发布日期：2021年12月31日

　　在智能制造发展的21世纪，3D打印（又称“增材制造”）作为一种新兴技术，正在加速改变着传统制造业的格局。3D打印不是对传统制造业的取代，而是一种重要的补充。自2015年以来，我国3D打印产业在“中国制造”引导下迎来高速发展契机，未来有望成为《中国制造2025》发展的一个支柱产业。目前，金属3D打印已经由导入期进入了快速成长期，航空航天和医疗器械将成为金属3D打印未来重点应用领域。

一、3D打印概况

1、3D打印概念

　　3D打印，是一种以数字模型文件为基础，将粉末或丝状的金属及非金属材料逐层打印成三维产品的一种生产过程。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。3D打印定制化产品展示如下图所示。

图片来源：铂力特官网

2、3D打印优势

　　（1）完成传统方法难以生产的复杂结构件的制造。对于部分复杂结构如点阵结构、蜂窝结构、复杂内道结构，传统制造工艺难以生产或成本极高，使用3D打印可以生产任何复杂结构的产品，实现设计由“面向制造的设计”向“面向性能的设计”转变。

　　（2）实现产品轻量化。3D打印主要通过以下三种方式实现产品轻量化：①可生产复杂结构产品，可以使用更少的材料达到同样的效果；②对于锻造强度的零部件，避免在原有的机加工环节浪费大量的原材料；③产品一体成型，减少不必要的连接装置如螺钉螺母。

　　（3）缩短产品生产周期。采用3D打印的方式生产大型结构件，相比锻造和机加工的方式，节约多工艺多企业逐步加工所耗费的时间，大大缩短产品的生产周期。

3、3D打印目前存在的不足

设备昂贵导致批量产品的生产成本较高，客户的接受度有待提高。对于批量生产的产品，由于现阶段3D打印的设备昂贵（相比每年可实现的产值），原材料价格高，且成本的规模递减效应弱，因此其生产成本高于传统制造方法。

二、3D打印产业链

来源：铂力特招股说明书

　　（1）3D打印产业链上游

　　3D打印产业链上游主要包括3D建模工具和原材料。其中，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。3D打印原材料主要包括金属3D打印材料、无机非金属3D打印材料、有机高分子3D打印材料以及生物3D打印材料等几类。不同原材料的3D打印应用领域如下表所示。

　　（2）3D打印产业链中游

　　3D打印设备是牵动3D打印行业发展的关键之一。3D打印设备可分为桌面级打印机和工业级打印机。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，新进企业增多，加大了国内桌面级3D打印市场的竞争程度。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，一直以来发展较为缓慢，但当前工业级3D打印产业受到国家政策大力支持，整个市场目前已开始呈现快速增长形势。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，这些设备生产厂商大多亦提供打印服务业务。近年来，3D 打印行业整合加剧，通过并购3D打印软件公司、材料公司、服务提供商等，设备生产企业转变为综合方案提供商，加强了对产业链的整体掌控能力。

　　（3）3D打印产业链下游

　　3D打印技术在下游行业的应用方式主要分为直接制造、设计验证和原型制造。直接制造是指根据三维模型，直接用3D打印技术生产最终产品，具有产品定制性强与产品精度硬度高的特点，是未来3D打印技术的主要发展趋势。与传统制造相比，采用3D打印技术进行设计验证及原型制造，可节约时间与经济成本。此外，3D打印在维修领域也具有市场，使用3D打印技术不仅能简化维修程序，还可实现传统工艺无法实现的高还原度与制造材料原型匹配的功能。

三、3D打印市场规模

　　1、全球3D打印产值处于快速增长期

　　经过30多年发展，全球3D打印产业正从起步期迈入成长期，呈现出快速增长的态势。自2013年至2020年，全球3D打印产值增长近4.2倍，到2020 年达到126亿美元。预计2020-2026年间将保持20%的年均复合增长率，到2026年有望达到372亿美元。预计未来十年，全球3D打印产业仍将处于快速增长期，发展潜力巨大。

数据来源：未来智库

　　2、中国3D打印产值进入高速增长期

　　中国3D打印行业相对欧美国家起步较晚，在经历了初期产业链分离、原材料不成熟、技术标准不统一与不完善及成本昂贵等问题后，当前中国3D打印已日趋成熟，市场呈现高速增长趋势。

　　根据中商产业研究院数据显示，2016-2020年我国3D打印市场规模由53.8亿元快速增长至203亿元。中商产业研究院预测，2021年我国3D打印市场规模可达251.3亿元。

数据来源：中商产业研究院

　　从产业细分结构来看，根据赛迪顾问（CCID）公布的数据显示，我国的3D打印设备市场规模最大，2020年产值达到92.54亿元，这主要是因为设备单价高导致。由于许多工业零部件存在唯一适配性，许多公司为客户提供定制化服务，目前规模第二大的是3D打印服务市场，2020年的产值为64.46亿元。由于我国对3D打印材料研发水平较为局限，加上3D打印材料整体单价相对较低，因此目前规模最小、增速最慢，在2020年总产值为50.59亿元。

资料来源：未来智库

四、金属3D打印

　　1、金属3D打印是未来3D打印产业的龙头

　　2015年以前，金属3D打印机每年销量不足800台。自2016年以来，金属3D打印机每年的销售量已经超过1700台。金属3D打印行业已经由导入期步入成长期，迎来快速增长阶段。

　　根据德勤发布的《2019科技、传媒和电信行业预测》报告显示，全球3D打印市场正从塑料打印转向金属打印。塑料适合用于制作原型和某些最终零件，但3D打印机应以价值万亿美元的金属零件制造市场为目标。2017至2018年间，根据调查显示，尽管塑料仍然是最常见的物料，但金属打印将有可能取代塑料打印，且最快于2020年或2021年占据过半3D打印市场。

　　2、金属3D打印技术路线

　　金属3D打印主要技术路线如下表所示。金属3D打印的热源主要有激光、电子束和电弧。激光具有稳定性高、适用范围广、成本低等优势，是目前金属3D打印企业的主流热源选择。

　　金属3D打印技术路线中：铺粉生产效率低，为加工小型复杂结构件的主流技术；送粉生产效率高，为加工大型结构件和承力件的主流技术。铺粉和送粉的比较如下表所示。

　　3、金属3D打印的主要应用领域

　　（1）航空航天

　　航空航天领域是金属3D打印的主要推动市场。航空航天装备追求的是轻量化，使用金属3D打印技术可以进行复杂地生产，从而减轻航空航天装备的重量。目前，金属3D打印技术在航空航天领域已经部分替代了传统制造工艺。

　　航空航天市场门槛较高。金属3D打印企业只有取得军工四证，掌握超强的3D打印技术，拥有军工客户资源，才能进入这一领域。每个型号的航空航天产品都需要经过立项、试制、预研、试飞、列装等阶段。产品生命周期少则3年，多则7年。目前，国内仅有铂力特、鑫精合、煜鼎增材、华阳新材等少数几家企业进入了航空航天领域。

　　（2）医疗器械

　　金属3D打印使得个性化医疗成为现实。金属3D打印医疗器械产品具有更加理想的骨诱导性能和足够的力学性能，在生物相容性和骨骼生长方面显示出巨大潜力。金属生物材料是人类应用最早也是目前使用最多的医用生物材料之一，目前临床使用的金属生物材料包括不锈钢、钴铬合金(Co-Cr合金)、钛(Ti)等不可降解金属及镁(Mg)、铁(Fe)、锌(Zn)等可降解金属。目前，3D打印金属基生物材料主要用于齿科和骨科。

　　医疗器械市场门槛较高。3D打印产品只有取得了医疗器械产品注册证，才可以上市销售。目前，国内仅有爱康医疗、中诺恒康等少数几家企业取得了3D打印产品注册证。

　　4、金属3D打印领域赛手

　　通过公开资料，我们对金属3D打印领域的部分赛手进行了梳理，如下表所示。

　　我们认为，金属3D打印在航空航天和医疗器械领域应用优势明显，具有较高的门槛，毛利率较高，且下游终端客户对产品价格不敏感，金属3D打印会优先在航空航天和医疗器械领域得到快速发展，未来前景广阔！