3D打印技術有望顛覆傳統制造

增材制造又稱“3D打印”，是基于三維模型數據，采用與傳統減材制造技術（對原材料去除、切削、組裝的加工模式）完全相反的逐層疊加材料的方式，直接制造與相應數字模型完全一致的三維物理實體模型的制造方法，將對傳統的工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合產生深刻影響，是制造業有代表性的顛覆性技術，集合了信息網絡技術、先進材料技術與數字制造技術，是先進制造業的重要組成部分。

3D打印的基本原理為：以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成形系統，將三維實體變為若干個二維平面，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將粉末、樹脂等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成形，制造出實體產品。增材制造將復雜的零部件結構離散為簡單的二維平面加工，解決同類型零部件難以加工難題。

增材制造高效、環保，適合復雜結構

增材制造技術和傳統精密加工技術均是制造業的重要組成部分，目前增材制造加工與傳統精密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，但增材制造其全新的技術原理和特點，在多種應用場景具備使用優勢：

1）縮短新產品研發及實現周期。3D打印工藝成形過程由三維模型直接驅動，無需模具、夾具等輔助工具，可以極大的降低產品的研制周期，并節約昂貴的模具生產費用，提高產品研發迭代速度。

2）可高效成形更為復雜的結構。3D打印的原理是將復雜的三維幾何體剖分為二維的截面形狀來疊層制造，故可以實現傳統精密加工較難實現的復雜構件成形，提高零件成品率，同時提高產品質量。

3）實現一體化、輕量化設計。金屬3D打印技術的應用可以優化復雜零部件的結構，在保證性能的前提下，將復雜結構經變換重新設計成簡單結構，從而起到減輕重量的效果，3D打印技術也可實現構件一體化成形，從而提升產品的可靠性。

4）材料利用率較高。與傳統精密加工技術相比，金屬3D打印技術可節約大量材料，特別是對較為昂貴的金屬材料而言，可節約較大的成本，在ESG方向上有優勢。

5）實現優良的力學性能。基于3D打印快速凝固的工藝特點，成形后的制件內部冶金質量均勻致密，無其他冶金缺陷；同時快速凝固的特點，使得材料內部組織為細小亞結構，成形零件可在不損失塑性的情況下使強度得到較大提高。

3D打印工藝類型多樣，金屬打印較為成熟

3D打印工藝技術路線多樣，主要取決于材料特性和形態，粗略可分為金屬類與非金屬類（無機材料和有機材料）。進一步，按照成型原理的不同，國際標準化組織又將其分為7大類，分別是：立體光固化、粘結劑噴射、定向能量沉積(DED)、薄材疊層、材料擠出、材料噴射、粉末床熔融。不同工藝技術的區別主要體現在材料疊加的方式上，而疊加方式又主要取決于不同材料的特性和形態。

在技術路線方面，設備選區激光熔融（SLM）與選區激光燒結（SLS）工藝， 具有取材范圍廣、力學性能好、成形精度高、材料利用率高、可成形結構復雜程度高等優勢，是增材制造的主流工藝。而金屬3D與非金屬3D打印相比，由于其工藝特點，具有成形結構精細和力學性能優越的突出優勢，因此應用場景相對更廣，工業化應用最成熟，尤其在航空航天、汽車和消費電子等領域。

3D打印材料是技術發展的關鍵瓶頸之一

3D打印材料是3D打印技術發展的重要物質基礎，材料的性能、種類等因素決定著3D打印產品的質量和功能。目前，盡管各國均在大力開展有關3D打印材料的研發工作，但與已有的數萬種不同性能和用途的材料相比，能夠真正實現應用的3D打印材料尚存在種類和品種少、性能無法滿足各種應用要求等問題。

因此，破解材料對3D打印技術制約的瓶頸，對于推動3D打印技術的發展至關重要。當前，圍繞宏微觀結構制造的結構性能、力學性能、生物學性能和物理學性能需求，3D 打印涉及的主要材料有聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料、復合材料和智能材料等。除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領域得到了應用。

根據中商情報網數據，我國3D打印市場中，鈦合金、鋁合金、不銹鋼分別占20.2%、10.0%、9.1%，合計占比39.3%，PLA、PA、ABS占比分別為15.2%、14.1%、11.1%，樹脂占比6.1%。據南極熊3D打印援引的Voxel Matters Research數據，金屬3D打印市場2022年創造超過28億美元的收入，預計市場將以30%的復合年增長率增長到2032年，達到400億美元以上。

金屬3D打印玩家包括第一梯隊的EOS、SLMSolutions、3DSystems；第二梯隊的Desktop Metal、GE Additive、鉑力特；第三梯 隊的Velo3D、DMGMori和TRUMPF。華曙高科、EPlus3D等國內玩家也在擴大市場份額。

3D打印的發展歷史

1）20世紀70年代末到80年代初，其特點是出現了一些可視為AM技術先驅的孤立實例。

2）1980~1990年，光固化成型(SLA)，熔融沉積成型(FDM)、選區激光燒結技術(SLS)等三項重要的基礎3D打印技術誕生并投入使用，第一批3D打印公司也相繼成立，3D System、EOS、Stratasys等公司至今仍是行業的主要參與者。

3）1990~2005年，新的關鍵3D打印技術不斷涌現，LENS激光凈成形技術和SLM技術誕生，計算機和3D成像技術也同步發展和進步。

4）2005~2012年，恰逢3D打印技術FDM部分原始專利到期，降低了企業進入門檻，第一代3D打印設備換代升級；伴隨“創客運動”開始，3D打印被社交媒體廣泛介紹，催生了桌面級3D打印機市場，并被傳統大型參與者以外的受眾接受。

5）2012~2017年， 2012年英國《經濟學人》提出3D打印將會推動第三次工業革命，新的增材技術、3D可打印材料，甚至生物打印開始流行。

3D打印設備廠商在產業鏈中占主導地位

上游：3D打印產業鏈上游主要包括3D建模工具和原材料。其中，3D建模工具包括3D建模軟件、3D建模掃描儀和3D模型數據平臺。與此相對應，聚集在產業鏈上游的企業包括三維軟件開發商以及耗材生產商等。增材制造原材料主要包括金屬增材制造材料、無機非金屬增材制造材料、有機高分子增材制造材料以及生物增材制造材料等幾類。

中游：增材制造設備是牽動增材制造行業發展的關鍵之一。增材制造設備可分為桌面級打印機和工業級打印機。近年來隨著國外桌面級打印機相關專利保護到期，技術壁壘下降，國內桌面級打印機廠家數量急劇增長，新進企業增多，加大了國內桌面級增材制造市場的競爭程度。與桌面級打印機市場相比，工業級打印機技術壁壘高，資本投入大，但隨著當前工業級增材制造產業受到國家政策大力支持，整個市場目前已呈現快速增長形勢。

3D打印的核心專利大多被設備廠商掌握，因此在整個產業鏈中占據主導地位，這些設備生產廠商大多亦提供打印服務業務，近年來，3D打印行業整合加劇，通過并購3D打印軟件公司、材料公司、服務提供商等，設備生產企業轉變為綜合方案提供商，加強了對產業鏈的整體掌控能力。

下游：增材制造技術的下游應用以航空航天、軍工、船舶工業、核工業、汽車工業、軌道交通及醫療為主。目前該技術在下游行業的應用方式主要分為直接制造、設計驗證和原型制造。直接制造是指根據三維模型，直接用增材制造技術生產最終產品，具有產品定制性強與產品精度硬度高的特點，是未來增材制造技術的主要發展趨勢。

與傳統制造相比，采用增材制造技術進行設計驗證及原型制造，可節約時間與經濟成本。此外，增材制造在維修領域也具有市場，使用增材制造技術不僅能簡化維修程序，還可實現傳統工藝無法實現的高還原度與制造材料原型匹配的功能。

3D打印市場規模快速增長

經過30多年發展，增材制造產業正從起步期邁入成長期。根據Wohlers Associates數據，2023年全球3D打印市場規模（包括產品和服務）約200億美元同比增長11.1%，2012-2022年CAGR為23%，Wohlers Associates預計2026年全球3D打印市場規模有望增長至362億美元。預計未來十年，全球增材制造產業仍將處于高速增長期，發展潛力巨大。據麥肯錫預測，到2025年全球增材制造產業可能產生高達2,000-5,000億美元經濟效益。

中國是全球最具潛力的3D打印市場。中國增材制造行業相對歐美國家起步較晚，在經歷了初期產業鏈分離、原材料不成熟、技術標準不統一與不完善及成本昂貴等問題后，當前中國增材制造已日趨成熟，市場呈現快速增長趨勢。據中國增材制造產業聯盟統計，在2015-2017年的3年間，我國增材制造產業規模年均增速超過30%。思瀚產業研究院預計2022年中國3D打印市場規模約為320億元，同比增長20.75%，2023年市場規模將達367億元，2024年市場規模將達415億元。

3D打印下游應用領域占比

下游應用不斷擴展，航空航天、醫療、汽車和消費/電子為主流應用場景。經過近四十年的發展，3D打印下游應用逐漸拓展，已覆蓋航空航天、汽車工業、船舶制造、能源動力、軌道交通、電子工業、模具制造、醫療健康、文化創意、建筑等領域。根據Wohlers Report數據，2024年全球3D打印下游應用中，航空航天（13.3%）、醫療（13.7%）、汽車（14.0%）、消費/電子產品（14.0%）等領域占比較高。

國內3D打印應用以工業級為主，2023年工業級3D打印產值占國內整體應用的65-70%。細分領域來看，航空航天（17%）、汽車（15%）、消費電子（12%）、醫療（15%）等下游應用占比較高。

國內3D打印設備廠商迎頭趕上

在3D打印設備環節，EOS、3D Systems等公司起步較早，占據領先地位，隨著GE、HP等的快速發展，逐步取得較高市場份額。根據中商情報網數據，聯泰科技、華曙高科、鉑力特近年來快速發展，市場占比在2022年分別達到16.4%、6.6%、4.9%。

此外，根據Wohlers Report報告，中國公司的3D打印設備尺寸已位列全球前列，是不可忽視的競爭對手。