3D打印下游应用情况如何？

以航空航天、医疗、汽车为代表的三大应用领域空间广阔。

1.航空航天领域应用发展方兴未艾

金属 3D 打印在航空航天&军工领域增长潜力较高。航空工业中应用的原材料多 为钛合金、铝锂合金、超高强度钢、高温合金等材料，普遍具有强度高、化学性质稳 定、不易成型加工等特点，传统工艺在加工这些金属时面临较高的技术壁垒。金属 3D 打印的快速发展为航天军工业带来新的发展思路，SLM、EBM 和 LENS 等金属 3D 打印 工艺广泛应用于航空航天领域，极大的促进了航空航天结构设计的灵活性，实现了由 “制造约束设计”向“功能引领设计”的根本转变。同时，由于航空航天领域价格敏 感度较低的特性，使得 3D 打印在领域率先发展。

多重优势助力金属 3D 打印在航空航天领域快速发展。金属 3D 打印在航空航天 领域应用中的优势涵盖四个方面：一是复杂结构设计得以实现，即可生产传统工艺较 难生产的复杂结构，又可通过复合材料使零件不同部位具备不同性能，在我国传统锻 造、铸造技术相对落后于欧美的背景下，这一优势重要性凸显，或可通过 3D 打印技 术实现高端制造业的“弯道超车”；二是缩短研发周期，无需制造生产模具，且节约 了研发过程中纠错、修改、优化的时间；三是优化零部件性能，通过中空夹层、一体 化结构、镂空点阵结构和异形拓扑优化结构，实现轻量化，减少应力集中的同时增加 使用寿命；四是可提高材料的利用率，降低制造成本。

欧美国家在航空航天领域中应用金属3D打印的案例相对较多。航空航天领域SLM 是最常选择的工艺类型。受益于发展历史久，技术相对成熟，欧美国家在 SLM 的设备 研发、软件开发、粉末原材料制备、工艺优化及质量监测等方面处于领先地位。当前 以美国为首的发达经济体应用案例相对较多，逐渐由研发试验转向规模化应用阶段。

我国应用案例主要来源于以铂力特为首的工业级金属 3D 打印龙头。铂力特招股 说明书中显示，公司 3D 打印零部件产品批量装机应用于国家重点型号工程的研制， 具体包括 7 个飞机型号、4 个无人机型号、7 个航空发动机型号、2 个火箭型号、3 个 卫星型号、5 个导弹型号等，在大飞机、先进战机、无人机、高推比航空发动机、新 型导弹的研发、生产环节中均有应用。最为代表性的应用案例包括国内参与 C919 大 飞机研发，国外参与空客 A350 飞机大型精密件的研发和制造。

我国金属 3D 打印未来发展潜力或将来源于需求扩容。一方面来自需求市场整体 增量，随 C919 国产大飞机取得型号合格证并投入商业运营，根据《中国商飞公司市 场预测年报（2021-2040）》，C919 的成功交付标志着未来有望开拓万亿级民航市场。 铂力特利用 LENS 技术生产 C919 钛合金翼缘条，证实了我国在 3D 打印方面的技术突 破和应用价值。未来 3D 打印在加工复杂金属结构件和机务维修方面都存在潜在应用 场景。另一方面则来自于制造业存量市场空间中，传统制造业向高端制造业转变带来 的需求。我国在传统制造业中的锻造、铸造等方面相对落后于欧美国家，相同质量的 零部件我国在生产方面可能面临更贵、更难制造的劣势，在同样是成本、需求驱动的 市场中，未来我国由传统制造业向 3D 打印领域过渡将更为顺滑，在国产替代背景下， 金属 3D 打印的应用有望助力国产替代进程提速。

2.国内医疗领域应用较为成熟

3D 打印技术适用于小批量、定制化的产品生产，完美契合生物医疗领域的需求， 由于人体的个体差异，每名患者使用的义齿、医疗植入物、手术导板等医疗器械不尽 相同，对个性化定制的需求较高，传统工艺无法通过批量生产达到降本增效，通过 3D 打印生产医疗领域用品成为当前新的解决方案。根据 Globe Newswire 发布的《2022 年全球 3D 打印医疗器械市场分析报告》，全球 3D 打印医疗领域市场预计将从 2021 年 的 22.9 亿美元增长到 2026 年的 44.9 亿美元。

3D 打印技术在医疗领域应用可分为四个阶段。第一阶段是打印模型模具，使用 无生物相容性材料，即不会直接与人体细胞接触或产生反应的材料，这一阶段上游可 选材料充分，多用于制造医疗模型、手术导板等；第二阶段是打印人体内置用品，使用具有生物相容性但非降解材料，上游选材以钛合金、钴铬合金等材料为主，多用于 制造骨科、齿科领域的人体植入物；第三阶段是打印人体组织，使用具有生物相容性、 可降解的材料，打印肌肉、软骨组织、皮肤等，在植入后缓慢降解并让位给人体自身 生长的活性组织；第四阶段是打印内脏器官，结合细胞、细胞外基质、蛋白等生长因 子打印可运行的人体器官，例如肝脏、心脏、血管等。目前 3D 打印广泛应用于第一 和第二阶段，常用于齿科、骨科和康复辅助器械等领域。

齿科：齿科 3D 打印是指通过数字化扫描与 3D 打印的结合，根据不同患者口腔内 三维数据定制化打印，实现精准医疗和精准种植，使常用齿科医疗用品在精密度方面 得到提升，牙冠边缘、内冠与牙体之间更具密合性，提高临床效果与患者舒适度。

齿科 3D 打印在工艺上通常选取非金属的 SLA 和 DLP 工艺，上游材料选用上光敏 聚合物占比接近 80%，其余原材料多为金属粉末，广泛应用于口腔正畸、口腔修复和 口腔种植环节，打印的医疗用品多为牙桥、牙冠和牙科模型。根据 SmarTech 的数据 显示，2021 年增材制造的牙科产品价值高达 35 亿美元，其中烤瓷牙冠应用市场价值 约为 7.97 亿美元，占比 22.6%。此外，3D 打印牙科领域的软件市场可观，2021 年软 件销售额近 1.5 亿美元。

骨科：3D 打印在制造多孔结构的骨科植入物方面具有优势，根据患者特点能够 高精度定制复杂结构的植入体，优化体内植入物的结构安全，增加植入物与患者的匹 配度，常见的关节、脊柱、颅颌面等植入物均可通过 3D 打印实现。骨科 3D 打印在工 艺和原材料的选择面上较广，常用的 SLM、EBM、SLS、SLA 和 DLP 工艺均可应用于骨 科植入物，材料可根据打印产品应用不同选取金属粉末、光敏树脂、塑料丝材、陶瓷 粉末等。

我国 3D 打印骨科植入物在部分三甲医院临床治疗中的应用已处于国际先进水平， 且使用历史较长。例如上海第九人民医院在 2014 年就已将金属 3D 打印个性化假体 应用于骨盆肿瘤切除与重建手术中，实现了个性化假体在形态、力学、生物学三方面 的适配。

康复辅助器械：3D 打印技术结合 3D 扫描、计算机诊断、生物力学等技术，可打 印定制式矫形器，具备取型方便、模型精度高、材料性能优异等特点，可对患者矫形 结果进行精确控制。常用领域包含矫正器具、辅助器具、假肢等，多数上肢矫形器、 下肢矫形器、仿生肌电手、小腿假肢、助听器外壳等康复器械可通过 3D 打印实现生 产。涉及的设备工艺主要为非金属打印中的 SLS 和 FDM，通常选取的上游材料为 ABS、 TPU、尼龙等塑料。

3.汽车领域潜在应用空间广阔

汽车行业是最早应用 3D 打印技术的领域之一，早在 20 世纪 90 年代，欧美整车 制造企业如福特、宝马、大众等，已将 3D 打印应用于汽车的研发和试制环节。车企 在应用 3D 打印技术上主要有三个发展方向，一是通过 3D 打印满足客户定制化需求， 进行个性化外观组件定制；二是通过 3D 打印快速生产，减少部分零部件备库压力； 三是应用于汽车轻量化领域，通过中空夹层、一体化结构、镂空点阵结构和异形拓扑 优化结构，结合钛合金、铝合金、碳纤维等轻质原材料，有效实现汽车降重。

全球角度来看，根据 3dpbm 发布的《汽车行业 3D 打印白皮书》，汽车零部件打印 市场空间较大，2020 年市场规模约为 26.8 亿美元，预计 2026 年市场规模将达到 129.7 亿美元，2030 年将超过 200 亿美元，其中 25%的市场份额是新能源车的零部件生产。当前 3D 打印已广泛应用于海外知名车企，通过观察具体案例，或有助于发掘我国汽 车行业潜在 3D 打印需求方向。

保时捷：保时捷基于 3D 打印的应用较为广泛，主要涉及三方面：一是提高可选 择性，保时捷为 718、911 等经典车型用户提供 3D 打印的座椅，可选择硬、中、软 三个硬度级别。通过 3D 打印的座椅更符合人体工程学，舒适度、重量、透气性等方 面均有所优化；二是满足复杂零备件的换件需求，零部件大量备库将为车厂带来库存 压力，根据需求临时生产替换部件周期又相对较长，通过3D打印可快速生产零部件， 3D 打印生产批量小、单品价值量高、生产周期短的特性完美契合高档车替换件的需 要；三是轻量化需求，保时捷通过 SLM 工艺生产铝合金材质的电驱外罩，使其重量 降低 10%的同时强度提升 20%。

奥迪：开设 3D 打印工厂，并与 SLM Solutions Group 合作生产原型和零配件。 通过 SLM 工艺生产复杂零部件，降低传统制造在复杂构件生产过程中高昂的成本， 同时增加设计自由度，可使组件同时实现多种功能。

大众：通过与惠普合作，使用 3DP 技术制造汽车零部件，相比传统钢板切割冲 压成型，3D 打印的应用使零部件重量降至传统制造工艺的 50%左右，并计划在新车 型 T-Roc 中大规模应用。此外，大众在零部件的辅助工具中，同样采用了 3D 打印技术，传统的车轮保护夹具采购价格为 800 欧元/个，工具的开发周期为 56 天，通过 3D打印技术生产，价格可降至21欧元/个，从设计到生产的总周期大幅缩短至10天。

国内角度来看，我国 3D 打印在汽车领域的商业化应用案例相对较少，或源于需 求端的缺失。选择采用 3D 打印技术的往往是中高端车企，通过 3D 打印实现汽车轻量 化，以追求卓越性能。此前国内整车企业在中高端车型市场的空缺压制了我国 3D 打 印在汽车领域的应用。随国产新能源车质量、性能和认可度不断提高，比亚迪、蔚来、 理想等车企不断进入中高端新能源车市场，叠加新能源车对于汽车轻量化的要求程度 普遍高于传统能源汽车，未来 3D 打印在我国汽车行业的应用将成为新的蓝海，市场 增量空间广阔。