2024增材制造行业研究报告

深企投产业研究院 2024行业研究系列报告 增材制造行业研究报告 3D#$%&'()%*+,-./0 深企投产业研究院 !# 一、增材制造优势和应用领域1 二、增材制造工艺路线5 三、增材制造产业链概况7 四、全球及中国市场情况11 五、各领域竞争格局19 六、我国增材制造产业园分布22 !"#$% 图12021年全球增材制造应用领域3 图2增材制造产业链示意8 图3增材制造产业链全景图8 图43D打印原材料类别及应用领域9 图52021年全球增材制造各业务占比11 图6全球增材制造产品和服务产值12 图7全球工业级增材制造设备销售量（台）13 图8全球金属增材制造设备销售量（台）14 图9全球工业级高分子增材制造设备销售量（台）14 图10全球增材原材料销售额（百万美元）15 图11截至2021年增材制造设备安装量占比15 图122019-2022年中国增材制造产业营业收入情况16 图13工信部调研企业产业链各环节营收比重17 图142021年中国3D打印设备市场竞争格局21 图15我国增材制造产业园分布23 表1金属3D打印技术与传统精密加工技术对比2 表2增材制造工艺类别及应用领域5 表33D打印金属粉体材料国内外重点企业19 增材制造技术是颠覆性的先进制造技术，目前已广泛应用于航空航天、汽车、船舶、国防军工、医疗健康等众多领域，苹果、荣耀等品牌开始将其应用到手机零部件制造中。2022年全球市场规模180 亿美元，预计到2030年将达到近千亿美元。 &"'()*+,-./01 增材制造（AdditiveManufacturing,AM）又称3D打印，是基于三维模型数据，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，采用逐层叠加材料（逐层打印）的方式，直接制造与相应数字模型完全一致的实体或零件。增材制造是制造业有代表性的颠覆性技术，不同于传统制造业通过切削等机械加工方式对材料去除从而成形的“减”材制造，增材制造通过对材料自下而上逐层叠加的方式，将三维实体变为若干个二维平面，大幅降低了制造的复杂度，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。 目前增材制造技术在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面与传统的精密加工技术相比，还存在较大的差距，但因其全新的技术原理和特点，在多种应用场景有使用优势，可作为传统精密加工技术的补充。以金属3D打印技术为例，与传统精密加工技术相比，其材料利用率可达到95%，而在我国航空锻件的材料利用率约为15-25%，相比之下，3D打印将大幅降低材料成本，具有“去模具、减废料、降库存”的特点，可以缩短新产品研发及实现周期，实现一 体化、轻量化设计，也可以实现优良的力学性能。 表1金属3D打印技术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，甚至可达镜面效果） 资料来源：铂力特招股说明书。 目前增材制造技术已经广泛应用到航空航天、汽车、船舶、国防军工、能源动力、轨道交通、石油化工、医疗健康、电子、模具、文化创意、建筑、文创等领域。根据从事增材制造行业研究的美国咨询机构WohlersAssociates发布的《WohlersReport2022报告》显示，2021年增材制造主要应用于航空航天、汽车、消费及电子产品、医疗/牙科、学术科研等领域，如下图所示。 建筑领域,4.5% 其他,12.6% 航空航天, 16.8% 政府/军方, 6.0% 能源,7.0% 医疗/牙科, 15.6% 学术科研, 11.1% 汽车领域, 消费及电子14.6% 产品,11.8% 图12021年全球增材制造应用领域 资料来源：WohlersAssociate《WohlersReport2022》，华曙高科招股说明书。 ——航空航天应用。在航空航天领域，由于零部件形态复杂、传统工艺加工成本高及轻量化要求等因素，增材制造已发展成为提升设计与制造能力的一项关键核心技术，能够实现任意复杂构件成形与多材料一体化制造，突破了传统制造技术对结构尺寸、复杂程度、成形材料的限制，应用场景日趋多样化。欧洲航天局（ESA）、美国国家航空航天局（NASA）、SpaceX和RelativitySpace均使用增材制造技术生产火箭点火装置、推进器喷头、燃烧室和油箱，美国GE、波音 （Boeing）、雷神科技、法国空客（Aribus）、赛峰（Safran）使用增材制造技术生产商用航空发动机零部件、军机机身部件、飞机风管、舱内件等。同时，增材制造的构件也已在国内航空航天领域广泛应用，先后成功参与了天问一号、实践卫星、北斗导航系统等数十次发射和飞行任务，我国航天院所如航天一院、航天二院、航天五院、航天六院、中航商飞等均积极运用3D打印技术制造相关零部件。 ——汽车领域应用。汽车制造领域的3D打印，主要应用于汽车设计、零部件开发、内外饰等方面。在设计方面，3D打印技术的应用可以实现无模具设计和制造，可以在设计阶段引导零件轻量化、一体化、个性化、功能化方面的创新。在制造方面，3D打印技术可提升零件的制造效率和生产质量，实现零件轻量化制造和降低质量的位移途径，进行复杂结构模具的加工，加强对制造精度的控制，同时，增材制造一体化成形技术允许将多个零件整合为一个零件，可减轻复杂关键部件的重量。在维修方面，3D打印技术可以进行门把手、轮毂、汽缸、变速器和其他基础部件的制作。 ——医疗领域应用。3D打印凭借可个性化定制的特点在医疗领域内应用逐步广泛，主要应用方向包括制造医疗模型、手术导板、外科/口腔科植入物、康复器械等（主要材料包括塑料、树脂、金属、高分子复合材料等），以及生物3D打印人体组织、器官等。目前在口腔医学中的应用逐渐成熟，主要运用于制造牙冠和牙桥等修复材料，包括义齿打印、矫正器制作等。在骨科植入方面也发展迅速，目前开始采用金属3D打印技术生产全膝关节植入物、髋臼杯、脊柱植入物等。听力学领域，主要运用于制造耳蜗和听骨链等助听器部件。心脏和神经系统方面，主要运用于制造心脏支架和脑植入物等。 ——国防军工领域应用。3D打印技术在武器装备设计、制造以及维修保障等方面的应用逐渐普及，比如，可以使用3D打印技术生产战斗机等高端武器装备的复杂零部件，维修中短缺的零部件。在军事制造业生产模式上，除了按需便捷生产，3D打印技术还允许创建 高级定制和专业化的设备。例如，士兵可以拥有定制的头盔、防弹衣等防护装备，可以在战场上快速为伤员打印假肢、关节，随时随地建造营房和防御工事等。 ——消费电子等消费品领域应用。3D打印技术在产品的研发和生产阶段，如装配和功能验证、外观及性能测试、人体工程学、快速手板、批量制造等方面，有助于降低研发和时间成本。苹果预计下半年发布的AppleWatchUltra智能手表的部分钛金属机械部件将采用3D打印工艺。未来在iPhone15上有可能将中框结构件用钛合金替换之前的铝合金。荣耀近期发布的荣耀MagicV2折叠旗舰机，铰链的轴盖部分首次采用钛合金3D打印工艺。其他消费品领域，3D打印技术有助于加速产品设计、优化和迭代，提升并丰富产品性能，如为运动员量身定制轻量化、个性化运动设备等。 ——模具领域应用。3D打印已广泛应用于鞋模及随形冷却模具等领域，优化冷却水路设计，不受水路复杂程度的限制，提升模具的冷却效率和生产效率。 3"'()*4567 增材制造技术自诞生至今将近40年，目前多种技术路线并存。 按照成型原理，增材制造主要有7种工艺，如下表所示。 表2增材制造工艺类别及应用领域 工艺类型 工艺说明 主要工艺技术名称及应用领域 粉末床熔融 通过热能选择性地熔 激光选区熔化（SLM）：航空航天等复杂金属 化/烧结粉末床区域的增材制造工艺 精密零件、金属牙冠、医用植入物（金属材料）等激光选区烧结（SLS）：航空航天领域用工程塑料零部件、汽车家电等领域铸造用砂芯、医用手术导板与骨科植入物（非金属材料）等 电子束选区熔化（EBSM）：航空航天复杂金属 构件、医用植入物（金属材料）等 定向能量沉积 利用聚焦热能熔化材料即熔即沉积的增材制造工艺 激光近净成形（LENS），也称激光立体成形 （LSF）：飞机等大型复杂金属构件成形与修复等电子束熔丝沉积（EBDM）：航空航天大型金属构件等 电弧增材制造（WAAAM）：航空航天大型金属 构件等 立体光固化 通过光致聚合作用选择性地固化液态光敏聚合物的增材制造工艺 光固化成形（SLA）：工业产品设计开发、创新创意产品生产、精密铸造用蜡模等，使用非金属材料 粘结剂喷射 选择性喷射沉积液态粘结剂粘结粉末等材料的增材制造工艺 三维立体打印（3DP）：工业产品设计开发、 铸造用砂芯、医疗植入物、医疗模型、创新创意产品、建筑等，使用非金属材料 材料挤出 将材料熔化后通过喷嘴或孔口挤出成形的增材制造工艺 熔融沉积成形（FDM）：工业产品设计开发、 创新创意产品生产等，使用非金属材料 材料喷射 将材料以微滴的形式选择性喷射沉积的增材制造工艺 材料喷射成形（PJ）：工业产品设计开发、医 疗植入物、创新创意产品生产、铸造用蜡模等，使用非金属材料 薄材叠层 将薄层材料逐层粘结以形成实物的增材制造工艺 层压物体制造（LOM）：工业产品设计开发、创新创意产品生产、制作母模等，使用纸片或PVC覆膜材料，目前逐渐被淘汰超声波增材制造（UAM）：使用多种金属、金属基复合材料的航空航天复杂金属零部件（可嵌入传感器、电子元器件的金属部件）等 资料来源：铂力特招股说明书等。 金属增材制造工艺原理主要为粉末床熔融和定向能量沉积两大类别，对应的金属3D打印技术都可以制造达到锻件标准的金属零件。粉末床熔融技术比较适合航空航天小批量、定制化的生产特点，是目前最广泛应用的增材制造技术之一。定向能量沉积技术的成熟度和设备自动化程度不及粉末床熔融技术，但是能实现修复功能，因此也具有不可替代性。具体工艺来看，目前激光选区熔化技术（SLM）是最常用的金属增材制造工艺，其生产效率高，可以在短时间内制造出致密度极高的金属零件；电子束选区熔化（EBSM）依托真空加工环境，更容易加工难熔的材料，但维护费用高，打印的零件尺寸受限，且需要有射线安全保护设备；电弧增材制造（WAAM）在大尺寸结构件制造中具有优势，但零件表面质量较差，需经过表面加工过后才能使用。 8"'()*9:;<= 增材制造产业链上游主要为原材料和零件，包括增材制造装备零部件、三维扫描设备、增材制造软件系统、专用材料生产工艺及设备等；中游为3D打印设备，多数厂商同时提供打印服务、原材料供应及系统解决方案；下游为各个行业应用。产业链如下图所示。 图2增材制造产业链示意 资料来源：华曙高科招股说明书。 图3增材制造产业链全景图 资料来源：信达证券《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-230712》。 ——3D打印原材料。目前主要可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料以及生物材料等几类。金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低，目前应用于3D打印的金属粉末材料主要有钛及钛合金、高温合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等。SLS工艺技术目前使用最广泛的原材料为PA粉末类材料。近年来，行业