3D打印行業(yè)簡析

3D打印行業(yè)簡析引子：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。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)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《增材制造術(shù)語》（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)用場景中具備較突出的價(jià)值和優(yōu)勢。3D打印發(fā)展歷程——起源于美國，當(dāng)前國內(nèi)行業(yè)仍處成長期3D打印技術(shù)技術(shù)起源于美國，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。國內(nèi)3D打印技術(shù)與國外仍有較大差距，當(dāng)前國內(nèi)行業(yè)整體處于成長期。2D打印VS3D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。3D打印——中國制造業(yè)升級發(fā)展的核心助推力3D打印是對傳統(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)我國制造產(chǎn)業(yè)逐步升級。政策出臺(tái)速度快、支持力度大，助力轉(zhuǎn)型“中國智造”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3D打印產(chǎn)業(yè)在“中國智造”引導(dǎo)下迎來高速發(fā)展契機(jī)，《中國制造2025》等一系列政策描繪了增材制造行業(yè)的發(fā)展路徑。2016年國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家戰(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3D打印發(fā)展以來，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)級應(yīng)用為主。上游：軟件技術(shù)——九層之臺(tái)，起于累土無論是在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、溫場控制、遠(yuǎn)程監(jiān)測、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，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)合材料成為未來發(fā)展趨勢金屬和復(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，未來或?qū)⑼苿?dòng)3D打印技術(shù)服務(wù)更多應(yīng)用場景，有望實(shí)現(xiàn)真正的3D打印制造創(chuàng)新。上游：材料——我國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)我國對于材料技術(shù)的更新創(chuàng)造不斷加速，2021年相關(guān)專利申請量達(dá)3079件，超過美國位列第一。從專利內(nèi)容來看，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研發(fā)的重點(diǎn)方向?，F(xiàn)階段國內(nèi)金屬粉末性能略差于國外。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)階段國內(nèi)金屬粉末性能略差于國外的主要原因。中游：3D打印主流技術(shù)對比目前主流使用的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)行對比分析。下游：對內(nèi)面向工業(yè)級，對外面向消費(fèi)級工業(yè)級（占比65-70%）：航空航天是中國3D打印市場應(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3D打印需求彈性相對較小、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（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。國內(nèi)應(yīng)用占比較低，80-90%的桌面消費(fèi)級3D打印機(jī)出口海外，主要原因是消費(fèi)級（非金屬為主）國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈成熟、技術(shù)簡單且原材料成熟度高，整體設(shè)備售價(jià)低于國外。未來消費(fèi)級將仍以出口桌面用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。市場：長坡厚雪，蓄勢待發(fā)全球3D打印行業(yè)蓬勃發(fā)展，預(yù)計(jì)2030年達(dá)850億美元根據(jù)Wohlers數(shù)據(jù)，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+19.50%，其中增材制造相關(guān)產(chǎn)品（包括增材制造設(shè)備銷售及升級、增材制造原材料、專用軟件、激光器等）產(chǎn)值為62.29億美元，同比+17.50%，其中設(shè)備銷售收入31.74億美元；增材制造相關(guān)服務(wù)（包括增材制造零部件打印、增材制造設(shè)備維護(hù)、技術(shù)服務(wù)及人員培訓(xùn)、增材制造相關(guān)咨詢服務(wù)等）產(chǎn)值為90.15億美元，同比+20.90%。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，2025年全球增材制造收入規(guī)模將達(dá)到298億美元，2021-2025年CAGR為18.24%；2030年增材制造收入規(guī)模將達(dá)到853億美元，2025-2030年CAGR為23.41%。國內(nèi)行業(yè)進(jìn)入穩(wěn)增長賽道，預(yù)計(jì)26年市場規(guī)模超千億元2022年國內(nèi)3D打印市場規(guī)模達(dá)320億元，設(shè)備與打印服務(wù)為主要細(xì)分領(lǐng)域：當(dāng)前國內(nèi)3D打印行業(yè)政策分為支持類和規(guī)范類，鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)入行業(yè)的同時(shí)也抬高了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2017-2022年市場規(guī)模穩(wěn)步爬坡上揚(yáng)，期間CAGR為26.7%；億渡數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)26年國內(nèi)3D打印行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)1101.9億元，22-26年CAGR為36.22%，仍將保持高速增長趨勢。行業(yè)規(guī)模全球占比17%，仍處成長上升期：2021年全球增材制造市場規(guī)模達(dá)到152.44億美元，中國占比約為17%；當(dāng)前全球3D打印頭部企業(yè)主要集中在美國，我國3D打印行業(yè)仍處于成長早期，多項(xiàng)專利通過申請但未投入具體應(yīng)用，核心技術(shù)與尖端人才是制約我國當(dāng)前3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。國內(nèi)正處發(fā)展上升期，競爭態(tài)勢尚且相對溫和憑借我國相關(guān)政策驅(qū)動(dòng)，以及政策指引下企業(yè)端、研發(fā)端、資本端等齊力發(fā)展，推動(dòng)3D打印行業(yè)迎熱潮大發(fā)展。2021年國內(nèi)以增材制造為主營業(yè)務(wù)的上市公司已有22家，實(shí)力較為雄厚的有鉑力特、先臨三維、華曙高科等。我國3D打印區(qū)域特點(diǎn)為：京津冀全國領(lǐng)先，長三角地區(qū)憑借良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢、區(qū)位條件基礎(chǔ)，已初步形成全3D打印產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展形式；而華中部地區(qū)以研發(fā)為主，以陜西、湖北為核心建立產(chǎn)業(yè)培育重地；珠三角地區(qū)則為3D打印應(yīng)用服務(wù)的高地，主要分布在廣州、深圳等地。材料：需求高增，國內(nèi)市場規(guī)?；?qū)⑼黄?00億元根據(jù)WohlersAssociates,Inc.統(tǒng)計(jì)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，CAGR≈22.54%。根據(jù)ReportsandData報(bào)告，2022年全球增材制造材料市場規(guī)模已達(dá)到30億美元，預(yù)計(jì)2032年全球市場規(guī)模將達(dá)到240億美元，期間CAGR≈23%。隨著3D打印材料行業(yè)持續(xù)增長，預(yù)計(jì)未來幾年產(chǎn)業(yè)增長動(dòng)力將由以3D打印設(shè)備為主向設(shè)備和材料雙驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變，3D打印材料需求量將較快增長。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計(jì)2028年中國3D打印材料行業(yè)規(guī)?；?qū)⑼黄?0