3D打印行業(yè)市場(chǎng)分析

3D打印行業(yè)市場(chǎng)分析1增材制造（3D打?。侯嵏残灾圃旒夹g(shù)，傳統(tǒng)工藝的重要補(bǔ)充1.1增材制造的原理與發(fā)展歷程增材制造（AM）又稱“3D打印”，是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)：它基于三維模型數(shù)據(jù)，采用逐層疊加材料的方式，直接制造與相應(yīng)數(shù)字模型完全一致的三維物理實(shí)體模型；我們認(rèn)為，增材制造或?qū)?duì)傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響。增材制造將復(fù)雜的零部件結(jié)構(gòu)離散為簡單的二維平面加工，有望解決同類型零部件難以加工的難題：以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成形系統(tǒng)，將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)二維平面，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將粉末、樹脂等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成形，制造出實(shí)體產(chǎn)品。增材制造（AM）相對(duì)于傳統(tǒng)的減材制造（SM）和成形制造（FM），簡化了生產(chǎn)流程，避免了生產(chǎn)周期長、成本高、難以生產(chǎn)復(fù)雜零件等缺點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航空航天、船舶制造、石油化工、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，促進(jìn)了制造業(yè)的發(fā)展。增材制造技術(shù)起源于美國，并在21世紀(jì)逐步成熟：隨著工藝、材料和裝備的日益成熟，增材制造技術(shù)的應(yīng)用范圍由模型和原型制造進(jìn)入產(chǎn)品快速制造階段，在航空航天等高端制造領(lǐng)域得到規(guī)模應(yīng)用。根據(jù)研究資料，增材制造行業(yè)發(fā)展歷程大體可以分為四個(gè)階段：思想萌芽階段（1940-1998年）：1940年，Perera提出了切割硬紙板并逐層粘結(jié)成三維地形圖的方法，直到20世紀(jì)80年代末，3D打印制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了根本性發(fā)展。技術(shù)誕生階段（1986-1993年）：光固化技術(shù)（SLA）、分層實(shí)體制造技術(shù)（LOM）、粉末激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）、熔融沉積制造技術(shù)（FDM）、噴頭打印技術(shù)（3DP）等技術(shù)先后面世。裝備推出階段（1988-1996年）：1988年美國3DSystems公司生產(chǎn)出了第一臺(tái)增材制造裝備SLA250，開創(chuàng)了增材制造技術(shù)發(fā)展新紀(jì)元；1996年3DSystems制造出第一臺(tái)3DP裝備Actua2100，同年美國Zcorp公司發(fā)布了Z402型3DP裝備。大規(guī)模應(yīng)用階段（2002年至今）：2002年德國成功研制了選擇性激光熔化增材制造裝備（SLM），同時(shí)電子束熔化（EBM）、激光工程凈成形（LENS）等一系列新技術(shù)與裝備紛紛涌現(xiàn)。1.2增材制造：高效率、低成本的顛覆性技術(shù)，讓復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造更簡單增材制造加工在多種應(yīng)用場(chǎng)景具備使用優(yōu)勢(shì)：增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)精密加工技術(shù)均是制造業(yè)的重要組成部分，目前增材制造加工與傳統(tǒng)加工相比還存在加工精度、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術(shù)原理和特點(diǎn)，在多種應(yīng)用場(chǎng)景有使用優(yōu)勢(shì)：貼合“設(shè)計(jì)引導(dǎo)制造”的創(chuàng)意驅(qū)動(dòng)，快速加工成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件：增材制造的原理是將三維工件切片以獲得二維的輪廓信息，通過疊層的方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成形。這種加工方式基本不受零件形狀的限制，特別是在制造內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、傳統(tǒng)加工無法完成一體制造的產(chǎn)品方面，具備突出優(yōu)勢(shì)。縮短產(chǎn)品研發(fā)周期：增材制造無需傳統(tǒng)工具夾具和多重處理，可在單個(gè)設(shè)備上快速制造出所需零件，加速產(chǎn)品研發(fā)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遠(yuǎn)超航空鍛造：根據(jù)鉑力特公司公告數(shù)據(jù)，金屬3D打印技術(shù)的材料利用率可超過95%；而根據(jù)李蓬川《大型航空模鍛件的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)》一文數(shù)據(jù)，我國航空鍛件的材料利用率約為15-25%。2）傳統(tǒng)加工切割的過程會(huì)產(chǎn)生大量廢料，存在不完整的余料價(jià)值折損；而增材制造根據(jù)二維輪廓信息逐層添加材料，按需耗材，因此材料利用率高于傳統(tǒng)加工模式。制造模式優(yōu)化：免去了提前制造模具等工藝，無需雇傭眾多生產(chǎn)人員、使用龐大機(jī)床和復(fù)雜的鍛造工藝，可直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，具有“去模具、減廢料、降庫存”的特點(diǎn)；在生產(chǎn)上能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)、有望節(jié)省材料和能源，提高生產(chǎn)效率并可降低生產(chǎn)成本，助力實(shí)現(xiàn)無人化工廠。1.3增材制造主流技術(shù)路線增材制造技術(shù)自誕生至今近40年，正處于多技術(shù)路線并存的狀態(tài)：1）根據(jù)我國《增材制造術(shù)語》（GB/T35351-2017），增材制造可以根據(jù)成形原理分為7種基本工藝。2）金屬增材制造工藝原理主要為粉末床熔融（PBF）和定向能量沉積（DED）兩大類別，采用這兩類工藝原理的金屬3D打印技術(shù)都可以制造達(dá)到鍛件標(biāo)準(zhǔn)的金屬零件。粉末床熔融技術(shù)（PBF）是當(dāng)今最廣泛應(yīng)用的增材制造技術(shù)之一：1）PBF技術(shù)比較適合航空航天小批量、定制化的生產(chǎn)特點(diǎn)：能夠解決其輕量化設(shè)計(jì)制、功能化設(shè)計(jì)要求，且隨著技術(shù)發(fā)展與成本控制，未來或?qū)⒛軌驅(qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。2）PBF技術(shù)的主要代表性工藝有選擇性激光燒結(jié)（SLS）、選擇性激光熔化成形（SLM）、直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）和電子束熔化成形（EBSM）。定向能量沉積技術(shù)（DED）推廣應(yīng)用不及粉末床熔融技術(shù)，但能實(shí)現(xiàn)修復(fù)功能：1）DED技術(shù)的成熟度和設(shè)備自動(dòng)化程度不及PBF技術(shù)，在同傳統(tǒng)制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)中尚未形成顯著的不可替代性。2）常用的DED技術(shù)工藝主要有激光近凈成形（LENS）、激光立體成形（LSF）、電子束熔絲沉積（EBDM）、電弧增材制造（WAAM）。張朝瑞、錢波、張立浩、茅健、樊紅日《金屬增材制造工藝、材料及結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展》一文介紹了三類常用的金屬增材制造工藝：①激光選區(qū)熔化技術(shù)（SLM）：當(dāng)前最常用的一種加工工藝。1）其原理是利用高強(qiáng)度激光能量源對(duì)金屬粉末層按照路徑規(guī)劃逐層快速掃描熔化，然后經(jīng)工作缸、送粉缸和刮刀通過程序聯(lián)動(dòng)完成鋪粉工作。2）SLM技術(shù)生產(chǎn)效率高，可以在短時(shí)間內(nèi)制造出致密度極高的金屬零件，縮短生產(chǎn)周期。②電子束選區(qū)熔化（EBSM）：1）原理：在真空條件下，以高能量的電子束選擇性地快速熔化金屬粉末或金屬絲，經(jīng)過層層熔化堆積直至加工完成。2）優(yōu)點(diǎn)：EBSM技術(shù)相比傳統(tǒng)制造技術(shù)，制造產(chǎn)品周期短、材料利用率高、節(jié)省能源、無污染，其獨(dú)特的真空加工環(huán)境更容易加工難熔的材料。3）缺點(diǎn)：需要專門的真空環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用昂貴，打印的零件不能太大；由于電子束加工容易產(chǎn)生射線影響人身安全，需要有專門的保護(hù)設(shè)備。③電弧增材制造（WAAM）：1）原理：以電弧為能量源熔化金屬材料，按照路徑規(guī)劃進(jìn)行層層堆積直至成形。2）優(yōu)點(diǎn)：具有高效生產(chǎn)、節(jié)約成本、安全可靠的特點(diǎn)；相比于SLM和EBSM技術(shù)，在大尺寸結(jié)構(gòu)件制造中有一定的優(yōu)勢(shì)，通過一體化成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工方式，簡化了傳統(tǒng)制造的準(zhǔn)備過程，縮短了研發(fā)周期。3）缺點(diǎn)：表面質(zhì)量較差，需經(jīng)過表面加工過后才能使用。2增材制造應(yīng)用多領(lǐng)域開花，“從1到100”或迎“黃金發(fā)展期”2.1我國增材制造產(chǎn)業(yè)正在邁向規(guī)?；?、自主化、集聚化發(fā)展新階段根據(jù)工信部裝備工業(yè)發(fā)展中心總工程師左世全在增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展（廣州）暨2023年增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)上的報(bào)告《增材制造十年發(fā)展及展望》，我國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：①我國增材制造產(chǎn)業(yè)整體實(shí)現(xiàn)從研發(fā)創(chuàng)新向產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展蛻變：1）2012-2022年，我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模自10億元增至320億元，CAGR為41.42%。2）預(yù)計(jì)2023年我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望超過400億元。3）按照25%的復(fù)合增長率保守估算，我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望在2027年左右突破千億元。企業(yè)數(shù)量持續(xù)增加：我國增材制造全產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)數(shù)量超過1000余家，以增材制造為主營業(yè)務(wù)的上市公司數(shù)量從2012年的1家增長至2022年的22家（含新三板），規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量由2016年的20余家增至2022年的近200家，其中規(guī)模過億的企業(yè)數(shù)量由2012年的3家增至2022年的42家。裝備營收占比超過一半：2022年我國增材制造專用材料、零部件、裝備、服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)營收占比分別約為12.4%、5.9%、53.2%和26%。②我國增材制造裝備實(shí)現(xiàn)從進(jìn)口為主到自主生產(chǎn)轉(zhuǎn)變：1）我國高精度桌面級(jí)光固化增材制造裝備、多材料熔融沉積增材制造裝備持續(xù)保持領(lǐng)跑并暢銷海外；米級(jí)多激光器激光選區(qū)熔化裝備、多電子槍電子束熔化裝備、大幅面砂型增材制造裝備等自主開發(fā)裝備相關(guān)核心指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平；超高速激光熔覆頭、電子槍等十多類關(guān)鍵部件取得攻關(guān)突破和自主生產(chǎn)，其穩(wěn)定性、可靠性得到不斷改善。2）我國增材制造裝備海外認(rèn)可度不斷提高：2022年，我國增材制造裝備（含消費(fèi)級(jí)）出口228.7萬臺(tái)，較2019年增長59.7%，出口金額36.6億元，較2019年增長近1倍。③增材制造技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)從原型制造向直接制造發(fā)展：由快速制造原型樣件逐步向直接制造最終產(chǎn)品質(zhì)變，已應(yīng)用于航空航天、醫(yī)藥、汽車等國民經(jīng)濟(jì)39個(gè)行業(yè)大類、89個(gè)中類，覆蓋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原型制造、批量生產(chǎn)、工裝制作、保障修復(fù)等全壽命周期。航空航天領(lǐng)域：新一代戰(zhàn)機(jī)、國產(chǎn)大飛機(jī)、新型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、火星探測(cè)器等重點(diǎn)裝備的關(guān)鍵零部件逐步應(yīng)用增材制造技術(shù)，解決了諸多過去難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件成形問題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化。醫(yī)療領(lǐng)域：增材制造被應(yīng)用于醫(yī)療植入定制、修復(fù)體制作、診療輔助器具制作、個(gè)性化矯正器具打印、細(xì)胞/組織/器官打印等；髖臼杯、脊柱椎間融合器等增材制造醫(yī)療植入物已獲得NMPA認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用，拓展疾病治療解決方案；增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)口腔正畸牙模批量定制生產(chǎn)，解決傳統(tǒng)機(jī)加工制造復(fù)雜的問題，滿足患者個(gè)性化需求。汽車領(lǐng)域：增材制造被應(yīng)用于概念車、零部件創(chuàng)新、定制化夾具制造、內(nèi)飾創(chuàng)新等研發(fā)試制方面，達(dá)到縮短研發(fā)周期，以及減輕重量、減少材料損失、自由定制配件、輕松更換備件等目的。鑄造領(lǐng)域：將增材制造技術(shù)應(yīng)用于砂型鑄造、熔模鑄造等鑄造工藝中，大大減少鑄造加工流程，提升產(chǎn)品制造效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)鑄造的替代。其他領(lǐng)域：增材制造被應(yīng)用于建筑設(shè)施整體制造、文物復(fù)刻展示、高級(jí)手辦、輕量化鞋品制造等。④產(chǎn)業(yè)布局實(shí)現(xiàn)從零散分布到集聚發(fā)展演變：從零散狀、碎片化到成鏈條、集群化發(fā)展演變。2013年，全國首個(gè)3D打印產(chǎn)業(yè)園在陜西渭南建成，隨后，廣州3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)園、安徽春谷3D打印智能裝備產(chǎn)業(yè)園等20余個(gè)增材制造全產(chǎn)業(yè)鏈及相關(guān)配套服務(wù)的產(chǎn)業(yè)聚集地、產(chǎn)業(yè)園區(qū)在各地陸續(xù)涌現(xiàn)，初步形成珠三角地區(qū)、長三角地區(qū)為核心，京津冀地區(qū)和陜西、安徽等中、西部地區(qū)為紐帶的產(chǎn)業(yè)空間發(fā)展布局。2.2增材制造應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，在航空航天、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域大有可為金屬增材制造下游應(yīng)用領(lǐng)域眾多，航空航天應(yīng)用最多：1）增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域率先得到驗(yàn)證和應(yīng)用：航空航天企業(yè)對(duì)價(jià)格敏感度低，同時(shí)對(duì)復(fù)雜精密、大型構(gòu)件制造的要求高。2）隨著材料的多樣化和增材制造設(shè)備的發(fā)展，增材制造技術(shù)廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)。3）根據(jù)鉑力特公司公告援引的《WohlersReport2022》內(nèi)容顯示，在2021年全球增材制造服務(wù)規(guī)模中，航空航天占比最大，達(dá)到16.8%，醫(yī)療、汽車占比緊隨其后，分別為15.6%和14.6%。場(chǎng)景①：航空航天領(lǐng)域徐明、吳凡《金屬粉末增材在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用及挑戰(zhàn)》介紹了增材制造在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用：航空發(fā)動(dòng)機(jī)不斷追求更好的性能和燃油經(jīng)濟(jì)性，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)材料、結(jié)構(gòu)及功能的一體化、輕量化設(shè)計(jì)制造的要求越來越高，在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展歷程中，零部件的設(shè)計(jì)制造呈現(xiàn)以下特征：結(jié)構(gòu)復(fù)雜且一體化程度高：飛行器采用的零件通常具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使得其加工難度和裝配難度較高，為了避免裝配帶來的失效風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部組件向著一體化發(fā)展。輕量化要求：對(duì)于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)而言，輕量化的設(shè)計(jì)對(duì)于提高性能和降低油耗均具有重要意義。服役環(huán)境惡劣：隨著飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提升，渦輪前溫度提高，相應(yīng)零部件服役過程中承受的溫度和壓力越來越高，對(duì)構(gòu)件的要求也越來越高。鑄造或鍛造+機(jī)加等傳統(tǒng)技術(shù)在很大程度上已經(jīng)無法滿足零部件快速迭代的研發(fā)、設(shè)計(jì)及驗(yàn)證需求。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，增材制造技術(shù)憑借其快速響應(yīng)的特點(diǎn)，非常適用于零件的驗(yàn)證制造；同時(shí)對(duì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，在設(shè)計(jì)迭代優(yōu)化中也具有明顯的優(yōu)勢(shì)：制造自由度高：其分層成形的特性決定了在成形過程中不受零件復(fù)雜結(jié)構(gòu)的影響，可以直接制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件。設(shè)計(jì)自由度高：這決定了可以對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在滿足服役要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)制造。大幅提高材料利用率，顯著降低買飛比（BTF）：相比傳統(tǒng)加工技術(shù)（BTF>10:1），增材制造技術(shù)將買飛比控制在BTF<3:1?，F(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)由成千上萬個(gè)零部件組成，通常具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其中靜態(tài)構(gòu)件對(duì)服役性能的要求相對(duì)較低，符合現(xiàn)階段增材制造的發(fā)展水平，已有相當(dāng)數(shù)量的靜態(tài)構(gòu)件采用增材制造技術(shù)制造并應(yīng)用。GE公司采用SLM技術(shù)制備了LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫合金燃油噴嘴，2015年開始生產(chǎn)，2016年通過了FAA認(rèn)證，裝機(jī)應(yīng)用于LEAP系列航空發(fā)動(dòng)機(jī)，截至2018年共生產(chǎn)30000多個(gè)燃油噴嘴，并已進(jìn)入穩(wěn)定批產(chǎn)階段。GE公司新的GE9X系列發(fā)動(dòng)機(jī)中，共使用了304個(gè)增材制造部件：包括燃油噴嘴、低壓渦輪葉片、T25傳感器殼體、燃燒混合器和熱交換器，該發(fā)動(dòng)機(jī)于2020年1月在新型波音777X上首次試飛，是迄今最強(qiáng)大的商用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，增材制造的應(yīng)用層級(jí)由零件級(jí)應(yīng)用向部件級(jí)應(yīng)用發(fā)展。普惠公司采用SLM技術(shù)制備了航空發(fā)動(dòng)機(jī)整流葉片，與傳統(tǒng)的葉片制造工藝相比，實(shí)現(xiàn)了50%的減重并縮短了制造周期。金屬增材制造的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件也得到應(yīng)用，起到減重和改善性能的作用。研究表明，在壓縮機(jī)葉輪內(nèi)部采用點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以減小其慣性矩并降低零件重量。增材制造技術(shù)較為適合于航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件復(fù)雜葉身結(jié)構(gòu)的加工。作為一款新型高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，GE9X將大量增材制造部件直接集成到發(fā)動(dòng)機(jī)的核心結(jié)構(gòu)中，該發(fā)動(dòng)機(jī)采用EBM技術(shù)制備了228個(gè)TiAl合金低壓渦輪葉片，達(dá)到了顯著的減重效果。中國航空制造技術(shù)研究院高能束流加工實(shí)驗(yàn)室采用EBM技術(shù)制備出TiAl合金低壓渦輪葉片，并已進(jìn)入性能考核驗(yàn)證階段。金屬增材修復(fù)技術(shù)（特別是激光直接能量沉積技術(shù)L-DED）已廣泛應(yīng)用于修復(fù)服役過程中的受損部件。通過原位修復(fù)，減少了原有零件的更換或報(bào)廢，在縮短生產(chǎn)周期的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了降本。以整體葉盤及整體葉環(huán)零件為例，其制造成本可能高達(dá)數(shù)十萬美元，采用修復(fù)技術(shù)可以避免整個(gè)零件的報(bào)廢，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)在工作過程中，壓氣葉片會(huì)與封嚴(yán)結(jié)構(gòu)接觸導(dǎo)致葉片葉尖磨損，葉片故障檢查結(jié)果表明，葉尖磨損損傷率為80%，報(bào)廢率近50%。傳統(tǒng)焊接修復(fù)方法難以滿足服役要求，采用激光直接能量沉積技術(shù)，可以利用激光能量集中、光束軌跡自動(dòng)可編輯、光束移動(dòng)速度快且運(yùn)行控制穩(wěn)定等特點(diǎn)，解決該類葉片修復(fù)難題。左蔚、宋夢(mèng)華、楊歡慶、陳新紅《增材制造技術(shù)在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用述評(píng)》介紹了增材制造在運(yùn)載火箭中的應(yīng)用：空間技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)運(yùn)載火箭提出了更高的要求：1）液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中金屬構(gòu)件朝著復(fù)雜、薄壁、整體化和輕量化、高可靠的方向發(fā)展；2）傳統(tǒng)的航天研究機(jī)構(gòu)和新興的商業(yè)航天公司為爭(zhēng)奪國際發(fā)射市場(chǎng)，特別重視新型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)研制周期和成本的降低。金屬材料的增材制造技術(shù)采用模型降維、積分加工的理念，具備諸多優(yōu)勢(shì)：1）可一次、快速地近凈成形出一體化構(gòu)件，無需焊接等裝配環(huán)節(jié)；2）其快速/近快速凝固組織亞結(jié)構(gòu)細(xì)小，產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)異；3）一些先進(jìn)結(jié)構(gòu)，如周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，借助增材制造技術(shù)可大規(guī)模制備，在發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)輕量化、隔熱保溫、減震降噪、防沖擊、發(fā)汗冷卻、催化反應(yīng)等功能，從而發(fā)動(dòng)機(jī)材料-結(jié)構(gòu)-功能一體化設(shè)計(jì)。美國最早將增材制造技術(shù)應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中：除了傳統(tǒng)的政府機(jī)構(gòu)NASA和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)普惠洛克之外，近年來新興的商業(yè)航天公司如太空探索技術(shù)公司（SpaceX）、藍(lán)色起源（BlueOrigin）也將研發(fā)重點(diǎn)投入到金屬材料的增材制造研究和發(fā)動(dòng)機(jī)工程化應(yīng)用之中。場(chǎng)景②：汽車制造領(lǐng)域據(jù)易加三維官網(wǎng)介紹：隨著增材制造技術(shù)的不斷成熟和汽車制造業(yè)對(duì)整車節(jié)能減重要求的日趨嚴(yán)苛，應(yīng)用增材制造技術(shù)打印生產(chǎn)出來的汽車配件，不僅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增高，自重還大幅降低，這一關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，使增材制造技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。輕量化是汽車節(jié)能、降耗、增加續(xù)航里程的重要技術(shù)路徑之一：據(jù)趙顯蒙、李長青、張慶霞、劉坤、孫淑偉《輕量化技術(shù)和材料在汽車工程中的應(yīng)用》數(shù)據(jù)，對(duì)于燃油車，汽車質(zhì)量每減少10%，汽車燃油效率將會(huì)增加6%-8%；而對(duì)于新能源汽車，每減重10%，續(xù)航里程可提升5-6%。汽車領(lǐng)域?qū)υ霾闹圃旒夹g(shù)的應(yīng)用穩(wěn)定增長：根據(jù)鉑力特公司公告援引的《WohlersReport2022》數(shù)據(jù)，2019-2021年汽車領(lǐng)域增材制造市場(chǎng)規(guī)模自19.46億美元增至22.26億美元，CAGR達(dá)6.94%。增材制造使汽車領(lǐng)域的開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造過程發(fā)生了巨大變化：實(shí)現(xiàn)更安全的輕量化設(shè)計(jì)、更低成本、更短的研發(fā)周期。全球著名車企將3D打印技術(shù)應(yīng)用于汽車制造，并取得了良好的成效：寶馬、戴姆勒、通用、大眾等眾多知名車企已將增材制造技術(shù)應(yīng)用于汽車零部件的量產(chǎn)，減少部件重量、增強(qiáng)承重能力，提高零部件性能。汽車制造行業(yè)對(duì)3D打印的接受程度快速上升：MakerBot公司3D打印趨勢(shì)報(bào)告指出，較2020年相比，2021年有將近一倍的車企增加了對(duì)3D打印的應(yīng)用。場(chǎng)景③：醫(yī)療領(lǐng)域醫(yī)療領(lǐng)域?qū)υ霾闹圃旒夹g(shù)的應(yīng)用快速增長，2019-2021年全球醫(yī)療行業(yè)增材制造市場(chǎng)規(guī)模自16.5億美元增至23.78億美元，CAGR達(dá)20.07%。增材制造在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用不僅局限于假肢、植入物的制造，而且也可以利用此類技術(shù)制作微型工具，進(jìn)行精確和復(fù)雜的手術(shù)，降低風(fēng)險(xiǎn)，還可以用于打印出人體內(nèi)部器官3D模型，幫助制定手術(shù)計(jì)劃或輔助手術(shù)教學(xué)，并讓醫(yī)務(wù)人員反復(fù)練手。增材制造技術(shù)在齒科領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，用于制備復(fù)雜且高度定制化的高價(jià)值小型產(chǎn)品。金屬粉材是齒科3D打印中的重要材料，主要用于制造金屬牙冠、口腔支架等。據(jù)“武漢必盈生物科技有限公司”微信公眾號(hào)介紹，增材制造技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，例如：體外器官模型、仿生模型制造：用于術(shù)前診斷、手術(shù)策劃和預(yù)演，為診斷和治療提供立體直觀、可觸摸的信息，便于醫(yī)、工、患之間溝通，縮短手術(shù)時(shí)間、降低手術(shù)費(fèi)用，有效提高診療水平。手術(shù)導(dǎo)板、假肢設(shè)：根據(jù)采集的個(gè)體數(shù)據(jù)，為患者量身訂制手術(shù)導(dǎo)板和個(gè)性化假肢等器具，可提高手術(shù)效率和精確度；提升假肢設(shè)計(jì)和制作水平。個(gè)性化植入體制造：患者受損組織器官有大量個(gè)性定制需求，如顱骨、頜骨、鼻骨、下肢骨、脊椎、髖骨等，特別是整容塑形領(lǐng)域。3D打印可實(shí)現(xiàn)精確復(fù)制受損部位形狀并恢復(fù)其功能?；钚越M織及器官打?。和ㄟ^細(xì)胞三維控制組裝及后期的處理和培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于微環(huán)境、微結(jié)構(gòu)和功能的模擬，逐漸融入全身循環(huán)系統(tǒng)并具備感知功能，最終實(shí)現(xiàn)組織與器官的原位打印和構(gòu)建完整的生命體。藥物篩選生物模型和藥物打?。核幬锖Y選需要對(duì)不同化合物的生理活性、藥物毒性做大規(guī)模橫向比較，生物打印技術(shù)制造藥物病理模型、人造器官、以及人體器官芯片（甚至人體芯片）可避免大規(guī)模動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn)帶來的倫理、時(shí)間和費(fèi)用問題，在短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模、高通量篩選新型高效藥物。通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種材料精確成型和局部微細(xì)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)一種或多種藥物同時(shí)精確控制釋放。3D打印外固定支具：3D打印外固定支具帶來的真正價(jià)值不僅僅是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定制化，更主要體現(xiàn)在讓精準(zhǔn)、高效的數(shù)字化制造技術(shù)代替手工制作方式，縮短生產(chǎn)周期。產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?.1增材制造產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂碓霾闹圃旖?jīng)過近40年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈：據(jù)鉑力特公司公告、左世全在增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展（廣州）暨2023年增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)上的報(bào)告《增材制造十年發(fā)展及展望》介紹，1）上游：主要包括增材制造裝備零部件、三維掃描設(shè)備、增材制造軟件系統(tǒng)、專用材料生產(chǎn)工藝及設(shè)備等；2）中游：以3D打印設(shè)備生產(chǎn)廠商為主，大多亦提供打印服務(wù)業(yè)務(wù)及原材料供應(yīng)，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位；3）下游：行業(yè)應(yīng)用已覆蓋航空航天、汽車工業(yè)、船舶制造、能源動(dòng)力、軌道交通、電子工業(yè)、模具制造、醫(yī)療健康、文化創(chuàng)意、建筑等各領(lǐng)域。①增材制造上游：據(jù)左世全在增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展（廣州）暨2023年增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)上的報(bào)告《增材制造十年發(fā)展及展望》，增材制造上游具體包括增材制造裝備零部件、三維掃描設(shè)備、增材制造軟件系統(tǒng)、專用材料生產(chǎn)工藝及設(shè)備等環(huán)節(jié)。增材制造裝備零部件：包括大功率激光掃描振鏡、高功率激光器、陣列式高精度噴嘴噴頭、高精度平臺(tái)及控制系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)聚焦鏡、高品質(zhì)電子槍等；三維掃描設(shè)備：包括接觸式3D掃描儀和非接觸式3D掃描儀；增材制造軟件系統(tǒng)：包括過程監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，工業(yè)設(shè)計(jì)、模擬仿真與模型數(shù)據(jù)處理軟件。專用材料生產(chǎn)工藝及設(shè)備：包括1）金屬專用材料：鈦及鈦合金粉末材料、不銹鋼粉末、模具鋼、難溶金屬粉末材料、高溫合金粉末材料、鋁合金粉末材料、高強(qiáng)鋁合金粉末材料等；2）非金屬專用材料：包括有機(jī)高分子材料、無機(jī)非金屬材料、復(fù)合材料。3）金屬材料制粉設(shè)備：包括等離子旋轉(zhuǎn)霧化（PREP）制粉裝備、氣霧化（GA）制粉裝備、等離子霧化（PA）制粉裝備、等離子球化（PS）制粉設(shè)備等。馬劍雄、夏張文、周偉民《金屬增材制造技術(shù)的發(fā)展與展望》一文介紹了四種制粉方法：等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化（PREP）制粉：1）由美國核金屬公司于1974年首先發(fā)明，而后在俄羅斯得到發(fā)展應(yīng)用。2）原理：金屬棒高速旋轉(zhuǎn)，并在等離子體加熱熔化，離心力將液體拋出并粉碎為細(xì)小液滴，最終冷凝為粉末。3）優(yōu)點(diǎn)：粉末的粒徑可以根據(jù)等離子弧電流的大小和電極轉(zhuǎn)速來控制。4）缺點(diǎn)：制取的細(xì)粉收得率較低，普遍只有5%左右，導(dǎo)致粉末成本較高。氣霧化法（GA）制粉：1）GA法分為真空感應(yīng)熔煉氣霧化技術(shù)（VIGA）和電極感應(yīng)熔化氣霧化技術(shù)（EIGA）。2）VIGA和EIGA都是利用高壓氣流將熔融金屬液流破碎成小液滴并凝固成粉末：VIGA是金屬或合金在真空坩堝條件下加熱、熔煉，而EIGA是將預(yù)合金棒作為自耗電極感應(yīng)加熱。3）VIGA粉末收得率高：其制備的粉末通常平均粒徑<100μm，滿足3D打印要求。4）EIGA最大的優(yōu)點(diǎn)：避免了傳統(tǒng)坩堝熔煉工藝摻入的非金屬雜質(zhì)，提高了粉末的純度，降低了氧化程度。等離子霧化法（PA）制粉：1）基本原理：將金屬絲（φ1～φ5mm）送入預(yù)先安裝好的高溫等離子體的焦點(diǎn)處，金屬絲迅速熔化或氣化，在沉積過程中與冷卻用的惰性氣體發(fā)生熱交換，凝固得到近球形粉體。2）PA法是加拿大AP&C公司獨(dú)有的金屬制粉技術(shù)。等離子球化（PS）制粉：1）原理：利用載氣將粉體送入高溫等離子體中，粉體顆粒迅速加熱、熔融，在表面張力作用下形成球形液滴，進(jìn)入冷卻室后迅速冷卻凝固得到球形顆粒。2）優(yōu)點(diǎn)：PS技術(shù)制備的粉末具有純度高、空心粉少、粒徑分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，常用來制備高活性和難熔金屬，如W、Mo、NB、TiN等。3）英國LPW公司開發(fā)出商業(yè)化PS設(shè)備。②增材制造中游：據(jù)鉑力特公司公告，增材制造設(shè)備是牽動(dòng)增材制造行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之一，增材制造的核心專利大多被設(shè)備廠商掌握，因此設(shè)備廠商往往在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位，這些廠商大多亦同時(shí)提供打印服務(wù)業(yè)務(wù)。增材制造設(shè)備可分為桌面級(jí)打印機(jī)和工業(yè)打印機(jī)：據(jù)鉑力特公司公告，1）桌面級(jí)打印機(jī)：隨著國外桌面級(jí)打印機(jī)相關(guān)專利保護(hù)到期，技術(shù)壁壘下降，國內(nèi)桌面級(jí)打印機(jī)廠家數(shù)量快速增長，加大了國內(nèi)桌面級(jí)增材制造市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)程度；2）工業(yè)級(jí)打印機(jī)：與桌面級(jí)打印機(jī)相比，工業(yè)級(jí)打印機(jī)技術(shù)壁壘高，資本投入大，一直以來發(fā)展較為緩慢，但當(dāng)前工業(yè)級(jí)增材產(chǎn)業(yè)受到國家政策大力支持，市場(chǎng)呈現(xiàn)出快速增長形勢(shì)。增材制造行業(yè)整合加?。涸O(shè)備廠商通過并購3D打印軟件公司、材料公司、服務(wù)提供商等，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合方案提供商，加強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的整體掌控能力。③增材制造下游：據(jù)鉑力特公司公告，增材制造技術(shù)在下游的應(yīng)用方式主要分為直接制造、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和原型制造。直接制造是未來增材制造技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)：根據(jù)三維模型，直接用增材制造技術(shù)生產(chǎn)最終產(chǎn)品，具有產(chǎn)品定制性強(qiáng)與產(chǎn)品精度硬度高的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)制造相比，采用增材制造技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證及原型制造，可節(jié)約時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本。增材制造在維修領(lǐng)域也具有市場(chǎng)，使用增材制造技術(shù)不僅能簡化維修程序，還可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法實(shí)現(xiàn)的高還原度與制造材料原型匹配的功能。3.2增材制造（3D打?。┲攸c(diǎn)公司分析①鉑力特鉑力特是國內(nèi)最具產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的金屬增材制造企業(yè)之一：公司專注于工業(yè)級(jí)金屬增材制造（3D打印），為客戶提供金屬增材制造技術(shù)全套解決方案，業(yè)務(wù)涵蓋：金屬3D打印定制化產(chǎn)品服務(wù)、設(shè)備研發(fā)及生產(chǎn)、原材料研發(fā)與生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)開發(fā)和工藝技術(shù)服務(wù)（含定制化工程軟件的開發(fā)等）。金屬3D打印定制化服務(wù)：1）公司主要使用三項(xiàng)技術(shù)：選擇性激光熔化成形技術(shù)（SLM）、激光熔覆沉積技術(shù)（LSF）、電弧增材制造技術(shù)（WAAM）。2）公司深耕航空航天領(lǐng)域，增材制造的零件廣泛應(yīng)用于彈箭星船機(jī)，可實(shí)現(xiàn)年交付零件50000余件。金屬3D打印設(shè)備研發(fā)及生產(chǎn)：公司自主研發(fā)了激光選區(qū)熔化成形、激光立體成形、電弧增材制造等系列金屬3D打印設(shè)備。金屬3D打印原材料：公司在金屬材料、功能材料、金屬基復(fù)合材料等方面具有豐富的研究基礎(chǔ)，在金屬增材制造的新材料開發(fā)領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先地位。鉑力特深耕航空航天領(lǐng)域，持續(xù)開發(fā)新產(chǎn)品、新市場(chǎng)，經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)定增長：6年5.5倍，2016-2022年公司營收自1.66億增至9.18億，CAGR為32.9%；歸母凈利潤自3132.7萬增至7949.9萬，CAGR為16.8%。2022年，公司營收9.18億（+66.3%），歸母凈利潤7949.9萬（+149%），2023Q1公司營收1.33億，同比增長48.1%。剔除股份支付影響，公司歸母凈利潤逐年穩(wěn)步提升：為了建立、健全公司的暢銷激勵(lì)機(jī)制，吸引和留住優(yōu)秀人才，充分調(diào)動(dòng)核心團(tuán)隊(duì)積極性，有效地將股東利益、公司利益和核心團(tuán)隊(duì)個(gè)人利益相結(jié)合，公司于2020年10月推出限制性股票激勵(lì)計(jì)劃。2016-2022年，公司剔除股份支付影響的歸母凈利潤自3133萬元增至2.42億元，CAGR為40.6%。盈利能力逐年提升：2016-2022年公司綜合毛利率自42.9%提至54.6%（+11.7pct）；剔除股份支付影響的歸母凈利率自18.8%提至26.4%（+7.6pct）。3D打印定制化產(chǎn)品和3D打印設(shè)備及配件已成為公司兩大核心主業(yè)，2022年?duì)I收占比合計(jì)96.5%：其中，2016-2022年，1）3D打印定制產(chǎn)品營收占比自38.9%提高至50.9%，提升了12pct，始終是公司第一大業(yè)務(wù)。2）3D打印設(shè)備及配件營收占比自26.2%提升至45.5%（+19.3pct）。3）原材料營收占比由2.5%提至3.5%（+1pct）。4）隨著公司自研3D打印設(shè)備的不斷成熟，代理銷售的營收占比逐年下降：公司主要通過子公司鉑力特（香港）代理銷售德國EOS公司的設(shè)備，2016-2022年該業(yè)務(wù)營收占比自29%降為0。公司聚焦金屬增材制造技術(shù)，持續(xù)加大研究開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新力度，提升公司競(jìng)爭(zhēng)力。公司研發(fā)費(fèi)率逐步提升：2016-2022年公司研發(fā)費(fèi)率自9.1%提至17.7%（+8.6pct），2023Q1公司研發(fā)費(fèi)率為31%（+0.4pct）。2022年公司進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)能力建設(shè)：研發(fā)費(fèi)用1.63億（+42.33%），研發(fā)費(fèi)率17.7%，較2021年下降3pct，主要系營收增長幅度較大，研發(fā)費(fèi)率有所降低。②華曙高科華曙高科是我國工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備龍頭企業(yè)之一，亦是全球稀缺的同時(shí)具備3D打印設(shè)備、材料及軟件自主研發(fā)與生產(chǎn)能力的增材制造企業(yè)，銷售規(guī)模位居全球前列。深耕增材制造十余年，公司專注于工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售：金屬、非金屬增材制造設(shè)備“雙管齊下”：持續(xù)自主創(chuàng)新，建立了涵蓋金屬（SLM）和非金屬（SLS）技術(shù)路線的“設(shè)備-軟件-材料-工藝-應(yīng)用”全產(chǎn)業(yè)鏈一體化自主技術(shù)體系，在大尺寸、多激光、連續(xù)增材制造以及高性能粉末材料等研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域走在國際前列。公司擁有產(chǎn)品和服務(wù)對(duì)應(yīng)的完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系：自主開發(fā)了增材制造設(shè)備數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的全套軟件源代碼，是國內(nèi)重要的能夠加載全部自主開發(fā)增材制造工業(yè)軟件、控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)SLM和SLS設(shè)備產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)銷售的企業(yè)。公司形成了完整的自主技術(shù)與品牌體系：形成了自主SLS高分子粉末材料產(chǎn)品及匹配SLM與SLS設(shè)備多樣化應(yīng)用的工藝體系，與公司核心產(chǎn)品形成協(xié)同效應(yīng)。受益于3D打印市場(chǎng)需求的不斷增長，公司業(yè)績持續(xù)穩(wěn)步增長：2019-2022年公司營業(yè)收入、