3D打印：從“減材”向“增材”，傳統(tǒng)制造工藝的革新

3D打印：又被稱為增材制造，是一種快速成型技術(shù)。3D打印是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運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)。 傳統(tǒng)工藝：采用的制造技術(shù)是減材制造，主要通過去除材料來生產(chǎn)出所需要的零部件。 3D打印相比傳統(tǒng)工藝具有：1）適用于制造復(fù)雜物體；2）節(jié)省材料、降低成本；3）縮短研發(fā)制造周期；4）輕量化、一體化 成型；5）滿足定制化需求等優(yōu)勢。

鈦合金3D打印引領(lǐng)革命，消費電子領(lǐng)域市場空間打開

榮耀、蘋果有望引入鈦合金3D打印技術(shù)，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)迭代。據(jù)界面新聞與證券日報，2023年7月，榮耀發(fā)布的折疊屏手機 Magic V2，第一次大規(guī)模使用鈦合金3D打印技術(shù)，該技術(shù)主要用于鉸鏈的軸蓋部分，這是3D金屬工藝結(jié)構(gòu)件首次在手機上大 規(guī)模使用。相比此前的不銹鋼和鋁合金材質(zhì)，鈦合金能夠更好地兼具堅固和輕薄的特點，從而降低手機的厚度和重量，并提高 強度。3D打印首次大規(guī)模在消費電子中進行應(yīng)用，具有里程碑式的戰(zhàn)略意義，未來有望打開成長空間。

3D打印引入消費電子領(lǐng)域，有望改變傳統(tǒng)“多品種、小批量” 供應(yīng)格局

成本、速度及快速成型優(yōu)勢顯著，3D打印過去主要用于“多品種、小批量”產(chǎn)品供應(yīng)。3D打印能夠快速成型，可在多品種產(chǎn) 品生產(chǎn)中發(fā)揮優(yōu)勢。同時，在小批量情況下， 3D打印技術(shù)在成本、速度和靈活性等方面優(yōu)于傳統(tǒng)制造工藝。據(jù)遠鑄智能，以 生產(chǎn)500件FUNMAT PRO 410噴頭罩殼為例，采用傳統(tǒng)注塑開模方式生產(chǎn)單個噴頭罩殼的成本要比3D打印工藝高出55%。 3D打印技術(shù)引入消費電子領(lǐng)域，未來有望開啟大批量生產(chǎn)時代。3D打印首次在消費電子領(lǐng)域大規(guī)模使用，有望改變過去3D打 印“多品種、小批量”的供應(yīng)格局，在未來實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

技術(shù)進步、成本下降及效率提升是3D打印在消費電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn) 大規(guī)模應(yīng)用的前提

光學(xué)光熱類/電子電氣類/機械類/金屬粉末為3D打印設(shè)備主要成本。據(jù)華曙高科招股書，2022H1華曙高科直接材料占3D 打印設(shè)備及輔 機配件的80.4%，同時2022H1光學(xué)熱學(xué)類/電子電氣類/機械類/金屬粉末/耗材類/高分子原材料分別占原材料采購成本（剔除外協(xié)件） 的37.2%/18.8%/15.3%/ 6.6%/3.3%/1.9%。

3D打印材料、設(shè)備成本快速下降。據(jù)鉑力特公司公告，我國金屬3D打印粉末價格持續(xù)下降，鉑力特自制金屬3D打印粉末平均售價由 2020年的144.48萬元/噸下降至2022年的78.19萬元/噸，降幅達45.9%。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，我國激光器價格下降趨勢明顯，我國 3kW光纖激光器價格從2018年的40萬元/臺下降至2021年的10萬元/臺，降幅達75.0%。據(jù)中經(jīng)產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)， 我國激光振鏡平均價 格已由2017年的2225.71元/套下降至2021年的2139.43元/套。

應(yīng)用：航空航天、消費電子、汽 車、人形機器人、無人機/飛行 汽車領(lǐng)域未來前景可期

市場空間：預(yù)計2025年3D打印市場規(guī)模將達298億美元

2022年全球3D打印市場規(guī)模達180億元，預(yù)計2025年將達298億美元，2022-2025年CAGR為18.3%。據(jù)Wohlers Associates 《Wohlers Report 2023》、3D打印技術(shù)參考，全球增材制造市場規(guī)模由2017年的80.95億元增長至2022年的180億美元，同 比增長18.3%，2017-2022年CAGR為17.3%。據(jù)Wohlers預(yù)測，預(yù)計2025年增材制造收入規(guī)模將達298億美元，2022-2025年 CAGR為18.3%；預(yù)計2030年將達853億美元，2022-2030年CAGR為21.5%。

航天航空：目前3D打印技術(shù)主要用于發(fā)動機等航空航天器零部件

目前3D打印技術(shù)主要用于發(fā)動機等航空航天器零部件。目前航空航天領(lǐng)域正在不斷探索使用增材制造生產(chǎn)飛機零件，包括發(fā) 動機部件（如帶有內(nèi)部冷卻通道的渦輪葉片、燃料噴嘴和壓縮機及集成管道系統(tǒng)），以及各種鉸鏈、支架、內(nèi)部組件、輕量化 機身等。對于發(fā)動機而言，飛機和航天器火箭發(fā)動機中的靜態(tài)和旋轉(zhuǎn)部件都受到極端性能要求和惡劣環(huán)境的影響，例如高溫、 高壓、腐蝕等，這些性能通常要求壓縮機葉片、渦輪葉片、導(dǎo)流器和葉輪等零部件具備高度復(fù)雜的形狀并由特殊材料制造，因 此使用3D打印技術(shù)可以顯著提高航空航天器的性能。

例如，通用電氣波音新型777X客機的新GE9X發(fā)動機在7個多部件組件中擁有304個3D打印零件，其中228個低壓渦輪葉片采用 EBM工藝和TiAl合金制造，其重量為航空用傳統(tǒng)鎳基合金渦輪葉片的50%，這使得GE9X比前身GE90發(fā)動機油耗降低了10%。

消費電子：鈦合金引領(lǐng)消費電子變革， 3D打印市場空間有望打開

榮耀、蘋果有望引入鈦合金3D打印技術(shù)，引領(lǐng)消費電子領(lǐng)域變革。2023年7月，榮耀發(fā)布的折疊屏手機Magic V2，第一次大規(guī) 模使用鈦合金3D打印技術(shù)，該技術(shù)主要用于鉸鏈的軸蓋部分，這是3D金屬工藝結(jié)構(gòu)件在手機上首次大規(guī)模使用。同時，蘋果 公司已累計獲得鈦合金材料相關(guān)專利8項，未來在iPhone 15上有可能將中框結(jié)構(gòu)件用鈦合金替換之前的鋁合金。此外，目前三 星、OPPO、vivo等公司都開始加速與供應(yīng)鏈溝通、測試，試圖在下一代產(chǎn)品中用上鈦合金技術(shù)。

未來隨著成本下降，3D打印消費電子市場空間有望打開。目前鈦合金軸蓋的材料成本30元左右，加工成本在200-300元之間。 未來隨著3D打印技術(shù)量產(chǎn)進一步規(guī)模化、良率進一步提高，有望帶來邊際成本下降。價格的進一步下跌，有望帶動3D打印在 消費電子應(yīng)用領(lǐng)域的擴張，打開市場空間。

汽車：未來3D打印有望貫通打通汽車生產(chǎn)全生命周期

目前3D打印主要應(yīng)用于原型與零部件生產(chǎn)領(lǐng)域。由于3D打印具有快速成型的特點，因此3D打印在汽車原型制作領(lǐng)域發(fā)揮著重 要作用。同時，由于3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品生產(chǎn)，以及輕量化、定制化生產(chǎn)，因此3D打印也被應(yīng)用于汽車零部件生產(chǎn)領(lǐng)域。 目前奔馳、寶馬、大眾、福特、本田等車企都在持續(xù)推進3D打印技術(shù)。由于3D打印在復(fù)雜及定制化產(chǎn)品生產(chǎn)方面具備優(yōu)勢， 因此未來3D打印有望在復(fù)雜構(gòu)造產(chǎn)品及定制化產(chǎn)品方面進一步打開市場空間。

未來3D打印有望打通汽車生產(chǎn)全生命周期。目前3D打印主要應(yīng)用于原型和零部件制造階段，且還未達到量產(chǎn)階段。隨著技術(shù) 進步、成本下降及車企認知度的提高，未來3D打印技術(shù)的應(yīng)用有望貫穿汽車行業(yè)全生命周期，進一步從研發(fā)走向生產(chǎn)。

無人機/飛行汽車：碳纖維3D打印有望成為未來的主流技術(shù)

碳纖維復(fù)合材料具有比強度高、比模量高的特性。碳纖維復(fù)合材料主是由碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷、橡膠等基體混合加工成 的碳纖維復(fù)合材料，具有比強度高（輕質(zhì)、高強度）、比模量高（單位密度的彈性模量高）等特性。

無人機/飛行汽車：碳纖維3D打印有望成為未來的主流技術(shù)。減重對于無人機/飛行汽車具有重要意義減輕，通過減重可以提高 飛行速度與時長。碳纖維因輕質(zhì)、高強、高模等特性而備受青睞。采用3D打印技術(shù)能夠減少碳纖維傳統(tǒng)生產(chǎn)的繁復(fù)工序，并 實現(xiàn)輕量化。我們認為未來隨著技術(shù)進步、成本下降，碳纖維3D打印有望成為無人機/飛行汽車的主流技術(shù)。

材料：金屬/高分子/陶瓷/復(fù)合材 料有望多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破

3D打印材料：主要包括金屬、高分子、陶瓷及復(fù)合材料等

3D打印材料主要包括金屬、高分子、陶瓷及復(fù)合材料等。據(jù)中商情報網(wǎng)《 2023年中國3D打印行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上中下游市場分析》 ， 我國3D打印市場中，鈦合金、鋁合金、不銹鋼分別占20.2%、10.0%、9.1%，合計占比39.3%，其余多為非金屬材料，包括尼龍、 PLA、ABS塑料、樹脂等。

金屬材料：金屬材料多樣化及材料組合為未來發(fā)展方向

金屬3D打印材質(zhì)要求嚴格，主要采用鈦合金/鈷鉻合金/不銹鋼/鋁合金等材料。 3D打印所使用的金屬粉末一般要求純凈度高、 球形度好、粒徑分布窄、氧含量低，因此能夠應(yīng)用于3D打印的金屬材料品種較少。目前，應(yīng)用于3D打印的金屬粉末材料主要 有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等。

3D打印適用于難熔、難加工及價格高的材料。首先，3D打印具有節(jié)省材料的特性，適用于加工價格昂貴的材料，從而降低成 本。其次，采用傳統(tǒng)工藝加工高溫難熔、難加工金屬，工藝繁復(fù)、成本高昂，而3D打印能夠快速成型，適用于難加工材料制造。

金屬材料多樣化及材料組合為未來方向。其中，高熔點鎢、鎳合金有望成為未來3D打印的發(fā)展方向；鎂合金是質(zhì)量最輕的金屬 結(jié)構(gòu)材料，可用于制作復(fù)雜流道、拓撲等結(jié)構(gòu)，適用3D打印技術(shù)；近年來銅合金的應(yīng)用逐步增長；鈷鉻合金有望在齒科等領(lǐng)域 實現(xiàn)應(yīng)用；高熵合金指的是由五種或五種以上金屬形成的新型合金，具有優(yōu)異的力學(xué)、耐熱性、耐蝕性等性能，受到廣泛重視。

陶瓷材料：碳化硅陶瓷有望成為陶瓷3D打印突破領(lǐng)域

成形缺陷多、質(zhì)量差，陶瓷3D打印工業(yè)化進程受限。陶瓷3D打印技術(shù)具有材料利用率高、生產(chǎn)周期短、成型精度高、表面質(zhì) 量好等優(yōu)點，可實現(xiàn)形狀復(fù)雜的單件、小批量陶瓷零件的定制化生產(chǎn)，然而陶瓷3D打印存在成形缺陷過多、質(zhì)量差的問題，尤 其是裂紋缺陷嚴重問題將影響陶瓷件的力學(xué)性能，因此，目前3D打印在陶瓷領(lǐng)域應(yīng)用較少。

碳化硅陶瓷有望成為陶瓷3D打印突破領(lǐng)域。碳化硅陶瓷是一種具有高強度、高硬度、高熱導(dǎo)率、高化學(xué)穩(wěn)定性等性能，其高溫 強度可一直維持到1600℃，是陶瓷材料中高溫強度最高的材料，被廣泛應(yīng)用于航空航天、微電子、汽車工業(yè)、核工業(yè)等領(lǐng)域。 傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)工序復(fù)雜、成本高、模具設(shè)計制作周期長，同時碳化硅陶瓷材料具有極高的硬度和脆性，加工難度高，而3D打印 技術(shù)能較好地解決復(fù)雜形狀難成型、難加工，制作周期長、成本高的問題，未來有望打開碳化硅陶瓷市場空間。

復(fù)合材料：未來隨著成本下降，碳纖維有望從軍用走向民用市場

碳纖維復(fù)合材料具有比強度、比模量高的特性。碳纖維復(fù)合材料主是由碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷、橡膠等基體混合加工成的 碳纖維復(fù)合材料，相比單一碳纖維具有比強度高（輕質(zhì)、高強度）、比模量高（單位密度的彈性模量高）等特性。據(jù)國際金屬 加工網(wǎng)，碳纖維復(fù)合材料強度比鋼鐵高10倍，比鋁高8倍，但重量僅為鋼鐵、鋁的一小部分。采用3D打印加工碳纖維具有生產(chǎn) 周期短、降低成本、可定制化等優(yōu)勢。

未來隨著成本下降，碳纖維3D打印有望從軍用走向民用市場。目前碳纖維原料、加工成本較高，據(jù)普向環(huán)保，碳纖維價格為鋼 材的4-5倍，目前主要應(yīng)用于低價格敏感度的航空航天、軍工、汽車等領(lǐng)域。據(jù)3D科學(xué)谷，飛機領(lǐng)域空客的A350 XWB包含了52% 的碳纖維增強（CFRP）部件，波音787 Dreamliner包含了50%的碳纖維增強（CFRP）部件；汽車領(lǐng)域的寶馬BMW i3也大量使用碳 纖維增強部件。我們認為未來隨著成本下降，碳纖維有望逐步從軍用走向民用市場，進一步打開市場空間。

審核編輯：劉清