2024增材制造行業(yè)研究報告

深企投產(chǎn)業(yè)研究院I一、增材制造優(yōu)勢和應用領域 二、增材制造工藝路線 三、增材制造產(chǎn)業(yè)鏈概況 四、全球及中國市場情況 五、各領域競爭格局 六、我國增材制造產(chǎn)業(yè)園分布 圖12021年全球增材制造應用領域 圖2增材制造產(chǎn)業(yè)鏈示意 圖3增材制造產(chǎn)業(yè)鏈全景圖 圖43D打印原材料類別及應用領域 圖52021年全球增材制造各業(yè)務占比 圖6全球增材制造產(chǎn)品和服務產(chǎn)值 圖9全球工業(yè)級高分子增材制造設備銷售量（臺） 圖11截至2021年增材制造設備安裝量占比 圖122019-2022年中國增材制造產(chǎn)業(yè)營業(yè)收入情況 圖13工信部調(diào)研企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)營收比重 圖142021年中國3D打印設備市場競爭格局 圖15我國增材制造產(chǎn)業(yè)園分布 表1金屬3D打印技術與傳統(tǒng)精密加工技術對比 表2增材制造工藝類別及應用領域 表33D打印金屬粉體材料國內(nèi)外重點企業(yè) 1增材制造技術是顛覆性的先進制造技術，目前已廣泛應用于航空品牌開始將其應用到手機零部件制造中。2022年全球市場規(guī)模180億美元，預計到2030年將達到近千億美元。一、增材制造優(yōu)勢和應用領域一、增材制造優(yōu)勢和應用領域增材制造（AdditiveManufacturing,AM）又稱3D打印，是基于或零件。增材制造是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術，不同于傳統(tǒng)制造業(yè)通過切削等機械加工方式對材料去除從而成形的“減”材制造，增材制造通過對材料自下而上逐層疊加的方式，將三維實體變?yōu)槿舾蓚€二維平面，大幅降低了制造的復雜度，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)復雜零件等缺點。目前增材制造技術在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面與傳統(tǒng)的精密加工技術相比，還存在較大的差距，但因其全新的技術原理和特點，在多種應用場景有使用優(yōu)勢，可作為傳統(tǒng)精密加工技術的補充。以金屬3D打印技術為例，與傳統(tǒng)精密加工技術相比，其材料利用率可達到95%，而在我國航空鍛件的材料利用率約為15-25%，相比之下，3D打印將大幅降低材料成本，減廢料、降庫存”的特點，可以縮短新產(chǎn)品研發(fā)及實現(xiàn)周期，實現(xiàn)一2體化、輕量化設計，也可以實現(xiàn)優(yōu)良的力學性能。表1金屬3D打印技術與傳統(tǒng)精密加工技術對比項目金屬3D打印技術傳統(tǒng)精密加工技術等期短度化創(chuàng)意、建筑、文創(chuàng)等領域。根據(jù)從事增材制造行業(yè)研究的美國咨詢機構(gòu)WohlersAssociates發(fā)布的《WohlersReport2022報告》顯示，2021年增材制造主要應用于航空航天、汽車、消費及電子產(chǎn)品、3圖圖12021年全球增材制造應用領域統(tǒng)工藝加工成本高及輕量化要求等因素，增材制造已發(fā)展成為提升設計與制造能力的一項關鍵核心技術，能夠?qū)崿F(xiàn)任意復雜構(gòu)件成形與多材料一體化制造，突破了傳統(tǒng)制造技術對結(jié)構(gòu)尺寸、復雜程度、成形材料的限制，應用場景日趨多樣化。歐洲航天局（ESA）、美國國家航空航天局（NASA）、SpaceX和RelativitySpace均使用增材制造技術生產(chǎn)火箭點火裝置、推進器噴頭、燃燒室和油箱，美國GE、波音材制造技術生產(chǎn)商用航空發(fā)動機零部件、軍機機身部件、飛機風管、艙內(nèi)件等。同時，增材制造的構(gòu)件也已在國內(nèi)航空航天領域廣泛應先后成功參與了天問一號、實踐衛(wèi)星、北斗導航系統(tǒng)等數(shù)十次發(fā)射和飛行任務，我國航天院所如航天一院、航天二院、航天五院、航天六院、中航商飛等均積極運用3D打印技術制造相關零部件。4設計、零部件開發(fā)、內(nèi)外飾等方面。在設計方面，3D打印技術的應用可以實現(xiàn)無模具設計和制造，可以在設計階段引導零件輕量化、一體化、個性化、功能化方面的創(chuàng)新。在制造方面，3D打印技術可提升零件的制造效率和生產(chǎn)質(zhì)量，實現(xiàn)零件輕量化制造和降低質(zhì)量的位移途徑，進行復雜結(jié)構(gòu)模具的加工，加強對制造精度的控制，同時，移途徑，進行復雜結(jié)構(gòu)模具的加工，加強對制造精度的控制，同時，增材制造一體化成形技術允許將多個零件整合為一個零件，可減輕復雜關鍵部件的重量。在維修方面，3D打印技術可以進行門把手、輪轂、汽缸、變速器和其他基礎部件的制作?！t(yī)療領域應用。3D打印憑借可個性化定制的特點在醫(yī)療領域內(nèi)應用逐步廣泛，主要應用方向包括制造醫(yī)療模型、手術導板、外科/口腔科植入物、康復器械等（主要材料包括塑料、樹脂、金屬、腔醫(yī)學中的應用逐漸成熟，主要運用于制造牙冠和牙橋等修復材料，包括義齒打印、矯正器制作等。在骨科植入方面也發(fā)展迅速，目前開始采用金屬3D打印技術生產(chǎn)全膝關節(jié)植入物、髖臼杯、脊柱植入物等。聽力學領域，主要運用于制造耳蝸和聽骨鏈等助聽器部件。心臟和神經(jīng)系統(tǒng)方面，主要運用于制造心臟支架和腦植入物等。——國防軍工領域應用。3D打印技術在武器裝備設計、制造以及維修保障等方面的應用逐漸普及，比如，可以使用3D打印技術生產(chǎn)戰(zhàn)斗機等高端武器裝備的復雜零部件，維修中短缺的零部件。在軍事制造業(yè)生產(chǎn)模式上，除了按需便捷生產(chǎn)，3D打印技術還允許創(chuàng)建5高級定制和專業(yè)化的設備。例如，士兵可以擁有定制的頭盔、防彈衣造營房和防御工事等。——消費電子等消費品領域應用。3D打印技術在產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)階段，如裝配和功能驗證、外觀及性能測試、人體工程學、快速手板、批量制造等方面，有助于降低研發(fā)和時間成本。蘋果預計下半手板、批量制造等方面，有助于降低研發(fā)和時間成本。蘋果預計下半年發(fā)布的AppleWatchUltra智能手表的部分鈦金屬機械部件將采用換之前的鋁合金。榮耀近期發(fā)布的榮耀MagicV2折疊旗艦機，鉸鏈的軸蓋部分首次采用鈦合金3D打印工藝。其他消費品領域，3D打印技術有助于加速產(chǎn)品設計、優(yōu)化和迭代，提升并豐富產(chǎn)品性能，如為運動員量身定制輕量化、個性化運動設備等?！＞哳I域應用。3D打印已廣泛應用于鞋模及隨形冷卻模具冷卻效率和生產(chǎn)效率。二、增材制造工藝路線增材制造技術自誕生至今將近40年，目前多種技術路線并存。按照成型原理，增材制造主要有7種工藝，如下表所示。表2增材制造工藝類別及應用領域工藝類型工藝說明主要工藝技術名稱及應用領域通過熱能選擇性地熔l激光選區(qū)熔化（SLM航空航天等復雜金屬6化/燒結(jié)粉末床區(qū)域等l激光選區(qū)燒結(jié)（SLS航空航天領域用工程積利用聚焦熱能熔化材利用聚焦熱能熔化材料即熔即沉積的增材ll激光近凈成形（LENS也稱激光立體成形通過光致聚合作用選通過光致聚合作用選擇性地固化液態(tài)光敏聚合物的增材制造工藝ll光固化成形（SLA工業(yè)產(chǎn)品設計開發(fā)、創(chuàng)選擇性噴射沉積液態(tài)選擇性噴射沉積液態(tài)粘結(jié)劑粘結(jié)粉末等材ll三維立體打印（3DP工業(yè)產(chǎn)品設計開發(fā)、將材料熔化后通過噴將材料熔化后通過噴嘴或孔口擠出成形的將材料以微滴的形式將材料以微滴的形式選擇性噴射沉積的增將薄層材料逐層粘結(jié)ll層壓物體制造（LOM工業(yè)產(chǎn)品設計開發(fā)、l超聲波增材制造（UAM使用多種金屬、金7金屬增材制造工藝原理主要為粉末床熔融和定向能量沉積兩大類別，對應的金屬3D打印技術都可以制造達到鍛件標準的金屬零件。粉末床熔融技術比較適合航空航天小批量、定制化的生產(chǎn)特點，是目前最廣泛應用的增材制造技術之一。定向能量沉積技術的成熟度和設備自動化程度不及粉末床熔融技術，但是能實現(xiàn)修復功能，因此也具有不可替代性。具體工藝來看，目前激光選區(qū)熔化技術（有不可替代性。具體工藝來看，目前激光選區(qū)熔化技術（SLM）是最常用的金屬增材制造工藝，其生產(chǎn)效率高，可以在短時間內(nèi)制造出致密度極高的金屬零件；電子束選區(qū)熔化（EBSM）依托真空加工環(huán)境，更容易加工難熔的材料，但維護費用高，打印的零件尺寸受限，且需要有射線安全保護設備；電弧增材制造（WAAM）在大尺寸結(jié)構(gòu)件制造中具有優(yōu)勢，但零件表面質(zhì)量較差，需經(jīng)過表面加工過后才能使用。三、增材制造產(chǎn)業(yè)鏈概況增材制造產(chǎn)業(yè)鏈上游主要為原材料和零件，包括增材制造裝備零部件、三維掃描設備、增材制造軟件系統(tǒng)、專用材料生產(chǎn)工藝及設備等；中游為3D打印設備，多數(shù)廠商同時提供打印服務、原材料供應及系統(tǒng)解決方案；下游為各個行業(yè)應用。產(chǎn)業(yè)鏈如下圖所示。8圖2增材制造產(chǎn)業(yè)鏈示意圖3增材制造產(chǎn)業(yè)鏈全景圖9料、有機高分子材料以及生物材料等幾類。金屬粉末一般要求純凈度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低，目前應用于3D打印的金屬粉末材料主要有鈦及鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金近年來，行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)多種新型高分子增材制造粉末材料，各近年來，行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)多種新型高分子增材制造粉末材料，各類材料在成形質(zhì)量和穩(wěn)定性等方面的表現(xiàn)各有差異。圖43D打印原材料類別及應用領域目前國內(nèi)的金屬3D打印材料已基本滿足國產(chǎn)設備及國內(nèi)下游增材制造需要，設備生產(chǎn)廠商一般與第三方材料廠商合作研究開發(fā)各類金屬材料熔融工藝，少量3D打印服務的廠商會同時自主生產(chǎn)金屬3D量、積累和技術實力上遠超國內(nèi)企業(yè)，分別擁有數(shù)百種商業(yè)牌號的增材制造材料銷售，其采用“捆綁銷售”模式，導致我國進口高端增材制造材料數(shù)量長期居高不下。1——核心硬件。增材制造所使用的核心硬件包括振鏡和激光器等。但隨著國產(chǎn)振鏡和激光器的研制成功及性能提升，目前已實現(xiàn)部分進——軟件。3D打印相關軟件包括3D打印設備工業(yè)軟件系統(tǒng)以及應用軟件。應用軟件可由產(chǎn)業(yè)鏈上中下游主體及專業(yè)軟件供應商基于應用軟件。應用軟件可由產(chǎn)業(yè)鏈上中下游主體及專業(yè)軟件供應商基于技術應用需求開發(fā)提供，如輔助設計軟件、工程處理軟件、仿真模擬的3D打印設備工業(yè)軟件系統(tǒng)系向第三方采購，軟件性能提升依賴并受制于軟件服務商，擁有完全自主知識產(chǎn)權3D打印設備工業(yè)軟件系統(tǒng)將有助于設備制造企業(yè)提升行業(yè)競爭力?！?D打印設備及服務。3D打印設備是中游、也是整個產(chǎn)業(yè)鏈的核心主體。可分為桌面級打印機和工業(yè)打印機，其中工業(yè)級打印機技術壁壘高，資本投入大，一直以來發(fā)展較為緩慢，但當前受到國家政策大力支持，市場呈現(xiàn)出快速增長形勢。據(jù)鉑力特公司公告，增材制造設備是牽動增材制造行業(yè)發(fā)展的關鍵之一，增材制造的核心專利大多被設備廠商掌握，因此設備廠商往往在整個產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導地位。此外，重點設備廠商通過行業(yè)并購，整合上游3D打印軟件、上體的綜合解決方案提供商，進而提升對產(chǎn)業(yè)鏈的掌控能力。從業(yè)務構(gòu)成看，打印設備和打印服務占據(jù)增材制造行業(yè)主要市場份額。根據(jù)WohlersReport2022報告，2021年全球增材制造市場份額中，增材制造服務占比40.09%，打印裝備占比22.42%，增材制造原材料占比17.04%，增材制造服務市場份額占比遠超出其他業(yè)務，如下圖所示。圖52021年全球增材制造各業(yè)務占比四、全球及中國市場情況全球增材制造市場規(guī)模高速增長。根據(jù)2023年發(fā)布的《WohlersReport2023》報告，全球增材制造產(chǎn)品和服務的收入從2003年的5.29億美元增長至2022年的180億美元，2015-2022年CAGR為19.5%。2020年受疫情影響年同比增速短暫下滑至7.51%，2021年反彈至19.49%，2022年同比增長18.3%。預計2025年全球市場規(guī)模將達到2025-2030年CAGR預計達23.4%。根據(jù)《GlobalAdditiveManufacturingMarket,Forecastto2025》報告顯示，從2015年和23%的復合增速增長。圖圖6全球增材制造產(chǎn)品和服務產(chǎn)值金屬增材制造市場增速領跑增材制造行業(yè)。根據(jù)AMPOWER數(shù)據(jù)，2021年全球金屬增材制造市場規(guī)模達25億歐元，從需求端測算預計2026年將達到75.8億歐元，CAGR達25%，從供給端測算預增材制造設備銷量持續(xù)增長。根據(jù)WohlersAssociates統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球工業(yè)級增材制造設備銷量（指面向工業(yè)且銷售售價在5000美元及以上的機器）從2012年的6千余臺增長至2021年的2.6萬余臺，年復合增長率14.45%。全球金屬增材制造設備的銷售量從年復合增長率31.63%。全球工業(yè)級高分子增材制造設備的銷售量從2012年的7500余臺增長至2021年的23800余臺，年復合增長率圖圖7全球工業(yè)級增材制造設備銷售量（臺）圖8全球金屬增材制造設備銷售量（臺）圖圖9全球工業(yè)級高分子增材制造設備銷售量（臺）增材制造原材料市場規(guī)?？焖僭鲩L。根據(jù)WohlersAssociates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達22.54%，2021年金屬原材料占市場比重約18.2%。2021年金屬原材料銷售額達4.74億美元，同比增長23.50%，五年CAGR達26.80%。圖10全球增材原材料銷售額（百萬美元）從全球市場的分布來看，美國是全球第一大市場，中國為第二大市場。截至2021年末中國工業(yè)增材制造設備安裝量市場占比10.60%，僅次于美國，如下圖所示。圖11截至2021年增材制造設備安裝量占比中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模高速增長，超過全球增速。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2012-2022年，我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模自10億元增長至320億元，年復合增速為41.42%，預計2023年我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望于2027年超過千億元。圖122019-2022年中國增材制造產(chǎn)業(yè)營業(yè)收入情況從各環(huán)節(jié)企業(yè)的營收情況來看，根據(jù)工信部裝備工業(yè)發(fā)展中心對50家行業(yè)企業(yè)的調(diào)研數(shù)據(jù)，調(diào)研企業(yè)在材料、零部件、裝備、服務等各個環(huán)節(jié)占總營收的比重，分別為12.4%、5.9%、53.2%和26.0%，裝備市場占比超過50%，仍處于市場主導地位，如下圖所示。0圖圖13工信部調(diào)研企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)營收比重我國增材制造裝備實現(xiàn)從進口為主到國產(chǎn)化替代的轉(zhuǎn)變。十年來，我國增材制造一批重點工藝裝備和核心器件實現(xiàn)國產(chǎn)替代，批量化供應能力和成本競爭優(yōu)勢顯著。我國在高精度桌面級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)保持領跑并暢銷海外，米級多激光器激光選區(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)裝備相關核心指標達到國際先進水平，5軸增減材混合制造裝備已實現(xiàn)商用。此外，我國完成了超高速激光熔覆頭、電子槍等十多類關鍵部件的技術攻關和自主生產(chǎn)，其穩(wěn)定性、可靠性得到不斷改善，大族激光、銳科激光等企業(yè)自主研發(fā)的激光器、掃描振鏡等零部件已應用到相關增材制造裝備中。從出口情況看，2022年中國增材制造裝備出口228.7萬臺（含消費級較2019年增長59.7%；出口金額為36.6億元，較2019年增長近1倍。多家企業(yè)增材制造裝備出口營收占企業(yè)主營業(yè)務的90%以上；消費級FDM3D打印機出口量持續(xù)領先全球；各類裝備已出口至全球40多個國家和地增材制造技術應用實現(xiàn)從原型制造向直接制造的質(zhì)變。十年來，增材制造技術的應用實現(xiàn)由快速制造原型樣件逐步向直接制造最終產(chǎn)品質(zhì)變。產(chǎn)品質(zhì)變。火星探測器等重點裝備的關鍵核心零部件大量應用增材制造技術，解決了許多過去難以制造的復雜結(jié)構(gòu)零件的成形問題，實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化。l醫(yī)療領域。髖臼杯、脊柱椎間融合器等14款增材制造醫(yī)療植入物已獲得NMPA認證，實現(xiàn)臨床應用，拓展疾病治療解決方案；時代天使運用增材制造技術實現(xiàn)口腔正畸牙模批量定制生產(chǎn)，解決傳統(tǒng)機加工制造復雜的問題，滿足患者個性化需求，全面提高中國口腔醫(yī)療水平。將增材制造技術應用于砂型鑄造、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，實現(xiàn)對傳統(tǒng)鑄造l其他領域。大規(guī)模混合橋體、房屋等增材制造建筑在各地落成，高級手辦、輕量化鞋品等深受消費者歡迎。五、各領域競爭格局3D打印企業(yè)集中在美國、德國及中國。根據(jù)WohlersAssociates,統(tǒng)計顯示，2021年全球有266家制造商生產(chǎn)和銷售工業(yè)3D打印設備（統(tǒng)計口徑價格高于5000美元其中39家公司的工業(yè)3D打印系統(tǒng)銷量超過100套。266個系統(tǒng)制造商分布在世界各地，美國制造商數(shù)量量59家排名第一；德國制造商數(shù)量38家排名第二；中國制造商數(shù)量37家排名第三。我國增材制造骨干企業(yè)數(shù)量持續(xù)增長。根據(jù)李方正、李博《增材制造十年：成就、啟示與展望》報告，我國增材制造全產(chǎn)業(yè)鏈相關企業(yè)超過1000余家，鉑力特、先臨三維、華曙高科等以增材制造為主營業(yè)務的上市公司涌現(xiàn)，數(shù)量2013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100余家，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——3D打印材料目前3D打印金屬粉體材料以歐美廠商為主，國內(nèi)金屬粉末制備存在氧含量高、球形度差和粒徑分布不均勻等問題，超細粉及優(yōu)質(zhì)粉末仍需進口。表33D打印金屬粉體材料國內(nèi)外重點企業(yè)類別代表企業(yè)2非金屬材料供應商眾多，除了材料、設備、服務一體化廠商外，3D打印材料在專業(yè)材料廠商的營收占比較低、一般不做專門生產(chǎn)。國內(nèi)重點企業(yè)有斯科瑞（山東臨沂，3D打印高分子材料）、蘇州聚復科技（3D打印高分子材料）、嘉興饒稷科——3D打印設備當前中國市場的主流3D打印設備品牌包括上海聯(lián)泰科技、美國Stratasys（納斯達克上市）、德國EOS、美國GE、美國3DSystems惠普等，其中聯(lián)泰、華曙高科、鉑力特等均為國產(chǎn)品牌。根據(jù)3D科學谷數(shù)據(jù)顯示，聯(lián)泰在3D打印行業(yè)中市場占比最高，達16.4%，其次為Stratasys和EOS，分別占比14.8%和13.1%。隨著國內(nèi)3D打印企業(yè)技術的不斷積累，與國外先進水平的差距快速縮小，在大尺寸成型等部分領域甚至實現(xiàn)了反超。圖142021年中國3D打印設備市場競爭格局國際3D打印設備重點企業(yè)還有德國SLMSolutions（被Nikon（紐交所上市）、德國voxeljet（紐交所上市，蘇州維捷）、法國Prodways、美國Shapeways等，國產(chǎn)重點廠商還有先臨三維（杭州，新三板）、鑫精合激光（北京）、北京易加三維、南京中科煜宸、無錫飛而康、廣東漢邦激光科新三板）、深圳極光創(chuàng)新（新三板）等上百家企業(yè)。多數(shù)設備廠商同時拓展3D打印服務業(yè)務。——核心光學硬件增材制造設備所需核心元器件包括掃描振鏡、激光器。增材制造用的激光器主要從美國、德國進口，基本被德國Trumpf、美國IPG等3-4家國外企業(yè)占有，目前低功率光纖激光器基本完成國產(chǎn)替代，中功率光纖激光器國產(chǎn)化率保持穩(wěn)定且多保持在中功率光纖激光器國產(chǎn)化率保持穩(wěn)定且多保持在60%上下，實現(xiàn)了大部分的國產(chǎn)化替代。掃描振鏡主要從德國進口。根據(jù)鉑力特招股說明書，掃描振鏡系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)主要的供應商為德國ScanLab公司、美國CTI公司、美國GSI公司，其中德國ScanLab公司占據(jù)了金屬3D打印設備市場的主要份額，市場占有率達到80%左右，根據(jù)其官網(wǎng)披露信息，德國ScanLab公司