引子：技術(shù)革新，方興未艾

3D打印——從“減材”到“增材”, 傳統(tǒng)技術(shù)的升級(jí)革新

3D打印又稱增材制造，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用 粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來(lái)構(gòu) 造物體的技術(shù)。區(qū)別于傳統(tǒng)減材制造，3D打印通過對(duì)模型數(shù) 字化立體掃描、分層處理，借助于類似打印機(jī)的數(shù)字化制造 設(shè)備，將材料不斷疊加形成所需的實(shí)體模型。3D打印在中小 批量生產(chǎn)成本控制、個(gè)性化生產(chǎn)、生產(chǎn)可預(yù)測(cè)性和材料利用 率等方面與傳統(tǒng)技術(shù)相比都具有明顯優(yōu)勢(shì)。 3D打印在不同行業(yè)減少多類型成本。航空航天燃燒室：3D 打印降低費(fèi)用成本50%；義齒金屬內(nèi)冠：3D打印降低人工 成本70%；壓縮磨具：3D打印降低時(shí)間成本50%。

3D打印工作流程

3D打印操作流程通常分三步。前期軟件的建模至關(guān)重要，需要精通軟件建模技術(shù)、材料等多學(xué)科人才參與把關(guān)。模型 搭建對(duì)產(chǎn)品是否符合所需標(biāo)準(zhǔn)起到?jīng)Q定性作用。而打印設(shè)備則主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品的產(chǎn)出成型，技術(shù)和材料兩者互相搭配制成 綜合性能好的實(shí)物。

3D打印工藝——多技術(shù)路線共存，PBF為工業(yè)領(lǐng)域主流技術(shù)

3D打印技術(shù)從誕生至今近40年，目前處于多技術(shù)路線共存的狀態(tài)。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《增材制造術(shù)語(yǔ)》 （GB/T35351-2017），根據(jù)增材制造技術(shù)的成形原理，可以分成七種基本的增材制造工藝。 PBF為工業(yè)領(lǐng)域主流技術(shù)：增材制造的終端零件性能高度依賴于其制備的設(shè)備類型和工藝參數(shù)，PBF工藝因其特定的加 工方式而使得零件具備良好的力學(xué)性能和尺寸精度，成為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中主流的增材制造技術(shù)。其中，以激光作為能量 源的SLM/SLS工藝因穩(wěn)定性和技術(shù)成熟度較高，在直接制造終端零件的應(yīng)用場(chǎng)景中具備較突出的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)。

3D打印發(fā)展歷程——起源于美國(guó)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)行業(yè)仍處成長(zhǎng)期

3D打印技術(shù)技術(shù)起源于美國(guó)，并于21世紀(jì)開始日益成熟，其應(yīng)用范圍由模型和原型制造進(jìn)入產(chǎn)品快速制造階段，在航 空航天等高端制造領(lǐng)域得到規(guī)模應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)與國(guó)外仍有較大差距，當(dāng)前國(guó)內(nèi)行業(yè)整體處于成長(zhǎng)期。

2D打印 VS 3D打印

2D打印機(jī)商業(yè)模式較為單一，打印機(jī)廠商主要依靠耗材盈利。3D打印可能的商業(yè)模式存在于五個(gè)層面——制造端（3D 打印機(jī)制造）、材料端、模具端、零售端、樣品端（研發(fā)）。與2D打印的B2C相比，3D打印目前集中于B2B模式，同 時(shí)也在進(jìn)一步擴(kuò)展B2C的定制化多樣性消費(fèi)市場(chǎng)。

3D打印——中國(guó)制造業(yè)升級(jí)發(fā)展的核心助推力

3D打印是對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的補(bǔ)充和增強(qiáng)，借助3D打印技術(shù)，企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)，生產(chǎn)復(fù)雜產(chǎn)品和開展定制化等方面均 可有所提升。3D打印有利于企業(yè)創(chuàng)新，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)制造產(chǎn)業(yè)逐步升級(jí)。

政策出臺(tái)速度快、支持力度大，助力轉(zhuǎn)型“中國(guó)智造”

目前政策重點(diǎn)主要集中在3D打印材料、技術(shù)提升與標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面。2015年，我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)在“中國(guó)智造”引導(dǎo)下迎 來(lái)高速發(fā)展契機(jī)，《中國(guó)制造2025》等一系列政策描繪了增材制造行業(yè)的發(fā)展路徑。2016年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十三五” 國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》標(biāo)志著產(chǎn)業(yè)化的落地。中國(guó)3D打印發(fā)展以來(lái)，行業(yè)扶持政策發(fā)力迅速。從整體戰(zhàn)略， 應(yīng)用領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)再到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，政策指導(dǎo)不斷細(xì)化，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)鏈

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的上游為原材料、核心硬件和輔助運(yùn)行系統(tǒng)的供應(yīng)商。 中游以3D打印設(shè)備生產(chǎn)廠商為主，大多亦提供打印服務(wù)業(yè)務(wù)及原材料供應(yīng)，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位。 下游主要為3D打印服務(wù)對(duì)象，3D打印主要應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域，以工業(yè)級(jí)應(yīng)用為主。

上游：軟件技術(shù)——九層之臺(tái)，起于累土

無(wú)論是在3D數(shù)據(jù)模型獲取、3D數(shù)據(jù)模型處理還是3D打印機(jī)的控制等過程中，都離不開3D軟件技術(shù)。軟件系統(tǒng)集合掃 描切片、制造與故障診斷、溫場(chǎng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、數(shù)字化掃描控制、數(shù)據(jù)反饋與集成控制等功能于一體，為成品的精細(xì) 化滿足需求提供保障；提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)備效率、優(yōu)化打印質(zhì)量、增強(qiáng)產(chǎn)品精細(xì)化。 CAD仍是目前主流軟件技術(shù)?，F(xiàn)3D打印軟件供應(yīng)商呈現(xiàn)綜合發(fā)展態(tài)勢(shì)，在不斷提升核心CAD軟件技術(shù)性能的同時(shí)，開 發(fā)更多集CAD、CAE、CAM等輔助軟件于一體的綜合軟件。

上游：材料——3D打印最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)

3D打印是通過設(shè)備逐層增加材料來(lái)制造三維產(chǎn)品，材料是3D打印最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料的發(fā)展在很大程度上決定了 3D打印能否得到更加廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)階段我國(guó)3D打印仍舊以工程塑料、樹脂和部分常見金屬材料為主，且國(guó)內(nèi)在3D打印 原材料方面的生產(chǎn)企業(yè)較少，特別是金屬材料方面，仍依賴進(jìn)口。

上游：材料——金屬材料、復(fù)合材料成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

金屬和復(fù)合材料憑借其比傳統(tǒng)材料更優(yōu)異的機(jī)械特性（剛性、抗沖擊性、輕便性等）和其他力學(xué)性能，其中典型金屬增 材制造結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能趨于穩(wěn)定甚至部分超過鍛件性能，未來(lái)或?qū)⑼苿?dòng)3D打印技術(shù)服務(wù)更多應(yīng)用場(chǎng)景，有望實(shí)現(xiàn)真正 的3D打印制造創(chuàng)新。

上游：材料——我國(guó)仍以非金屬類型為主，材料研發(fā)邁向復(fù)合化

3D打印有多種技術(shù)種類如SLS、SLA和FDM等，每種打 印技術(shù)使用的材料各有不同，如SLM技術(shù)常用金屬材料， 而SLA通常用光敏樹脂，F(xiàn)DM適應(yīng)于工程塑料等。我國(guó) 非金屬材料仍占主要部分，與金屬材料大致形成6：4的格 局(截至2022年10月)；但同時(shí)我國(guó)對(duì)于材料技術(shù)的更新 創(chuàng)造不斷加速，2021年相關(guān)專利申請(qǐng)量達(dá)3079件，超過 美國(guó)位列第一。從專利內(nèi)容來(lái)看，各類復(fù)合材料、可降解 材料以及更優(yōu)性能的金屬材料是我國(guó)研發(fā)的重點(diǎn)方向。 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)金屬粉末性能略差于國(guó)外。金屬3D打印工藝 中，金屬粉末質(zhì)量是影響最終打印部件結(jié)構(gòu)及性能質(zhì)量以 及使用成熟度的關(guān)鍵因素之一。金屬粉末質(zhì)量越好，一致 性越高，波動(dòng)越小，粒徑越小，其打印出的產(chǎn)品致密性、 機(jī)械性能越好。專用粉末材料體系不完備、標(biāo)準(zhǔn)缺乏、工 藝性驗(yàn)證不足等問題是造成現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)金屬粉末性能略差 于國(guó)外的主要原因。

中游：3D打印主流技術(shù)對(duì)比

目前主流使用的3D打印技術(shù)可分為三大類：擠出成型技術(shù)、光聚合成型技術(shù)和燒結(jié)/粘結(jié)成型技術(shù)。 FDM憑借其易操作、材料利用率高以及FDM線材機(jī)械性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用在制作成品原型或研發(fā)模型中。 PolyJet＞DLP＞SLA：光固化技術(shù)中SLA技術(shù)是最早出現(xiàn)的一種快速成形技術(shù)，憑借激光掃描及光固化原理更適用于 制作精度要求高的物品，但以點(diǎn)為單位打印速度較慢；相比之下以數(shù)字微鏡元件投影產(chǎn)品的DLP逐層打印速度更快，且 精度高，DLP的綜合表現(xiàn)略優(yōu)于SLA技術(shù)；而光固化PolyJet技術(shù)與前兩者對(duì)比，又憑借其可用多種材料混合多種色彩， 滿足更多樣化的需求，更勝一籌。

在燒結(jié)/粘結(jié)成型技術(shù)中，SLM、SLS和EBM是主流的金屬成型工藝，三者制件過程雖有一定的相似度，但也各有特點(diǎn)。 首先SLS和SLM屬于利用激光器將粉末進(jìn)行逐層疊加，而EBM則利用高能電子束掃描熔融粉末逐層固化成形；SLS相 比SLM需要另添加粘合劑材料，混合粉末后SLS打印的成品硬度和精度略差于SLM制品。而EBM利用電子束產(chǎn)生的熱 量和能量高于SLM，更適合制造高導(dǎo)熱金屬、高溫合金、高熔點(diǎn)金屬零件，但SLM利用激光打印的制品力學(xué)性能和制 品強(qiáng)度仍略優(yōu)于EBM制品。綜合來(lái)看，燒結(jié)/粘結(jié)成型技術(shù)憑借金屬材料和技術(shù)特點(diǎn)能保證制品的硬度、力學(xué)性能好等 優(yōu)點(diǎn)更多應(yīng)用于工業(yè)制造、航空航天、汽車制造中。

至于成本端，計(jì)算3D打印成本不光要考慮前期設(shè)備成本，3D打印材料和人工成本都會(huì)顯著影響單件成本，近年來(lái)3D打 印的費(fèi)用已大幅下降。我們以三大主流技術(shù)中的FDM、SLA、SLS進(jìn)行對(duì)比分析。

下游：對(duì)內(nèi)面向工業(yè)級(jí)，對(duì)外面向消費(fèi)級(jí)

工業(yè)級(jí)（占比65-70%）：航空航天是中國(guó)3D打印市場(chǎng)應(yīng)用的主要領(lǐng)域（截至2022年10月），因增材制造更適用于高 精尖，對(duì)產(chǎn)品有輕量化、結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)化和集成化要求產(chǎn)業(yè)；同時(shí)航空航天對(duì)3D打印需求彈性相對(duì)較小、功能敏感性高， 是3D打印需求最落地、應(yīng)用最旺盛的領(lǐng)域。

消費(fèi)級(jí)（占比30-35%）：主要應(yīng)用于教育科研、藝術(shù)模型制造、消費(fèi)電子領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)應(yīng)用占比較低，80-90%的桌面 消費(fèi)級(jí)3D打印機(jī)出口海外，主要原因是消費(fèi)級(jí)（非金屬為主）國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈成熟、技術(shù)簡(jiǎn)單且原材料成熟度高，整體設(shè) 備售價(jià)低于國(guó)外。未來(lái)消費(fèi)級(jí)將仍以出口桌面用3D打印機(jī)為主，部分企業(yè)會(huì)開發(fā)三維打印服務(wù)平臺(tái)，服務(wù)于產(chǎn)品研發(fā) 或原型件小批量制造。

報(bào)告出品方/作者：天風(fēng)證券，李魯靖、朱曄

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