增材製造（3D列印）行業研究報告

資料來源：Wohlers Associate《Wohlers Report 2022》，華曙高科招股說明書。

——航空航天應用。在航空航天領域，由於零部件形態複雜、傳統工藝加工成本高及輕量化要求等因素，增材製造已發展成為提升設計與製造能力的一項關鍵核心技術，能夠實現任意複雜構件成形與多材料一體化製造，突破了傳統製造技術對結構尺寸、複雜程度、成形材料的限制，應用場景日趨多樣化。歐洲航天局（ESA）、美國國家航空航天局（NASA）、SpaceX和Relativity Space均使用增材製造技術生產火箭點火裝置、推進器噴頭、燃燒室和油箱，美國GE、波音（Boeing）、雷神科技、法國空客（Aribus）、賽峰（Safran）使用增材製造技術生產商用航空發動機零部件、軍機機身部件、飛機風管、艙內件等。同時，增材製造的構件也已在國內航空航天領域廣泛應用，先後成功參與了天問一號、實踐衛星、北斗導航系統等數十次發射和飛行任務，我國航天院所如航天一院、航天二院、航天五院、航天六院、中航商飛等均積極運用3D列印技術製造相關零部件。

——汽車領域應用。汽車製造領域的3D列印，主要應用於汽車設計、零部件開發、內外飾等方面。在設計方面，3D列印技術的應用可以實現無模具設計和製造，可以在設計階段引導零件輕量化、一體化、個性化、功能化方面的創新。在製造方面，3D列印技術可提升零件的製造效率和生產質量，實現零件輕量化製造和降低質量的位移途徑，進行複雜結構模具的加工，加強對製造精度的控制，同時，增材製造一體化成形技術允許將多個零件整合為一個零件，可減輕複雜關鍵部件的重量。在維修方面，3D列印技術可以進行門把手、輪轂、汽缸、變速器和其他基礎部件的製作。

——醫療領域應用。3D 列印憑藉可個性化定製的特點在醫療領域內應用逐步廣泛，主要應用方向包括製造醫療模型、手術導板、外科/口腔科植入物、康復器械等（主要材料包括塑料、樹脂、金屬、高分子復合材料等），以及生物3D列印人體組織、器官等。目前在口腔醫學中的應用逐漸成熟，主要運用於製造牙冠和牙橋等修復材料，包括義齒列印、矯正器製作等。在骨科植入方面也發展迅速，目前開始採用金屬3D列印技術生產全膝關節植入物、髖臼杯、脊柱植入物等。聽力學領域，主要運用於製造耳蝸和聽骨鏈等助聽器部件。心臟和神經系統方面，主要運用於製造心臟支架和腦植入物等。

——國防軍工領域應用。3D列印技術在武器裝備設計、製造以及維修保障等方面的應用逐漸普及，比如，可以使用3D列印技術生產戰鬥機等高端武器裝備的複雜零部件，維修中短缺的零部件。在軍事製造業生產模式上，除了按需便捷生產，3D列印技術還允許創建高級定製和專業化的設備。例如，士兵可以擁有定製的頭盔、防彈衣等防護裝備，可以在戰場上快速為傷員列印假肢、關節，隨時隨地建造營房和防禦工事等。

——消費電子等消費品領域應用。3D列印技術在產品的研發和生產階段，如裝配和功能驗證、外觀及性能測試、人體工程學、快速手板、批量製造等方面，有助於降低研發和時間成本。蘋果預計下半年發布的Apple Watch Ultra智能手錶的部分鈦金屬機械部件將採用3D列印工藝。未來在iPhone 15上有可能將中框結構件用鈦合金替換之前的鋁合金。榮耀近期發布的榮耀MagicV2摺疊旗艦機，鉸鏈的軸蓋部分首次採用鈦合金3D列印工藝。其他消費品領域，3D列印技術有助於加速產品設計、優化和疊代，提升並豐富產品性能，如為運動員量身定製輕量化、個性化運動設備等。

——模具領域應用。3D列印已廣泛應用於鞋模及隨形冷卻模具等領域，優化冷卻水路設計，不受水路複雜程度的限制，提升模具的冷卻效率和生產效率。

/ 02 增材製造工藝路線

增材製造技術自誕生至今將近40年，目前多種技術路線並存。按照成型原理，增材製造主要有7種工藝，如下表所示。

表2 增材製造工藝類別及應用領域

資料來源：鉑力特招股說明書等。

金屬增材製造工藝原理主要為粉末床熔融和定向能量沉積兩大類別，對應的金屬3D列印技術都可以製造達到鍛件標準的金屬零件。粉末床熔融技術比較適合航空航天小批量、定製化的生產特點，是目前最廣泛應用的增材製造技術之一。定向能量沉積技術的成熟度和設備自動化程度不及粉末床熔融技術，但是能實現修復功能，因此也具有不可替代性。具體工藝來看，目前雷射選區熔化技術（SLM）是最常用的金屬增材製造工藝，其生產效率高，可以在短時間內製造出緻密度極高的金屬零件；電子束選區熔化（EBSM）依託真空加工環境，更容易加工難熔的材料，但維護費用高，列印的零件尺寸受限，且需要有射線安全保護設備；電弧增材製造（WAAM）在大尺寸結構件製造中具有優勢，但零件表面質量較差，需經過表面加工過後才能使用。

/ 03 增材製造產業鏈概況

增材製造產業鏈上游主要為原材料和零件，包括增材製造裝備零部件、三維掃描設備、增材製造軟體系統、專用材料生產工藝及設備等；中游為3D列印設備，多數廠商同時提供列印服務、原材料供應及系統解決方案；下游為各個行業應用。產業鏈如下圖所示。

圖2 增材製造產業鏈示意

資料來源：華曙高科招股說明書。

圖3 增材製造產業鏈全景圖

資料來源：信達證券《增材製造行業深度報告-3D列印：顛覆性技術，有望從1到100撬動千億產業鏈-230712》。

——3D列印原材料。目前主要可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料以及生物材料等幾類。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，目前應用於3D列印的金屬粉末材料主要有鈦及鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金、不鏽鋼和鋁合金材料等。SLS工藝技術目前使用最廣泛的原材料為PA粉末類材料。近年來，行業內出現多種新型高分子增材製造粉末材料，各類材料在成形質量和穩定性等方面的表現各有差異。

圖4 3D列印原材料類別及應用領域

資料來源：艾瑞諮詢，招商證券《金屬3D列印行業深度報告：傳統技術的革新，高成長與高壁壘-230728》。

目前國內的金屬3D列印材料已基本滿足國產設備及國內下游增材製造需要，設備生產廠商一般與第三方材料廠商合作研究開發各類金屬材料熔融工藝，少量3D列印服務的廠商會同時自主生產金屬3D列印材料。不過，海外3D列印巨頭如Stratasys和3D Systems在體量、積累和技術實力上遠超國內企業，分別擁有數百種商業牌號的增材製造材料銷售，其採用「捆綁銷售」模式，導致我國進口高端增材製造材料數量長期居高不下。

——核心硬體。增材製造所使用的核心硬體包括振鏡和雷射器等。目前，該等核心硬體多數採購自美國、德國等，存在依賴進口的情況，但隨著國產振鏡和雷射器的研製成功及性能提升，目前已實現部分進口替代。

——軟體。3D列印相關軟體包括3D列印設備工業軟體系統以及應用軟體。應用軟體可由產業鏈上中下游主體及專業軟體供應商基於技術應用需求開發提供，如輔助設計軟體、工程處理軟體、仿真模擬軟體、智能處理軟體等。目前，行業內大部分3D列印設備製造企業的3D列印設備工業軟體系統系向第三方採購，軟體性能提升依賴並受制於軟體服務商，擁有完全自主智慧財產權3D列印設備工業軟體系統將有助於設備製造企業提升行業競爭力。

——3D列印設備及服務。3D列印設備是中游、也是整個產業鏈的核心主體。可分為桌面級印表機和工業印表機，其中工業級印表機技術壁壘高，資本投入大，一直以來發展較為緩慢，但當前受到國家政策大力支持，市場呈現出快速增長形勢。據鉑力特公司公告，增材製造設備是牽動增材製造行業發展的關鍵之一，增材製造的核心專利大多被設備廠商掌握，因此設備廠商往往在整個產業鏈中占據主導地位。此外，重點設備廠商通過行業併購，整合上游3D列印軟體、上游材料、3D列印服務等，成為集裝備、材料、服務等多種業務為一體的綜合解決方案提供商，進而提升對產業鏈的掌控能力。

從業務構成看，列印設備和列印服務占據增材製造行業主要市場份額。根據Wohlers Report 2022報告，2021年全球增材製造市場份額中，增材製造服務占比40.09%，列印裝備占比22.42%，增材製造原材料占比 17.04%，增材製造服務市場份額占比遠超出其他業務，如下圖所示。

圖5 2021年全球增材製造各業務占比

資料來源：Wohlers Associate《Wohlers Report 2022》。

/ 04 中國及全球市場情況

中國增材製造產業規模高速增長，超過全球增速。根據工信部數據，2012-2022年，我國增材製造產業規模自10億元增長至320億元，年復合增速為41.42%，預計2023年我國增材製造產業規模有望超過400億元。據左世全《增材製造十年發展及展望》數據，我國增材製造產業規模有望於2027年超過千億元。

圖6 2019-2022年中國增材製造產業營業收入情況

資料來源：李方正、李博、郭丹《中國增材製造產業發展現狀與趨勢展望》。

從各環節企業的營收情況來看，根據工信部裝備工業發展中心對50家行業企業的調研數據，調研企業在材料、零部件、裝備、服務等各個環節占總營收的比重，分別為12.4%、5.9%、53.2%和26.0%，裝備市場占比超過50%，仍處於市場主導地位，如下圖所示。

圖7 工信部調研企業產業鏈各環節營收比重

資料來源：李方正、李博、郭丹《中國增材製造產業發展現狀與趨勢展望》。50家調研企業對應2022年總營收為112.5億元。

我國增材製造裝備實現從進口為主到國產化替代的轉變。十年來，我國增材製造一批重點工藝裝備和核心器件實現國產替代，批量化供應能力和成本競爭優勢顯著。我國在高精度桌面級光固化增材製造裝備、多材料熔融沉積增材製造裝備持續保持領跑並暢銷海外，米級多雷射器雷射選區熔化裝備、多電子槍電子束熔化裝備、大幅面砂型增材製造裝備等自主開發裝備相關核心指標達到國際先進水平，5軸增減材混合製造裝備已實現商用。此外，我國完成了超高速雷射熔覆頭、電子槍等十多類關鍵部件的技術攻關和自主生產，其穩定性、可靠性得到不斷改善，大族雷射、銳科雷射等企業自主研發的雷射器、掃描振鏡等零部件已應用到相關增材製造裝備中。從出口情況看，2022年中國增材製造裝備出口228.7萬台（含消費級），較2019年增長59.7%；出口金額為36.6億元，較2019 年增長近1倍。多家企業增材製造裝備出口營收占企業主營業務的90%以上；消費級FDM 3D印表機出口量持續領先全球；各類裝備已出口至全球40多個國家和地區。

增材製造技術應用實現從原型製造向直接製造的質變。十年來，增材製造技術的應用實現由快速製造原型樣件逐步向直接製造最終產品質變。

航空航天領域。新一代戰機、國產大飛機、新型火箭發動機、火星探測器等重點裝備的關鍵核心零部件大量應用增材製造技術，解決了許多過去難以製造的複雜結構零件的成形問題，實現產品結構輕量化。

醫療領域。髖臼杯、脊柱椎間融合器等14款增材製造醫療植入物已獲得NMPA認證，實現臨床應用，拓展疾病治療解決方案；時代天使運用增材製造技術實現口腔正畸牙模批量定製生產，解決傳統機加工製造複雜的問題，滿足患者個性化需求，全面提高中國口腔醫療水平。

鑄造領域。寧夏銀川建成世界首個萬噸級鑄造3D列印工廠，將增材製造技術應用於砂型鑄造、熔模鑄造等鑄造工藝中，大大減少鑄造加工流程,提升產品製造效率，實現對傳統鑄造的替代。

其他領域。大規模混合橋體、房屋等增材製造建築在各地落成，高級手辦、輕量化鞋品等深受消費者歡迎。

全球增材製造市場規模高速增長。根據2023年發布的《Wohlers Report 2023》報告，全球增材製造產品和服務的收入從2003年的5.29億美元增長至2022年的180億美元，2015-2022年CAGR為19.5%。2020年受疫情影響年同比增速短暫下滑至7.51%，2021年反彈至19.49%，2022年同比增長18.3%。預計2025年全球市場規模將達到298億美元，2022-2025年CAGR為18.3%，2030年達到853億美元，2025-2030年CAGR預計達23.4%。根據《Global Additive Manufacturing Market, Forecast to 2025》報告顯示，從2015年到2025年，全球汽車行業、垂直醫療設備的3D列印收入將分別以 34%和23%的復合增速增長。

圖8 全球增材製造產品和服務產值

資料來源：Wohlers Associate《Wohlers Report 2023》，2023年3月發布。

金屬增材製造市場增速領跑增材製造行業。根據AMPOWER數據，2021年全球金屬增材製造市場規模達25億歐元，從需求端測算預計2026年將達到75.8億歐元，CAGR達25%，從供給端測算預計2026年將達到78.1億歐元，CAGR達26%。

增材製造設備銷量持續增長。根據Wohlers Associates統計數據顯示，全球工業級增材製造設備銷量（指面向工業且銷售售價在5000美元及以上的機器）從2012年的6千餘台增長至2021年的2.6萬餘台，年復合增長率14.45%。全球金屬增材製造設備的銷售量從2012年的200餘台增長至2021年的2300餘台，十年來增長1087%，年復合增長率31.63%。全球工業級高分子增材製造設備的銷售量從 2012年的7500餘台增長至2021年的23800餘台，年復合增長率 13.57%。

圖9 全球工業級增材製造設備銷售量（台）

圖10 全球金屬增材製造設備銷售量（台）

圖11 全球工業級高分子增材製造設備銷售量（台）

資料來源：Wohlers Associate，華曙高科招股說明書。

增材製造原材料市場規模快速增長。根據Wohlers Associates 統計數據顯示，全球增材製造專用原材料銷售金額從2012年的4.17億美元增長至2021年的25.98億美元，CAGR達22.54%，2021年金屬原材料占市場比重約18.2%。2021年金屬原材料銷售額達4.74億美元，同比增長23.50%，五年CAGR達26.80%。

圖12 全球增材原材料銷售額（百萬美元）

資料來源：Wohlers Associate，華曙高科招股說明書。

從全球市場的分布來看，美國是全球第一大市場，中國為第二大市場。截至2021年末中國工業增材製造設備安裝量市場占比10.60%，僅次於美國，如下圖所示。

圖13 截至2021年增材製造設備安裝量占比

資料來源：Wohlers Associate，華曙高科招股說明書。

/ 05 各領域競爭格局

3D列印企業集中在美國、德國及中國。根據Wohlers Associates,統計顯示，2021年全球有266家製造商生產和銷售工業3D列印設備（統計口徑價格高於5000美元），其中39家公司的工業3D列印系統銷量超過100套。266個系統製造商分布在世界各地，美國製造商數量59家排名第一；德國製造商數量38家排名第二；中國製造商數量37家排名第三。

我國增材製造骨幹企業數量持續增長。根據李方正、李博《增材製造十年：成就、啟示與展望》報告，我國增材製造全產業鏈相關企業超過1000餘家，鉑力特、先臨三維、華曙高科等以增材製造為主營業務的上市公司湧現，數量2013年的1家增長至2022年的22家（含新三板），規模以上企業數量由2016年的20餘家增至2022年的100餘家，其中規模過億的企業數量由2012年的3家增至2022年的42家。

——3D列印材料

目前3D列印金屬粉體材料以歐美廠商為主，國內金屬粉末製備存在氧含量高、球形度差和粒徑分布不均勻等問題，超細粉及優質粉末仍需進口。

表3 3D列印金屬粉體材料國內外重點企業

資料來源：深企投產業研究院整理。

非金屬材料供應商眾多，除了材料、設備、服務一體化廠商外，3D列印材料在專業材料廠商的營收占比較低、一般不做專門生產。國內重點企業有斯科瑞（山東臨沂，3D列印高分子材料）、蘇州聚復科技（3D列印高分子材料）、嘉興饒稷科技（陶瓷材料）、山東創瑞雷射科技（煙台）等。

——3D列印設備

當前中國市場的主流3D列印設備品牌包括上海聯泰科技、美國Stratasys（納斯達克上市）、德國EOS、美國GE、美國3D Systems（紐交所上市）、華曙高科（A股，長沙）、西安鉑力特（A股）、美國惠普等，其中聯泰、華曙高科、鉑力特等均為國產品牌。

圖14 2021年中國3D列印設備市場競爭格局

資料來源：3D科學谷。

國際3D列印設備重點企業還有德國SLM Solutions（被Nikon收購）、美國Desktop Metal（紐交所上市）、美國Nano Dimension（納斯達克上市）、美國VELO 3D（紐交所上市）、美國Markforged（紐交所上市）、德國voxeljet（紐交所上市，蘇州維捷）、法國Prodways、美國Shapeways等。

國產重點廠商還有先臨三維（杭州，新三板）、鑫精合雷射（北京）、北京易加三維、南京中科煜宸、無錫飛而康、廣東漢邦雷射科技（中山）、浙江迅實科技、峰華卓立（佛山，新三板）、西安賽隆增材、東莞遠鑄智能、深圳創想三維、珠海三綠實業（消費級）等。另有深圳金石三維、山東創瑞雷射科技（煙台）、湖北嘉一三維（咸寧，新三板）、深圳極光創新（新三板）等上百家企業。多數設備廠商同時拓展3D列印服務業務。

——核心光學硬體

增材製造設備所需核心元器件包括掃描振鏡、雷射器。增材製造用的雷射器主要從美國、德國進口，基本被德國Trumpf、美國IPG等3-4家國外企業占有，目前低功率光纖雷射器基本完成國產替代，中功率光纖雷射器國產化率保持穩定且多保持在60%上下，實現了大部分的國產化替代。

掃描振鏡主要從德國進口。根據鉑力特招股說明書，掃描振鏡系統在全球範圍內主要的供應商為德國ScanLab公司、美國CTI公司、美國GSI公司，其中德國ScanLab公司占據了金屬3D列印設備市場的主要份額，市場占有率達到80%左右，根據其官網披露信息，德國 ScanLab公司掃描振鏡系統年產超過3.5萬套。經過近年來國內供應商的快速發展，在中低端振鏡控制系統領域已經基本實現國產化；在高端應用領域，目前主要由德國Scaps、德國ScanLab等國際廠商主導，國產化率僅15%左右。目前金橙子（A股）振鏡產品相關核心性能指標與德國Scanlab的同類型產品相近，具備與國際廠商競爭的水平和實力。大族雷射也在拓展增材製造領域的光纖雷射器和振鏡產品。

/ 06 我國增材製造產業園分布

目前全國各地建設的3D列印園區有20多個，主要提供增材製造產業鏈的配套服務，少數由設備龍頭企業建設產業基地。各地園區的規模體量差別較大，多數園區招商運營並不理想。現有主要園區如下圖所示。

圖15 我國增材製造產業園分布

資料來源：深企投產業研究院整理。不含停止運營或實際無運營的園區。

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