摘要：增材制造又称“3D打印”，是基于三维模型数据，采用与传统减材制造技术（对原材料去除、切削、组装的加工模式）完全相反的逐层叠加材料的方式，直接制造与相应数字模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法，将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，是

3D打印技术有望颠覆传统制造

增材制造又称“3D打印”，是基于三维模型数据，采用与传统减材制造技术（对原材料去除、切削、组装的加工模式）完全相反的逐层叠加材料的方式，直接制造与相应数字模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法，将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，是制造业有代表性的颠覆性技术，集合了信息网络技术、先进材料技术与数字制造技术，是先进制造业的重要组成部分。

3D打印的基本原理为：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。增材制造将复杂的零部件结构离散为简单的二维平面加工，解决同类型零部件难以加工难题。

增材制造高效、环保，适合复杂结构

增材制造技术和传统精密加工技术均是制造业的重要组成部分，目前增材制造加工与传统精密加工相比还存在加工精度、表面粗糙度和可加工材料等方面的差距，但增材制造其全新的技术原理和特点，在多种应用场景具备使用优势：

1）缩短新产品研发及实现周期。3D打印工艺成形过程由三维模型直接驱动，无需模具、夹具等辅助工具，可以极大的降低产品的研制周期，并节约昂贵的模具生产费用，提高产品研发迭代速度。

2）可高效成形更为复杂的结构。3D打印的原理是将复杂的三维几何体剖分为二维的截面形状来叠层制造，故可以实现传统精密加工较难实现的复杂构件成形，提高零件成品率，同时提高产品质量。

3）实现一体化、轻量化设计。金属3D打印技术的应用可以优化复杂零部件的结构，在保证性能的前提下，将复杂结构经变换重新设计成简单结构，从而起到减轻重量的效果，3D打印技术也可实现构件一体化成形，从而提升产品的可靠性。

4）材料利用率较高。与传统精密加工技术相比，金属3D打印技术可节约大量材料，特别是对较为昂贵的金属材料而言，可节约较大的成本，在ESG方向上有优势。

5）实现优良的力学性能。基于3D打印快速凝固的工艺特点，成形后的制件内部冶金质量均匀致密，无其他冶金缺陷；同时快速凝固的特点，使得材料内部组织为细小亚结构，成形零件可在不损失塑性的情况下使强度得到较大提高。

3D打印工艺类型多样，金属打印较为成熟

3D打印工艺技术路线多样，主要取决于材料特性和形态，粗略可分为金属类与非金属类（无机材料和有机材料）。进一步，按照成型原理的不同，国际标准化组织又将其分为7大类，分别是：立体光固化、粘结剂喷射、定向能量沉积(DED)、薄材叠层、材料挤出、材料喷射、粉末床熔融。不同工艺技术的区别主要体现在材料叠加的方式上，而叠加方式又主要取决于不同材料的特性和形态。

在技术路线方面，设备选区激光熔融（SLM）与选区激光烧结（SLS）工艺， 具有取材范围广、力学性能好、成形精度高、材料利用率高、可成形结构复杂程度高等优势，是增材制造的主流工艺。而金属3D与非金属3D打印相比，由于其工艺特点，具有成形结构精细和力学性能优越的突出优势，因此应用场景相对更广，工业化应用最成熟，尤其在航空航天、汽车和消费电子等领域。

3D打印材料是技术发展的关键瓶颈之一

3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，材料的性能、种类等因素决定着3D打印产品的质量和功能。目前，尽管各国均在大力开展有关3D打印材料的研发工作，但与已有的数万种不同性能和用途的材料相比，能够真正实现应用的3D打印材料尚存在种类和品种少、性能无法满足各种应用要求等问题。

因此，破解材料对3D打印技术制约的瓶颈，对于推动3D打印技术的发展至关重要。当前，围绕宏微观结构制造的结构性能、力学性能、生物学性能和物理学性能需求，3D 打印涉及的主要材料有聚合物材料、金属材料、陶瓷材料、复合材料和智能材料等。除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。

根据中商情报网数据，我国3D打印市场中，钛合金、铝合金、不锈钢分别占20.2%、10.0%、9.1%，合计占比39.3%，PLA、PA、ABS占比分别为15.2%、14.1%、11.1%，树脂占比6.1%。据南极熊3D打印援引的Voxel Matters Research数据，金属3D打印市场2022年创造超过28亿美元的收入，预计市场将以30%的复合年增长率增长到2032年，达到400亿美元以上。

金属3D打印玩家包括第一梯队的EOS、SLMSolutions、3DSystems；第二梯队的Desktop Metal、GE Additive、铂力特；第三梯 队的Velo3D、DMGMori和TRUMPF。华曙高科、EPlus3D等国内玩家也在扩大市场份额。

3D打印的发展历史

1）20世纪70年代末到80年代初，其特点是出现了一些可视为AM技术先驱的孤立实例。

2）1980~1990年，光固化成型(SLA)，熔融沉积成型(FDM)、选区激光烧结技术(SLS)等三项重要的基础3D打印技术诞生并投入使用，第一批3D打印公司也相继成立，3D System、EOS、Stratasys等公司至今仍是行业的主要参与者。

3）1990~2005年，新的关键3D打印技术不断涌现，LENS激光净成形技术和SLM技术诞生，计算机和3D成像技术也同步发展和进步。

4）2005~2012年，恰逢3D打印技术FDM部分原始专利到期，降低了企业进入门槛，第一代3D打印设备换代升级；伴随“创客运动”开始，3D打印被社交媒体广泛介绍，催生了桌面级3D打印机市场，并被传统大型参与者以外的受众接受。

5）2012~2017年， 2012年英国《经济学人》提出3D打印将会推动第三次工业革命，新的增材技术、3D可打印材料，甚至生物打印开始流行。

3D打印设备厂商在产业链中占主导地位

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。增材制造原材料主要包括金属增材制造材料、无机非金属增材制造材料、有机高分子增材制造材料以及生物增材制造材料等几类。

中游：增材制造设备是牵动增材制造行业发展的关键之一。增材制造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，加大了国内桌面级增材制造市场的竞争程度。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，但随着当前工业级增材制造产业受到国家政策大力支持，整个市场目前已呈现快速增长形势。

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。

下游：增材制造技术的下游应用以航空航天、军工、船舶工业、核工业、汽车工业、轨道交通及医疗为主。目前该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，直接用增材制造技术生产最终产品，具有产品定制性强与产品精度硬度高的特点，是未来增材制造技术的主要发展趋势。

与传统制造相比，采用增材制造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，增材制造在维修领域也具有市场，使用增材制造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。

3D打印市场规模快速增长

经过30多年发展，增材制造产业正从起步期迈入成长期。根据Wohlers Associates数据，2023年全球3D打印市场规模（包括产品和服务）约200亿美元同比增长11.1%，2012-2022年CAGR为23%，Wohlers Associates预计2026年全球3D打印市场规模有望增长至362亿美元。预计未来十年，全球增材制造产业仍将处于高速增长期，发展潜力巨大。据麦肯锡预测，到2025年全球增材制造产业可能产生高达2,000-5,000亿美元经济效益。

中国是全球最具潜力的3D打印市场。中国增材制造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，当前中国增材制造已日趋成熟，市场呈现快速增长趋势。据中国增材制造产业联盟统计，在2015-2017年的3年间，我国增材制造产业规模年均增速超过30%。思瀚产业研究院预计2022年中国3D打印市场规模约为320亿元，同比增长20.75%，2023年市场规模将达367亿元，2024年市场规模将达415亿元。

3D打印下游应用领域占比

下游应用不断扩展，航空航天、医疗、汽车和消费/电子为主流应用场景。经过近四十年的发展，3D打印下游应用逐渐拓展，已覆盖航空航天、汽车工业、船舶制造、能源动力、轨道交通、电子工业、模具制造、医疗健康、文化创意、建筑等领域。根据Wohlers Report数据，2024年全球3D打印下游应用中，航空航天（13.3%）、医疗（13.7%）、汽车（14.0%）、消费/电子产品（14.0%）等领域占比较高。

国内3D打印应用以工业级为主，2023年工业级3D打印产值占国内整体应用的65-70%。细分领域来看，航空航天（17%）、汽车（15%）、消费电子（12%）、医疗（15%）等下游应用占比较高。

国内3D打印设备厂商迎头赶上

在3D打印设备环节，EOS、3D Systems等公司起步较早，占据领先地位，随着GE、HP等的快速发展，逐步取得较高市场份额。根据中商情报网数据，联泰科技、华曙高科、铂力特近年来快速发展，市场占比在2022年分别达到16.4%、6.6%、4.9%。

此外，根据Wohlers Report报告，中国公司的3D打印设备尺寸已位列全球前列，是不可忽视的竞争对手。

来源：思瀚研究院