增材制造各领域需求情况如何？

根据Wohlers Report 2022报告显示，2021年增材制造主要应用于航空航 天、汽车、消费与电子品、医疗/牙科、学术科研等领域。

1.航空航天

根据Wohlers Report 2022的统计,2021年全球航空航天需求占比16.8%,根 据AMpower预测，航空航天领域使用增材制造技术制造的最终产品而非模具的比例 将大大提高。站在目前的时间点来看，航空航天领域的应用也印证了这一趋势，其应 用范围已经从零部件级（飞机、卫星、高超飞行器、载人飞船零部件打印）发展至整 机级（发动机、无人机、微/纳卫星整机打印）。

<1>增材制造实现卫星结构减重：2019年8月17日，千乘一号01星作为主星 搭载捷龙一号遥一火箭升空，卫星发射入轨圆满成功。千乘一号是目前国际上尺寸最 大的增材制造整星结构，使用轻量化的三维点阵结构完成设计，通过铝合金增材制造 技术一体化制备，整星历时14个月完成研制，重量65公斤。与传统卫星相比，传统 卫星结构承载比20%左右，整星频率70Hz,千乘一号01星结构承载比15%,整星 频率110Hz。该卫星采用铂力特的BLT-S600设备打印，内部采用点阵化结构，零件最小特征仅0.5mm，由于整体轮廓尺寸较大，因此整星内有超过100万个点阵结构 特征。通过宏细观一体化优化方法设计的千乘一号考虑了整体工艺约束和整星装配约 束，实现了点阵材料细观构型和连接结构的创新设计。目前该设计方法已经用于卫星 整星结构、相变储能热控结构与有效载荷支架结构，相较于传统的制造工艺，实现了 结构减重30-60%；

<2>国内外积极使用3D打印提升导弹性能：早在数年前，雷神公司已经用增材 制造技术制造出80%以上的导弹部件；ATK公司成功试验了3D打印的高超声速发动 机燃烧室；美国海军在2016年首次测试了采用3D打印的导弹部件。与此同时国内在 3D打印导弹部件的试验也同样不落后于美方。中国日报海外版发布了一篇题为《3D 打印加速中国导弹生产》的文章，文中介绍了航天科工集团利用3D打印技术加速巡 航导弹设计和生产的事例。三院的技术人员表示，采用传统的方法制造一个燃气方向 舵往往需要数十名技术人员和工人，花费一到两个月才能完成，涉及铸造和焊接等一 系列工序。而燃气方向舵用于改变发动机燃气流，用于改变导弹的侧向控制力，仅仅 是导弹上的一个小部件，而整个导弹中涉及许许多多的零部件，使用传统工艺步骤长、 生产时间长，同时考虑到多数导弹属于小批量生产，因此综合成本也不低；

<3>空间站与太空修复：随着我国的航天事业迈向深空，零部件的应急修复成为 了重要的课题，考虑到太空的失重环境以及其他星球表面不同的大气和重力环境，使 用特殊的材料可以实现在失重条件下微重力环境下的太空制造技术；

<4>火箭部件需要增材制造：近年来，随着星链计划的推出以及行业内对航天的 重视度提高，火箭发射将朝着高频次方向发展，因此加工的速度成为近年来商业航天 关注的重点。传统火箭制造由载荷、制导、推进和结构四个主要系统构成，多年来一 直依靠大型工厂、固定工具、复杂供应链以及大量成熟的产业工人，在2年或者更长 的时间内完成制造，而商业航天的公司囿于投资久期、发展历史、风险承担能力等因 素，不可能采用传统的火箭制造体系，而3D打印无库存、柔性生产、快速制造、性 能优异等优点完美的符合他们的诉求，在小批量的情况下，成本甚至较重新培育传统 供应链更少。因此3D打印几乎成为商业航天必选的技术路线；

<5>太空旅行将成为旅游业的重要环节：我们认为，航天产业的快速扩大必须依 靠太空旅游等新兴产业，尽管目前未来前景尚不明确，但随着深空技术的成熟，未来 太空旅游将成长为旅游业的重要一极。我们认为，太空旅行的发展与国际旅游业有相 似之处，1950年以后，随着世界经济的复苏以及人口的增长，旅行人次及旅行人口比 例持续提高，从1950年的1.0%上升至2018年的18.7%。

同时国际旅行的比例提高 与跨洋旅行的技术提升有关，1950年以后大型的邮轮、宽体客机技术的成熟拉低了整 体出行的成本。因此我们判断，随着深空推进技术的成熟以及大型载人工具的出现， 几十年后，太空旅行也将成为重要的旅行方式和目的地； 民航减重是直接效益：对于航空航天飞行器而言，减重是永恒的主题，增材制造 在点阵结构制造方面具有天然的优势，因此，目前已经在“锱铢必较”的国际民航客 机制造领域获得了实际的工程应用，如空客的商业飞机机舱隔板就是典型的代表，使 用点阵结构隔离乘客和乘务员区域，同时在紧急状态下还可以充当担架和安全座椅， 最终的成形部件由112个部件组装而成，相较于原先的蜂窝复合材料隔板减重45% （30kg），每年可以为空客节省46.5万吨二氧化碳排放量，并有望批量运用于A320 客机上；

2.骨科医疗

根据Evaluate Medtec,2017年全球骨科器械市场规模为365亿美元，全球医 疗器械市场规模为4050亿美元，骨科器械占比9.01%。根据World Preview预测， 到2024年全球骨科市场规模将增长至471亿美元。2018年我国的骨科植入物市场销 售规模约为262亿元，同比增速16.4%，2010-2018年复合增速为17.5%。随着我国 进入老龄化社会，人均GDP的提高以及人们对于高水平生活需求的提高，国内骨科 植入物的市场有望维持15%以上的增速； 3D打印定制化方案为医疗带来更多可能：3D打印可以为医疗行业带来全定制 化的个性解决方案，并能在最短的时间进行加工制造。骨科植入物是理想的应用领域， 传统的金属加工方法需要首先制造出模具，对于只需要少量的植入物来说，生产成本 过于昂贵，因此大部分患者倾向于选择标准化的植入物，因此术后愈合和适配度并不 高。而使用增材制造技术，不仅解决了小批量定制化成本高的问题，同时缩短了制造 时间，也可以制造出更多轻量化、结构复杂的植入物，为患者预后带去更多方便。

3.模具

模具是万业之母，主要应用于电子、汽车、电机、电气、仪器、家电和通讯领域， 其中，根据中国工业模具协会的数据，2020年汽车模具需求量34%、电子行业需求占 比28%、IT需求占比12%、家电需求占比9%，自动化需求占比4%，半导体需求占 比4%，其他行业需求占比9%。目前中、日、德、韩、意为主要的注塑模具和冲压模 具生产国，其中中国值最大。根据国家统计局数据显示，我国模具行业工业产值已 从2010年的1367.3亿元上升至2020年的3043亿元。 模具行业中使用增材制造的下游客户种类包括汽车、鞋等众多行业： 轮胎模具：采用3D打印技术设计的轮胎基模形状多样，与传统工艺相比减少了 基模生产步骤、提升精度、缩短了生产时间，3D打印可以解决复杂、异形轮胎基膜在 加工时出现的难题，更为轮胎基膜形状的多样性提供了更自由的设计空间。目前米其 林已经感受到增材制造的潜力，通过3D打印技术制造的雕塑系列轮胎Michelin Cross Climate+已经得到安全认证，这使得米其林的轮胎在市场更具竞争力；

4.热交换器

散热器和换热器对设备的稳定运行起到重要作用，而增材制造技术为热交换器 的制造提供了更加紧凑、高效、模块化以及多元化的解决方案，尤其是对于异形件、 薄壁件、一体化件、点阵结构等复杂件的加工，3D打印技术拥有传统工艺不具备的 优势：

一体化结构：3D打印技术可以将几个零部件以整体的方式制造出来，这种高 效的设计方案使得热交换器不容易发生泄露，而且能够更好的处理高压应用， 而使用传统工艺制造的热交换器最大的风险之一就是泄露风险；薄壁结构：3D打印可以实现热交换器200微米的厚度，从而使得热交换过 程更加高效，而且即使这些薄壁结构很薄，但是仍然可以承受高温高压，同 时薄壁件对于材料的节省也是巨大的，尤其是较为昂贵的材料； 更换零部件：在热交换器的使用寿命中，腐蚀是不可忽视的重要问题，使用 增材制造技术可以对存在潜在风险的零部件进行更换，由于增材制造无需开 模，因此在修复及更换场景下就显得更加合适；

复杂设计：与传统加工方式不同，3D打印自由设计的理念可以用来制造各种 异形管道或者形状各异的翅片，不再需要钎焊来构建微通道板，这种几何自 由度可以使得3D打印的结构设计更容易，内部复杂度提升一个数量级； 定制化：由于热交换器是定制化，但是他们的定制化程度始终受到目前制造 技术的限制，3D打印突破了这些限制，使得目前的设计和制造可以应用于任 何应用的热交换器上；

轻量化：3D打印的交换器相较于传统工艺制作的交换器更轻更高效，在某县 案例中，3D打印生产的热交换器相较于之前轻约20%，效率高约20%。 热交换器市场前景广阔：随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的各项问题和 矛盾日益突出，在寻找新能源的同时，人们也在寻找节能的方式。使用更高效的热交 换技术可以很有效的提高能量的转化效率。2019年我国的热交换器市场规模约为 1168亿元，2020年我国热交换器市场规模为1296亿元左右。 薄壁热交换器：3DMedlab使用EOS设备制造的薄壁热交换器翅片厚度达到 0.2mm,弯管厚度达0.5mm,整体尺寸为100*120*25mm。

通过达索的Solidworks 以及西门子的PLM软件进行仿真优化，热交换器的结构进一步得到了优化，经过重 新设计的新型热交换器不仅实现了轻量化，还避免了焊接带来的泄露风险； 多材料热交换器：德马吉森精机通过混合增材制造设备将铜与不锈钢粉末结合打 印出一体化的热交换器部件，将需要热交换效率高的部分用铜金属制造，从而在提高 热交换效率的同时节约了成本。此外，德马吉森使用SLM技术制造散热结构，然后用 另一台设备进行内部蜂窝结构的加工，使得整个零部件兼具了复杂的结构和较低的成 本，一体化成型的结构也避免了焊接的需求，提高了加工效率。