3D打印行业研究
2025-07-13
3D打印行业概述：从“增材制造”到产业革命
技术定义与本质变革
3D打印（增材制造）颠覆了传统“减材制造”的生产逻辑，其核心原理是通过数字模型驱动材料逐层堆积成形，如同“堆雪人”般自下而上构建物体。与传统机加工（如切削、磨削等“刻冰雕”式去除材料）相比，3D打印在材料利用率上提升至95%以上，且能实现复杂内构的一体化成型。这种技术变革被浙商证券称为“制造业的数字化革命”，其技术对比详见下表：
3D打印技术起源可追溯至1986年3DSystems公司推出的首台商业设备SLA-250，而1995年德国SLM技术的出现标志着金属增材制造进入产业化阶段。我国行业发展虽起步较晚，但在2009年后随着国际专利到期迎来快速追赶期，2020年首次实现太空3D打印，2023年消费电子领域（如苹果、荣耀产品）的钛合金部件应用推动技术普及。从专利数据看，2014-2024年我国3D打印设备相关专利授权量从61项增至2300项，年均增速达38%。
技术体系与核心优势：复杂结构制造的破局之道
主流技术分类与工艺特点
当前工业级应用以粉末床熔融（PBF）和定向能量沉积（DED）为主，两者技术对比如下：
1、粉末床熔融技术（PBF）
代表工艺：选区激光熔融（SLM）、选区激光烧结（SLS）
工作原理：通过激光选择性熔化粉末层，逐层堆积成形（见图1）。以华曙高科FS350M设备为例，双向铺粉技术较传统工艺效率提升38%。
优势：尺寸精度高（±0.1mm），适合复杂薄壁件制造，航空航天领域应用占比超58%。
2、定向能量沉积技术（DED）
代表工艺：激光近净成形（LENS）
工作原理：通过喷嘴同步送粉并利用激光熔化沉积（见图2），铂力特BLT-A450设备采用六激光配置，较四激光方案效率提升30%。
优势：材料适应性广，可实现梯度功能材料制造，适合大型构件修复与制造。
图1：PBF技术通过逐层铺粉与激光熔化实现高精度成形
资料来源：互联网，恒旭资本整理
图2：DED技术通过同步送粉与激光沉积实现大尺寸制造
资料来源：互联网，恒旭资本整理
图1：PBF技术通过逐层铺粉与激光熔化实现高精度成形
图2：DED技术通过同步送粉与激光沉积实现大尺寸制造
核心技术优势与产业价值
3D打印在设计端和制造端突破传统瓶颈：在设计端，解决了“制造决定设计”的限制，如GE通过3D打印将燃油喷嘴零件数量从20个减至1个，重量降低25%，成本下降30%；在制造端，实现“去模具化”生产，某电子烟模具采用嫁接打印技术后，加工时间从20小时缩短至6小时，成本减少69%。这种优势使3D打印在小批量生产（1-100件）中具备显著成本优势，当零件数量超过500件时，可与注塑成型等工艺混合使用。
应用场景与市场格局：航空航天引领，多领域加速渗透
下游应用领域深度解析
航空航天：技术落地最成熟的黄金赛道
该领域占国内工业级增材制造应用的58%，需求集中于轻量化、集成化部件。例如，空客已生产超1000个3D打印飞机零部件，我国C919大飞机也大量应用该技术。从市场规模看，若按我国军机发动机价值量25%、3D打印渗透率20%测算，仅军机领域市场规模就超千亿元。
消费电子：钛合金应用开启增量空间
2023年荣耀MagicV2首次在铰链轴盖采用3D打印钛合金部件，苹果WatchUltra2的数字表冠等零件也采用该技术。钛合金高强度、轻量化特性完美适配3C产品需求，预计2025年国内消费电子3D打印市场规模将突破50亿元。
医疗健康：个性化需求驱动批量应用
在义齿打印领域，南京铖联科技已部署超1000台设备，日生产金属牙冠10万颗；骨科植入物方面，3D打印多孔钛合金髋臼杯可促进骨细胞生长，术后愈合效率提升40%。
全球与中国市场规模
全球市场：2024年规模达219亿美元，预计2025年增至300亿美元，2032年突破千亿美元，十年复合增长率19%。
中国市场：2024年规模约415亿元，预计2025年超600亿元，增速高于全球5-8个百分点，航空航天、汽车、医疗为三大支柱领域（见图3）。
图3：中国市场规模占比
资料来源：互联网，恒旭资本整理
产业链剖析与竞争格局：核心环节的技术壁垒
全产业链价值分布
3D打印产业链分为上游（材料、核心零部件）、中游（设备、服务）、下游（应用领域），其中：
上游：金属粉末毛利率8%-15%，激光器、振镜等核心部件毛利率达30%-60%，国内锐科激光在光纤激光器市占率领先，金橙子在振镜控制器市场份额超32%。
中游：设备毛利率15%-30%（非金属设备达25%-30%），服务毛利率最高达40%-60%，铂力特以380台金属设备成为国内服务龙头。
下游：航空航天领域技术壁垒最高，消费电子、医疗等领域渗透率快速提升。
图4：3D打印产业链
资料来源：前瞻产业研究院
重点企业竞争态势
1、铂力特（688333.SH）
全产业链布局：业务覆盖设备（SLM/LSF打印机）、材料（钛合金粉末）、服务（航空航天零部件），2024年营收13.26亿元，毛利率37.44%。
技术优势：自制金属粉末价格较2020年下降超过50%，六激光设备效率行业领先。
2、华曙高科（688433.SH）
设备技术领先：全球少数具备SLM/SLS设备全自主研发能力的企业，设备全球销量超950台，金属设备装机量超500台。
国际化布局：产品出口20余个国家，2024年海外收入占比达29.8%。
发展驱动力与未来趋势：技术迭代与场景扩容双轮驱动
产业增长核心动力
成本持续下降：金属粉末价格从2020年大约140万元/吨降至2024年大约50万元/吨，3kW光纤激光器价格从40万元/台降至不到10万元/台，设备成本下降推动行业渗透率提升。
效率显著提升：通过多激光头（如六激光）、变速铺粉、嫁接打印等技术，打印效率年均提升20%-50%，某铝合金零件打印时间从103小时缩短至71小时。
新场景开拓：人形机器人领域，3D打印可实现拓扑优化骨骼结构，POPPY机器人采用该技术后成本降低1/3；核能领域，中国核动力研究院3D打印换热器较传统产品体积缩小75%，成本下降80%。
未来技术发展方向
多材料打印：实现金属－陶瓷－高分子复合材料一体化制造，满足航空航天极端环境需求。
软件国产化：目前工业软件多依赖进口，华曙高科、铂力特等企业正加速自主软件研发，提升设备性能可控性。
规模化生产：从单件试制向批量制造转型，鞋模领域3D打印开模周期已缩短至6-7天，较传统工艺提升50%效率。
投资观点
3D打印行业正从科研驱动转向工业价值驱动，航空航天领域已进入批量化应用阶段，为消费电子、人形机器人等新场景打开成长空间。投资层面建议：
关注产业链核心环节：优先布局服务（高毛利）、设备（技术壁垒）、材料（进口替代）。
重点领域：金属增材制造（国内占比60%，增速超25%）、钛合金粉末（3C应用放量）、多激光设备（效率提升关键）。
龙头企业：铂力特（全产业链优势）、华曙高科（设备技术领先）、有研粉材（材料国产化先锋）。
未来随着技术迭代与成本下降，3D打印有望在更多工业领域实现“从0到1”的突破，成为制造强国建设的重要支撑技术。
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