3D打印行业研究：重视DED技术在商业航天成长潜力

投资逻辑： 什么是DED？ DED为金属3D打印的主流技术路线之一：金属3D打印主要技术路线为PBF（粉末床熔融）和DED（定向能量沉积）。DED属于利用聚焦热能熔化材料的即熔即沉积3D打印工艺，聚焦激光束在控制下按照预先设定的路径移动，粉末喷嘴将金属粉末（或丝状材料）直接输送到激光光斑在固态基板上形成的熔池，从而逐层凝固完成3D打印。 海外公司布局较早，国内企业迎头赶上：美国Optomec较早实现了DED技术的商业化开发和推广，目前开发的DED装备已经在工业领域实现应用；韩国Insstek开发的直接金属成型技术（属于DED）在航天火箭喷管实现了多次应用；Trumpf已将DED技术和现有的五轴铣削/车削机床进行了集成，从而实现打印+机加工一体化，整体已有较高的成熟度。国内企业目前正迎头赶上，中科煜宸送粉式金属3D打印装备采用具有自主知识产权的核心部件(如加工头、送粉器、工艺软件等)，成果已广泛应用于航空航天、汽车制造等领域；九宇建木国内首家将DED多金属复合打印技术应用于火箭发动机领域；融速科技采用电弧增材送丝技术（WAAM）打印航天核心关键部件。 为什么看好商业航天3D打印领域DED技术的应用潜力？ DED在商业航天部分零部件3D打印中具备稀缺技术优势：DED具备无成形尺寸限制、可实现多材料复合3D打印、可实现修复与再制造等多种稀缺优势，尤其适合在商业航天领域进行应用。例如火箭燃烧室腔体通常就会采用两段式结构，可通过DED技术在铜合金内衬的基础上打印因科镍625外套层完成多材料复合制造，这一点采用PBF技术路线则无法实现，只能进行多次打印后再进行焊接，在加工时间和产品性能上处于劣势。 “摸着NASA过河”，我们认为国内DED技术渗透率有望提升：目前整体来看，DED技术已经在航空航天等领域已经实现了应用落地，取得了显著的经济和时间双重效益。尤其是NASA已经形成了多种实现DED加工的技术路线，实现了打印时间大幅缩短（L-PBF大于90天、LP-DED小于14天）、多合金3D打印突破（LW-DED）、100%材料利用率和高沉积效率（EB-DED）等优异成果，并且部分零部件已经通过了热试车测试。我们认为考虑NASA目前已经形成了3D打印的标准化体系并且相当重视DED技术研发，国内企业相比之下更多采用PBF技术路线，针对DED技术相关的研发布局依旧偏少，后续有望看到国内DED技术路线的渗透率提升。 投资建议 考虑商业航天行业正处高速成长期，3D打印的渗透率有望持续提升。其中DED技术路线具备稀缺的技术优势，在商业航天3D打印领域具有较好成长前景，建议关注国内积极布局DED技术路线的企业。 风险提示 DED技术渗透率提升不及预期。 内容目录 1.什么是DED？.................................................................................41.1 DED为金属3D打印的主流技术路线之一....................................................41.2海外公司布局较早，国内企业迎头赶上....................................................102.为什么看好商业航天3D打印领域DED技术的应用潜力？...........................................132.1 DED在商业航天部分零部件3D打印中具备稀缺技术优势.....................................132.2“摸着NASA过河”，我们认为国内DED技术渗透率有望提升..................................163.投资建议....................................................................................194.风险提示....................................................................................19 图表目录 图表1：3D打印技术可以归类为7类..............................................................4图表2：粉末床熔融与定向能量沉积在工业领域已经实现了成熟应用..................................4图表3：粉末床熔融3D打印原理.................................................................5图表4：激光选区熔化成形原理..................................................................5图表5：激光近净成形原理......................................................................5图表6：蓝光同轴送粉LDED沉积原理.............................................................6图表7：EBDED技术原理.........................................................................6图表8：不同类型激光器在熔池形成过程中会有不同的行为特性......................................7图表9：不同激光能量输入参数对单道几何参数的影响..............................................7图表10：DED打印中通过调制激光功率可以优化气泡问题并最小化孔隙率..............................8图表11：DED打印中通过调制激光功率可以优化气泡问题并最小化孔隙率..............................8图表12：W-LDED中两种常见的送丝方式...........................................................9图表13：WP-DED送料机构.......................................................................9图表14：WP-DED送粉/送丝方式优缺点对比.......................................................10图表15：Optomec开发的DED装备...............................................................10图表16：Insstek开发的DMT技术在航天火箭喷管实现了多次应用...................................11图表17：Trumpf将DED技术和现有的机床进行了集成..............................................11图表18：中科煜宸实现超大型激光熔化直接沉积制造设备开发......................................12图表19：九宇建木商业航天总部基地签约落地无锡高新区..........................................12图表20：融速科技采用电弧增材送丝技术（WAAM）打印航天核心关键部件............................13图表21：DED和PBF技术对比...................................................................13图表22：DED配套工业机器人实现大尺寸零部件加工...............................................14 图表23：DED特殊的成形原理可以实现多材料复合3D打印..........................................14图表24：DED可在铜合金上继续沉积因科镍来制造外套层...........................................15图表25：LDED成形异质材料火箭发动机推力室结构件..............................................15图表26：LDED成形修复的叶片..................................................................16图表27：DED技术已经在航空航天等领域已经实现了应用落地.......................................16图表28：NASA已经形成了多种实现DED加工的技术路线............................................17图表29：NASA布局的一体化再生冷却推力室组件主要采用DED技术进行加工..........................17图表30：LP-DED相比PBF打印时间大幅缩短......................................................18图表31：LW-DED通过验证实现多合金3D打印突破.................................................18图表32：EB-DED实现了100%材料利用率且沉积速率较高...........................................19图表33：同轴送丝AW-DED实现了极高的材料利用率和低成本.......................................19 1.什么是DED？ 1.1DED为金属3D打印的主流技术路线之一 从大的分类来看一般将3D打印分为7类，主要包括材料挤出（MaterialExtrusion）、光聚合（Photopolymerization）、粉末床熔融（Powder Bed Fusion）、材料喷射（MaterialJetting）、黏结剂喷射（Binder Jetting）、片材层压（Sheet Lamination）和定向能量沉积（Directed Energy Deposition）。 其中用于进行金属3D打印的技术路线主要为PBF（粉末床熔融）和DED（定向能量沉积）。 来源：铂力特官网，国金证券研究所 粉末床熔融工艺是指通过热能选择性地熔化/烧结粉末床区域的增材制造工艺。代表性工艺有激光选区熔化、激光选区烧结、电子束选区熔化。该技术路线的选材较为广泛，从尼龙到金属粉末都可以作为烧结对象。 来源：《增材制造技术国内外应用发展趋势》，国金证券研究所 来源：《中国战略性新兴产业研究与发展：增材制造》，国金证券研究所 DED是指利用聚焦热能熔化材料的即熔即沉积增材制造工艺，代表性工艺是激光近净成形。激光近净成形技术最早由美国桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratory）于20世纪90年代开发，是激光增材制造高性能金属零部件典型技术之一。其主要成形过程为：聚焦激光束在控制下按照预先设定的路径移动，同时，粉末喷嘴将金属粉末（或丝状材料）直接输送到激光光斑在固态基板上形成的熔池，使之按由点到线、由线到面的顺序凝固，从而完成一个层截面的打印工作。这样层层叠加，制造出近净形的零部件实体。 来源：《中国战略性新兴产业研究