3D打印行业证券研究报告：长坡厚雪，方兴未艾

元宇宙app下载 2023年08月09日 09:26 62 Connor

引子：技术革新，方兴未艾

3D打印——从“减材”到“增材”, 传统技术的升级革新

3D打印又称增材制造，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。区别于传统减材制造，3D打印通过对模型数字化立体扫描、分层处理，借助于类似打印机的数字化制造设备，将材料不断叠加形成所需的实体模型。3D打印在中小批量生产成本控制、个性化生产、生产可预测性和材料利用率等方面与传统技术相比都具有明显优势。 3D打印在不同行业减少多类型成本。航空航天燃烧室：3D 打印降低费用成本50%；义齿金属内冠：3D打印降低人工成本70%；压缩磨具：3D打印降低时间成本50%。

3D打印工作流程

3D打印操作流程通常分三步。前期软件的建模至关重要，需要精通软件建模技术、材料等多学科人才参与把关。模型搭建对产品是否符合所需标准起到决定性作用。而打印设备则主要负责产品的产出成型，技术和材料两者互相搭配制成综合性能好的实物。

3D打印工艺——多技术路线共存，PBF为工业领域主流技术

3D打印技术从诞生至今近40年，目前处于多技术路线共存的状态。根据中华人民共和国国家标准《增材制造术语》（GB/T35351-2017），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。 PBF为工业领域主流技术：增材制造的终端零件性能高度依赖于其制备的设备类型和工艺参数，PBF工艺因其特定的加工方式而使得零件具备良好的力学性能和尺寸精度，成为工业应用领域中主流的增材制造技术。其中，以激光作为能量源的SLM/SLS工艺因稳定性和技术成熟度较高，在直接制造终端零件的应用场景中具备较突出的价值和优势。

3D打印发展历程——起源于美国，当前国内行业仍处成长期

3D打印技术技术起源于美国，并于21世纪开始日益成熟，其应用范围由模型和原型制造进入产品快速制造阶段，在航空航天等高端制造领域得到规模应用。国内3D打印技术与国外仍有较大差距，当前国内行业整体处于成长期。

2D打印 VS 3D打印

2D打印机商业模式较为单一，打印机厂商主要依靠耗材盈利。3D打印可能的商业模式存在于五个层面——制造端（3D 打印机制造）、材料端、模具端、零售端、样品端（研发）。与2D打印的B2C相比，3D打印目前集中于B2B模式，同时也在进一步扩展B2C的定制化多样性消费市场。

3D打印——中国制造业升级发展的核心助推力

3D打印是对传统制造业的补充和增强，借助3D打印技术，企业在产品设计研发，生产复杂产品和开展定制化等方面均可有所提升。3D打印有利于企业创新，进而推动我国制造产业逐步升级。

政策出台速度快、支持力度大，助力转型“中国智造”

目前政策重点主要集中在3D打印材料、技术提升与标准建设方面。2015年，我国3D打印产业在“中国智造”引导下迎来高速发展契机，《中国制造2025》等一系列政策描绘了增材制造行业的发展路径。2016年国务院印发的《“十三五” 国家战略性新兴产业发展规划》标志着产业化的落地。中国3D打印发展以来，行业扶持政策发力迅速。从整体战略，应用领域、关键技术再到企业标准，政策指导不断细化，促进行业发展。

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产业链

3D打印产业链

3D打印产业链的上游为原材料、核心硬件和辅助运行系统的供应商。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，在整个产业链中占据主导地位。下游主要为3D打印服务对象，3D打印主要应用于航空航天、汽车工业等领域，以工业级应用为主。

上游：软件技术——九层之台，起于累土

无论是在3D数据模型获取、3D数据模型处理还是3D打印机的控制等过程中，都离不开3D软件技术。软件系统集合扫描切片、制造与故障诊断、温场控制、远程监测、数字化扫描控制、数据反馈与集成控制等功能于一体，为成品的精细化满足需求提供保障；提高数据准备效率、优化打印质量、增强产品精细化。 CAD仍是目前主流软件技术。现3D打印软件供应商呈现综合发展态势，在不断提升核心CAD软件技术性能的同时，开发更多集CAD、CAE、CAM等辅助软件于一体的综合软件。

上游：材料——3D打印最重要的物质基础

3D打印是通过设备逐层增加材料来制造三维产品，材料是3D打印最重要的物质基础。材料的发展在很大程度上决定了 3D打印能否得到更加广泛应用。现阶段我国3D打印仍旧以工程塑料、树脂和部分常见金属材料为主，且国内在3D打印原材料方面的生产企业较少，特别是金属材料方面，仍依赖进口。

上游：材料——金属材料、复合材料成为未来发展趋势

金属和复合材料凭借其比传统材料更优异的机械特性（刚性、抗冲击性、轻便性等）和其他力学性能，其中典型金属增材制造结构的力学性能趋于稳定甚至部分超过锻件性能，未来或将推动3D打印技术服务更多应用场景，有望实现真正的3D打印制造创新。

上游：材料——我国仍以非金属类型为主，材料研发迈向复合化

3D打印有多种技术种类如SLS、SLA和FDM等，每种打印技术使用的材料各有不同，如SLM技术常用金属材料，而SLA通常用光敏树脂，FDM适应于工程塑料等。我国非金属材料仍占主要部分，与金属材料大致形成6：4的格局(截至2022年10月)；但同时我国对于材料技术的更新创造不断加速，2021年相关专利申请量达3079件，超过美国位列第一。从专利内容来看，各类复合材料、可降解材料以及更优性能的金属材料是我国研发的重点方向。现阶段国内金属粉末性能略差于国外。金属3D打印工艺中，金属粉末质量是影响最终打印部件结构及性能质量以及使用成熟度的关键因素之一。金属粉末质量越好，一致性越高，波动越小，粒径越小，其打印出的产品致密性、机械性能越好。专用粉末材料体系不完备、标准缺乏、工艺性验证不足等问题是造成现阶段国内金属粉末性能略差于国外的主要原因。

中游：3D打印主流技术对比

目前主流使用的3D打印技术可分为三大类：挤出成型技术、光聚合成型技术和烧结/粘结成型技术。 FDM凭借其易操作、材料利用率高以及FDM线材机械性能优异等优势广泛应用在制作成品原型或研发模型中。 PolyJet＞DLP＞SLA：光固化技术中SLA技术是最早出现的一种快速成形技术，凭借激光扫描及光固化原理更适用于制作精度要求高的物品，但以点为单位打印速度较慢；相比之下以数字微镜元件投影产品的DLP逐层打印速度更快，且精度高，DLP的综合表现略优于SLA技术；而光固化PolyJet技术与前两者对比，又凭借其可用多种材料混合多种色彩，满足更多样化的需求，更胜一筹。

在烧结/粘结成型技术中，SLM、SLS和EBM是主流的金属成型工艺，三者制件过程虽有一定的相似度，但也各有特点。首先SLS和SLM属于利用激光器将粉末进行逐层叠加，而EBM则利用高能电子束扫描熔融粉末逐层固化成形；SLS相比SLM需要另添加粘合剂材料，混合粉末后SLS打印的成品硬度和精度略差于SLM制品。而EBM利用电子束产生的热量和能量高于SLM，更适合制造高导热金属、高温合金、高熔点金属零件，但SLM利用激光打印的制品力学性能和制品强度仍略优于EBM制品。综合来看，烧结/粘结成型技术凭借金属材料和技术特点能保证制品的硬度、力学性能好等优点更多应用于工业制造、航空航天、汽车制造中。

至于成本端，计算3D打印成本不光要考虑前期设备成本，3D打印材料和人工成本都会显著影响单件成本，近年来3D打印的费用已大幅下降。我们以三大主流技术中的FDM、SLA、SLS进行对比分析。

下游：对内面向工业级，对外面向消费级

工业级（占比65-70%）：航空航天是中国3D打印市场应用的主要领域（截至2022年10月），因增材制造更适用于高精尖，对产品有轻量化、结构优质化和集成化要求产业；同时航空航天对3D打印需求弹性相对较小、功能敏感性高，是3D打印需求最落地、应用最旺盛的领域。

消费级（占比30-35%）：主要应用于教育科研、艺术模型制造、消费电子领域。国内应用占比较低，80-90%的桌面消费级3D打印机出口海外，主要原因是消费级（非金属为主）国内产业链成熟、技术简单且原材料成熟度高，整体设备售价低于国外。未来消费级将仍以出口桌面用3D打印机为主，部分企业会开发三维打印服务平台，服务于产品研发或原型件小批量制造。

报告出品方/作者：天风证券，李鲁靖、朱晔

报告内容节选如下：

资料下载方式：公众号《侠说》

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