3D打印行業(yè)專題報告：鈦合金材料嶄露頭角

3D打印行業(yè)專題報告：鈦合金材料嶄露頭角3D打印優(yōu)勢明顯，需求端驅(qū)動市場空間高增增材制造：設(shè)計便捷、工藝靈活、材料利用率高增材制造（又稱3D打?。┦且匀S模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過材料（包括液體、粉材、線材或片材等）堆積的方式制造零件或?qū)嵨锏闹圃旆椒ā２煌趥鹘y(tǒng)的材料去除技術(shù)（切削加工），增材制造是一種“自下而上”材料累加的制造方法。增材制造：行業(yè)仍處于高速成長階段2010年代，增材制造市場經(jīng)歷了快速增長，部分原因是技術(shù)進(jìn)步、早期采用者的激烈資格認(rèn)證工作以及媒體的大量關(guān)注。許多供應(yīng)商的年營收增長率達(dá)到50%或以上；在這段時期過后，市場年增長率放緩至20%左右。從競爭情況來看，目前行業(yè)處于成長初期，多數(shù)企業(yè)規(guī)模偏小，中國和美國為發(fā)展領(lǐng)先市場，未來有望帶領(lǐng)全球3D打印行業(yè)持續(xù)放量。增材制造：受益于需求端驅(qū)動，增材制造行業(yè)保持高速成長2021年全球增材制造產(chǎn)值（包括產(chǎn)品和服務(wù)）152.44億美元，同比2020年增長19.50%。經(jīng)過30多年發(fā)展，增材制造產(chǎn)業(yè)正從起步期邁入成長初期，整體來看近年來呈現(xiàn)快速增長趨勢。根據(jù)Wohlers預(yù)測，到2025年全球增材制造行業(yè)產(chǎn)值規(guī)模將達(dá)到298億美元，到2031年將達(dá)到853億美元，2021-2031年CAGR為18.8%，保持高速增長。中國3D打印市場應(yīng)用程度不斷深化，在各行業(yè)均得到了越來越廣泛的應(yīng)用。2017-2020年，中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈逐年增長趨勢，2020年中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模為208億元，同比增長32.06%。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，到2025年我國3D打印市場規(guī)模將超過630億元，2021-2025年復(fù)合年均增速20%以上。產(chǎn)業(yè)鏈：設(shè)備為核心，金屬打印成長性較強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈：設(shè)備為核心，材料是關(guān)鍵上游：主要是生產(chǎn)所需原材料和增材制造設(shè)備的核心硬件和輔助設(shè)備，其中原材料是上游領(lǐng)域的核心，主要為金屬和非金屬材料。中游：為增材制造設(shè)備和增材制造服務(wù)，增材制造設(shè)備為產(chǎn)業(yè)鏈核心；下游：主要為各應(yīng)用領(lǐng)域，航空航天、醫(yī)療、汽車、高校科研院所為主要應(yīng)用領(lǐng)域。上游：影響成品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)增材制造專用材料的品類和品質(zhì)決定增材制造產(chǎn)品及服務(wù)的質(zhì)量?，F(xiàn)有增材制造專用材料包括金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料等。根據(jù)WohlersAssociates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，CAGR22.54%。中游：工業(yè)級增材制造設(shè)備高速增長，金屬打印成長性較強(qiáng)168根據(jù)增材制造技術(shù)的成形原理，增材制造工藝分成七種基本類別，即粉末床熔融（PBF）、定向能量沉積（DED）、立體光固化（VPP）、粘結(jié)劑噴射（BJT）、材料擠出（MEX）、材料噴射（MJT）和薄材疊層（SHL）。主要工藝技術(shù)分類情況如下：金屬3D打?。杭す膺x區(qū)熔化（SLM）、激光近凈成型（LENS）、電子束選區(qū)熔化（EBSM）、電子束熔絲沉積（EBDM）等。非金屬3D打印：光固化成形（SLA）、熔融沉積成形（FDM）、激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）、三維立體打印（3DP）、材料噴射成形（PJ）等。全球工業(yè)級增材制造設(shè)備銷量從2011年的6500余臺增長至2021年的2.6萬余臺，年復(fù)合增長率14.9%。金屬增材制造：全球金屬增材制造設(shè)備的銷售量從2012年的200余臺增長至2021年的2300余臺，年復(fù)合增長率31.6%。非金屬增材制造：全球工業(yè)級高分子增材制造設(shè)備的銷售量從2012年的7500余臺增長至2021年的23800余臺，年復(fù)合增長率13.6%。3D打印方式——激光立體成型技術(shù)（LSF）聚焦激光束在控制下，按照預(yù)先設(shè)定的路徑，進(jìn)行移動，移動的同時，粉末噴嘴將金屬粉末直接輸送到激光光斑在固態(tài)基板上形成的熔池，使之由點到線、由線到面的順序凝固，從而完成一個層截面的打印工作。這樣層層疊加，制造出接近實體模型的零部件實體。采用LSF技術(shù)不僅能直接打印出三維金屬零件，還能在已有零件上進(jìn)行打印，比如在磨損的零件上打印相應(yīng)金屬材料以修復(fù)磨損處，或與傳統(tǒng)的機(jī)加工設(shè)備集成起來進(jìn)行增材/減材復(fù)合成形，因此在制造或修復(fù)高附加值的產(chǎn)品，比如航空發(fā)動機(jī)或機(jī)床部件中得到廣泛應(yīng)用。中游：3D打印企業(yè)集中在美國、德國及中國增材制造行業(yè)經(jīng)過30余年的發(fā)展，目前已建立起較為穩(wěn)定的增材制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系和行業(yè)競爭格局，呈現(xiàn)出行業(yè)整體高速增長，由幾家巨頭主導(dǎo)，其他設(shè)備制造商后起追趕的發(fā)展態(tài)勢。國際市場：EOS、SLMSolutions和3DSystems等公司起步較早，占據(jù)領(lǐng)先地位；GE、HP等快速發(fā)展，逐步取得較高市場份額。國內(nèi)市場：以國產(chǎn)品牌之間的競爭為主，主要市場參與者有鉑力特、華曙高科。兼顧硬度和重量，3D打印鈦合金材料在3C市場嶄露頭角鈦合金：性能優(yōu)秀，兼顧硬度和重量鈦合金材料比強(qiáng)度高、耐熱耐蝕性能好，能兼顧硬度和重量，目前主要應(yīng)用于航空航天、航海、化工、武器裝備等領(lǐng)域。因其優(yōu)秀的性能，有望在智能手機(jī)、穿戴設(shè)備、人形機(jī)器人等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。比強(qiáng)度高：鈦合金的密度僅為鋼的60%，純鈦的強(qiáng)度接近普通鋼的強(qiáng)度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制造出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)量輕的零部件。熱強(qiáng)度高：鈦合金的使用溫度比鋁合金高幾百度，可在450℃～500℃的溫度下長期工作。而鋁合金的工作溫度則在200℃以下?？刮g性好：鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼，對點蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)。低溫性能好：鈦合金在低溫下仍能保持其力學(xué)性能。比如TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。3D打印適用于鈦合金加工鈦合金因其優(yōu)秀的特質(zhì)被廣泛用于各個領(lǐng)域，然而用傳統(tǒng)切削工藝加工的難度較大：鈦屑易燃：在高溫下（600°C）,鈦屑容易燃燒。導(dǎo)熱性差：鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)小，僅為45鋼的1/6-1/7，而且密度小，切削熱量集中在切削刃附近，刃區(qū)溫度高，刀具磨損劇烈?；瘜W(xué)親合力大：與含Ti的硬質(zhì)合金粘結(jié)嚴(yán)重，而很多刀具的涂層都含Ti。彈性模量?。杭s為45鋼的彈性模量的1/2，故彈性恢復(fù)大，摩擦嚴(yán)重。同時，工件也容易發(fā)生裝夾變形。冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：鈦的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下，很易吸收空氣中的氧和氮，形成硬而脆的外皮，同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會降低零件的疲勞強(qiáng)度，而且能加劇刀具磨損。3D打印鈦合金構(gòu)件作為一種先進(jìn)的一體化加工方案，可一次性完成傳統(tǒng)構(gòu)件鑄、鍛、焊、機(jī)加工等多工序制造方案，在生產(chǎn)周期、減重、綜合降本等方面優(yōu)勢突出。隨著鈦合金材料在3C行業(yè)中的應(yīng)用加速，3D打印行業(yè)也有望打開新的市場空間。重點公司分析華曙高科公司是全球極少數(shù)同時具備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，是我國工業(yè)級增材制造設(shè)備龍頭企業(yè)之一。公司IPO擬投資于增材制造設(shè)備擴(kuò)產(chǎn)項目、研發(fā)總部及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中心項目和增材制造技術(shù)創(chuàng)新（上海）研究院建設(shè)項目，合計約6.6億元。隨著增材制造技術(shù)應(yīng)用的加速滲透，公司業(yè)務(wù)規(guī)模快速增長、產(chǎn)能瓶頸突顯，公司一方面在長沙高新區(qū)新增購置土地，啟動建設(shè)增材制造設(shè)備擴(kuò)產(chǎn)項目，提高公司整體交付能力，滿足多元市場需求；另一方面在湖南省益陽市南縣新建高分子材料生產(chǎn)基地，承接公司新材料領(lǐng)域成果轉(zhuǎn)化與規(guī)模生產(chǎn)，滿足日益增長的增材制造應(yīng)用市場需求。公司將通過上述產(chǎn)能提升計劃全力建設(shè)高效低成本的規(guī)模生產(chǎn)能力，為科技創(chuàng)新跨越發(fā)展和規(guī)模產(chǎn)業(yè)提供支撐。鉑力特公司是一家專注于工業(yè)級金屬增材制造（3D打?。┑膰壹壐咝录夹g(shù)企業(yè)，為客戶提供金屬增材制造全套解決方案，業(yè)務(wù)涵蓋金屬3D打印設(shè)備的研發(fā)及生產(chǎn)、金屬3D打印定制化產(chǎn)品服務(wù)、金屬3D打印原材料的研發(fā)及生產(chǎn)、金屬3D打印工藝設(shè)計開發(fā)及相關(guān)技術(shù)服務(wù)，構(gòu)建了較為完整的金屬3D打印產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，整體實力在國內(nèi)外金屬增材制造領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。銀邦股份公司是我國鋁壓延加工行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)之一，通過與國際一線的主機(jī)廠商建立合作共同服務(wù)于特斯拉、BMW、奔馳、中車、卡特彼勒、GM等品牌。公司的參股公司飛而康快速制造科技有限責(zé)任公司主營業(yè)務(wù)是金屬3D打?。ㄔ霾闹圃欤?，通過3D打印生產(chǎn)的零部件可應(yīng)用于飛機(jī)、火箭、航空發(fā)動機(jī)等航空航天領(lǐng)域，飛而康是C919金屬3D打印零部件合格供應(yīng)商。飛而康下設(shè)三個事業(yè)部：特種金屬粉末事業(yè)部，3D打印解決方案事業(yè)部，特種制造技術(shù)事業(yè)部。光韻達(dá)公司的全資子公司通宇航空有十年航空裝備制造與管理經(jīng)驗，產(chǎn)品包括多型號機(jī)