3D打印之非金属材料 头豹词条报告系列

3D打印之非金属材料行业分类 3D打印之非金属材料按照材料种类可分为有机高分子材料和无机非金属材料。其中有机高分子材料具体包 含工程塑料（ABS塑料，PC材料，PA尼龙和PLA聚乳酸）、光敏树脂材料、合成橡胶。无机非金属材料主要为陶 瓷材料。 按照材料种类分类 3D打印之非金属材料分类 Somos 11122材料、Somos 19120材料和环氧树脂。 合成橡胶具有高拉伸强度，高断裂伸长率和高抗撕裂强度，用于3D打印技术的常见合成橡胶有光固化弹性体、硅橡胶和弹性体乳胶等。 合成橡胶 3D打印技术使用的陶瓷为陶瓷粉末，是含有粘结剂的混合物陶瓷，具有低密度、高强度、耐腐蚀、高硬度、耐高温以及化学稳定好的优越性能，但具有陶瓷粉末和粘结剂粉末的难配比，陶瓷粉末大小难控制的缺点。目前新型陶瓷材料被广泛应用于航空航天、生物、半导体、仿生学等领域 陶瓷 [2] 1：https://www.strata… 2：中国知网，作者：张胜… [3] 3D打印之非金属材料行业特征 3D打印非金属材料行业整体特征表现为新兴原材料增加，下游需求旺盛，政策扶持力度大，投融资规模稳步增长等。随着3D打印技术的逐渐成熟，其应用场景得到拓展，3D打印设备需求量激增带动非金属材料行业产 业规模扩大。同时，由于中国政府部门出台政策扶持，3D打印材料的科研项目备受关注。然而，从3D打印行业 营收可知，非金属材料行业并非3D打印技术行业的主要部分，行业规模有限，企业间竞争加剧。 准入门槛 3D打印之非金属材料创新不断，业内企业投入大量的资金用于科研，行业壁垒不断提高。 非金属材料行业上游原材料行业进入门槛高，需长周期和大规模的资金投入，要求企业拥有持续稳定的现 金流。企业平均将10%-30%主营业务收入投入研发，使非金属材料行业具有明显专业化特征。同时，3D打印行业企业平均目前非金属材料种类丰富且各有优势，新进入企业较难取得市场竞争力。 发展前景 国家政策扶持非金属材料行业，3D打印材料之非金属材料在中国受到重点关注，呈现快速发展趋势。 近十年，中国政府出台诸如《增材制造标准领航行动计划》等政策，支持鼓励3D打印之非金属材料行业的发展，帮助行业建立标准化体系，提升国际竞争力，加强人才培养和科研成果转化。这些政策的出台将帮 助3D打印材料行业产业升级，为非金属材料领域铺平发展道路。 [3] 1：https://kns.cnki.ne… 2：中国增材制造产业联盟… [4] 3D打印之非金属材料发展历程 非金属材料在3D打印技术的应用经历了萌芽期、启动期和高速发展期。3D打印之非金属材料行业的发展经 历了多个重要事件和转折点，伴随着1980年日本东京大学制作出第一台光学3D打印机并申请专利，光敏树脂作为其制作材料诞生。随着熔融沉积成型技术（FDM技术）的完善，工程塑料ABS和聚碳酸酯PC应运而生。3DP 技术的诞生让陶瓷和粘结剂也作为重要非金属材料在3D打印行业展露头角。目前3D打印之非金属材料行业处于高速发展期，随着应用领域的拓展，更多的新兴非金属材料强势登场并被广泛应用于日常消费、医疗等领域。随 着国内外3D打印行业的不断完善，非金属材料的技术创新将百花齐放。 萌芽期 1972~1990 启动期 1992年FDM熔融沉积成型技术问世，这项技术使用的热塑性材料，如ABS塑料和PC聚碳酸酯等，成 为非金属材料的主流，具有成本低，操作简单等优点。在随后的1993年，3DP技术诞生并立刻投入商用，在3D打印过程中将陶瓷作为主要材料，可打印出彩色产品。EBM技术、SLM技术等新型技术 原理研发成功，3D打印机的百花齐放成功推动非金属材料的不断创新。随着3D打印机的造价成本下 降，其应用领域向医疗等方向拓展，进一步促进非金属材料的研发。 3D打印之非金属材料行业在这一阶段随着3D打印技术的革新而得到飞速发展。在这一阶段，3D打印 技术的应用领域相对狭窄，多用于机械制造，处于进军医疗等其他领域的初步阶段。 高速发展期 2009~2023 2009年MarketBot公司研发上市桌面级3D打印机并支持个人DIY，桌面级3D打印机市场由此蓬勃发展。桌面级3D打印机具有成本低、操作简单、尺寸小等特点，开始被使用于食品、军事、服饰等行 业。3D打印机行业爆发式发展，3D打印飞机、3D打印赛车等高精尖产品问世，并在医疗行业成为研究热门。伴随着应用领域的拓展，各种创造性的非金属材料开始投入使用。 3D打印之非金属材料行业随着领域的拓展和产品的丰富爆发式发展。有新的应用场景就会诞生新的非金属材料，同时业内企业开始加大非金属材料的研发投入，行业壁垒逐渐提高。3D打印技术将在 未来成为制造业中的重要领域，而非金属材料行业作为其支柱产业将蓬勃发展。 3D打印材料之非金属材料行业的产业链由上游3D打印材料的原料供应及初加工、中游3D打印非金属材料及处理和3D打印设备及服务供应商、下游3D打印终端应用领域。其中，上游主要为各类非金属材料的基础原材料供应商，如预聚体、石油等基础材料，对原材料进行初步分类加工；中游为将原材料加工处理至适用于3D打印 设备的非金属材料，并提供3D打印设备的供应和3D打印软件的提供。下游为3D打印技术具体应用领域，包括医 疗、汽车、航空航天等领域。 在3D打印之非金属材料产业链中，有两个重要趋势是非金属材料向高性能、高质量和环保方向发展，行业 生态将加速完善成型。 （1）非金属材料向高性能、高质量和可持续方向发展：随着3D打印技术应用领域不断拓展，3D打印产品逐渐深入高精尖领域，对非金属材料的性能要求逐渐提高。同时，近年中国政府愈加重视对绿色、可持续发展，非 金属材料行业也顺应改变。 （2）3D打印行业生态将加速完善成型：随着相关行业的深入和应用领域的拓展，加之中国政府出台政策扶 持，3D打印及相关行业将逐渐进行产业升级，步入智能化生产，上中下游之间将充分协调，形成系统性解决方 案，打造3D打印行业新生态。 上 产业链上游 生产制造端 非金属材料的原料供应及初加工 上游厂商 中国石油化工股份有限公司 中国石油天然气集团有限公司 中海油能源发展股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 非金属材料的原料供应决定了整个非金属材料行业的生产，最终影响整个3D打印行业的发展。3D打 印之非金属材料主要包含光敏树脂、工程塑料、合成橡胶和陶瓷，其中最常用的是工程塑料，占所有3D打印材料61%，其原材料分别为石油、蓖麻油等。从供给角度看，目前3D打印之非金属材料的基 础原材料主要依靠进口，且行业集中度较高。以尼龙为典型的工程塑料的基础原材料是石油，近年来受地缘政治等因素影响，石油资源出现一定程度的匮乏，据中国海关总署统计，2023年1至4月中国 原油进口金额同比下降6%，国际原油价格自2021年1月的47.18美元/桶涨至98美元/桶，致使尼龙生产受到制约；作为光敏树脂基础原材料的聚合物单体和预聚体产能集中度较高，主要被国际龙头企业 垄断，如LG化学、朗盛等。 中 产业链中游 品牌端 中游厂商 产业链中游说明 3D打印设备可分为消费级和工业级。消费级3D打印设备主要用于教育、工艺设计等领域，对产品的质量和精度要求低，主要使用的工艺包括熔丝堆积成型工艺（FDM）、激光熔覆沉积工艺（LCD）和 立体光固化成型工艺（SLA）。工业级3D打印设备主要用于医疗、汽车、航空航天等高精尖领域，对产品质量和精度要求高，可使用的工艺多，包括熔丝堆积成型工艺（FDM）、立体光固化成型工艺 （SLA）和数字光处理工艺（DLP）等。从工艺角度看，FDM打印设备的销售额占所有3D打印设备的40%左右，是目前最广泛使用的工艺。从竞争格局看，中国企业在消费级3D打印设备供应方面具有 一定优势，纵维立方、创想三维等企业占有一定全球市场份额，年收入超10亿元；而国际企业在工业 品牌端 3D打印软件服务供应 中游厂商 产业链下游说明 3D打印终端应用领域可根据3D打印设备分为工业级领域和消费级领域。工业级应用占比 65%-70%，主要应用领域为航空航天（58%）、模型制造（18%）和生物医疗（10%）等；消费级应用占比30%-35%，主要应用领域为教育科研、艺术模型制造和消费电子领域等。在医疗领域中， 由于光敏树脂等非金属材料对于人体危害性小，且能突破复杂结构、满足个性化定做、实现轻量化和 3D打印之非金属材料行业规模 2022年中国3D打印材料行业规模为45.05亿元，其中非金属材料行业规模为27.35亿元，市场占比达到60.7%。中国3D打印之非金属材料市场规模将不断增长，受中国3D打印市场规模的增长和3D打印材料市场在 3D打印市场的渗透率的增加影响，预计2023年至2027年，3D打印非金属材料市场规模年平均增长率为24%。 但随着3D打印技术在航空航天、汽车等重金属领域普及，非金属在3D打印材料中的市场占比将有所下降，预计 2023年至2027年，每年市场占比将下降6%。 中国3D打印之非金属材料行业规模在过去五年持续增长，但增长速度持续放缓。市场占比从2017年的72%下降至2022年的60.7%，虽然非金属材料的研发投入不断增加，创新型材料层出不穷，截至2019年，3D打印非 金属材料专利申请数量达到11302件，但由于航空航天、汽车等主要使用金属材料的应用领域普及3D打印技术，金属3D打印应用领域拓展，其需求增长超过非金属材料，导致非金属材料在3D打印材料市场占比下降，行业增 长放缓。 预计到2027年，中国3D打印之非金属材料行业规模将达到81.5亿元，占整个3D打印材料行业规模 44.5%。随着3D打印材料市场持续扩张，在2027年达到183亿元，业内企业将研发出多样化的非金属3D打印材料，以满足各行各业的生产消费需求。同时，得益于中国政府政策的影响，3D打印技术将得到普及并深入民用 领域，非金属材料凭借其轻量、便宜、低门槛等特点得到广泛应用。综上所述，3D打印之非金属材料行业将作 为中国智能制造的重要驱动力持续发展壮大，成为中国制造业发展的持续动力。 中国3D打印之非金属材料市场规模 3D打印之非金属材料行业规模 政策名称 颁布主体 生效日期 影响 2015-05- 《中国制造2025》 国务院 《中国制造2025》作为中国是制造强国第一个十年的行动纲领，旨在提高自主创新能力、优化产业质量效 政策内容 益等，帮助和引导制造业转型升级。政策中将3D打印技术作为重点发展对象，将协助建立和完善创新中 心，推动制造过程智能化。 《中国制造2025》将加快3D打印及相关行业的产业升级，推动产业智能化。为3D打印之非金属材料行业 政策解读 培养并输送人才，提高行业的创新能力，提高产品国际竞争力。 政策性质 鼓励性政策 政策名称 颁布主体 生效日期 影响 《关于推动铸造和锻压行业高质量 工业和信息化部、国家发展和改革 2023-04- 发展的指导意见》 委员会、生态环境部 《关于推动铸造和锻压行业高质量发展的指导意见》中明确指出“砂型3D等先进工业技术实现产业化应 政策内容 用”，重点提出发展“砂型3D打印”等先进铸造工艺与装备，打造“砂型3D打印”等特色产业集群。 政策解读 砂型3D打印的选材为接近于天然岩石内部的矿物颗粒和胶结成分，无需制作木模等，具有制造周期短、研 发成本低及可制造出复杂形状铸型或原型等优势。政策的发布在未来将不断推动传统铸造行业转型升级， 协助非金属材料行业提高创新能力，助力行业高质量发展。 政策性质 指导性政策 政策名称 颁布主体 生效日期 影响 《2022年度普通高等学校本科专 2023-04- 教育部 业备案和审批结果》 《2022年度普通高等学校本科专业备案和审批结果》中，8所高校新增“增材