3D打印產(chǎn)業(yè)洞察和投資邏輯：變革傳統(tǒng)工藝，市場(chǎng)藍(lán)海可期
時(shí)間：2023-08-21 15:17 來(lái)源：南極熊 作者：馮驛 閱讀：次
增材制造是一種快速成型技術(shù)，更容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的一次成型，精度較高且設(shè)計(jì)制造周期更短。增材制造的技術(shù)路線(xiàn)幾十種，各類(lèi)技術(shù)路線(xiàn)在材料、成型精度、尺寸、復(fù)雜度、制造速度上各有擅長(zhǎng)，適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景。未來(lái)隨著激光器效率提升和面向增材制造的設(shè)計(jì)能力逐漸提升，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用將持續(xù)在更多場(chǎng)景落地。
基于和行業(yè)內(nèi)上百位從業(yè)者的交流，我們形成了系統(tǒng)化的增材制造投資邏輯。對(duì)于增材制造行業(yè)的投資布局主要關(guān)注三方面：公司層面，關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈定位、是否為行業(yè)頭部以及創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)的能力。技術(shù)層面，關(guān)注公司所選技術(shù)路線(xiàn)的壁壘強(qiáng)弱、技術(shù)成熟度、技術(shù)所切入場(chǎng)景的唯一性。商業(yè)化層面，關(guān)注切入場(chǎng)景的市場(chǎng)容量以及下游行業(yè)的需求和起量勢(shì)能（見(jiàn)文尾）。除此之外的研究結(jié)論包括：
一、增材制造定義
增材制造是一種快速成型技術(shù)，通過(guò)創(chuàng)建數(shù)字模型將材料逐漸累加的方法來(lái)制造實(shí)體零件。增材制造的基本流程和原理如下：
區(qū)別于減材制造通過(guò)切割材料毛坯來(lái)創(chuàng)建最終產(chǎn)品，增材制造通過(guò)添加零件來(lái)形成最終產(chǎn)品。
從原材料角度，增材制造需要采用特定原材料，材料成本往往更高，且可利用的原材料種類(lèi)較少，但是原材料利用率更高；從制造工藝角度，增材制造更容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的一次成型，且精度較高；從制造周期角度，增材制造設(shè)計(jì)驗(yàn)證的周期更短，效率更高；從制造成本角度，增材制造從低價(jià)格敏感度的航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域逐漸向其他領(lǐng)域滲透。
二、行業(yè)發(fā)展
20世紀(jì)60年代和70年代，增材技術(shù)技術(shù)處于起步階段，幾乎完全沒(méi)有商業(yè)市場(chǎng)，對(duì)研發(fā)的投入也很少。研究工作驗(yàn)證了第一批現(xiàn)代AM工藝，包括20世紀(jì)60年代末的光聚合技術(shù)，1972年的粉末熔融工藝，以及1979年的薄片疊層技術(shù)。
20世紀(jì)80年代和90年代初，出現(xiàn)了很多創(chuàng)新的AM技術(shù)，同時(shí)一部分增材技術(shù)被成功商業(yè)化。創(chuàng)新型的技術(shù)包括1989年麻省理工學(xué)院的3D打印技術(shù)，與90年代的激光束熔化工藝。成功商業(yè)化的增材制造技術(shù)包括光固化（SLA）技術(shù)、固體熔融沉積技術(shù)（FDM），以及激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）等。增材制造相關(guān)專(zhuān)利和學(xué)術(shù)出版物的數(shù)量明顯增多，但是受限于高成本和有限的材料選擇，尺寸限制以及有限的精度，增材制造技術(shù)在工業(yè)上的發(fā)展比較緩慢，只能用于小量快速原型件或模型的制作。1986年全球第一家3D打印企業(yè)3D systems成立標(biāo)志著3D打印進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。
20世紀(jì)90年代和2000年代是增材制造行業(yè)的增長(zhǎng)期。現(xiàn)有技術(shù)逐步得到提升和改進(jìn)，同時(shí)新技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。產(chǎn)業(yè)逐漸開(kāi)始開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于增材制造行業(yè)的軟件。出現(xiàn)了AM的專(zhuān)用文件格式，AM的專(zhuān)用軟件，如Materialise的Magics開(kāi)發(fā)完成。設(shè)備的改進(jìn)和工藝的開(kāi)發(fā)使3D增材制造產(chǎn)品的質(zhì)量得到了很大提高，開(kāi)始被用于工具甚至最終零件。
2009年之后，隨著歐美3D打印的底層專(zhuān)利在2009-2015年陸續(xù)到期，我國(guó)的增材制造開(kāi)始進(jìn)入發(fā)展的快車(chē)道。
2011年到2020年，增材制造的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模保持高速增長(zhǎng)，海內(nèi)外3D systems、stratasys、鉑力特等公司不斷上市，同時(shí)GE、佳能、東芝等企業(yè)紛紛涉足增材制造市場(chǎng)，在航空航天等多個(gè)領(lǐng)域持續(xù)落地增材制造應(yīng)用。
未來(lái)，隨著產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程不斷推進(jìn)，行業(yè)技術(shù)的成熟度也將逐漸提高，值得關(guān)注的未來(lái)技術(shù)包括激光器、DfAM等。
激光器發(fā)展有助于顯著提升打印效率
激光器效率的提升受到業(yè)界普遍關(guān)注。目前全球各家公司均在嘗試不同的激光器效率突破技術(shù)路線(xiàn)，其中VulcanForms Inc. 發(fā)明了 100 千瓦激光 PBF 技術(shù)并將其商業(yè)化并集成到專(zhuān)有的數(shù)字制作系統(tǒng)中。Seurat Technologies 發(fā)明了一種激光 PBF 技術(shù)，該技術(shù)使用燼一種光學(xué)可尋址光閥技術(shù)來(lái)支持該公司所謂的區(qū)域印刷。該公司聲稱(chēng)該過(guò)程比傳統(tǒng)激光 PBF 技術(shù)快 10 倍。另一個(gè)發(fā)展是激光束熱分布的優(yōu)化。這樣可以更精確地控制熱沉積，從而最大限度地提高構(gòu)建速度，提高材料質(zhì)量，并最大限度地減少飛濺和煙霧。此外，初創(chuàng)公司 SunMetalon 也在籌集資金通過(guò)層而不是點(diǎn)或線(xiàn)的方式來(lái)加熱金屬，從而進(jìn)一步提高金屬 AM 的速度。
DfAM方法可以有效提升產(chǎn)品性能
DfAM指的是面向增材制造的設(shè)計(jì)，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師利用增材獨(dú)特的工藝優(yōu)勢(shì)去構(gòu)建產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造之初同時(shí)考慮到設(shè)計(jì)、增材工藝、增材產(chǎn)品認(rèn)證方法、增材制造生產(chǎn)模式與產(chǎn)能等眾多因素。
通過(guò)DfAM 技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能力的提升，可以?xún)?yōu)化打印過(guò)程中和打印后處理的工藝水平，DfAM 的方法可以提高產(chǎn)品性能并減少材料和重量，降低制造和組裝的復(fù)雜性。目前Conflux 和 GKNAdditive 等公司正在使用 DfAM 的方法開(kāi)發(fā)的高效熱交換器。下圖顯示了DfAM對(duì)于增材制造不同環(huán)節(jié)的影響：
增材制造可以大致分成金屬類(lèi)增材制造和非金屬類(lèi)增材制造。整體分類(lèi)概覽如下圖：
1、金屬增材制造
金屬增材制造可以分為熔化成型和未熔化成型兩類(lèi)，相關(guān)的工藝有鋪粉、送粉、送絲等，能量源分為激光、電子束、電弧等。其中未熔化成型不做重點(diǎn)介紹，該技術(shù)按照材料狀態(tài)分片材、板材、粉末；按照工藝超聲波焊接、攪拌摩擦焊、冷噴涂等。
熔化成型主要包括粉末床熔化（PBF）和直接能量沉積（DED）兩大類(lèi)。在市場(chǎng)份額層面，根據(jù) AMPOWER，以營(yíng)收計(jì)算，2021 年 PBF、DED 各占據(jù) 83.8%和 9.1%的市場(chǎng)份額。且預(yù)計(jì)到 2026 年，PBF、DED 將各占據(jù) 74%和 8.6%的市場(chǎng)份額。
1.1粉末床熔化（PBF）
PBF是一種鋪粉工藝的增材制造技術(shù)，PBF按照不同的能量源可以分為激光熔化和電子束熔化。
其中選擇性激光燒結(jié) (SLS）、選擇性激光熔化 (SLM)能量源都是激光。SLM的成型原理與SLS極為相似，不同點(diǎn)在于SLM的激光溫度較高，會(huì)在成型過(guò)程中完全熔化所有金屬粉末。因此SLM整個(gè)打印過(guò)程需要在惰性氣體保護(hù)的腔體中進(jìn)行，以避免金屬發(fā)生氧化。這給SLM帶來(lái)了更好的成型性能，相比SLS制造的金屬零件的致密度更高，力學(xué)性能更好，尺寸精度更高、表面粗糙度也更高。但是SLM工藝參數(shù)復(fù)雜、制造速度偏低，尤其是面對(duì)需要大量支撐結(jié)構(gòu)的復(fù)雜零件，SLM的打印成本、時(shí)長(zhǎng)會(huì)明顯提高。
適合應(yīng)用于載人飛船引擎的冷卻道、噴射頭、節(jié)流閥等結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度非常高的結(jié)構(gòu)上面。（注：SLS技術(shù)既可以應(yīng)用于金屬，也可以用于非金屬）
電子束熔煉 (EBM)的能量源為電子束。相比于激光路線(xiàn)，EBM 精度略低但速度高：SLM 沉積速率通常在 0.1kg/h， 而 EBM 速度可達(dá)數(shù)倍。EBM相比于SLM在幾乎所有步驟里都存在很明顯的成本優(yōu)勢(shì)：特別是在設(shè)備運(yùn)行、熱處理與支撐拆除方面。此外，相比于 SLM，EBM 無(wú)需后加工處理殘余應(yīng)力。且EBM 的支撐能夠很輕易的移除，因此其拆除成本很低。
1.2直接能量沉積（DED）
DED整體的打印效率高于PBF，但是精度遜于 PBF。按照材料狀態(tài)分送粉式和送絲式，能量源包括激光、電子束、電弧等。
此外，金屬增材制造技術(shù)中經(jīng)歷高能量輸入的增材制造工藝需要后處理，后處理操作通常包括粉末清理、支撐去除、構(gòu)建板分離、機(jī)加工、清潔、拋光或表面增強(qiáng)以及焊接等連接方式。將零件和構(gòu)建板分離之前，通常需要消除應(yīng)力，確保殘余應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致零件變形。不同工藝的去支撐、去應(yīng)力、熱處理等需求匯總?cè)缦拢?/span>
2.1還原聚合
聚合還原是一種樹(shù)脂3d打印技術(shù)，工藝過(guò)程為光線(xiàn)精確地指向液體塑料的特定點(diǎn)或區(qū)域以使其硬化。第一層固化后，構(gòu)建平臺(tái)將向上或向下移動(dòng)（取決于打印機(jī)）少量（通常在 0.01 和 0.05 毫米之間），下一層固化并與前一層連接。聚合還原按照不同光源可以分為SLA、DLP、LCD等。
立體光刻 (SLA)使用固態(tài)激光來(lái)固化部件，是目前世界上研究最為深入、技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種3D打印技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是尺寸精度高、表面質(zhì)量?jī)?yōu)良、系統(tǒng)分辨率較高，可以制作結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的模型或零件。缺點(diǎn)包括零件較易彎曲和變形、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高、材料不利于長(zhǎng)時(shí)間保存等。
數(shù)字光處理 (DLP)使用數(shù)字光投射器（而不是激光）在一層或樹(shù)脂上同時(shí)閃爍每一層的單個(gè)圖像（或?yàn)檩^大的部件多次曝光）。每一層曝光都需要完全相同的時(shí)間，比SLA 中的點(diǎn)激光方法效率更高。用于生產(chǎn)更大的零件或更大體積的零件。
液晶顯示器 (LCD)使用 LCD 屏幕而不是數(shù)字微鏡設(shè)備 (DMD)，也就是使用數(shù)百個(gè)單獨(dú)發(fā)射器的陣列，而不是像激光二極管或 DLP 燈泡那樣的單點(diǎn)發(fā)射光源。LCD 單元成本低，這項(xiàng)技術(shù)已成為低價(jià)桌面樹(shù)脂打印機(jī)領(lǐng)域的首選技術(shù)。常見(jiàn)應(yīng)用包括注塑模狀聚合物原型和最終用途部件、珠寶鑄造、牙科應(yīng)用、消費(fèi)品。
2.2材料擠出
熔融沉積建模 (FDM、FFF)是典型的材料擠出工藝，該工藝過(guò)程為將線(xiàn)軸上的一根（或一次幾根）燈絲裝入 3D 打印機(jī)，然后送入擠出頭中的打印機(jī)噴嘴。打印機(jī)噴嘴或多個(gè)噴嘴被加熱到所需溫度，使燈絲軟化，從而使連續(xù)的層連接起來(lái)形成一個(gè)堅(jiān)固的部件。材料擠出是成本較低的 3D 打印方法，無(wú)需激光器等貴重原件，成本低、速度快。且該工藝干凈、簡(jiǎn)單、易于操作且不產(chǎn)生垃圾。對(duì)使用環(huán)境沒(méi)有限制，可以放在辦公室或者家庭環(huán)境使用，維護(hù)簡(jiǎn)單、體積小無(wú)污染 。但是材料擠出的成型精度相對(duì)SLA工藝較低，成型表面光潔度不如SLA工藝。
3、其他增材制造技術(shù)
其他增材制造技術(shù)包括材料噴射、粘結(jié)劑噴射、片材層壓等，這些技術(shù)既可以應(yīng)用于金屬，也可以應(yīng)用于非金屬。
3.1粘結(jié)劑噴射
粘結(jié)劑噴射的工藝過(guò)程是用重涂刀片在構(gòu)建平臺(tái)上涂抹一層薄薄的粉末。然后，帶有噴墨噴嘴的打印頭在床上方經(jīng)過(guò)，選擇性地沉積粘合劑液滴以將粉末顆粒粘合在一起。層完成后，構(gòu)建平臺(tái)向下移動(dòng)，刀片重新涂覆表面。然后重復(fù)該過(guò)程，直到整個(gè)部分完成。該技術(shù)的獨(dú)特之處在于打印過(guò)程中沒(méi)有熱量。粘合劑噴射速度快且生產(chǎn)率高。但是聚合物粘合劑噴射的材料選擇有限，并且生產(chǎn)的部件結(jié)構(gòu)性能較低。
3.2片材層壓
片材層壓的工藝過(guò)程為將非常薄的材料片堆疊和層壓在一起以產(chǎn)生 3D 物體或堆疊，然后通過(guò)機(jī)械或激光切割以形成最終形狀。材料層可以使用多種方法融合在一起，包括加熱和聲音，具體取決于材料，材料范圍從紙張、聚合物到金屬。具體包括層壓物體制造 (LOM)、超聲波固結(jié) (UC)等，相關(guān)材料有紙張、聚合物和片狀金屬等。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以快速生產(chǎn)，復(fù)合打印。缺點(diǎn)為精度低，浪費(fèi)多，部分零件需要后期制作。抗拉強(qiáng)度和彈性差，不能制造中空件；受制于材料影響，利用 LOM 技術(shù)打印的零件易吸濕膨脹，表面有臺(tái)階紋。
3.3材料噴射
材料噴射將材料沉積到構(gòu)建表面上，然后使用紫外光固化或硬化該層。逐層重復(fù)，直到對(duì)象完成。由于材料以液滴形式沉積，因此材料僅限于光敏聚合物、金屬或蠟，它們?cè)诒┞队谧贤饩�(xiàn)或高溫時(shí)會(huì)固化或硬化。材料噴射過(guò)程需要支撐結(jié)構(gòu)，通常也是在構(gòu)建過(guò)程中同時(shí)使用可溶解材料來(lái)進(jìn)行3D打印，然后在后處理步驟中去除支撐材料。該技術(shù)可以提供出色的細(xì)節(jié)、高精度和光滑的表面。使用材料噴射技術(shù)進(jìn)行打印的主要缺點(diǎn)是成本高，并且紫外線(xiàn)活化的光敏聚合物會(huì)隨著時(shí)間的推移失去力學(xué)性能并且會(huì)變脆。
不同增材制造技術(shù)的在成型尺寸、粘結(jié)性能、工作環(huán)境等方面各有差異，詳細(xì)的技術(shù)比較如下圖：
同時(shí)，各類(lèi)技術(shù)路線(xiàn)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也有所不同，具體進(jìn)展如下：
全球增材制造市場(chǎng)空間廣闊，未來(lái)仍保持高速增長(zhǎng)：根據(jù)Wohlers Associates數(shù)據(jù)，2022年全球增材制造全球市場(chǎng)規(guī)模180.27億美金，過(guò)去34年的復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到25.6%，預(yù)計(jì)2030年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到853億美金（近6000億人民幣）。
中國(guó)增材制造市場(chǎng)短期有望突破500億，滲透率仍有較大提升空間：根據(jù)中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，2022年我國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模330億，2018-2022年的復(fù)合增長(zhǎng)率為28%。根據(jù)賽迪咨詢(xún)數(shù)據(jù)，2024年中國(guó)的3D打印市場(chǎng)規(guī)模有望進(jìn)一步提升，突破500億元。目前增材制造在制造業(yè)滲透率不足0.1%，處于產(chǎn)業(yè)化的前期，長(zhǎng)期制造業(yè)滲透率3-5%。
中國(guó)增材制造市場(chǎng)規(guī)模在全球領(lǐng)先：Wohlers Associates 的研究表明，我國(guó)工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備安裝量全球領(lǐng)先。在全球安裝的所有工業(yè)增材制造 (AM) 系統(tǒng)中有 34.9%在北美，28.4% 安裝在亞太地區(qū)，30.7% 在歐洲。按照國(guó)家來(lái)看，美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)是工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備安裝量最多的三個(gè)國(guó)家。
增材制造行業(yè)集中度不高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈：根據(jù)Wohlers Associates 研究，2022 年前 10 家最大的系統(tǒng)制造商貢獻(xiàn)了整個(gè)增材制造行業(yè)約 27.21 億美金的產(chǎn)值，占比15.1%。非品牌廠(chǎng)商的市占率呈現(xiàn)逐年提升趨勢(shì)：服務(wù)供應(yīng)商以前基本從 3D Systems、EOS 和 Stratasys 等成熟的 AM 制造商處購(gòu)買(mǎi)系統(tǒng)。然而，2022 年服務(wù)供應(yīng)商購(gòu)買(mǎi)的 290 臺(tái)機(jī)器中，包括了156 臺(tái)非成熟制造供應(yīng)商的 AM 系統(tǒng)（占比53.8%），連續(xù)第三年從非成熟公司購(gòu)買(mǎi)設(shè)備呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。
五、產(chǎn)業(yè)鏈
3D打印上游包括材料類(lèi)、核心硬件、輔助設(shè)備等。其中材料包括金屬材料和非金屬材料。核心硬件類(lèi)涵蓋激光器、振鏡系統(tǒng)和引擎，輔助設(shè)備包括3D建模軟件、掃描儀等。3D打印的中游包括3D打印設(shè)備制造商和服務(wù)商，按照材料性能分為金屬類(lèi)和非金屬類(lèi)。下游面向的應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、醫(yī)療、模具等。
上游：激光器、振鏡
激光器是增材制造產(chǎn)業(yè)鏈上游的核心硬件，可以分為光纖激光器、CO2激光器等。
激光器的國(guó)產(chǎn)化比例不斷提升：根據(jù) Laser Focus World 數(shù)據(jù)，2020 年中國(guó)光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模約為 13.8 億美元，其中國(guó)產(chǎn)比例約 56%，達(dá) 7.73 億美元。美國(guó)的光纖激光器制造商 IPG 占據(jù)了中國(guó)光纖激光器市場(chǎng)的最大份額（2019年42%），但是總體市場(chǎng)銷(xiāo)售份額明顯下降。國(guó)產(chǎn)品牌占比顯著上升，包括來(lái)自中國(guó)的銳科激光、創(chuàng)鑫激光和杰普特等企業(yè)。增材制造所使用的激光器功率普遍較低，此類(lèi)中低功率的光纖激光器基本完成了國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。
振鏡類(lèi)也是增材制造上游的零部件，據(jù)《2021年中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2021年中國(guó)激光振鏡行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約8.4億元。目前國(guó)內(nèi)振鏡廠(chǎng)家在中低端的激光應(yīng)用上占了大部分份額，但在高端應(yīng)用領(lǐng)域，外國(guó)振鏡品牌仍然牢牢的占據(jù)了主要份額。市場(chǎng)的參與者主要包括美國(guó)CTI、德國(guó)SCANLAB、Raylase等國(guó)外企業(yè)及大族思特、金海創(chuàng)、智博泰克、世紀(jì)桑尼、菲鐳泰克等國(guó)內(nèi)企業(yè)。國(guó)產(chǎn)掃描振鏡在我國(guó)增材制造設(shè)備廠(chǎng)商中已經(jīng)占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。
上游：原材料
全球和國(guó)內(nèi)增材制造原材料處于快速增長(zhǎng)階段：根據(jù)Wohlers Associates數(shù)據(jù)，2022年全球增材制造材料產(chǎn)值 32.6 億美元，同比增長(zhǎng)了 25.5%（2021 年產(chǎn)值 25.98 億美元）。其中聚合物粉末、絲材、光敏樹(shù)脂、金屬粉末分別占比37.9%、21%、21%、18.2%。根據(jù)中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，2021年我國(guó)3D打印原材料產(chǎn)值14.7億元，其中非金屬占比63%，金屬占比37%，金屬原材料的產(chǎn)值高于世界平均水平。
增材制造原材料可以大致分為光敏樹(shù)脂、高分子粉末、絲材、金屬粉末等，其中光敏樹(shù)脂和絲材主要用在消費(fèi)級(jí)3D打印，高分子和金屬主要用在工業(yè)級(jí)。金屬材料包括鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼、鋁合金材料等，其中鈦合金具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高的特征，可以廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷端壓氣機(jī)部件以及火箭、導(dǎo)彈和飛機(jī)的各種結(jié)構(gòu)件制作。光敏樹(shù)脂材料則主要用于制作高強(qiáng)度、耐高溫、防水材料，應(yīng)用于汽車(chē)、家電、電子消費(fèi)品等領(lǐng)域。
3D打印的原材料種類(lèi)有限，限制了部分場(chǎng)景的技術(shù)應(yīng)用：區(qū)別于傳統(tǒng)制造工藝的材料，3D打印使用的材料粉末有特殊性質(zhì)要求，材料的含氧量、流動(dòng)性、粒度等都有不同的要求。整體來(lái)看，由于材料的發(fā)展應(yīng)用周期較長(zhǎng)，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段一定程度限制了細(xì)分場(chǎng)景的落地和應(yīng)用。
典型的增材制造廠(chǎng)商包括金屬材料類(lèi)：有研粉材（2021年產(chǎn)能500噸）、中航邁特（2021年產(chǎn)能800噸）、威拉里（2021年產(chǎn)能300噸）、寧波眾遠(yuǎn)等，非金屬材料類(lèi)廠(chǎng)商：華曙高科（2022年產(chǎn)能500噸）、Polymaker（2022年產(chǎn)能數(shù)千噸-含消費(fèi)級(jí)）、巴斯夫等。
上游：軟件和掃描儀
2023年全球3D掃描儀的市場(chǎng)規(guī)模接近30億美元，CAGR5=15%。海外廠(chǎng)商有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，蔡司1970年之后就開(kāi)始布局，目前齒科掃描等細(xì)分領(lǐng)域逐漸產(chǎn)生了國(guó)產(chǎn)替代的廠(chǎng)商：先臨三維、思看科技等。
3D打印的軟件功能涵蓋拓?fù)鋬?yōu)化、衍生式設(shè)計(jì)和算法建模、模型修復(fù)、模擬、切片和打印準(zhǔn)備、打印管理和監(jiān)督、MES 工具跟蹤等，部分設(shè)備廠(chǎng)自研符合工藝流程的軟件提升產(chǎn)品制造過(guò)程的各種性能。
中游：3D打印設(shè)備商
2021年全球工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備銷(xiāo)量超過(guò)2.6萬(wàn)臺(tái)，CAGR10=14%。其中裝機(jī)量最多的國(guó)家依次為：美國(guó)、中國(guó)、日本。銷(xiāo)量最多的公司分別為stratasys、Formlabs、3D Systems等。最主流的技術(shù)路線(xiàn)依次為：SLM/SLS(32%)、非金屬中的FDM(15%)、SLA(15%)、DLP(14%)，這幾大技術(shù)路線(xiàn)共占據(jù)市場(chǎng)76%。2022年增材制造商的數(shù)量持續(xù)增加，相比于2021年一共增加20家（7.5%）。
對(duì)于國(guó)內(nèi)設(shè)備廠(chǎng)商，2021年按照企業(yè)收入規(guī)模營(yíng)收超過(guò)10億的有面向消費(fèi)級(jí)的創(chuàng)想三維、深圳眾維等，營(yíng)收2-10億元的企業(yè)包括華曙高科、鉑力特等16家企業(yè)，營(yíng)收5000萬(wàn)-2個(gè)億的約有60家企業(yè)，剩余還有100多家企業(yè)收入5000萬(wàn)以下。
中游：3D打印服務(wù)商
3D打印服務(wù)商提供預(yù)處理（即模型修復(fù)、構(gòu)建方向、零件嵌套、構(gòu)建準(zhǔn)備等）、打印和后處理加工（即支撐材料去除、清潔、表面處理等）等功能，各個(gè)環(huán)節(jié)在整個(gè)打印服務(wù)中的成本占比如下：
過(guò)去十年，增材制造服務(wù)商的營(yíng)收保持較高增速的增長(zhǎng)，大部分年段服務(wù)商收入增速15%以上。
基于和行業(yè)內(nèi)上百位從業(yè)者的交流，我們形成了系統(tǒng)化的增材制造投資邏輯。對(duì)于增材制造行業(yè)的投資布局主要關(guān)注三方面：公司層面，關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈定位、是否為行業(yè)頭部以及創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)的能力。技術(shù)層面，關(guān)注公司所選技術(shù)路線(xiàn)的壁壘強(qiáng)弱、技術(shù)成熟度、技術(shù)所切入場(chǎng)景的唯一性。商業(yè)化層面，關(guān)注切入場(chǎng)景的市場(chǎng)容量以及下游行業(yè)的需求和起量勢(shì)能（見(jiàn)文尾）。除此之外的研究結(jié)論包括：
-
全球增材制造市場(chǎng)預(yù)計(jì)2030年達(dá)到近6000億人民幣，其中美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)是主要的市場(chǎng)。中國(guó)增材制造市場(chǎng)2年內(nèi)有望突破500億，未來(lái)滲透率仍有較大提升空間。目前增材制造已經(jīng)在航空航天、醫(yī)療、消費(fèi)等領(lǐng)域得到客戶(hù)的認(rèn)可，未來(lái)在能源、工業(yè)模具制造等領(lǐng)域仍有較大發(fā)展空間，同時(shí)航空航天領(lǐng)域未來(lái)幾年需求將保持旺盛。
-
產(chǎn)業(yè)鏈上游激光器、振鏡等壁壘較高，國(guó)產(chǎn)化率逐步提升。原材料產(chǎn)值近幾年處于快速增長(zhǎng)階段，同時(shí)材料的種類(lèi)持續(xù)豐富和完善。中游設(shè)備類(lèi)廠(chǎng)商持續(xù)迭代工藝技術(shù)，新的技術(shù)路線(xiàn)不斷探索產(chǎn)業(yè)化能力和適用場(chǎng)景。打印服務(wù)商過(guò)去10年也保持了較高營(yíng)收增速。
-
全球增材制造行業(yè)集中度不高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈。領(lǐng)先的增材制造公司一直積極參與并購(gòu)來(lái)擴(kuò)張規(guī)模，其中既有單一設(shè)備制造商通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈整合，向系統(tǒng)解決方案提供商轉(zhuǎn)變，也有大型用戶(hù)企業(yè)直接布局增材制造領(lǐng)域。從海內(nèi)外公司的發(fā)展情況來(lái)看，海外增材制造類(lèi)上市公司2022年由于經(jīng)濟(jì)形勢(shì)、零部件短缺、需求疲軟等因素，市值普遍大幅下跌。2023年呈現(xiàn)明顯回升趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)增材制造類(lèi)上市公司則最近幾年?duì)I收均持續(xù)保持高速增長(zhǎng)，市值也持續(xù)上升。
一、增材制造定義
增材制造是一種快速成型技術(shù)，通過(guò)創(chuàng)建數(shù)字模型將材料逐漸累加的方法來(lái)制造實(shí)體零件。增材制造的基本流程和原理如下：
圖：增材制造基本流程
區(qū)別于減材制造通過(guò)切割材料毛坯來(lái)創(chuàng)建最終產(chǎn)品，增材制造通過(guò)添加零件來(lái)形成最終產(chǎn)品。
從原材料角度，增材制造需要采用特定原材料，材料成本往往更高，且可利用的原材料種類(lèi)較少，但是原材料利用率更高；從制造工藝角度，增材制造更容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的一次成型，且精度較高；從制造周期角度，增材制造設(shè)計(jì)驗(yàn)證的周期更短，效率更高；從制造成本角度，增材制造從低價(jià)格敏感度的航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域逐漸向其他領(lǐng)域滲透。
表：增材制造和傳統(tǒng)制造模式的比較（來(lái)源：鉑力特招股說(shuō)明書(shū)、中信證券）
二、行業(yè)發(fā)展
20世紀(jì)60年代和70年代，增材技術(shù)技術(shù)處于起步階段，幾乎完全沒(méi)有商業(yè)市場(chǎng)，對(duì)研發(fā)的投入也很少。研究工作驗(yàn)證了第一批現(xiàn)代AM工藝，包括20世紀(jì)60年代末的光聚合技術(shù)，1972年的粉末熔融工藝，以及1979年的薄片疊層技術(shù)。
20世紀(jì)80年代和90年代初，出現(xiàn)了很多創(chuàng)新的AM技術(shù)，同時(shí)一部分增材技術(shù)被成功商業(yè)化。創(chuàng)新型的技術(shù)包括1989年麻省理工學(xué)院的3D打印技術(shù)，與90年代的激光束熔化工藝。成功商業(yè)化的增材制造技術(shù)包括光固化（SLA）技術(shù)、固體熔融沉積技術(shù)（FDM），以及激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）等。增材制造相關(guān)專(zhuān)利和學(xué)術(shù)出版物的數(shù)量明顯增多，但是受限于高成本和有限的材料選擇，尺寸限制以及有限的精度，增材制造技術(shù)在工業(yè)上的發(fā)展比較緩慢，只能用于小量快速原型件或模型的制作。1986年全球第一家3D打印企業(yè)3D systems成立標(biāo)志著3D打印進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。
20世紀(jì)90年代和2000年代是增材制造行業(yè)的增長(zhǎng)期。現(xiàn)有技術(shù)逐步得到提升和改進(jìn)，同時(shí)新技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。產(chǎn)業(yè)逐漸開(kāi)始開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于增材制造行業(yè)的軟件。出現(xiàn)了AM的專(zhuān)用文件格式，AM的專(zhuān)用軟件，如Materialise的Magics開(kāi)發(fā)完成。設(shè)備的改進(jìn)和工藝的開(kāi)發(fā)使3D增材制造產(chǎn)品的質(zhì)量得到了很大提高，開(kāi)始被用于工具甚至最終零件。
2009年之后，隨著歐美3D打印的底層專(zhuān)利在2009-2015年陸續(xù)到期，我國(guó)的增材制造開(kāi)始進(jìn)入發(fā)展的快車(chē)道。
2011年到2020年，增材制造的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模保持高速增長(zhǎng)，海內(nèi)外3D systems、stratasys、鉑力特等公司不斷上市，同時(shí)GE、佳能、東芝等企業(yè)紛紛涉足增材制造市場(chǎng)，在航空航天等多個(gè)領(lǐng)域持續(xù)落地增材制造應(yīng)用。
圖：增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展
未來(lái)，隨著產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程不斷推進(jìn)，行業(yè)技術(shù)的成熟度也將逐漸提高，值得關(guān)注的未來(lái)技術(shù)包括激光器、DfAM等。
激光器發(fā)展有助于顯著提升打印效率
激光器效率的提升受到業(yè)界普遍關(guān)注。目前全球各家公司均在嘗試不同的激光器效率突破技術(shù)路線(xiàn)，其中VulcanForms Inc. 發(fā)明了 100 千瓦激光 PBF 技術(shù)并將其商業(yè)化并集成到專(zhuān)有的數(shù)字制作系統(tǒng)中。Seurat Technologies 發(fā)明了一種激光 PBF 技術(shù)，該技術(shù)使用燼一種光學(xué)可尋址光閥技術(shù)來(lái)支持該公司所謂的區(qū)域印刷。該公司聲稱(chēng)該過(guò)程比傳統(tǒng)激光 PBF 技術(shù)快 10 倍。另一個(gè)發(fā)展是激光束熱分布的優(yōu)化。這樣可以更精確地控制熱沉積，從而最大限度地提高構(gòu)建速度，提高材料質(zhì)量，并最大限度地減少飛濺和煙霧。此外，初創(chuàng)公司 SunMetalon 也在籌集資金通過(guò)層而不是點(diǎn)或線(xiàn)的方式來(lái)加熱金屬，從而進(jìn)一步提高金屬 AM 的速度。
DfAM方法可以有效提升產(chǎn)品性能
DfAM指的是面向增材制造的設(shè)計(jì)，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師利用增材獨(dú)特的工藝優(yōu)勢(shì)去構(gòu)建產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造之初同時(shí)考慮到設(shè)計(jì)、增材工藝、增材產(chǎn)品認(rèn)證方法、增材制造生產(chǎn)模式與產(chǎn)能等眾多因素。
通過(guò)DfAM 技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能力的提升，可以?xún)?yōu)化打印過(guò)程中和打印后處理的工藝水平，DfAM 的方法可以提高產(chǎn)品性能并減少材料和重量，降低制造和組裝的復(fù)雜性。目前Conflux 和 GKNAdditive 等公司正在使用 DfAM 的方法開(kāi)發(fā)的高效熱交換器。下圖顯示了DfAM對(duì)于增材制造不同環(huán)節(jié)的影響：
表：增材制造智能設(shè)計(jì)對(duì)不同環(huán)節(jié)的成本影響
三、技術(shù)路線(xiàn)增材制造可以大致分成金屬類(lèi)增材制造和非金屬類(lèi)增材制造。整體分類(lèi)概覽如下圖：
圖：增材制造不同技術(shù)路線(xiàn)分類(lèi)
1、金屬增材制造
金屬增材制造可以分為熔化成型和未熔化成型兩類(lèi)，相關(guān)的工藝有鋪粉、送粉、送絲等，能量源分為激光、電子束、電弧等。其中未熔化成型不做重點(diǎn)介紹，該技術(shù)按照材料狀態(tài)分片材、板材、粉末；按照工藝超聲波焊接、攪拌摩擦焊、冷噴涂等。
熔化成型主要包括粉末床熔化（PBF）和直接能量沉積（DED）兩大類(lèi)。在市場(chǎng)份額層面，根據(jù) AMPOWER，以營(yíng)收計(jì)算，2021 年 PBF、DED 各占據(jù) 83.8%和 9.1%的市場(chǎng)份額。且預(yù)計(jì)到 2026 年，PBF、DED 將各占據(jù) 74%和 8.6%的市場(chǎng)份額。
1.1粉末床熔化（PBF）
PBF是一種鋪粉工藝的增材制造技術(shù)，PBF按照不同的能量源可以分為激光熔化和電子束熔化。
其中選擇性激光燒結(jié) (SLS）、選擇性激光熔化 (SLM)能量源都是激光。SLM的成型原理與SLS極為相似，不同點(diǎn)在于SLM的激光溫度較高，會(huì)在成型過(guò)程中完全熔化所有金屬粉末。因此SLM整個(gè)打印過(guò)程需要在惰性氣體保護(hù)的腔體中進(jìn)行，以避免金屬發(fā)生氧化。這給SLM帶來(lái)了更好的成型性能，相比SLS制造的金屬零件的致密度更高，力學(xué)性能更好，尺寸精度更高、表面粗糙度也更高。但是SLM工藝參數(shù)復(fù)雜、制造速度偏低，尤其是面對(duì)需要大量支撐結(jié)構(gòu)的復(fù)雜零件，SLM的打印成本、時(shí)長(zhǎng)會(huì)明顯提高。
適合應(yīng)用于載人飛船引擎的冷卻道、噴射頭、節(jié)流閥等結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度非常高的結(jié)構(gòu)上面。（注：SLS技術(shù)既可以應(yīng)用于金屬，也可以用于非金屬）
電子束熔煉 (EBM)的能量源為電子束。相比于激光路線(xiàn)，EBM 精度略低但速度高：SLM 沉積速率通常在 0.1kg/h， 而 EBM 速度可達(dá)數(shù)倍。EBM相比于SLM在幾乎所有步驟里都存在很明顯的成本優(yōu)勢(shì)：特別是在設(shè)備運(yùn)行、熱處理與支撐拆除方面。此外，相比于 SLM，EBM 無(wú)需后加工處理殘余應(yīng)力。且EBM 的支撐能夠很輕易的移除，因此其拆除成本很低。
1.2直接能量沉積（DED）
DED整體的打印效率高于PBF，但是精度遜于 PBF。按照材料狀態(tài)分送粉式和送絲式，能量源包括激光、電子束、電弧等。
-
激光同步送粉技術(shù) （LENS/LMD/LSF）：DED 中研究和應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)梯度材料、復(fù)雜曲面修復(fù)，在大型器件的修復(fù)上正不斷地發(fā)揮作用。
-
電子束熔絲沉積成形（EBDM/EBAM/EBF)：在沉積速率方面擁有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)：EBAM 沉積速率達(dá)到了 18.2kg/h，比基于激光的 DED 技術(shù)路線(xiàn)高出了 1 個(gè)數(shù)量級(jí)，超過(guò) PBF 技術(shù)路線(xiàn) 2 個(gè)數(shù)量級(jí)
-
電弧熔絲增材制造（
WAAM）：WAAM技術(shù)主打大尺寸高效率，每小時(shí)沉積效率可達(dá)數(shù)十公斤，極大降低制造成本。由于不需要?dú)夥毡Ｗo(hù)箱和真空箱等設(shè)備，工件尺寸不受其空間尺寸的限制，也大幅減少對(duì)設(shè)備的投資成本。此外，WAAM可成形的材料種類(lèi)廣泛，適合成形對(duì)激光反射率高的材質(zhì)（如鋁合金、銅合金）。WAAM本質(zhì)上與工藝焊接非常接近，因此會(huì)出現(xiàn)裂紋、孔隙、飛濺等情況。此外零件表面精度較低，需后加工以控制精度。應(yīng)用領(lǐng)域包括：需要進(jìn)一步后加工的零件成型（近凈成型）、在已有結(jié)構(gòu)件上自由打印特定結(jié)構(gòu)；生產(chǎn)拓?fù)鋬?yōu)化構(gòu)件；高價(jià)值零部件維修等。
此外，金屬增材制造技術(shù)中經(jīng)歷高能量輸入的增材制造工藝需要后處理，后處理操作通常包括粉末清理、支撐去除、構(gòu)建板分離、機(jī)加工、清潔、拋光或表面增強(qiáng)以及焊接等連接方式。將零件和構(gòu)建板分離之前，通常需要消除應(yīng)力，確保殘余應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致零件變形。不同工藝的去支撐、去應(yīng)力、熱處理等需求匯總?cè)缦拢?/span>
圖：不同增材制造工業(yè)的后處理（來(lái)源：3D打印技術(shù)參考）
2、非金屬增材制造2.1還原聚合
聚合還原是一種樹(shù)脂3d打印技術(shù)，工藝過(guò)程為光線(xiàn)精確地指向液體塑料的特定點(diǎn)或區(qū)域以使其硬化。第一層固化后，構(gòu)建平臺(tái)將向上或向下移動(dòng)（取決于打印機(jī)）少量（通常在 0.01 和 0.05 毫米之間），下一層固化并與前一層連接。聚合還原按照不同光源可以分為SLA、DLP、LCD等。
立體光刻 (SLA)使用固態(tài)激光來(lái)固化部件，是目前世界上研究最為深入、技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種3D打印技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是尺寸精度高、表面質(zhì)量?jī)?yōu)良、系統(tǒng)分辨率較高，可以制作結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的模型或零件。缺點(diǎn)包括零件較易彎曲和變形、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高、材料不利于長(zhǎng)時(shí)間保存等。
數(shù)字光處理 (DLP)使用數(shù)字光投射器（而不是激光）在一層或樹(shù)脂上同時(shí)閃爍每一層的單個(gè)圖像（或?yàn)檩^大的部件多次曝光）。每一層曝光都需要完全相同的時(shí)間，比SLA 中的點(diǎn)激光方法效率更高。用于生產(chǎn)更大的零件或更大體積的零件。
液晶顯示器 (LCD)使用 LCD 屏幕而不是數(shù)字微鏡設(shè)備 (DMD)，也就是使用數(shù)百個(gè)單獨(dú)發(fā)射器的陣列，而不是像激光二極管或 DLP 燈泡那樣的單點(diǎn)發(fā)射光源。LCD 單元成本低，這項(xiàng)技術(shù)已成為低價(jià)桌面樹(shù)脂打印機(jī)領(lǐng)域的首選技術(shù)。常見(jiàn)應(yīng)用包括注塑模狀聚合物原型和最終用途部件、珠寶鑄造、牙科應(yīng)用、消費(fèi)品。
2.2材料擠出
熔融沉積建模 (FDM、FFF)是典型的材料擠出工藝，該工藝過(guò)程為將線(xiàn)軸上的一根（或一次幾根）燈絲裝入 3D 打印機(jī)，然后送入擠出頭中的打印機(jī)噴嘴。打印機(jī)噴嘴或多個(gè)噴嘴被加熱到所需溫度，使燈絲軟化，從而使連續(xù)的層連接起來(lái)形成一個(gè)堅(jiān)固的部件。材料擠出是成本較低的 3D 打印方法，無(wú)需激光器等貴重原件，成本低、速度快。且該工藝干凈、簡(jiǎn)單、易于操作且不產(chǎn)生垃圾。對(duì)使用環(huán)境沒(méi)有限制，可以放在辦公室或者家庭環(huán)境使用，維護(hù)簡(jiǎn)單、體積小無(wú)污染 。但是材料擠出的成型精度相對(duì)SLA工藝較低，成型表面光潔度不如SLA工藝。
3、其他增材制造技術(shù)
其他增材制造技術(shù)包括材料噴射、粘結(jié)劑噴射、片材層壓等，這些技術(shù)既可以應(yīng)用于金屬，也可以應(yīng)用于非金屬。
3.1粘結(jié)劑噴射
粘結(jié)劑噴射的工藝過(guò)程是用重涂刀片在構(gòu)建平臺(tái)上涂抹一層薄薄的粉末。然后，帶有噴墨噴嘴的打印頭在床上方經(jīng)過(guò)，選擇性地沉積粘合劑液滴以將粉末顆粒粘合在一起。層完成后，構(gòu)建平臺(tái)向下移動(dòng)，刀片重新涂覆表面。然后重復(fù)該過(guò)程，直到整個(gè)部分完成。該技術(shù)的獨(dú)特之處在于打印過(guò)程中沒(méi)有熱量。粘合劑噴射速度快且生產(chǎn)率高。但是聚合物粘合劑噴射的材料選擇有限，并且生產(chǎn)的部件結(jié)構(gòu)性能較低。
3.2片材層壓
片材層壓的工藝過(guò)程為將非常薄的材料片堆疊和層壓在一起以產(chǎn)生 3D 物體或堆疊，然后通過(guò)機(jī)械或激光切割以形成最終形狀。材料層可以使用多種方法融合在一起，包括加熱和聲音，具體取決于材料，材料范圍從紙張、聚合物到金屬。具體包括層壓物體制造 (LOM)、超聲波固結(jié) (UC)等，相關(guān)材料有紙張、聚合物和片狀金屬等。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以快速生產(chǎn)，復(fù)合打印。缺點(diǎn)為精度低，浪費(fèi)多，部分零件需要后期制作。抗拉強(qiáng)度和彈性差，不能制造中空件；受制于材料影響，利用 LOM 技術(shù)打印的零件易吸濕膨脹，表面有臺(tái)階紋。
3.3材料噴射
材料噴射將材料沉積到構(gòu)建表面上，然后使用紫外光固化或硬化該層。逐層重復(fù)，直到對(duì)象完成。由于材料以液滴形式沉積，因此材料僅限于光敏聚合物、金屬或蠟，它們?cè)诒┞队谧贤饩�(xiàn)或高溫時(shí)會(huì)固化或硬化。材料噴射過(guò)程需要支撐結(jié)構(gòu)，通常也是在構(gòu)建過(guò)程中同時(shí)使用可溶解材料來(lái)進(jìn)行3D打印，然后在后處理步驟中去除支撐材料。該技術(shù)可以提供出色的細(xì)節(jié)、高精度和光滑的表面。使用材料噴射技術(shù)進(jìn)行打印的主要缺點(diǎn)是成本高，并且紫外線(xiàn)活化的光敏聚合物會(huì)隨著時(shí)間的推移失去力學(xué)性能并且會(huì)變脆。
不同增材制造技術(shù)的在成型尺寸、粘結(jié)性能、工作環(huán)境等方面各有差異，詳細(xì)的技術(shù)比較如下圖：
圖：各類(lèi)增材制造技術(shù)的性能比較
同時(shí)，各類(lèi)技術(shù)路線(xiàn)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也有所不同，具體進(jìn)展如下：
圖：不同增材制造技術(shù)的成熟度（來(lái)源：AMpower）
四、市場(chǎng)規(guī)模和集中度全球增材制造市場(chǎng)空間廣闊，未來(lái)仍保持高速增長(zhǎng)：根據(jù)Wohlers Associates數(shù)據(jù)，2022年全球增材制造全球市場(chǎng)規(guī)模180.27億美金，過(guò)去34年的復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到25.6%，預(yù)計(jì)2030年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到853億美金（近6000億人民幣）。
中國(guó)增材制造市場(chǎng)短期有望突破500億，滲透率仍有較大提升空間：根據(jù)中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，2022年我國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模330億，2018-2022年的復(fù)合增長(zhǎng)率為28%。根據(jù)賽迪咨詢(xún)數(shù)據(jù)，2024年中國(guó)的3D打印市場(chǎng)規(guī)模有望進(jìn)一步提升，突破500億元。目前增材制造在制造業(yè)滲透率不足0.1%，處于產(chǎn)業(yè)化的前期，長(zhǎng)期制造業(yè)滲透率3-5%。
圖：全球增材制造市場(chǎng)規(guī)模 單位：美金（來(lái)源：Wohlers Associates）
中國(guó)增材制造市場(chǎng)規(guī)模在全球領(lǐng)先：Wohlers Associates 的研究表明，我國(guó)工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備安裝量全球領(lǐng)先。在全球安裝的所有工業(yè)增材制造 (AM) 系統(tǒng)中有 34.9%在北美，28.4% 安裝在亞太地區(qū)，30.7% 在歐洲。按照國(guó)家來(lái)看，美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)是工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備安裝量最多的三個(gè)國(guó)家。
圖：增材制造工業(yè)設(shè)備出貨量情況
圖：知名和非知名品牌的出貨占比
增材制造行業(yè)集中度不高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈：根據(jù)Wohlers Associates 研究，2022 年前 10 家最大的系統(tǒng)制造商貢獻(xiàn)了整個(gè)增材制造行業(yè)約 27.21 億美金的產(chǎn)值，占比15.1%。非品牌廠(chǎng)商的市占率呈現(xiàn)逐年提升趨勢(shì)：服務(wù)供應(yīng)商以前基本從 3D Systems、EOS 和 Stratasys 等成熟的 AM 制造商處購(gòu)買(mǎi)系統(tǒng)。然而，2022 年服務(wù)供應(yīng)商購(gòu)買(mǎi)的 290 臺(tái)機(jī)器中，包括了156 臺(tái)非成熟制造供應(yīng)商的 AM 系統(tǒng)（占比53.8%），連續(xù)第三年從非成熟公司購(gòu)買(mǎi)設(shè)備呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。
五、產(chǎn)業(yè)鏈
3D打印上游包括材料類(lèi)、核心硬件、輔助設(shè)備等。其中材料包括金屬材料和非金屬材料。核心硬件類(lèi)涵蓋激光器、振鏡系統(tǒng)和引擎，輔助設(shè)備包括3D建模軟件、掃描儀等。3D打印的中游包括3D打印設(shè)備制造商和服務(wù)商，按照材料性能分為金屬類(lèi)和非金屬類(lèi)。下游面向的應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、醫(yī)療、模具等。
圖：增材制造產(chǎn)業(yè)鏈及相關(guān)公司（來(lái)源：中信證券）
上游：激光器、振鏡
激光器是增材制造產(chǎn)業(yè)鏈上游的核心硬件，可以分為光纖激光器、CO2激光器等。
激光器的國(guó)產(chǎn)化比例不斷提升：根據(jù) Laser Focus World 數(shù)據(jù)，2020 年中國(guó)光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模約為 13.8 億美元，其中國(guó)產(chǎn)比例約 56%，達(dá) 7.73 億美元。美國(guó)的光纖激光器制造商 IPG 占據(jù)了中國(guó)光纖激光器市場(chǎng)的最大份額（2019年42%），但是總體市場(chǎng)銷(xiāo)售份額明顯下降。國(guó)產(chǎn)品牌占比顯著上升，包括來(lái)自中國(guó)的銳科激光、創(chuàng)鑫激光和杰普特等企業(yè)。增材制造所使用的激光器功率普遍較低，此類(lèi)中低功率的光纖激光器基本完成了國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。
振鏡類(lèi)也是增材制造上游的零部件，據(jù)《2021年中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2021年中國(guó)激光振鏡行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約8.4億元。目前國(guó)內(nèi)振鏡廠(chǎng)家在中低端的激光應(yīng)用上占了大部分份額，但在高端應(yīng)用領(lǐng)域，外國(guó)振鏡品牌仍然牢牢的占據(jù)了主要份額。市場(chǎng)的參與者主要包括美國(guó)CTI、德國(guó)SCANLAB、Raylase等國(guó)外企業(yè)及大族思特、金海創(chuàng)、智博泰克、世紀(jì)桑尼、菲鐳泰克等國(guó)內(nèi)企業(yè)。國(guó)產(chǎn)掃描振鏡在我國(guó)增材制造設(shè)備廠(chǎng)商中已經(jīng)占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。
圖：中國(guó)光纖激光器國(guó)產(chǎn)化率
（來(lái)源：2020年中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告）
圖：中國(guó)激光振鏡市場(chǎng)規(guī)模（來(lái)源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院）
上游：原材料
全球和國(guó)內(nèi)增材制造原材料處于快速增長(zhǎng)階段：根據(jù)Wohlers Associates數(shù)據(jù)，2022年全球增材制造材料產(chǎn)值 32.6 億美元，同比增長(zhǎng)了 25.5%（2021 年產(chǎn)值 25.98 億美元）。其中聚合物粉末、絲材、光敏樹(shù)脂、金屬粉末分別占比37.9%、21%、21%、18.2%。根據(jù)中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，2021年我國(guó)3D打印原材料產(chǎn)值14.7億元，其中非金屬占比63%，金屬占比37%，金屬原材料的產(chǎn)值高于世界平均水平。
圖：全球增材制造原材料產(chǎn)值（來(lái)源：Wohlers Associates）
增材制造原材料可以大致分為光敏樹(shù)脂、高分子粉末、絲材、金屬粉末等，其中光敏樹(shù)脂和絲材主要用在消費(fèi)級(jí)3D打印，高分子和金屬主要用在工業(yè)級(jí)。金屬材料包括鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼、鋁合金材料等，其中鈦合金具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高的特征，可以廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷端壓氣機(jī)部件以及火箭、導(dǎo)彈和飛機(jī)的各種結(jié)構(gòu)件制作。光敏樹(shù)脂材料則主要用于制作高強(qiáng)度、耐高溫、防水材料，應(yīng)用于汽車(chē)、家電、電子消費(fèi)品等領(lǐng)域。
3D打印的原材料種類(lèi)有限，限制了部分場(chǎng)景的技術(shù)應(yīng)用：區(qū)別于傳統(tǒng)制造工藝的材料，3D打印使用的材料粉末有特殊性質(zhì)要求，材料的含氧量、流動(dòng)性、粒度等都有不同的要求。整體來(lái)看，由于材料的發(fā)展應(yīng)用周期較長(zhǎng)，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段一定程度限制了細(xì)分場(chǎng)景的落地和應(yīng)用。
典型的增材制造廠(chǎng)商包括金屬材料類(lèi)：有研粉材（2021年產(chǎn)能500噸）、中航邁特（2021年產(chǎn)能800噸）、威拉里（2021年產(chǎn)能300噸）、寧波眾遠(yuǎn)等，非金屬材料類(lèi)廠(chǎng)商：華曙高科（2022年產(chǎn)能500噸）、Polymaker（2022年產(chǎn)能數(shù)千噸-含消費(fèi)級(jí)）、巴斯夫等。
上游：軟件和掃描儀
2023年全球3D掃描儀的市場(chǎng)規(guī)模接近30億美元，CAGR5=15%。海外廠(chǎng)商有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，蔡司1970年之后就開(kāi)始布局，目前齒科掃描等細(xì)分領(lǐng)域逐漸產(chǎn)生了國(guó)產(chǎn)替代的廠(chǎng)商：先臨三維、思看科技等。
3D打印的軟件功能涵蓋拓?fù)鋬?yōu)化、衍生式設(shè)計(jì)和算法建模、模型修復(fù)、模擬、切片和打印準(zhǔn)備、打印管理和監(jiān)督、MES 工具跟蹤等，部分設(shè)備廠(chǎng)自研符合工藝流程的軟件提升產(chǎn)品制造過(guò)程的各種性能。
圖：AM軟件流程和功能（來(lái)源：Wohlers Associates）
中游：3D打印設(shè)備商
2021年全球工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備銷(xiāo)量超過(guò)2.6萬(wàn)臺(tái)，CAGR10=14%。其中裝機(jī)量最多的國(guó)家依次為：美國(guó)、中國(guó)、日本。銷(xiāo)量最多的公司分別為stratasys、Formlabs、3D Systems等。最主流的技術(shù)路線(xiàn)依次為：SLM/SLS(32%)、非金屬中的FDM(15%)、SLA(15%)、DLP(14%)，這幾大技術(shù)路線(xiàn)共占據(jù)市場(chǎng)76%。2022年增材制造商的數(shù)量持續(xù)增加，相比于2021年一共增加20家（7.5%）。
圖：全球工業(yè)級(jí)增材制造商數(shù)量（來(lái)源：Wohlers Associates）
對(duì)于國(guó)內(nèi)設(shè)備廠(chǎng)商，2021年按照企業(yè)收入規(guī)模營(yíng)收超過(guò)10億的有面向消費(fèi)級(jí)的創(chuàng)想三維、深圳眾維等，營(yíng)收2-10億元的企業(yè)包括華曙高科、鉑力特等16家企業(yè)，營(yíng)收5000萬(wàn)-2個(gè)億的約有60家企業(yè)，剩余還有100多家企業(yè)收入5000萬(wàn)以下。
圖：中國(guó)3D打印廠(chǎng)商收入情況（來(lái)源：南極熊）
中游：3D打印服務(wù)商
3D打印服務(wù)商提供預(yù)處理（即模型修復(fù)、構(gòu)建方向、零件嵌套、構(gòu)建準(zhǔn)備等）、打印和后處理加工（即支撐材料去除、清潔、表面處理等）等功能，各個(gè)環(huán)節(jié)在整個(gè)打印服務(wù)中的成本占比如下：
圖：不同環(huán)節(jié)在整個(gè)打印服務(wù)中的成本占比（來(lái)源：Wohlers Associates）
過(guò)去十年，增材制造服務(wù)商的營(yíng)收保持較高增速的增長(zhǎng)，大部分年段服務(wù)商收入增速15%以上。
圖：3D打印服務(wù)商收入增速（來(lái)源：Wohlers Associates）
(責(zé)任編輯：admin)
最新報(bào)告：全球3D打印醫(yī)療
粘結(jié)劑噴射3D打印廠(chǎng)商峰華
一文看懂醫(yī)療3D打印分類(lèi)（
江蘇威拉里今年Q1營(yíng)收破1
VoxelMatters最新報(bào)告：金
AM Research報(bào)告：3D打印最新內(nèi)容
- ·最新報(bào)告：全球3D打印醫(yī)療市場(chǎng)迅猛發(fā)展
- ·粘結(jié)劑噴射3D打印廠(chǎng)商峰華卓立2024年?duì)I
- ·一文看懂醫(yī)療3D打印分類(lèi)（附國(guó)產(chǎn)3D打印
- ·江蘇威拉里今年Q1營(yíng)收破1億元，同比增
- ·VoxelMatters最新報(bào)告：金屬增材制造市
- ·AM Research報(bào)告：3D打印市場(chǎng)規(guī)模到 20
- ·全球3D打印行業(yè)總收入突破1500億元，《
- ·國(guó)內(nèi)金屬3D打印粉材需求大增，信為新材
- ·增材制造軟件市場(chǎng)2025：分析、數(shù)據(jù)和預(yù)
- ·2024年Q4 Xometry3D打印市場(chǎng)收入增長(zhǎng)，
推薦內(nèi)容
中南大學(xué)在增材制
美國(guó)應(yīng)用科學(xué)技術(shù)
2023年美國(guó)3D打印
淺談3D打印技術(shù)的
據(jù)SmarTech評(píng)估，熱點(diǎn)內(nèi)容
- ·AMR報(bào)告2024年美國(guó)國(guó)防部3D打印直接支
- ·二七浪起龍舒甲打一最佳準(zhǔn)確生肖，詞語(yǔ)
- ·半夜三更合五碼打一正確生肖，成語(yǔ)解釋
- ·春花秋月打一正確生肖，成語(yǔ)解釋落實(shí)
- ·3D打印的未來(lái)：2022年發(fā)展趨勢(shì)
- ·定向能沉積(DED)增材制造:物理特性、缺
- ·2023年中國(guó)3D打印行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前
- ·普通人如何利用3D打印賺錢(qián)？
- ·圖解中國(guó)3D打印發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)
- ·為何LCD 3D打印技術(shù)運(yùn)用越來(lái)越廣泛？
