3D打印行業(yè)專題報告：長坡厚雪方興未艾

3D打印行業(yè)專題報告：長坡厚雪，方興未艾引子：技術革新，方興未艾3D打印——從“減材”到“增材”,傳統(tǒng)技術的升級革新3D打印又稱增材制造，是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。區(qū)別于傳統(tǒng)減材制造，3D打印通過對模型數(shù)字化立體掃描、分層處理，借助于類似打印機的數(shù)字化制造設備，將材料不斷疊加形成所需的實體模型。3D打印在中小批量生產(chǎn)成本控制、個性化生產(chǎn)、生產(chǎn)可預測性和材料利用率等方面與傳統(tǒng)技術相比都具有明顯優(yōu)勢。3D打印在不同行業(yè)減少多類型成本。航空航天燃燒室：3D打印降低費用成本50%；義齒金屬內(nèi)冠：3D打印降低人工成本70%；壓縮磨具：3D打印降低時間成本50%。3D打印工作流程3D打印操作流程通常分三步。前期軟件的建模至關重要，需要精通軟件建模技術、材料等多學科人才參與把關。模型搭建對產(chǎn)品是否符合所需標準起到?jīng)Q定性作用。而打印設備則主要負責產(chǎn)品的產(chǎn)出成型，技術和材料兩者互相搭配制成綜合性能好的實物。3D打印工藝——多技術路線共存，PBF為工業(yè)領域主流技術3D打印技術從誕生至今近40年，目前處于多技術路線共存的狀態(tài)。根據(jù)中華人民共和國國家標準《增材制造術語》（GB/T35351-2017），根據(jù)增材制造技術的成形原理，可以分成七種基本的增材制造工藝。PBF為工業(yè)領域主流技術：增材制造的終端零件性能高度依賴于其制備的設備類型和工藝參數(shù)，PBF工藝因其特定的加工方式而使得零件具備良好的力學性能和尺寸精度，成為工業(yè)應用領域中主流的增材制造技術。其中，以激光作為能量源的SLM/SLS工藝因穩(wěn)定性和技術成熟度較高，在直接制造終端零件的應用場景中具備較突出的價值和優(yōu)勢。3D打印發(fā)展歷程——起源于美國，當前國內(nèi)行業(yè)仍處成長3D打印技術技術起源于美國，并于21世紀開始日益成熟，其應用范圍由模型和原型制造進入產(chǎn)品快速制造階段，在航空航天等高端制造領域得到規(guī)模應用。國內(nèi)3D打印技術與國外仍有較大差距，當前國內(nèi)行業(yè)整體處于成長期。2D打印VS3D打印2D打印機商業(yè)模式較為單一，打印機廠商主要依靠耗材盈利。3D打印可能的商業(yè)模式存在于五個層面——制造端（3D打印機制造）、材料端、模具端、零售端、樣品端（研發(fā)）。與2D打印的B2C相比，3D打印目前集中于B2B模式，同時也在進一步擴展B2C的定制化多樣性消費市場。3D打印——中國制造業(yè)升級發(fā)展的核心助推力3D打印是對傳統(tǒng)制造業(yè)的補充和增強，借助3D打印技術，企業(yè)在產(chǎn)品設計研發(fā)，生產(chǎn)復雜產(chǎn)品和開展定制化等方面均可有所提升。3D打印有利于企業(yè)創(chuàng)新，進而推動我國制造產(chǎn)業(yè)逐步升級。政策出臺速度快、支持力度大，助力轉型“中國智造”目前政策重點主要集中在3D打印材料、技術提升與標準建設方面。2015年，我國3D打印產(chǎn)業(yè)在“中國智造”引導下迎來高速發(fā)展契機，《中國制造2025》等一系列政策描繪了增材制造行業(yè)的發(fā)展路徑。2016年國務院印發(fā)的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》標志著產(chǎn)業(yè)化的落地。中國3D打印發(fā)展以來，行業(yè)扶持政策發(fā)力迅速。從整體戰(zhàn)略，應用領域、關鍵技術再到企業(yè)標準，政策指導不斷細化，促進行業(yè)發(fā)展。產(chǎn)業(yè)鏈3D打印產(chǎn)業(yè)鏈3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的上游為原材料、核心硬件和輔助運行系統(tǒng)的供應商。中游以3D打印設備生產(chǎn)廠商為主，大多亦提供打印服務業(yè)務及原材料供應，在整個產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導地位。下游主要為3D打印服務對象，3D打印主要應用于航空航天、汽車工業(yè)等領域，以工業(yè)級應用為主。上游：軟件技術——九層之臺，起于累土無論是在3D數(shù)據(jù)模型獲取、3D數(shù)據(jù)模型處理還是3D打印機的控制等過程中，都離不開3D軟件技術。軟件系統(tǒng)集合掃描切片、制造與故障診斷、溫場控制、遠程監(jiān)測、數(shù)字化掃描控制、數(shù)據(jù)反饋與集成控制等功能于一體，為成品的精細化滿足需求提供保障；提高數(shù)據(jù)準備效率、優(yōu)化打印質量、增強產(chǎn)品精細化。CAD仍是目前主流軟件技術?，F(xiàn)3D打印軟件供應商呈現(xiàn)綜合發(fā)展態(tài)勢，在不斷提升核心CAD軟件技術性能的同時，開發(fā)更多集CAD、CAE、CAM等輔助軟件于一體的綜合軟件。上游：材料——3D打印最重要的物質基礎3D打印是通過設備逐層增加材料來制造三維產(chǎn)品，材料是3D打印最重要的物質基礎。材料的發(fā)展在很大程度上決定了3D打印能否得到更加廣泛應用?，F(xiàn)階段我國3D打印仍舊以工程塑料、樹脂和部分常見金屬材料為主，且國內(nèi)在3D打印原材料方面的生產(chǎn)企業(yè)較少，特別是金屬材料方面，仍依賴進口。上游：材料——金屬材料、復合材料成為未來發(fā)展趨勢金屬和復合材料憑借其比傳統(tǒng)材料更優(yōu)異的機械特性（剛性、抗沖擊性、輕便性等）和其他力學性能，其中典型金屬增材制造結構的力學性能趨于穩(wěn)定甚至部分超過鍛件性能，未來或將推動3D打印技術服務更多應用場景，有望實現(xiàn)真正的3D打印制造創(chuàng)新。上游：材料——我國仍以非金屬類型為主，材料研發(fā)邁向復合化3D打印有多種技術種類如SLS、SLA和FDM等，每種打印技術使用的材料各有不同，如SLM技術常用金屬材料，而SLA通常用光敏樹脂，F(xiàn)DM適應于工程塑料等。我國非金屬材料仍占主要部分，與金屬材料大致形成6：4的格局(截至2022年10月)；但同時我國對于材料技術的更新創(chuàng)造不斷加速，2021年相關專利申請量達3079件，超過美國位列第一。從專利內(nèi)容來看，各類復合材料、可降解材料以及更優(yōu)性能的金屬材料是我國研發(fā)的重點方向。現(xiàn)階段國內(nèi)金屬粉末性能略差于國外。金屬3D打印工藝中，金屬粉末質量是影響最終打印部件結構及性能質量以及使用成熟度的關鍵因素之一。金屬粉末質量越好，一致性越高，波動越小，粒徑越小，其打印出的產(chǎn)品致密性、機械性能越好。專用粉末材料體系不完備、標準缺乏、工藝性驗證不足等問題是造成現(xiàn)階段國內(nèi)金屬粉末性能略差于國外的主要原因。中游：3D打印主流技術對比目前主流使用的3D打印技術可分為三大類：擠出成型技術、光聚合成型技術和燒結/粘結成型技術。

FDM憑借其易操作、材料利用率高以及FDM線材機械性能優(yōu)異等優(yōu)勢廣泛應用在制作成品原型或研發(fā)模型中。

PolyJet＞DLP＞SLA：光固化技術中SLA技術是最早出現(xiàn)的一種快速成形技術，憑借激光掃描及光固化原理更適用于制作精度要求高的物品，但以點為單位打印速度較慢；相比之下以數(shù)字微鏡元件投影產(chǎn)品的DLP逐層打印速度更快，且精度高，DLP的綜合表現(xiàn)略優(yōu)于SLA技術；而光固化PolyJet技術與前兩者對比，又憑借其可用多種材料混合多種色彩，滿足更多樣化的需求，更勝一籌。在燒結/粘結成型技術中，SLM、SLS和EBM是主流的金屬成型工藝，三者制件過程雖有一定的相似度，但也各有特點。首先SLS和SLM屬于利用激光器將粉末進行逐層疊加，而EBM則利用高能電子束掃描熔融粉末逐層固化成形；SLS相比SLM需要另添加粘合劑材料，混合粉末后SLS打印的成品硬度和精度略差于SLM制品。而EBM利用電子束產(chǎn)生的熱量和能量高于SLM，更適合制造高導熱金屬、高溫合金、高熔點金屬零件，但SLM利用激光打印的制品力學性能和制品強度仍略優(yōu)于EBM制品。綜合來看，燒結/粘結成型技術憑借金屬材料和技術特點能保證制品的硬度、力學性能好等優(yōu)點更多應用于工業(yè)制造、航空航天、汽車制造中。至于成本端，計算3D打印成本不光要考慮前期設備成本，3D打印材料和人工成本都會顯著影響單件成本，近年來3D打印的費用已大幅下降。我們以三大主流技術中的FDM、SLA、SLS進行對比分析。下游：對內(nèi)面向工業(yè)級，對外面向消費級工業(yè)級（占比65-70%）：航空航天是中國3D打印市場應用的主要領域（截至2022年10月），因增材制造更適用于高精尖，對產(chǎn)品有輕量化、結構優(yōu)質化和集成化要求產(chǎn)業(yè)；同時航空航天對3D打印需求彈性相對較小、功能敏感性高，是3D打印需求最落地、應用最旺盛的領域。消費級（占比30-35%）：主要應用于教育科研、藝術模型制造、消費電子領域。國內(nèi)應用占比較低，80-90%的桌面消費級3D打印機出口海外，主要原因是消費級（非金屬為主）國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈成熟、技術簡單且原材料成熟度高，整體設備售價低于國外。未來消費級將仍以出口桌面用3D打印機為主，部分企業(yè)會開發(fā)三維打印服務平臺，服務于產(chǎn)品研發(fā)或原型件小批量制造。市場：長坡厚雪，蓄勢待發(fā)全球3D打印行業(yè)蓬勃發(fā)展，預計2030年達850億美元根據(jù)Wohlers數(shù)據(jù)，2021年全球增材制造產(chǎn)值（包括產(chǎn)品和服務）152.44億美元，同比+19.50%，其中增材制造相關產(chǎn)品（包括增材制造設備銷售及升級、增材制造原材料、專用軟件、激光器等）產(chǎn)值為62.29億美元，同比+17.50%，其中設備銷售收入31.74億美元；增材制造相關服務（包括增材制造零部件打印、增材制造設備維護、技術服務及人員培訓、增材制造相關咨詢服務等）產(chǎn)值為90.15億美元，同比+20.90%。

根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院預測，2025年全球增材制造收入規(guī)模將達到298億美元，2021-2025年CAGR為18.24%；2030年增材制造收入規(guī)模將達到853億美元，2025-2030年CAGR為23.41%。國內(nèi)行業(yè)進入穩(wěn)增長賽道，預計26年市場規(guī)模超千億元2022年國內(nèi)3D打印市場規(guī)模達320億元，設備與打印服務為主要細分領域：當前國內(nèi)3D打印行業(yè)政策分為支持類和規(guī)范類，鼓勵企業(yè)進入行業(yè)的同時也抬高了行業(yè)標準，2017-2022年市場規(guī)模穩(wěn)步爬坡上揚，期間CAGR為26.7%；億渡數(shù)據(jù)預計26年國內(nèi)3D打印行業(yè)市場規(guī)模將達1101.9億元，22-26年CAGR為36.22%，仍將保持高速增長趨勢。行業(yè)規(guī)模全球占比17%，仍處成長上升期：2021年全球增材制造市場規(guī)模達到152.44億美元，中國占比約為17%；當前全球3D打印頭部企業(yè)主要集中在美國，我國3D打印行業(yè)仍處于成長早期，多項專利通過申請但未投入具體應用，核心技術與尖端人才是制約我國當前3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵因素。國內(nèi)正處發(fā)展上升期，競爭態(tài)勢尚且相對溫和憑借我國相關政策驅動，以及政策指引下企業(yè)端、研發(fā)端、資本端等齊力發(fā)展，推動3D打印行業(yè)迎熱潮大發(fā)展。2021年國內(nèi)以增材制造為主營業(yè)務的上市公司已有22家，實力較為雄厚的有鉑力特、先臨三維、華曙高科等。我國3D打印區(qū)域特點為：京津冀全國領先，長三角地區(qū)憑借良好的經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢、區(qū)位條件基礎，已初步形成全3D打印產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展形式；而華中部地區(qū)以研發(fā)為主，以陜西、湖北為核心建立產(chǎn)業(yè)培育重地；珠三角地區(qū)則為3D打印應用服務的高地，主要分布在廣州、深圳等地。材料：需求高增，國內(nèi)市場規(guī)?；驅⑼黄?00億元根據(jù)WohlersAssociates,Inc.統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球增材制造專用原材料銷售金額從2012年的4.17億美元增長至2021年的25.98億美元，CAGR≈22.54%。根據(jù)ReportsandData報告，2022年全球增材制造材料市場規(guī)模已達到30億美元，預計2032年全球市場規(guī)模將達到240億美元，期間CAGR≈23%。隨著3D打印材料行業(yè)持續(xù)增長，預計未來幾年產(chǎn)業(yè)增長動力將由以3D打印設備為主向設備和材料雙驅動轉變，3D打印材料需求量將較快增長。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預計2028年中國3D打印材料行業(yè)規(guī)?；驅⑼黄?00億