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

3D打印：颠覆性技术，有望从1到100撬动千亿产业链 ——增材制造行业深度报告 2023年7月12日 张润毅军工行业首席分析师 S1500520050003 +8615121025863 zhangrunyi@cindasc.com 任旭欢军工行业研究助理 +8618701785446 renxuhuan@cindasc.com 证券研究报告行业研究行业深度报告增材制造行业投资评级 - 上次评级 - 张润毅军工行业首席分析师S1500520050003+8615121025863zhangrunyi@cindasc.com任旭欢军工行业研究助理+8618701785446renxuhuan@cindasc.com信达证券股份有限公司CINDASECURITIESCO.,LTD北京市西城区闹市口大街9号院1号楼邮编：100031 3D打印：颠覆性技术，有望从1到100撬动千亿产业链 2023年7月12日 本期内容提要: 增材制造（AM）作为一项颠覆性技术，是制造业升级发展的核心助推力：历经40余年的探索与锤炼，增材制造技术的应用范围由模型和原型制造进 入产品快速制造阶段，并正在向产业化、规模化迈进。我们预计，随着航空航天、汽车、医疗等高景气行业的快速发展，增材制造有望迎来黄金发展期。因此，我们推出增材制造行业专题报告，深度梳理增材制造的原理与发展脉络、下游需求与市场规模，从产业链视角挖掘增材制造投资机遇。 增材制造与传统精密加工技术相比，具备诸多优势：1）能够快速加工成形复杂零件：增材制造贴合“设计引导制造”的创意驱动，基本不受零件形状的限制，可以加工内部结构复杂的、传统加工无法完成一体制造的产品。2）缩短产品研发周期，加速产品迭代：无需传统工具夹具和多重处理，可在单个设备上快速制造所需零件。3）材料利用率高：金属增材制造有效避免了传统加工切割过程种产生废料的问题，材料利用率可达95%，远超航 空锻造的15-25%。 量变到质变，我国增材制造产业规模化发展或将提速，千亿市场呼之欲出：1）复盘过去10年，产业规模CAGR达41.42%：据左世全《增材制造十年发展及展望》数据，在2012-2022年间我国增材制造产业规模自10亿 元增至320亿元；并有望于2023年超过400亿元、于2027年超过千亿。2）据铂力特公司公告援引《WohlersReport2022》数据，2021年全球航空航天、医疗、汽车增材制造产业规模占比分别以16.8%/15.6%/14.6%位列前三，合计占比47%。3）我们认为，未来10年或是我国军用飞机放量 列装、国产大飞机与商业航天蓬勃发展、航空发动机、新能源汽车与医疗器械快速迭代的黄金发展期，增材制造有望充分受益于下游高景气，加速实现产业化规模化发展。 我国增材制造产业能力逐年提升：1）已形成完整的产业链：包括上游原材料、扫描设备、软件和设备零部件，中游增材制造设备，下游增材制造服务。2）装备从进口转为自主生产：米级多激光器SLM装备等自主开发装 备相关核心指标达到国际先进水平；超高速激光熔覆头等十多类关键部件取得攻关突破和自主生产；2022年我国增材制造装备出口36.6亿元，较 2019年增长近1倍。3）增材制造企业数量持续增加：全产业链共有企业 超1000家，2012-2022年，以增材制造为主营业务的上市公司由1家增 至22家（含新三板），规模过亿的企业由3家增至42家。 受益标的：1）设备与产业链一体化布局：铂力特、华曙高科；新三板：峰华卓立、先临三维；未上市：易加三维、鑫精合；2）服务：超卓航科、银邦股份；3）原材料：有研粉材、中航迈特（未上市）；4）零部件及控制系统：金橙子。 风险提示：1）下游领域较为集中的风险；2）增材制造装备核心器件依赖进口的风险。 目录 1增材制造（3D打印）：颠覆性制造技术，传统工艺的重要补充5 1.1增材制造的原理与发展历程5 1.2增材制造：高效率、低成本的颠覆性技术，让复杂结构制造更简单6 1.3增材制造主流技术路线7 2增材制造应用多领域开花，“从1到100”或迎“黄金发展期”9 2.1我国增材制造产业正在迈向规模化、自主化、集聚化发展新阶段9 2.2增材制造应用场景广泛，在航空航天、汽车、医疗等领域大有可为10 3产业链梳理及受益标的16 3.1增材制造产业链梳理16 3.2增材制造（3D打印）相关受益标的18 4风险提示24 图表目录 图表1：增材制造技术原理5 图表2：增材制造行业发展历程6 图表3：增材制造与传统精密加工技术对比7 图表4：增材制造（3D打印）工艺技术类别7 图表5：SLM设备原理8 图表6：SLM成型原理8 图表7：电子束选区熔化原理8 图表8：电弧增材制造原理8 图表9：2019-2022年中国增材制造产业营业收入情况9 图表10：2022年增材制造产业链各环节营收占比9 图表11：我国增材制造产业布局10 图表12：2021年不同领域增材制造服务规模占比11 图表13：2019-2021年全球航空航天增材制造规模（亿美元）11 图表14：GE公司采用金属增材技术制造的燃油喷嘴12 图表15：叶轮及叶片构件内部的点阵结构12 图表16：GE9X发动机采用EBM制备TiAl合金低压涡轮叶片12 图表17：航空发动机可应用金属直接增材制造零部件示意图12 图表18：增材修复在航空发动机整体叶盘上的应用13 图表19：NASA增材制造液氧甲烷发动机铜合金推力室13 图表20：2019-2021年全球汽车行业增材制造规模14 图表21：宝马开发M850i夜空特别版3D打印刹车卡钳14 图表22：2019-2021年全球医疗行业增材制造规模15 图表23：3D打印医疗器械主要类型15 图表24：增材制造产业链全景图16 图表25：金属增材制造主要材料分类17 图表26：增材制造金属制粉的常用方法的原理和优缺点18 图表27：2016-2023Q1铂力特公司营业收入19 图表28：2016-2023Q1铂力特公司归母净利润19 图表29：2016-2022铂力特剔除股份支付影响的归母净利润&净利率19 图表30：2016-2022铂力特盈利能力逐年提升19 图表31：2016-2022铂力特各业务营收占比20 图表32：2016-2023Q1铂力特研发费用&研发费率20 图表33：2019-2023Q1华曙高科营业收入21 图表34：2019-2023Q1华曙高科归母净利润、毛利率、净利率21 图表35：2019-2022华曙高科各业务营收占比21 图表36：2019-2022H1华曙高科各行业领域业务营收占比21 图表37：2017-2023Q1超卓航科营业收入22 图表38：2017-2023Q1超卓航科归母净利润22 图表39：2018-2022超卓航科各板块业务营收占比22 图表40：2017-2023Q1超卓航科毛利率&归母净利率22 图表41：增材制造A股重点投资标的梳理23 1增材制造（3D打印）：颠覆性制造技术，传统工艺的重要补充 1.1增材制造的原理与发展历程 增材制造（AM）又称“3D打印”，是制造业有代表性的颠覆性技术：它基于三维模型数据，采用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；我们认为，增材制造或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。 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，有望解决同类型零部件难以加工的难题：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（AM）相对于传统的减材制造（SM）和成形制造（FM），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，已经广泛应用到航空航天、船舶制造、石油化工、生物医疗等领域，促进了制造业的发展。 图表1：增材制造技术原理 资料来源：张朝瑞、钱波、张立浩、茅健、樊红日《金属增材制造工艺、材料及结构研究进展》，信达证券研发中心 增材制造技术起源于美国，并在21世纪逐步成熟：随着工艺、材料和装备的日益成熟，增材制造技术的应用范围由模型和原型制造进入产品快速制造阶段，在航空航天等高端制造领域得到规模应用。根据华经产业研究院资料，增材制造行业发展历程大体可以分为四个阶段： 思想萌芽阶段（1940-1998年）：1940年，Perera提出了切割硬纸板并逐层粘结成三维地形图的方法，直到20世纪80年代末，3D打印制造技术实现了根本性发展。 技术诞生阶段（1986-1993年）：光固化技术（SLA）、分层实体制造技术（LOM）、粉末激光烧结技术（SLS）、熔融沉积制造技术（FDM）、喷头打印技术（3DP）等技术先后面世。 装备推出阶段（1988-1996年）：1988年美国3DSystems公司生产出了第一台增材制造装备SLA250，开创了增材制造技术发展新纪元；1996年3DSystems制造出第一台3DP装备Actua2100，同年美国Zcorp公司发布了Z402型3DP装备。 大规模应用阶段（2002年至今）：2002年德国成功研制了选择性激光熔化增材制造装备（SLM），同时电子束熔化（EBM）、激光工程净成形（LENS）等一系列新技术与装备纷纷涌现。 图表2：增材制造行业发展历程 资料来源：华经产业研究院，信达证券研发中心 1.2增材制造：高效率、低成本的颠覆性技术，让复杂结构制造更简单 增材制造加工在多种应用场景具备使用优势：增材制造技术与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，但增材制造因其全新的技术原理和特点，在多种应用场景有使用优势： 贴合“设计引导制造”的创意驱动，快速加工成形结构复杂的零件：增材制造的原理是将三维工件切片以获得二维的轮廓信息，通过叠层的方式实现产品成形。这种加工方式 基本不受零件形状的限制，特别是在制造内部结构复杂的、传统加工无法完成一体制造的产品方面，具备突出优势。 缩短产品研发周期：增材制造无需传统工具夹具和多重处理，可在单个设备上快速制造出所需零件，加速产品研发迭代。 材料利用率高，有利于降低制造成本：1）增材制造材料利用率远超航空锻造：根据铂力特公司公告数据，金属3D打印技术的材料利用率可超过95%；而根据李蓬川《大型 航空模锻件的生产现状及发展趋势》一文数据，我国航空锻件的材料利用率约为15-25%。2）传统加工切割的过程会产生大量废料，存在不完整的余料价值折损；而增材制造根据二维轮廓信息逐层添加材料，按需耗材，因此材料利用率高于传统加工模式。 制造模式优化：免去了提前制造模具等工艺，无需雇佣众多生产人员、使用庞大机床和复杂的锻造工艺，可直接从计算机图形数据中生成复杂结构的产品，具有“去模具、减废料、降库存”的特点；在生产上能够优化结构、有望节省材料和能源，提高生产效率 并可降低生产成本，助力实现无人化工厂。 图表3：增材制造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（分层制造、逐层叠加） “减”材制造（材料去除、切削、组装） 技术手段 SLM、LSF等 磨削、超精细切削、精细磨削与抛光等 适用场合 小批量、复杂化、轻量化、定制化、功能一体化零部件制造 批量化、大规模制造，但在复杂化零部件制造方面存在局限 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 高，可超过95% 低，材料浪费 产品实现周期 短 相对较长 零件尺寸精度 ±0.1mm （相对于传统精密加工而言偏差较大） 0.1-10μm（超精密加工精度甚至可达纳米级） 零件表面粗糙度 Ra2μm-Ra10μm之间（表面光洁程度较低） Ra0.1μm以下 （表面光洁度较高，甚