航天领域的研究现状如何？ 3D打印复合材料技术正逐步实现多材料、多尺度、多功能以及复杂形状复合材料结构的制造，尤其是连续纤维增强复合材料技术尚处于发展阶段。 增材制造产业链中企业的主要发展路径有哪些？ 企业可以通过打印材料技术突破、传统材料制造企业转型、专注于打印设备制造并涵盖材料研发、打造材料加设备加服务一体化业务格局等方式发展。此外，增材制造服务可通过提供打印服务或整体解决方案来落地技术。 对于增材制造领域的投资方向，有哪些推荐？ 投资方向可关注那些能较快实现国产替代的企业以及下游客户技术服务绑定密切的企业，特别是随着航空装备维修需求增加，增材制造应用将更广泛的企业。