金属3D打印是增材制造中技术壁垒和应用价值最高的分支之一。其产业价值不在于简单替代传统CNC或铸锻焊工艺,而在于突破复杂内流道、一体化轻量化结构、高温合金和钛合金难加工、快速设计迭代等传统工艺瓶颈。对于航空航天和商业航天客户而言,3D打印带来的不是单件成本的线性下降,而是研发周期、零部件数量、焊接装配风险、材料利用率和结构性能的系统性改善。
增材制造定位为传统等材制造、减材制造的重要补充,而非短期全面替代。其核心价值不在低成本标准件复制,而在复杂结构一体化、特定高性能材料成形、多品种小批量生产以及生产/研发周期压缩。该定位与鑫精合当前航空航天、商业航天及设备客户需求匹配:客户更关注复杂构件能否快速迭代、可验证交付,而非单纯比较单件加工成本。
增材制造产业链整体可分为上游原材料及核心零部件、中游增材设备及专业化制造服务、下游应用场景三大环节。
上游主要包括金属粉体材料、非金属材料、激光器、振镜系统等关键材料和核心部件;中游包括增材设备厂商、专业化增材制造服务厂商以及“设备+服务”一体化厂商;下游则主要覆盖航空航天军工、商业航天、工业制造、3C电子、医疗健康等领域。
上游原材料方面,金属粉体材料以欧美厂商为主,国内增材制造行业金属粉材厂商数量较多,部分龙头产品性能已能追赶甚至接近海外水平,代表企业包括EOS、中航迈特等。非金属材料发展时间更长,目前在行业中仍占据较高比重,我国材料厂商也主要集中在非金属材料领域,代表企业包括EVONIK等。
上游核心零部件方面,增材制造设备的核心硬件主要包括激光器和振镜系统等。其中,激光器过去主要依赖美国IPG光纤激光器进口,振镜系统主要依赖德国ScanLab进口,存在一定进口依赖。近年来,随着国内企业在激光器、振镜等核心部件上的研发投入持续增加,国产产品性能逐步提升,部分环节已经实现国产替代,整体国产化进程正在加快推进。代表企业包括IPGPhotonics、Novanta、SCANLAB、诺雅光电等。
中游专业化增材制造服务厂商主要为客户提供定制化产品增材制造服务,该类业务集中在金属增材制造技术路线,对企业资金实力、设备产能、工艺积累和质量控制能力要求较高。我国专业化服务厂商数量相对有限,近几年随着产业进入快速发展阶段,相关服务厂商逐步涌现。代表企业包括河北敬业增材制造科技有限公司、Falcontech、铂力特、鑫精合、煜鼎增材等。
设备与服务一体化厂商通常通过增材制造服务导入设备销售,再通过服务过程中的工艺反馈和客户需求迭代设备性能,业务兼具稳定性和成长性。这类企业既具备设备研发和制造能力,也具备面向客户提供定制化打印服务的能力,代表企业包括铂力特、鑫精合、煜鼎增材等。
下游应用方面,增材制造主要应用于航空航天军工、商业航天、工业制造、3C电子、医疗健康等领域。其中,航空航天及军工领域因零部件结构复杂、轻量化需求高、定制化程度强,是金属增材制造的重要应用方向。代表客户及应用方包括中国航空工业集团有限公司、中国航发AECC、中船重工、星河动力等。
2015年及以前,我国增材制造行业处于技术导入阶段。2015年之前,国内3D打印行业规模在100亿元以下,技术重心主要集中在原型制造和设计验证,由高校实验室(西工大、北航)及衍生企业引领发展,我国增材制造技术及设备市场初步开始快速发展。2015年,中国3D打印技术产业联盟成立,为后续规模化发展奠定了技术储备与人才基础,标志着中国3D打印从“实验室追跑”转向“产业并跑”。
2015年至2022年,我国增材制造行业进入初步产业化阶段。2015年,随着《国家增材制造产业发展推进计划(2015—2016年)》等一系列政策支持以及国内企业技术突破,我国逐步成为全球增材制造行业的新兴力量。昆明理工大学试制成功当时SLM工艺成型的最大单体钛合金复杂零件,实现关键技术突破。2019年,中国首个纯3D打印企业铂力特成功上市。2020年,我国成功完成首次“太空3D打印”,也是全球首次连续纤维增强复合材料的3D打印实验,我国增材制造行业在技术和产业化层面均取得重要突破。
2023年至今,我国增材制造行业进入产业化成熟阶段。我国已从技术跟随者跃升为全球增材制造领跑者,在大型设备、多材料打印及跨行业应用方面处于先进地位。2023年华曙高科上市,荣耀、OPPO等企业将金属3D打印用于折叠铰链等核心结构件,紧跟全球将3D打印技术逐步应用于消费电子领域的趋势。同时,在航空航天领域,增材制造设备进一步加速渗透,2024年嫦娥六号发动机零件采用增材制造,新型火箭发动机超60%部件依赖该技术。2024年我国增材制造产业营收突破500亿元,近五年复合增长率高达27%,显著领先全球平均增速。
从产业规模和渗透率看,我国增材制造行业由早期50亿元以下的市场规模,逐步发展至2022年超过150亿元,并于2023年突破200亿元,复合增长率达到20%—30%。早期行业渗透率处于极低水平,主要用于原型制造和设计验证;2015年至2022年,产业化初步发展,渗透率开始提升;2023年以来,航空航天、医疗健康等工业领域渗透率稳步提升,行业应用场景不断拓展。
从国产化率和产品类型看,早期国内核心设备依赖进口,产品以非金属原型制造设备为主,如SLA、FDM等,金属设备较少。2022年,铂力特和华曙高科合计占我国增材制造设备市场份额超过25%,金属设备与非金属设备产品类型不断丰富。2023年以来,鑫精合、易加增材、拓竹科技、创想三维等企业成为增材制造设备的重要代表,进一步提升了国产化率。金属设备产品体系逐步完善,并向大尺寸化方向发展;非金属设备中,性价比较高的消费级设备异军突起。
从主流技术工艺看,早期我国增材制造主要以快速原型技术为核心,包括光固化(SLA)、薄材叠层(LOM)、熔融堆积(FDM)和选区激光烧结(SLS),但成品强度和应用场景受限。2015年至2022年,SLM、SLS等工业级技术逐步成熟。2023年以来,行业主流技术以工业级SLM、SLS和消费级FDM为主,推动增材制造从原型验证逐步走向高端制造和规模化应用。
国内增材制造行业的崛起,核心驱动力之一来自专利红利与自主创新,目前国内3D打印专利数量快速超越美国,并在金属3D打印设备、材料等领域逐步形成自主技术壁垒,推动国内龙头企业崛起,支撑我国增材制造行业从技术跟跑迈向全球第一梯队,实现产业化、高端化双向升级。
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