3D打印行業(yè)深度研究：3D打印賦能工業(yè)制造航空航天+消費電子領(lǐng)域雙因素驅(qū)動行業(yè)擴張-國海證券

國海證券研究所請務必閱讀正文后免責條款部分證券分析師：羅琨S03505221100033D打印賦能工業(yè)制造，航空航天+消費電子領(lǐng)域雙因素驅(qū)動行業(yè)擴張——3D打印行業(yè)深度研究 投資要點:n3D打印技術(shù)是一種增材制造方法，具有“自由制造、去模具、減廢料、降庫存”等獨特優(yōu)勢，是傳統(tǒng)工藝的重要補充。3D打印又稱增材制造，是基于三維模型數(shù)據(jù)，采用與傳統(tǒng)減材制造技術(shù)完全相反的逐層疊加材料的方式，直接制造與相應數(shù)字模型完全一致的三維物理實體模型的制造方法，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(shù)控成形系統(tǒng)，將三維實體變?yōu)槿舾蓚€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(jié)，最終疊加成形，制造出實體產(chǎn)品。3D打印具有兩大獨特優(yōu)勢，一是可快速加工成形結(jié)構(gòu)復雜的零件，無需傳統(tǒng)工具夾具和多重處理，實現(xiàn)“自由制造”，縮短產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)周期；二是制造模式優(yōu)化，“去模具、減廢料、降庫存”，材料利用率高并實現(xiàn)降本增效，是傳統(tǒng)加工方式的重要補充；目前該技術(shù)已廣泛應用于航空航天、汽車、軍工、核電、船舶、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域。n3D打印技術(shù)目前工藝路線百花齊放，其中金屬3D打印工業(yè)化應用最為廣泛，選區(qū)激光熔融（SLM）是最主流工藝。3D打印目前有七大類主流工藝路線——粉末床熔融、定向能量沉積、立體光固化、粘結(jié)劑噴射、材料擠出、材料噴射和薄材疊層，各工藝類別下還包括不同的子工藝；打印材料包括金屬、無機非金屬、有機高分子以及生物材料四種。按工藝類型分，粉末床熔融工藝打印的零件具備良好的力學性能和尺寸精度，是目前工業(yè)領(lǐng)域主流的增材制造技術(shù)，其中選區(qū)激光熔融（SLM）工藝的穩(wěn)定性和技術(shù)成熟度較高，具有突出優(yōu)勢，應用最為廣泛；按打印材料可分為金屬3D打印和非金屬3D打印，金屬3D打印工業(yè)化應用程度最深，目前在航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域均得到了較好的應用，并拓展至消費市場，尤其是3C領(lǐng)域；非金屬3D打印工藝種類較多，應用領(lǐng)域涵蓋汽車、醫(yī)療和文創(chuàng)等。n3D打印已形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，中游企業(yè)處于產(chǎn)業(yè)鏈主導地位，行業(yè)目前處于快速成長期，規(guī)模不斷擴張。3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上游為原材料及零件，包括3D打印原材料、核心硬件和軟件等；中游以3D打印設備生產(chǎn)廠商為主，占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈的主導地位，據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021年打印設備和服務在全球市場合計占比80%，在中國市場合證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分2計占比76%；下游應用覆蓋航空航天、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、模具制造、醫(yī)療健康、文化創(chuàng)意和建筑等多個領(lǐng)域。根據(jù)WohlersAssociates統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球增材制造市場規(guī)模不斷增長，2013-2023年期間復合增速超20%，2023年全球增材制造行業(yè)銷售額達到200.35億美元，同比增長11.1%，其中金屬增材制造市場同比實現(xiàn)了24.4%的增長。n航空航天和消費電子領(lǐng)域是下游未來重要增長市場，金屬3D打印工業(yè)化應用程度將進一步深化，3D打印行業(yè)整體空間有望加速打開。1）航空航天市場：目前金屬3D打印在航空航天市場的工業(yè)化應用已較為成熟，包括航空領(lǐng)域火箭發(fā)動機零件及火箭配件制造，航天領(lǐng)域飛機發(fā)動機零件、起落架制造等，實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化的同時大幅縮短了生產(chǎn)周期、降低了生產(chǎn)成本；其中據(jù)《SpaceX:StarshiptoMars-TheFirst20Years,2ndEdition》，SpaceX生產(chǎn)火箭的猛禽發(fā)動機40%質(zhì)量應用了3D打印工藝，我國C919飛機發(fā)動機燃料噴嘴也采用3D打印制造，據(jù)我們測算SpaceX火箭發(fā)動機每年對3D打印設備需求約140-350臺，需求價值量約1.12-2.80億美元，折算成人民幣約8-20億元（按2024年10月16日匯率折算C919發(fā)動機3D打印設備總需求量約1080臺，總需求價值量約35億元，交付時間7年（2024-2031年C919發(fā)動機3D打印設備年需求量約155臺，年價值量約4.94億元。2）消費電子市場：是下游應用的新興市場，“鈦合金+3D打印”有助于實現(xiàn)產(chǎn)品減輕減薄，且原材料和上游設備成本逐漸下降，驅(qū)動3D打印技術(shù)在消費電子領(lǐng)域大規(guī)模應用；目前蘋果、華為、小米等頭部廠家已開始應用3D打印技術(shù)，包括折疊屏手機鈦合金鉸鏈軸蓋、手機中框和智能手表等；未來鈦合金3D打印技術(shù)在消費電子領(lǐng)域滲透率有望提高，據(jù)我們測算至2028年3D打印滲透率達到40%-50%時，折疊屏手機鈦合金鉸鏈軸蓋3D打印全球市場空間將達到36.6-45.7億元，中國市場空間將達到17.1-21.4億元，手機中框領(lǐng)域全球3D打印產(chǎn)業(yè)總市場規(guī)模預計約756-945億元，手機中框領(lǐng)域中國3D打印產(chǎn)業(yè)總市場規(guī)模約174-217億元。上述市場將為3D打印行業(yè)提供較大增量。n行業(yè)評級及重點推薦個股：隨著3D打印技術(shù)逐步趨于成熟，加工效率和工藝良品率的提升、規(guī)模效應的釋放，3D打印成本有望進一步降低，在航空航天、消費電子、汽車及人形機器人、醫(yī)療等市場的滲透率將逐步提高，工業(yè)化應用加深，我們認為3D打印行業(yè)的收入規(guī)模有望實現(xiàn)較高增長，維持3D打印行業(yè)“推薦”評級。產(chǎn)業(yè)鏈上游建議關(guān)注有研粉材和金橙子，中游建議關(guān)注鉑力特和華曙高科，下游建議關(guān)注金太陽。n風險提示：關(guān)鍵核心器件依賴進口的風險；新興行業(yè)或領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化應用風險；市場競爭加劇風險；3D打印行業(yè)下游需求增長不及預期；模型及測算假設誤差等。證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分3重點關(guān)注公司及盈利預測金橙子金太陽證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分41、3D打?。阂环N新型制造方式，傳統(tǒng)加工技術(shù)的重要補充 101.1、3D打印屬于增材制造，具有“自由制造、去模具、減廢料、降庫存”的優(yōu)勢 1.2、目前主要有七大類工藝，粉末床熔融是主流路線 131.2.1、七大工藝及其子工藝原理：SLM技術(shù)居于重要地位 1.2.2、工藝路線百花齊放，金屬3D打印工業(yè)化應用最成熟 211.2.3、大尺寸、多激光、低成本是未來趨勢 231.3、行業(yè)政策 241.3.1、歐美等海外國家政策：重點發(fā)展金屬增材和在航空航天的應用 241.3.2、國內(nèi)政策：將增材制造列入戰(zhàn)略發(fā)展層面，PBF、DED工藝作為重要方向 252、行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析 262.1、行業(yè)上游：原材料及零件 272.1.1、原材料：金屬粉末材料占比持續(xù)提升 272.1.2、振鏡和激光器：價值量占成本40% 292.2、行業(yè)中游：打印設備占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈主導地位，設備商逐步轉(zhuǎn)型綜合方案提供商 312.3、行業(yè)下游：涵蓋航空航天、汽車、醫(yī)療及消費電子等領(lǐng)域 333、航空航天應用：3D打印應用最深的領(lǐng)域 353.1、3D打印在航空航天領(lǐng)域的應用價值：輕量化和一體化 353.1.1、應用優(yōu)勢：實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)件的輕量化及一體化制造 353.1.2、目前主流工藝是SLM，適用材料為金屬合金 363.2、3D打印應用的實際案例 383.2.1、火箭發(fā)動機：應用3D打印技術(shù)最多的零件 383.2.2、飛機發(fā)動機：GE利用3D打印技術(shù)實現(xiàn)部分零部件減重25%、降本30% 413.2.3、其他應用：飛機起落架、火箭、衛(wèi)星等 413.3、市場格局及規(guī)模 433.3.1、全球航空航天3D打印市場格局：CR5約57%，歐美企業(yè)主導 433.3.2、市場規(guī)模測算：火箭發(fā)動機和飛機發(fā)動機每年對打印設備需求量超百臺 434、民用市場的新未來：消費電子 474.1、“鈦合金+3D打印”優(yōu)勢突出，應用方興未艾 474.1.1、鈦合金具有高機械強度、高強度重量比、耐腐蝕性等優(yōu)勢 474.1.2、3D打印可以解決鈦合金技術(shù)的量產(chǎn)痛點和成型問題 474.1.3、綜合優(yōu)勢減輕減薄，鈦合金3D打印成本逐漸下降 484.2、3D打印鈦工藝：主流路線SLM和EBM 504.3、應用案例：手機中框、手機折疊屏鉸鏈等 504.4、市場規(guī)模：折疊屏鉸鏈、手機中框打造百億級市場 514.4.1、手機折疊屏鉸鏈 514.4.2、手機中框 525、汽車及人形機器人應用 555.1、汽車：縮短研發(fā)周期、助力降本增效 555.1.1、主要應用方向：前端研發(fā) 555.1.2、3D打印有望改變傳統(tǒng)電動汽車制造方式 555.1.3、寶馬、大眾等車企也逐漸啟用3D打印技術(shù) 565.2、人形機器人：3D打印助力人形機器人實現(xiàn)靈活運動 586、行業(yè)規(guī)模、格局及增長空間 606.1、行業(yè)規(guī)模 60請務必閱讀正文后免責條款部分56.1.1、3D打印行業(yè)目前處于成長上升期 606.1.2、2013-2023年行業(yè)規(guī)模以21%復合增速增長，2023年全球銷售額達200億美元 606.2、行業(yè)格局 626.2.1、國家層面：歐美領(lǐng)先、亞洲追趕，美國和中國位列前二 626.2.2、企業(yè)層面：格局相對分散，競爭較為激烈 626.3、增長空間：收入規(guī)模有望實現(xiàn)翻倍式增長 647、海外公司巡禮 657.1、3DSystems 657.1.1、主要技術(shù)路線SLA、SLS和SLM，應用領(lǐng)域為工業(yè)和醫(yī)療保健 657.1.2、財務情況：2023年收入規(guī)模約5億美元 657.2、SLMSolutions 667.2.1、專注于SLM技術(shù)，2023年被尼康收購 667.2.2、財務情況：2022年收入規(guī)模約1億歐元 677.3、航空航天領(lǐng)域主要企業(yè) 677.3.1、Stratasys：業(yè)務以聚合物3D打印為主 677.3.2、DesktopMetal：粘合劑噴射全球領(lǐng)先 687.3.3、Velo3D：金屬3D打印領(lǐng)先，與SpaceX合作緊密 698、產(chǎn)業(yè)鏈國內(nèi)公司梳理 708.1、產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè) 708.1.1、有研粉材：主營業(yè)務為有色金屬粉體材料 708.1.2、金橙子：振鏡控制系統(tǒng)市場領(lǐng)先 718.1.3、銳科激光：國內(nèi)工業(yè)激光器龍頭 728.2、產(chǎn)業(yè)鏈中游企業(yè) 738.2.1、鉑力特：國內(nèi)金屬3D打印龍頭企業(yè) 738.2.2、華曙高科：工業(yè)級增材制造領(lǐng)域龍頭企業(yè) 758.3、產(chǎn)業(yè)鏈下游企業(yè) 778.3.1、金太陽：3D打印后處理廠商 779、行業(yè)評級及重點推薦個股 7810、風險提示 79請務必閱讀正文后免責條款部分6 圖2：3D打印發(fā)展歷程 圖3：選區(qū)激光熔融（SLM）成形原理圖 16圖4：選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）成形原理圖 圖5：電子束熔化（EBM/EBSM）成形原理圖 16圖6：多射流熔融成形（MJF）成形原理圖 16圖7：激光近凈成形（LENS）成形原理圖 17圖8：LENS450定向能量沉積裝備 圖9：電子束熔絲沉積（EBDM）成形原理圖 圖10：電弧熔絲（WAAM）成形原理圖 圖11：立體光固化成形（SLA）成形原理圖 圖12：數(shù)字光處理成形原理圖 圖13：三維立體打?。?DP）成形原理圖 圖14：DMP2500高精度黏結(jié)劑噴射金屬增材制造裝備 圖15：熔融沉積成形（FDM）原理圖 19圖16：StratasysF900材料擠出增材制造裝備 19圖17：材料噴射成形（PJ）原理圖 20圖18：疊層實體制造成形原理圖 20圖19：LOM-2030型薄材疊層裝備 20圖20：金屬3D打印已實現(xiàn)工業(yè)應用 23圖21：BLT-S1500技術(shù)參數(shù) 23圖22：各國家及地區(qū)3D打印發(fā)展方針 25圖23：FAA增材制造路線圖 25圖24：3D打印產(chǎn)業(yè)鏈圖譜 26圖25：2021年全球3D打印行業(yè)細分行業(yè)結(jié)構(gòu) 26圖26：2021年中國3D打印行業(yè)細分行業(yè)結(jié)構(gòu) 26圖27：2015-2021年全球增材制造原材料銷額占比 27圖28：2011-2021年全球金屬增材制造材料銷售額及增速 27圖29：中國增材制造原材料市場占比 28圖30：深圳JPT連續(xù)光纖激光器 29圖31：振鏡系統(tǒng)工作原理 29圖32：2019-2022H1華曙高科進口激光器和振鏡的比例 30圖33：SLMSolutions對多激光設備銷量占比的預測 30圖34：2017-2021年全球增材制造工業(yè)級設備銷售量及增速 32圖35：中國3D打印設備分工藝占比（截至2022年10月） 32圖36：2017-2021年全球金屬3D打印設備銷售額及增速 33圖37：2017-2023年全球金屬3D打印設備銷量及增速 33圖38：2021年全球增材制造下游領(lǐng)域占比 34圖39：中國增材制造下游領(lǐng)域占比（截至2022年10月） 34圖40：3D打印在航空航天領(lǐng)域的應用優(yōu)勢 35圖41：2024年按材料類型分航空航天3D打印全球市場規(guī)模占比 37圖42：Orbex公司SLM技術(shù)打印的一體化推力室 39圖43：Launcher公司SLM技術(shù)打印的火箭發(fā)動機渦輪泵組件 39圖44：3D打印的氧化劑閥體 39請務必閱讀正文后免責條款部分7圖45：Raptor系列1-3代發(fā)動機對比 39圖46：深藍雷霆-R1發(fā)動機 40圖47：星河動力“蒼穹”發(fā)動機 40圖48：GE公司3D打印的發(fā)動機燃油噴嘴 41圖49：C919LEAP-1C發(fā)動機 41圖50：3D打印的噴氣式飛機前起落架 42圖51：北京星際榮耀公司3D打印的柵格舵 42圖52：2023年全球航空航天3D打印市場前10強生產(chǎn)商排名 43圖53：華為及榮耀折疊屏手機系列厚度和重量變化 49圖54：鉑力特金屬3D打印粉末產(chǎn)品價格變化 49圖55：銳科激光激光器產(chǎn)品價格變化 49圖56：ArcamEBMSpectraL和雷尼紹RenAM500Q鈦金屬3D打印機 50圖57：全球折疊屏智能手機出貨量及滲透率預測 52圖58：中國折疊屏智能手機出貨量及滲透率預測 52圖59：iPhone15尺寸與重量 53 53圖61：汽車領(lǐng)域3D打印的應用 55圖62：特斯拉ModelY一體成型車架將原來70個零部件合為2個大件 56圖63：XEV旗下LSEV電動汽車部件采用3D打印需要花費的時間 56圖64：HPMetalJet技術(shù)生產(chǎn)的汽車零部件 57圖65：寶馬慕尼黑3D打印工廠 57圖66：3D打印產(chǎn)業(yè)周期 60圖67：1995—2023年全球增材制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及增速 61圖68：2017—2025年中國增材制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及增速 61圖69：全球增材制造設備裝機量分布格局（截至2023年9月） 62圖70：分具體地區(qū)全球增材制造設備裝機量份額（截至2023年9月） 62圖71：中國3D打印設備市場競爭格局（截至2023年3月） 63圖72：3DSystems金屬3D打印機產(chǎn)品 65圖73：3DSystems2021-2023年營收和凈利潤 66圖74：3DSystems2023年營收構(gòu)成 66圖75：SLMSolutions主要產(chǎn)品 66圖76：SLMSolutions2019-2023H1營收及增速 67圖77：SLMSolutions2022年營收構(gòu)成 67圖78：Stratasys2021-2024H1營收及增速 68圖79：Stratasys2023年營收構(gòu)成 68圖80：DesktopMetal3D打印機P-50 68圖81：DesktopMetal2022-2024H1營收及增速 68圖82：VELO3DSapphire打印機 69圖83：國內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)鏈圖譜 70圖84：有研粉材3D打印粉體材料產(chǎn)品 71圖85：有研粉材2023年營業(yè)收入分產(chǎn)品構(gòu)成 71圖86：金橙子FalconScan-14精密振鏡 71圖87：金橙子2021-2024H1營業(yè)收入及毛利率 72圖88：金橙子2023年營業(yè)收入分產(chǎn)品構(gòu)成 72圖89：銳科激光3D打印專用光纖激光器 72圖90：銳科激光2021-2024H1營業(yè)收入及毛利率 72請務必閱讀正文后免責條款部分8圖91：鉑力特2019-2024H1營收及增速 74圖92：鉑力特2019-2024H1毛利率 74圖93：鉑力特2023年營業(yè)收入分產(chǎn)品構(gòu)成 74圖94：鉑力特2023年營業(yè)收入分行業(yè)構(gòu)成 74圖95：華曙高科2019-2024H1營收及增速 76圖96：華曙高科2019-2024H1毛利率 76圖97：華曙高科2023年營業(yè)收入分產(chǎn)品構(gòu)成 76圖98：華曙高科2023年營業(yè)收入分行業(yè)構(gòu)成 76圖99：金橙子2019-2024H1營收及增速 77圖100：金橙子2019-2024H1毛利率 77表1：增材制造與減材制造對比 表2：主流七大類3D打印技術(shù)路線 表3：3D打印材料分類 表4：主流3D打印工藝對比總結(jié) 21表5：部分國家支持3D打印行業(yè)的政策梳理 24表6：國內(nèi)支持3D打印行業(yè)的政策梳理 25表7：3D打印材料分類、特性及應用 28表8：桌面級和工業(yè)級3D打印設備對比 31表9：航空航天領(lǐng)域增材制造工藝特性 36表10：航空航天領(lǐng)域增材制造常用材料 37表11：SpaceX火箭發(fā)動機3D打印設備需求測算表 44表12：C919發(fā)動機3D打印設備需求測算表 45表13：C919訂單情況統(tǒng)計 45表14：消費類產(chǎn)品常用的四種合金材料物理性能對比 47表15：手機金屬中框四大材質(zhì)對比 48表16：手機廠商應用鈦合金材料案例 51表17：折疊屏手機鈦合金鉸鏈軸蓋3D打印市場空間測算 52表18：手機中框3D打印市場空間測算參數(shù) 54表19：手機中框3D打印市場空間測算結(jié)果 54表20：Atlas3D打印的人形機器人零件 58表21：除Atlas外其他應用3D打印技術(shù)的人形機器人案例 59表22：全球市場3D打印行業(yè)主要企業(yè)對比 63表23：EOS與鉑力特3D打印設備性能對比 73表24：華曙高科與可比公司金屬3D打印設備關(guān)鍵技術(shù)指標對比 75證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分9釋義本文3D打印技術(shù)各工藝縮寫和中英文全稱對應關(guān)系如下：指指指指指指指指指指電弧熔絲增材制造（WireArcAddi指指光固化成形（StereoLithographyApp指數(shù)字光處理（DigitalLightProces指指指指指指指資料來源：打印派、ScienceDirect、南極熊3D打印、非凡士3D打印機、電子發(fā)燒友、《電子束熔絲沉積快速成形2319鋁合金的微觀組織與力學性能》（于菁等，2018）、百度百科-科普中國、華曙高科招股書、《中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)研究與發(fā)展：增材制造》證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分1、3D打?。阂环N新型制造方式，傳統(tǒng)加工技要補充根據(jù)《中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)研究與發(fā)展：增材制造》，增材制造（AM）是一種基于離散-堆積原理形成實體物品的新型制造方式，融合了信息網(wǎng)絡技術(shù)、先進材料技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)。增材制造又稱“3D打印”，是基于三維模型數(shù)據(jù)，采用與傳統(tǒng)減材制造技術(shù)（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(shù)字模型完全一致的三維物理實體模型的制造方法。其基本原理為：以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數(shù)控成形系統(tǒng)，將三維實體變?yōu)槿舾蓚€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(jié)，最終疊加成形，制造出實體產(chǎn)品。人類制造方式經(jīng)歷了等材制造、減材制造和增材制造三個發(fā)展階段。等材制造是指通過鑄、鍛等方式生產(chǎn)制造物品，材料重量基本不變，已有3000多年歷史；減材制造是指在工業(yè)革命后，通過使用車、銑、刨、磨等方式對材料進行切削加工、批量化制造產(chǎn)品，已有300多年歷史；增材制造則采用材料累加方式，利用三維設計數(shù)據(jù)在一臺設備上快速而精確地“自下而上”地“自由”制造出任意復雜形狀的物品，已有40多年發(fā)展歷史。增材制造顛覆了傳統(tǒng)的思維方式和制造模式，為制造業(yè)發(fā)展開辟了嶄新的廣闊天地。目前該技術(shù)已廣泛應用于航空航天、汽車、軍工、核電、船舶、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域。圖1：3D打印流程證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分3D打印發(fā)展歷程可以分為三個階段：1）1980-1990年為第一階段，期間3D打印專利、技術(shù)和原型機先后誕生；2）1990-2010年為第二階段，歐美逐漸形成具有影響力的3D打印公司，如3DSystems、Stratasys、EOS等，由技術(shù)和理論的雛形過渡至3D打印機及產(chǎn)品的生產(chǎn)，同時這一階段3D打印生產(chǎn)的產(chǎn)品類別和下游場景也在不斷擴大；3）2010年至今為第三階段，龍頭企業(yè)不斷兼并收購，部分技術(shù)專利到期，大量企業(yè)涌入行業(yè)，行業(yè)迎來快速發(fā)展。國內(nèi)3D打印起步晚于歐美，但近年來差距逐漸縮小，且商業(yè)化規(guī)模擴大。1）起步階段：我國3D打印行業(yè)于20世紀90年代初期起步，由各高校在政府資金支持下啟動增材制造技術(shù)研究；2）技術(shù)突破階段：2000-2010年間各高校先后實現(xiàn)了主流3D打印技術(shù)零的突破；3）技術(shù)追趕和商業(yè)化階段：2011年至今處于技術(shù)追趕階段，水平逼近歐美國家，同時涉及3D打印業(yè)務公司的數(shù)量激增，鉑力特、華曙高科等3D打印企業(yè)成功上市，我國3D打印行業(yè)逐步完成從技術(shù)積累到商業(yè)化的過渡。證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分圖2：3D打印發(fā)展歷程證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分3D打印是傳統(tǒng)加工制造技術(shù)的重要補充，各有優(yōu)劣、長期并存。目前增材制造加工與傳統(tǒng)加工方式相比的優(yōu)勢在于：一是可快速加工成形結(jié)構(gòu)復雜的零件，3D打印的原理決定了其加工基本不受零件形狀的限制，無需傳統(tǒng)工具夾具和多重處理，實現(xiàn)“自由制造”，并縮短產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)周期；二是制造模式優(yōu)化，傳統(tǒng)加工切割過程會產(chǎn)生大量廢料和余料價值折損，材料利用率低，而3D打印具有“去模具、減廢料、降庫存”的特點，在生產(chǎn)上可以節(jié)省材料和能源，材料利用率高并實現(xiàn)降本增效。不足之處在于其加工精度、表面粗糙度和可加工材料等方面還與傳統(tǒng)精密加工存在差距，且在大批量制造方面效率和成本不如傳統(tǒng)加工。表1：增材制造與減材制造對比批量化、大規(guī)模制造，但在復雜化零部件制造方面存短Ra2μm-Ra10μm之間（表面光潔程度較低）MichaelBerer等、國海證券研究所（注：零3D打印目前有七大類主流工藝路線，打印材料包括金屬、無機非金屬、有機高分子以及生物材料四種。國標《增材制造術(shù)語》根據(jù)增材制造技術(shù)的成形原理，將增材制造工藝分成七種基本類別：粉末床熔融、定向能量沉積、立體光固化、粘結(jié)劑噴射、材料擠出、材料噴射和薄材疊層，各工藝類別下還包括不同的子工藝。3D打印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)，而粉末床熔融工藝打印的零件具備良好的力學性能和尺寸精度，是目前工業(yè)應用領(lǐng)域中主流的增材制造技術(shù)；其中，選區(qū)激光熔融和選區(qū)激光燒結(jié)工藝的穩(wěn)定性和技術(shù)成熟度較高，具有突出優(yōu)勢，且選區(qū)激光熔融打印的零件力學性能超過鑄件甚至部分可以達到鍛件標準，應用最為廣泛。按打印材料可以將3D打印工藝分為金屬3D打印和非金屬3D打印。金屬3D打印主要分為選區(qū)激光熔融（SLM）和定非常適合航空航天小批量、定制化的生產(chǎn)特點，隨著技術(shù)發(fā)展與成本控制，將來有望實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，而DED目前技術(shù)成熟度不及SLM，因此推廣速度慢于SLM；目前金屬3D打印在航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域均得到了較好的應用，并拓展至消費市場，尤其是3C領(lǐng)域。非金屬3D打印工藝種類較多，應用領(lǐng)域涵蓋汽車、醫(yī)療和文創(chuàng)等。證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分表2：主流七大類3D打印技術(shù)路線域的增材制造工藝航空航天等復雜金屬金屬航空航天領(lǐng)域用工程航空航天復雜金屬構(gòu)金屬增材制造工藝金屬ArcAdditive-金屬-航空航天大型金屬構(gòu)金屬制造工藝Appearance,SLA） 藝鑄造用砂芯、醫(yī)療植入物、醫(yī)療模型、創(chuàng)新創(chuàng)意產(chǎn)品、建筑等造工藝增材制造工藝材制造工藝相--資料來源：《中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)研究與發(fā)展：增材制造》、華曙高科招股書、鉑力特招股書、南極熊3D打印、國海證券研究所請務必閱讀正文后免責條款部分表3：3D打印材料分類代表性適用工藝金屬材料鈦合金、高溫合金、鋁合金等金屬粉末、液態(tài)金屬材料等航空航天、船舶工業(yè)、核工業(yè)、汽車工業(yè)、軌道交通等領(lǐng)域高性能、難加工零無機非金屬增材制石材料、樹脂砂、覆沙膜、硅航空航天、汽車發(fā)動機等鑄造用模具開發(fā)及功能零部件制造；工業(yè)產(chǎn)品原型制有機高分子增材制樹脂類：光敏樹脂；絲材類：藥物控制釋放、器官移植、組織和軟骨粉末床熔融（PBF指通過熱能選擇性的熔化/燒結(jié)粉末床區(qū)域的增材制造工藝，子工藝包括選區(qū)激光熔融（SLM）、選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）、電子束熔化（EBM/EBSM）和多射流熔融成形（MJF）。1）SLM技術(shù)：指采用激光依據(jù)設定參數(shù)有選擇地分層熔化燒結(jié)固體金屬粉末，在制造過程中，金屬粉末加熱到完全融化后成形；工作原理是先在工作平臺上鋪一層金屬粉末材料，計算機將物體的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一層層截面的2D數(shù)據(jù)并傳輸給打印機，然后激光束在計算機控制下按照截面形狀對實體部分所在的粉末進行照射，選區(qū)內(nèi)的金屬粉末加熱到完全融化后成形，繼而形成一層固體零件截面層，當一層燒結(jié)完成后，工作臺下降一截面層的高度，逐層循環(huán)上述過程直至整個物體成形；可選擇金屬材料包括鈦合金、鋁合金、高溫合金、銅合金、不銹鋼、模具鋼、難熔金屬等。2）SLS技術(shù)：采用半固態(tài)液相燒結(jié)機制，原理為采用鋪粉將一層粉末材料平鋪在已成形零件上表面，并加熱至恰好低于該粉末燒結(jié)點的某一溫度，控制激光束按照截面輪廓在粉層上掃描，使粉末溫度升至熔化點，進行燒結(jié)并與下面已成形部分實現(xiàn)黏結(jié)，一層完成后工作臺下降一層厚度，循環(huán)過程直至完成整個部件；選材廣泛，包括尼龍、蠟、金屬和陶瓷粉末等都可以作為燒結(jié)對象，成形過程無需支撐。3）EBM技術(shù)：指利用高密度的電子束在高真空環(huán)境下逐層熔化金屬粉末，主要原理與SLM類似，區(qū)別是能量源不同，利用的是電子束實時偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)熔化成形；與SLM相比具有更大的功率密度、更高的成形件致密度、更快的制造速度和更廣的材料范圍等優(yōu)勢，但較難同激光束一樣聚焦出細微的光斑，因此成形件尺寸精度不高。4）MJF技術(shù)：由惠普公司自主研發(fā)，主要原理為鋪設成形粉末，噴射熔融輔助劑到打印部分，使粉末材料充分熔化，噴射細化劑到打印區(qū)外邊緣，進行隔熱，最后在成形區(qū)域施加能量使粉末熔融，重復上述過程直至加工完成；這種方式可以保證沒有打印的粉末保持松散狀態(tài)，粉末再利用率達80%（普通證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分SLS為50%并能保證打印層表面光滑、提高打印件的精細度；可用材料主要為尼龍。圖3：選區(qū)激光熔融（SLM）成形原理圖圖4：選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）成形原理圖定向能量沉積（DED是指利用聚焦熱能熔化材料的即熔即沉積增材制造工藝，子工藝包括激光近凈成形LENS（也稱激光同步送粉技術(shù)、激光定向能量沉積L-DED和激光金屬沉積LMD）、電子束熔絲沉積技術(shù)（EBDM/EBF3）和電弧熔絲增材制造（WAAM其中LENS的研究及應用較多。1）LENS技術(shù)：主要成形過程為聚焦激光束在控制下按照預先設定的路徑移動，同時粉末噴嘴將金屬粉末（或絲狀材料）直接輸送到激光光斑在固態(tài)基板上形成的熔池，使之按由點到線、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，制造出近凈形的零部件實體；可用材料主要是成形比較成熟的金屬合金粉末材料，包括不銹鋼304/316、工具鋼H13、鈦合金Ti6-4、鎳基合金IN625/IN718等。2）EBDM技術(shù)：在真空環(huán)境中，以電子束為熱源、金屬絲材為成形材料，證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分通過送絲裝置將金屬絲送入熔池并按設定軌跡運動，直到制造出目標零件或毛坯；可以直接成形鋁、鎳、鈦或不銹鋼等金屬材料，也可將兩種材料混合在一起。3）WAAM技術(shù)：用低成本的電弧取代激光和電子束作為熔化金屬的熱源，形成一種成本大幅降低的大尺寸高效率金屬增材制造技術(shù)，其打印效率較高，成本低廉，很方便打印數(shù)米大小的零件，非常適合于LENS技術(shù)較難制造的高反射性的鋁合金。圖7：激光近凈成形（LENS）成形原理圖圖8：LENS450定向能量沉積裝備立體光固化：指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，代表性工藝有立體光固化成形（SLA）、數(shù)字光處理（DLP）等。1）SLA技術(shù)：以光敏樹脂為原料，通過計算機控制紫外激光束使其凝固成形；主要成形過程為用容器盛滿液態(tài)光敏樹脂，氦-鎘激光器或氬離子激光器發(fā)出的紫外激光束在控證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分制系統(tǒng)控制下按零件分層截面數(shù)據(jù)信息在光敏樹脂表面進行逐點掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應而固化，形成零件薄層。一層固化后，工作臺下移一個層厚距離，以便在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，刮板將黏度較大的樹脂液面刮平，然后進行下一層的掃描加工，新固化的一層黏結(jié)在前一層上，如此重復直至完成零件制造；可用材料為液態(tài)形式的光敏熱固性聚合物。2）數(shù)字光處理技術(shù)（DLP是立體光固化成形的變種形式；在加工產(chǎn)品時，利用數(shù)字微鏡元件將產(chǎn)品截面圖形投影到液體光敏樹脂表面，使照射的樹脂逐層進行光固化。由于每層固化時是通過幻燈片似的片狀固化的，因而速度比同類型的立體光固化成形速度更快。圖11：立體光固化成形（SLA）成形原理圖圖12：數(shù)字光處理成形原理圖資料來源：《中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)研究與發(fā)展：增材制造》資料來源：《中國戰(zhàn)略性新興粘結(jié)劑噴射：指選擇性噴射沉積液態(tài)黏結(jié)劑、黏結(jié)粉末材料的增材制造工藝，代表性工藝有三維立體打印技術(shù)（3DP）。該技術(shù)通過噴頭噴出的黏結(jié)劑將鋪有粉末的各層固化，以創(chuàng)建三維實體原型；從工作方式來看，三維立體打印與傳統(tǒng)二維噴墨打印最為接近。具體成形過程為：1）粉末通過水平壓輥平鋪于平臺之上；2）將帶有顏色的膠水通過加壓方式輸送到打印頭中存儲；3）系統(tǒng)根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)將膠水混合并選擇性噴射在粉末平面；4）一層黏結(jié)完成后，打印平臺下降，水平壓輥再次將粉末鋪平，開始新一層的黏結(jié)，如此反復層層打印，直至整個模型黏結(jié)完畢。證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分圖13：三維立體打?。?DP）成形原理圖圖14：DMP2500高精度黏結(jié)劑噴射金屬增材制造裝備材料擠出：指將材料通過噴嘴或孔口擠出的增材制造工藝，代表性工藝是熔融沉積成形（FDM）。其主要成形過程為絲狀熱塑性材料通過噴頭加熱熔化，噴嘴頭底部帶有微細噴嘴（直徑一般為0.2～0.6mm在計算機控制下，噴嘴頭根據(jù)分層截面模型數(shù)據(jù)做xy平面運動，將熔融狀態(tài)下的液體材料擠噴出來并最終凝固；一個層面沉積完成后，工作臺沿z軸方向按預定增量下降一層厚度的距離，噴嘴頭再進行下一層截面的掃描噴絲，如此反復逐層沉積，直到最后一層，最終逐層由底到頂?shù)囟逊e成一個實體模型或零件。該技術(shù)可選材料主要包括各種色彩的工程塑料ABS、PC、PPS以及醫(yī)用ABS等。圖15：熔融沉積成形（FDM）原理圖圖16：StratasysF900材料擠出增材制造裝備材料噴射：指將材料以微滴的形式選擇性噴射沉積的增材制造工藝，代表性工藝有材料噴射成形（PolyJet）技術(shù)。該技術(shù)與傳統(tǒng)噴墨打印機類似，由噴頭將微滴光敏樹脂噴在打印基底上，再用紫外光層層固化成形成產(chǎn)品。其基本原理與證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分20SLA、數(shù)字光處理（DLP）類似，主要成形過程為噴頭根據(jù)分層截面模型數(shù)據(jù)做xy平面運動，光敏樹脂噴射在工作臺上，同時UV固化燈沿著噴頭運動軌跡發(fā)射紫外光對工作臺上的光敏樹脂進行固化，完成一層打印；之后工作臺沿z軸下降一個層厚，裝置重復上述過程，完成下一層打??；重復前述過程，直至工件打印完成；去除支撐結(jié)構(gòu)。該技術(shù)適用的光敏聚合物多達數(shù)百種，橡膠或剛性材料、透明或不透明材料、無色或彩色材料、標準等級材料或生物相容性材料，以及用于醫(yī)學領(lǐng)域的專用光敏樹脂材料等。薄材疊層：指將薄層材料逐層黏結(jié)以形成實物的增材制造工藝，代表性工藝是疊層實體制造技術(shù)（LOM）。主要成形過程為：運用CO2激光器進行系統(tǒng)切割，并按照計算機提取的橫截面輪廓線數(shù)據(jù)，用激光將背面涂有熱熔膠的紙片材切割出工件的內(nèi)外輪廓，同時對非零件區(qū)域進行交叉切割，以便去除廢料。第一層切割好后，送料機會把新一層紙片材疊加上去，工作臺帶動已成形的工件下降（通常材料厚度為0.1～0.2mm與帶狀片材（料帶）分離；供料機構(gòu)轉(zhuǎn)動收料軸和供料軸，帶動料帶移動，使新層移到加工區(qū)域；工作臺上升到加工平面；鋪紙加熱輥進行熱壓，工件層數(shù)增加一層，高度增加一個料厚；再在新層上切割截面輪廓，最終完成產(chǎn)品成形。原材料主要是紙片、塑料薄膜等片材。圖18：疊層實體制造成形原理圖圖19：LOM-2030型薄材疊層裝備資料來源：《中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)研究與發(fā)展：增材制造》資料來源：《中國戰(zhàn)略性新興證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分21七大類3D打印技術(shù)包含不同的子工藝，工藝之間原理、所用材料、打印精度和應用領(lǐng)域等均有差異，目前呈百花齊放、多種技術(shù)路線共存的狀態(tài)。隨著科技和增材制造行業(yè)的發(fā)展，3D打印技術(shù)應用場景已由早期的零件原型快速制備，拓展到直接制造終端零件，實現(xiàn)由“快速原型”向“快速制造”的轉(zhuǎn)變。金屬3D打印由于其工藝特點，具有成形結(jié)構(gòu)精細和力學性能優(yōu)越的突出優(yōu)勢，因此應用場景相對更廣，工業(yè)化應用最成熟，尤其在航空航天、醫(yī)療和汽車等領(lǐng)域；其中L-PBF已實現(xiàn)廣泛工業(yè)應用，DED已形成工業(yè)化應用，據(jù)Wohlers2022件）和DED（61件）技術(shù)制造。未來隨著金屬3D打印技術(shù)進一步成熟和成本的進一步下降，有望得到更廣泛的推廣。表4：主流3D打印工藝對比總結(jié)粉末床熔選區(qū)激光熔年（鈦合金、鋁合金、銅合金、不銹等選區(qū)激光燒年塑料、金屬年具有更大的功率密度、更高的材料-電子束能金屬材料航空航天高性能復雜零部件和醫(yī)多射流熔融年激光近凈成年曲面零部件在傳統(tǒng)制造中存在的切削加工困成形比較成熟的金屬合金粉末材料復航空發(fā)動機和重型燃氣輪機葉輪葉片以及輕量電子束熔絲-國際空間站或月備用結(jié)構(gòu)件和新金屬材料-請務必閱讀正文后免責條款部分22化立體光固化年±液態(tài)形式的光敏熱固性數(shù)字光處理年在珠寶首飾領(lǐng)域的蠟模打印應用比較成熟；在工射三維立體打年或沙子、聚合物、金屬、熔融沉積成年優(yōu)點是成本最低的3D打印方法，且速度快、等觀評估、方案選聚合物噴射年疊層實體制年紙片、塑料資料來源：《中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)研究與發(fā)展：增材制造》、南極熊3D打印、幻嘉科技Coolsiga、《電子束熔絲沉積快速成形2319鋁合金的微觀組織與力學性能》（于菁等，2018）、鉑證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分23圖20：金屬3D打印已實現(xiàn)工業(yè)應用增材制造技術(shù)未來將向更大尺寸、更多激光、更高效率和更低成本方向發(fā)展。隨著增材制造技術(shù)向生產(chǎn)終端環(huán)節(jié)拓展，對效率和成型尺寸的要求越來越高，多激光、大尺寸成為了粉末床激光成型工藝發(fā)展的新趨勢，增材制造裝備已經(jīng)進入“米”級時代；國內(nèi)多家企業(yè)包括鉑力特、永年激光、華曙高科和易加三維等企業(yè)已研發(fā)推出“數(shù)十激光”+“米級幅面”的大型SLM打印設備，以鉑力特產(chǎn)品BLT-S1500為例，設備成形尺寸為1500×1500×1200mm，配備26激光器，最大成形效率可達900cm3/h，提高成形尺寸的同時通過增加激光器數(shù)量大幅提升了打印效率。此外，智能傳感器和數(shù)字總線技術(shù)等智能部件的融入將使增材制造裝備更加智能化，未來技術(shù)的變革發(fā)展也將不斷推動增材制造工藝成本的降低，以更好地向直接制造最終功能零件發(fā)展。圖21：BLT-S1500技術(shù)參數(shù)證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分24歐美國家對3D打印行業(yè)的發(fā)展非常重視，從上世紀至現(xiàn)在政府均投入了較多的支持，金屬3D打印和在航空航天領(lǐng)域的應用是重點對象。其中，美國的支持力度較大，率先將3D打印產(chǎn)業(yè)上升至國家戰(zhàn)略發(fā)展高度，奧巴馬政府和拜登政府相繼實施了系列計劃引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化，并把航空航天、國防、醫(yī)療作為重點領(lǐng)域；歐盟及成員國注重發(fā)展金屬3D打印技術(shù)，建立了多個3D打印項目和中心，產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)應用走在世界前列；日本則發(fā)表白皮書，全力振興3D打印產(chǎn)業(yè)，并重點發(fā)展金屬3D打印。表5：部分國家支持3D打印行業(yè)的政策梳理奧巴馬政府發(fā)布《振興美國制造業(yè)框架》的政策綱要，提業(yè)創(chuàng)新研究所構(gòu)成，旨在通過官產(chǎn)學合作方式，加強制造業(yè)創(chuàng)美國食品和藥物管理局（FDA）發(fā)布了增材制造中小企業(yè)，聯(lián)邦政府的具體措施包括：為小型制造商提供融資，以更低的成本安裝3D打印設備；向德國政府為3D打印在未來10年在科研、教育、產(chǎn)業(yè)布局。根據(jù)德國政府2013年公布的數(shù)據(jù)，除去公共資金對高校和科研院所每年數(shù)十億歐元常規(guī)性投打印中心的發(fā)展計劃；該中心于2015年正式運營，重點支持航空航天領(lǐng)域，同時也將支持汽車和醫(yī)精密3D成形系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)”主題以砂模材料3D打印機為對象。證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分25圖22：各國家及地區(qū)3D打印發(fā)展方針圖23：FAA增材制造路線圖資料來源：鉑力特公告我國增材制造技術(shù)于上世紀90年代初起步，得到了863計劃和973計劃支持，后續(xù)為推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國家先后頒布了一系列法規(guī)政策，將增材制造列入戰(zhàn)略層面，并且將SLM、SLS等粉末床熔融工藝及DED工藝作為重點方向。經(jīng)過多年發(fā)展目前我國總體科研和技術(shù)與世界先進水平接近，其中金屬高性能增材制造技術(shù)處于世界先進水平。表6：國內(nèi)支持3D打印行業(yè)的政策梳理《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015~2016年）》在航空航天等直接制造領(lǐng)域達到國際先進水平，在國際市場上占有較工信部、發(fā)改委等《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2017-2020年）》明確目標，到2020年，增材制造產(chǎn)業(yè)年銷售收入超過200億元均增速30%以上；關(guān)鍵核心技術(shù)達到國際同步發(fā)展水平，工藝《國家支持發(fā)展的重大技術(shù)裝備和產(chǎn)品目錄（2019年修訂）》工業(yè)級增材制造裝備（粉末床激光增材制造裝備、送粉式激光增材制造裝備、送絲式電子束增材制造裝備、高功率光纖激光器）屬于國家2021年《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年明確了發(fā)展增材制造在制造業(yè)核心競爭力提升與智能制造技術(shù)發(fā)展方智能制造技術(shù)攻關(guān)行動：關(guān)鍵核心技術(shù)中包括增材制造；智能制造裝備創(chuàng)新發(fā)展行動：發(fā)展通用智能裝備中的激光/電子點專項2022年度項目申報指南》證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分262、行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析增材制造經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。上游為原材料及零件，包括3D打印原材料、核心硬件和軟件等；中游以3D打印設備生產(chǎn)廠商為主，占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈的主導地位，據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021年打印設備和服務在全球市場合計占比80%，在中國市場合計占比76%；下游應用覆蓋航空航天、汽車工業(yè)、船舶制造、電子工業(yè)、模具制造、醫(yī)療健康、文化創(chuàng)意和建筑等多個領(lǐng)域，其中航空航天和消費電子是重點市場。圖24：3D打印產(chǎn)業(yè)鏈圖譜圖25：2021年全球3D打印行業(yè)細分行業(yè)結(jié)構(gòu)圖26：2021年中國3D打印行業(yè)細分行業(yè)結(jié)構(gòu)資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、國海證券研究所資料來源：華經(jīng)證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分273D打印原材料是影響3D打印產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一，目前主要可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料以及生物材料等幾類。其中，光敏樹脂、高分子粉末、絲材和金屬粉末應用最為廣泛，據(jù)WohlersAssociates，2021年在全球市場中銷售額占比分別為25%、35%、20%和18%，且金屬粉末的銷售額和占比均呈現(xiàn)提升趨勢，銷售額由2011年的0.18億美元增長至2021年的4.73億美元，期間年復合增速達39%，占比由2015年的11%上升至2021年的18%；據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院，在國內(nèi)市場，應用較多的金屬粉末有鈦合金、鋁合金和不銹鋼，合計占比39.3%，其中鈦合金占比最高，達20.2%，其余應用較廣的材料包括PLA、樹脂、尼龍、ABS等有機高分子，合計占比46.5%。與其他材料相比，金屬粉末材料在比強度、比剛度等力學性能上有顯著優(yōu)勢，適用于先進制造業(yè)，尤其是航空航天、軍工等領(lǐng)域，預計其未來銷售額和占比將繼續(xù)保持上升趨勢，增長空間廣闊。圖27：2015-2021年全球增材制造原材料銷額占比圖28：2011-2021年全球金屬增材制造材料銷售額及增速Associates、國海證券研究所證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分28圖29：中國增材制造原材料市場占比表7：3D打印材料分類、特性及應用金屬材料航空航天零部件：飛機發(fā)動機壓氣機部件，火箭、教育、醫(yī)療、建筑、模具等SLS的主要耗材之一，致密度和強度用于發(fā)動機周邊零件、門玻璃裝配業(yè)、汽車工業(yè)和熔點較高，難以利用外部能場進行直接成形，制備碳纖維復合材料-電子消費品、家電、汽車制造、航空航天、醫(yī)療器高分子復合材料汽車制造、航空航天、醫(yī)產(chǎn)量低、配套的3D打印可制造出藥物、人工器官證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分29資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、《3D打印材料及其應用概述》（陳雙等，2018）、3D打印世界、所增材制造所使用的核心硬件包括振鏡和激光器等，價值量占整個設備成本的40%。振鏡和激光器是3D打印設備的核心硬件，價值量占比較高，據(jù)國際金屬加工網(wǎng)和南極熊3D打印，激光器一般占整機設備（金屬）成本的20%以上，激光器和振鏡合計占據(jù)40%左右的成本。1）激光器：激光是受激輻射產(chǎn)生的光，因方向性強、能量密度高等特點而具有高加工精度及速度優(yōu)勢；目前用于3D打印的主流激光器種類包括光纖激光器、固體激光器、半導體激光器和二氧化碳激光器，3D打印機會根據(jù)成型材料的不同匹配不同的激光器。2）振鏡系統(tǒng)：包括掃描振鏡和振鏡控制系統(tǒng)。掃描振鏡是一種用于激光加工領(lǐng)域的矢量掃描器件，具有小慣量、高速掃描、精準定位和閉環(huán)反饋控制等特點；由光學掃描頭、電子驅(qū)動放大器和光學反射鏡片組成，靠兩個振鏡反射激光，形成XY平面的運動。振鏡控制系統(tǒng)由振鏡電機、激光反射鏡片、控制驅(qū)動板組成；其將激光束入射到振鏡，并通過計算機控制振鏡的反射角度，實現(xiàn)激光束的偏轉(zhuǎn)，使具有一定功率密度的激光聚焦點在打標材料上按所需的要求運動，從而在材料表面上留下永久的標記。圖30：深圳JPT連續(xù)光纖激光器圖31：振鏡系統(tǒng)工作原理資料來源：南極熊3D打印資料來源：南極熊3D打印激光器和振鏡系統(tǒng)較大程度依賴進口，具有國產(chǎn)替代空間。目前，這些核心硬件多數(shù)采購自美國、德國等，據(jù)華曙高科招股說明書，2021年激光器和振鏡平均進口比例分別為86%和100%，很大程度依賴進口；但隨著國產(chǎn)振鏡和激光器的研制成功及性能提升，已實現(xiàn)部分進口替代，其中激光器的國產(chǎn)化進程更快，而振鏡控制系統(tǒng)中低端市場已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，在高端應用領(lǐng)域仍然由美國CTI、德國Scanlab和Raylase等國外企業(yè)占據(jù)，在高精度標刻、劃線、鉆孔領(lǐng)域，國產(chǎn)振鏡與國外廠商仍有較大差距。隨著金屬3D打印對效率要求的提高。多激光成為其實現(xiàn)高效率、大尺寸及批量制造的升級成型工藝，是粉末床激光成型工藝發(fā)展的新趨勢。目前很多金屬3D打印設備廠商已經(jīng)開發(fā)出多激光器金屬3D打印機，包括SLMSolutions、3D證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分30Systems、EOS和鉑力特等，以Renishaw的RenAM500Q系統(tǒng)為例，其配備了4個500W激光器，制程速度是單激光系統(tǒng)的4倍，且保持了較好的精度與質(zhì)量。據(jù)SLMSolutions預測，未來多激光設備銷量占比將持續(xù)提高。圖32：2019-2022H1華曙高科進口激光器和振鏡的圖33：SLMSolutions對多激光設備銷量占比的預資料來源：華曙高科招股書、國海證券研究所資料來源：SLMSo證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分31增材制造行業(yè)中游包括3D打印設備及設備技術(shù)服務，其中3D打印設備是中游、也是整個產(chǎn)業(yè)鏈的核心主體。參與主體包括增材制造設備制造商、增材制造服務提供商、各類代理商等。工業(yè)級打印設備得到推廣，市場前景好，其中金屬3D打印設備逐漸成為主流。按應用領(lǐng)域，增材制造設備可分為桌面級打印機和工業(yè)級打印機。桌面級打印機主要客戶是個人和家庭，應用在消費和教育行業(yè)居多，因此打印技術(shù)要求低于工業(yè)級，且價格也更便宜。近年來隨著國外桌面級打印機相關(guān)專利保護到期，技術(shù)壁壘下降，國內(nèi)桌面級打印機廠家數(shù)量迅速增長，新進企業(yè)增多，加大了國內(nèi)桌面級增材制造市場的競爭程度，處于量大價低階段。與桌面級打印機市場相比，工業(yè)級打印機技術(shù)壁壘高，資本投入大，一直以來發(fā)展較為緩慢，但當前工業(yè)級增材制造產(chǎn)業(yè)受到政府大力支持，應用場景不斷拓展，整個市場呈現(xiàn)快速增長趨勢：據(jù)WohlersReport數(shù)據(jù)，2021年全球工業(yè)級增材制造設備銷售額為34.17億美元，同比增長13.40%；除2020年受疫情影響，設備銷量下滑，其余年份增速均較快，2021年全球設備共銷售了26,272臺，同比增長24.90%。工業(yè)級增材制造可廣泛運用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，隨著增材制造技術(shù)的逐漸成熟和成本的不斷降低，市場前景可觀。表8：桌面級和工業(yè)級3D打印設備對比芯片，在SLA技術(shù)上掃描速快：基本采用64位以上芯片，在SLA技術(shù)上打印過程的幾乎對打印過程沒有自動校通常適用于常見塑料材料如航空航天、醫(yī)療器械、汽車制造等領(lǐng)域，用于業(yè)想三維官網(wǎng)、縱維立方官網(wǎng)、鉑力特招股書、華曙高請務必閱讀正文后免責條款部分32圖34：2017-2021年全球增材制造工業(yè)級設備銷售量及增速按適用原材料分類，可以分為金屬3D打印和非金屬3D打印。據(jù)艾瑞咨詢統(tǒng)計，截至2022年10月，中國3D打印設備主要以SLS、SLM和非金屬的FDM為主，前兩者占比約32%，F(xiàn)DM占比約15%，分別對應工業(yè)級和桌面級；金屬3D打?。⊿LM、部分SLS、LENS、EBM）占整體比例約40%。從全球市場來看，得益于金屬增材制造技術(shù)的成熟和設備的普及，近年來全球工業(yè)級金屬增材制造設備穩(wěn)步增長：根據(jù)WohlersAssociates統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球金屬增材制造設備銷售額呈上升趨勢，2021年達12.34億美元，占全球工業(yè)級增材制造設備銷售額的36.11%，銷量從2017年的1768臺增長至2023年的3793臺，年復合增長率13.57%。金屬3D打印憑借優(yōu)越的打印產(chǎn)品性能逐漸成為主流工藝，據(jù)鉑力特2023年報，金屬3D打印是目前增材制造技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中最為迅速的，已廣泛用于航空航天、生物醫(yī)療、工業(yè)模具和動力能源等相關(guān)領(lǐng)域，其未來應用場景有望繼續(xù)深化，銷量與份額繼續(xù)提升，實現(xiàn)較高的增速。圖35：中國3D打印設備分工藝占比（截至2022年10月）證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分33圖36：2017-2021年全球金屬3D打印設備銷售額圖37：2017-2023年全球金屬3D打印設備銷量及及增速增速資料來源：和誠畢擇咨詢、WohlersAssociates、國海證券研資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、和誠畢擇咨詢、Wohlers究所Associates3D打印產(chǎn)業(yè)鏈整合加劇，設備商轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合方案提供商。3D打印的核心專利大多被設備廠商掌握，因此在整個產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導地位，這些設備生產(chǎn)廠商大多亦提供打印服務業(yè)務；近年來，3D打印行業(yè)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(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合方案提供商，加強了對產(chǎn)業(yè)鏈的整體掌控能力。增材制造目前已被廣泛應用于航空航天、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域，并逐漸應用于消費電子等新興領(lǐng)域。目前3D打印技術(shù)在下游行業(yè)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(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)品定制性強與產(chǎn)品精度硬度高的特點，是未來增材制造技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)制造相比，采用增材制造技術(shù)進行設計驗證及原型制造，可節(jié)約時間與經(jīng)濟成本。從全球市場來看，根據(jù)WohlersReport2022，2021年增材制造主要應用于航空航天、醫(yī)療/牙科、汽車、消費及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，其中航空航天應用最多，占比17%。據(jù)艾瑞咨詢，從中國市場來看，主要應用領(lǐng)域包括工業(yè)器械、航空航天、汽車制造和消費電子等，其中航空航天是第二大市場，截至2022年10月占比為19%；同時，我國3D打印以工業(yè)級應用為主，據(jù)艾瑞咨詢統(tǒng)計，工業(yè)級應用在整體應用領(lǐng)域中占比65%-70%，航空航天是工業(yè)級應用的主要市場，其在工業(yè)級應用中占比58%，消費級應用在整體應用領(lǐng)域中占比30%-35%，主要包括教育科研、藝術(shù)模型制造和消費電子。證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分34圖38：2021年全球增材制造下游領(lǐng)域占比圖39：中國增材制造下游領(lǐng)域占比（截至2022年10月）證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分353、航空航天應用：3D打印應用最深的領(lǐng)域因增材制造更適用于輕量化、結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)化和集成化要求的產(chǎn)業(yè)，且航空航天對3D打印的需求彈性相對較小、功能敏感性高，是3D打印需求最落地、應用最深入、需求最旺盛的領(lǐng)域，3D打印未來滲透率有望繼續(xù)提高并充分受益于航空航天市場規(guī)模的擴張，增量空間較大。3.1、3D打印在航空航天領(lǐng)域的應用價值：3D打印可以實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)件的輕量化和一體化制造，在航空航天領(lǐng)域具有突出的優(yōu)勢和廣闊的應用前景。航空航天產(chǎn)品一般批次數(shù)量小、尺寸大，產(chǎn)品的預留加工周期短，且對其質(zhì)量性能要求高；火箭發(fā)動機系統(tǒng)的零件大多采用高溫合金材料，機械加工難度大，加工周期長，同時其零件結(jié)構(gòu)復雜，有大量的不規(guī)則曲面和內(nèi)流道等，以上因素加大了發(fā)動機零件的制造難度，給發(fā)動機的制造過程帶來了工藝復雜、工序長、周轉(zhuǎn)次數(shù)多等一系列問題。傳統(tǒng)工藝批量制造的成本和周期優(yōu)勢在航空航天領(lǐng)域體現(xiàn)不顯著，而3D打印技術(shù)在幾何設計和優(yōu)化自由、功能和零件整合、材料利用率、定制和小批量生產(chǎn)，以及縮短制造周期方面具有顯著優(yōu)勢，可以實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)件的輕量化和一體化制造，成為當今航空航天工業(yè)制造技術(shù)升級的利器。另一方面，航空航天產(chǎn)品對單個零件的價格并不敏感，重點關(guān)注零件的重量以及整體的成本和周期，而金屬3D打印的原材料和設備成本相對較高，在其他對價格敏感的領(lǐng)域應用受限，但在航空航天領(lǐng)域有先天的應用優(yōu)勢。圖40：3D打印在航空航天領(lǐng)域的應用優(yōu)勢證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分36目前在航空航天領(lǐng)域應用較多的3D打印技術(shù)是粉末床熔融成形（PBF）和定向能量沉積成形（DED在工業(yè)生產(chǎn)中（如NASA）占據(jù)主導地位，具體包括SLM選區(qū)激光熔融、EBM電子束選區(qū)熔化、LMD激光金屬沉積和WAAM電弧熔絲增材制造4類技術(shù)；其中，SLM技術(shù)最為成熟，能夠高效生產(chǎn)復雜結(jié)構(gòu)件或拓撲形狀的高致密零部件產(chǎn)品，應用的范圍也最廣。從工藝特性比較來說，SLM技術(shù)能夠生產(chǎn)高分辨率、高質(zhì)量的零件，航天支架、異形管件等精度要求較高的零件大多采用這種技術(shù)生產(chǎn)，且生產(chǎn)出的零部件機械性能超過傳統(tǒng)制造技術(shù)，缺點在于制作的零件殘余應力高、缺陷多，需要進行后處理。DED技術(shù)不依賴粉末床，不受空間尺寸限制，因此可以制造較大尺寸的零部件；還可以對現(xiàn)有零部件進行修補，如渦輪葉片，缺點在于精度不高。表9：航空航天領(lǐng)域增材制造工藝特性選區(qū)激光好；較高的冷卻速率。與EBM相比，制作的零件殘電子束熔%1好；和SLM相比，具有較比SLM工藝制備的零件抗不高）。量沉積激光金屬對反射比為40%-95%的合金具有較低的能耗；與附加值的零件（如渦輪葉片縮短交付周期。沉積速率和材料利用率較低。電弧熔煉絲材增材0大尺寸、復雜形狀的零部件。表面粗糙，精度低于證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分37航空航天領(lǐng)域需要具有高韌性、耐熱性和耐腐蝕性的高性能材料，以滿足使用條件的要求，3D打印用材料主要為金屬基復合材料，據(jù)QYResearch報告，2024年金屬材料占航空航天3D打印全球市場89.09%的份額。適用于3D打印的特殊材料有鋁合金、不銹鋼、鈦合金、鎳基和鐵基超合金、銅合金、鈷合金、耐高溫合金及其他金屬材料；其中大部分3D打印原料以合金粉末或絲、線材的形式使用。在航天領(lǐng)域中，如火箭發(fā)動機，由多種型號的零部件組成，不同零部件需要結(jié)合材料的力學性能來滿足特殊使用環(huán)境，因此材料的選擇至關(guān)重要。圖41：2024年按材料類型分航空航天3D打印全球市場規(guī)模占比表10：航空航天領(lǐng)域增材制造常用材料是航天領(lǐng)域中使用最多的合金是一種可被應用于火箭引GRCop-42合金是NASA和太空飛行公司火箭推力鎳基高溫合金和鐵基合金具有較好的韌性和較低的塑脆轉(zhuǎn)變用于制造燃氣渦輪發(fā)動機資料來源：《航天領(lǐng)域3D打印材料及工藝技術(shù)研究現(xiàn)狀》（李晶等，2024）、國海證券研證券研究報告請務必閱讀正文后免責條款部分38航空航天領(lǐng)域，3D打印技術(shù)在國內(nèi)外已有較多的應用，包括火箭發(fā)動機、飛機發(fā)動機零部件的制造等，實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化的同時大幅縮短了生產(chǎn)周期、降低了生產(chǎn)成本。3.2.1、火箭發(fā)動機：應用3D打印技術(shù)最多的零件Orbex公司采用SLM技術(shù)打印一體化推力室。Orbex（英國航天公司）2019年與SLMSolutions合作，采用SLM技術(shù)打印了一臺鎳基高溫合金火箭發(fā)動機，結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整后重量減輕了30%，效率比同類發(fā)動機提高了20%；同時與傳統(tǒng)數(shù)控加工技術(shù)相比，節(jié)省了90%的周轉(zhuǎn)時間和50%的加工費。該發(fā)動機采用SLMSolutions的SLM800設備打印，打印機的尺寸為260mm×500mm×800mm。此外，Orbex公司為實現(xiàn)快速打印火箭發(fā)動機，與EOS旗下的AMCM公司合作，建造了當時歐洲最大的工業(yè)3D打印機，預計該打印機每年可以打印超過35個大型火箭發(fā)動機和主級渦輪泵系統(tǒng)。Launcher公司利用3D打印技術(shù)不斷升級火箭發(fā)動機的性能，打印液氧渦輪泵和燃燒室等產(chǎn)品。該公司是美國小型火箭初創(chuàng)公司，成立于2017年，2019年開始研發(fā)3D打印E-2發(fā)動機零部件。E-2是一款封閉式循環(huán)的高性能3D打印火箭發(fā)動機，其中主要的液氧