增材制造基本原理、产业链、市场空间及应用场景分析

3D 打印（增材制造），是传统加工制造技术的重要补充。

增材制造（Additive Manufacturing；AM）又称“3D 打印”，是先进制造业的重 要组成部分。3D打印基于三维模型数据，采用与传统减材制造技术（对原材料去除、 切削、组装的加工模式）完全相反的逐层叠加材料的方式，直接制造与相应数字模 型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。其基本原理为，以计算机三维设计模 型为蓝本，通过软件分层离散和数控成形系统，将三维实体变为若干个二维平面， 利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末、树脂等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠 加成形，制造出实体产品。增材制造将复杂的零部件结构离散为简单的二维平面加 工，解决同类型零部件难以加工难题。从原材料来看，增材技术大体可分为金属、非 金属和生物增材制造技术。根据增材制造技术的成形原理，可以分成七种基本的增 材制造工艺。

增材制造经过近40年的发展，已经形成了一条完整的产业链。上游涵盖三维扫描设 备、三维软件、增材制造原材料类及3D打印设备零部件制造等企业，3D建模工具包 括3D建模软件、3D建模扫描仪和3D模型数据平台。与此相对应，聚集在产业链上游 的企业包括三维软件开发商以及耗材生产商等。中游以3D打印设备生产厂商为主， 大多亦提供打印服务业务及原材料供应，3D打印的核心专利大多被设备厂商掌握， 下游行业应用已覆盖航天航空、汽车工业、船舶制造、能源动力、轨道交通、电子工 业、模具制造、医疗健康、文化创意、建筑等各领域。

增材制造设备是牵动增材制造行业发展的关键之一，中游设备厂商在产业链中占主 导地位。3D打印产业链中游参与主体包括增材制造设备制造商、增材制造服务提供 商、各类代理商等。增材制造设备制造商研发、生产 3D 打印设备供下游用户使用， 并根据下游用户反馈不断进行技术的创新与更新迭代，并同步向上游传递创新与市 场需求，不断推动着整个产业链的水平提升。近年来随着国外桌面级打印机相关专利保护到期，技术壁垒下降，国内桌面级打印机厂家数量急剧增长。与桌面级打印 机市场相比，工业级打印机技术壁垒高，资本投入大，随着当前工业级增材制造产 业受到国家政策大力支持，整个市场目前已呈现快速增长形势。3D打印的核心专利 大多被设备厂商掌握，因此在整个产业链中占据主导地位，随着3D 打印行业整合加 剧，设备厂商通过并购 3D打印软件公司、材料公司、服务提供商等转变为综合方案 提供商，加强了对产业链的整体掌控能力。

全球增材制造产业进入加速成长期，增材制造市场快速增长。近五年增材制造行业 在全球范围内整体呈现增长态势。根据铂力特2022年度向特定对象发行股票证券募 集说明书援引Wohlers Associates, Inc.统计数据显示，2020 年受疫情影响，全球增 材制造产值127.58亿美元（其中产品收入53.03亿美元，3D打印服务市场规模74.54 亿美元），同比2019年增长7.51%，受疫情影响增速有所放缓。《Wohlers Report 2022》报告显示，2021年全球增材制造市场规模达到152.44亿美元，同比增长19.5%， 2017-2021年的年复合增长率为20.06%。其中，其中增材制造相关产品（包括增材 制造设备销售及升级、增材制造原材料、专用软件、激光器等）收入为62.29亿美元， 同比增长17.5%，服务（包括增材制造零部件打印、增材制造设备维护、技术服务及 人员培训、增材制造相关咨询服务等）收入为90.15亿美元，同比增长20.9%。报告 中预测，到2025年增材制造收入规模较2021年将增长近2倍，达到298亿美元，到 2031年增材制造收入规模将增长至853亿美元。

中国增材制造产业竞争力日趋提高。近年来，全球增材制造产业已基本形成了美、 欧等发达国家和地区主导，亚洲国家和地区后起追赶的发展态势。随着我国增材制 造技术的不断成熟，产业总收入持续增加，优势企业发展壮大。据中国增材制造产 业联盟估算，2021年我国增材制造企业营收约为265亿元，近四年平均增长率约为30%，较全球年均复合增长率高出约10个百分点。据中国增材制造产业联盟对50家 规上企业的经营数据调研统计显示，2021年，50家规上企业总营收达91.21亿元，比 2020年的65.54亿元增加近30亿元，同比增长39.2%。我国增材制造产业在国际上已 进入第一梯队。根据铂力特2022年度向特定对象发行股票证券募集说明书援引 《Wohlers Report 2022》显示，2021年中国增材制造设备装机数量占全球10.6%， 位列第二。

金属增材制造领域发展迅、空间广阔。设备端，根据铂力特2022年度向特定对象发 行股票证券募集说明书援引《Wohlers Report 2022》显示，过去十年，全球金属增 材制造设备销售量实现了超过十倍增长，2021年度全球金属增材制造装备的销售量 约为2397台，比2020年度增长了近10.7%，销售额达12.34亿美元，均价51.48万美 元，同比上升2.59%。材料端，随着金属3D打印零件生产量的增加，市场上金属粉 末材料种类偏少、专用化程度不够、供给不足的弊端也日益显现，其潜在的缺乏高 品质、无缺陷的金属粉末问题也开始显现。2021年度，金属增材制造原材料销售金 额达到4.74亿美元，较2020年增长23.5%，金属增材制造专用材料的研发日趋活跃。

随着材料的多样化和增材制造设备的发展，增材制造技术广泛应用于各行各业的产 品开发。根据铂力特2022年度向特定对象发行股票证券募集说明书援引《Wohlers Report 2022》报告显示，2021年增材制造主要应用于航空航天、医疗、汽车、消费 /电子产品等领域，在2021年全球增材制造服务规模中，航空航天占比最大，为16.8%， 医疗、汽车占比紧随其后，分别为15.6%和14.6%。航空航天企业的价格低敏感度和 对复杂精密、大型构件制造的高要求，使得增材制造技术在航空航天领域率先得到 验证和应用。

金属3D打印在我国火箭大尺寸构件中得到部分应用。据AM Reference《火箭院|3D 打印用于我国两型火箭大尺寸构件直接制造》一文，2022年12月我国成功发射的捷 龙三号火箭和长十一火箭均由火箭院抓总研制，其中多种构件采用3D打印技术制造， 捷龙三号火箭的卫星支架和过渡段产品的成形应用电弧熔丝增材制造技术，长十一 火箭卫星支架的端框和支撑杆的成形应用电弧熔丝增材制造技术和激光选区熔化增 材制造技术。据中国科学报，美国航空航天初创公司“相对论空间”计划于佛罗里达 州卡纳维拉尔角发射3D打印制造的火箭——Terran1号。Terran1号高约35米，是业 内最小的轨道火箭之一。按质量计算，该火箭的85%是3D打印的。

3D打印在卫星领域的应用不断深化。2019年8月17日，捷龙一号遥一火箭将“千乘 一号01星”卫星送入预定轨道，铂力特官网显示，截至2019年8月23日，该卫星是国 际尺寸最大的增材制造整星结构，传统小卫星结构承载比20%左右，整星频率一般 为70Hz，千乘一号01星结构承载比15%，整星频率达到110Hz。同时，该卫星部分 轻量化零件由铂力特品牌设备BLT-S600打印制造。据2022年3月波音公司官网新闻， 波音公司推出了新的高通量小型卫星生产、集成和测试设施，期望通过增材制造加 快生产周期并提升产品性能。

采用金属增材制造技术制造新型导弹战斗部壳体，可以减少壳体重量，提高战斗部 装药量，同时大大提升侵彻战斗部钻地深度和导弹毁伤能力。北京煜鼎增材制造研 究院有限公司发明专利《一种导弹战斗部壳体及其增材制造方法》，创新性地提出 了梯度材料外部壳体部+内部薄壁支撑部的新型战斗部壳体结构，一方面整体结构与 传统侵彻战斗部类似，但是其外壁厚度降低，内部空间变大，另一方面内部增加了 薄壁支撑部结构，能够提升钻地深度，提升装药量。因此，该发明能够在保证强度的 前提下，进一步减少壳体重量，提高战斗部装药量，同时内部支撑结构部分在战斗 部爆炸时将产生大量破片，能够大大提升侵彻战斗部钻地深度和导弹毁伤能力。

金属3D打印逐渐在汽车等场景实现批量应用。增材制造使汽车领域的开发、设计、 制造过程，实现更安全的轻量化设计、更低成本、更短的研发周期。宝马、戴姆勒、 通用、大众等众多知名车企已将增材制造技术应用于汽车零部件的量产，减少部件 重量、增强承重能力，提高零部件性能。根据铂力特2022年度向特定对象发行股票 证券募集说明书援引《Wohlers Report 2022》显示，汽车领域对增材制造技术的应 用稳定增长，近三年复合增长率为6.94%。随着制造业产品的设计制造方式从“设计 -制造-测试”过渡到“建模-分析-制造”的模式，金属3D打印在医疗、汽车等一般制 造业的渗透率将大幅增长，使用率也将得到进一步提升。

从整个材料加工领域来看，金属3D打印领域有望迎来持续性的发展。据铂力特《向 特定对象发行股票申请文件的审核问询函》，从整个材料加工领域来看，目前锻造、 铸造等传统制造市场已有超过千亿元市场规模，金属3D打印作为其有效补充预计可 实现其中20%~30%的技术替代。同时伴随航空航天领域对技术发展的不断追求、人 类探索星际空间的永恒理想和资源发掘的需求、国防力量建设的迫切性及民用领域 蕴含的巨大潜力，可以预测在未来数十年的时间内，整个金属3D打印领域还将会迎 来持续性的发展，具有广阔的市场空间。