3D打印產(chǎn)業(yè)鏈分析報(bào)告
一、3D打印定義
3D 打印又稱為增材制造（Additive Manufacturing，AM），是涵蓋多學(xué)科的先進(jìn)制造技術(shù)。3D 打印是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)二維平面，運(yùn)用粉末狀金屬、塑料、陶瓷、樹脂等可粘合原材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。整體而言，3D 打印是信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)材料技術(shù)與數(shù)字制造技術(shù)的結(jié)合，制造流程橫跨多個(gè)學(xué)科，涵蓋機(jī)械、材料、 軟件、電子、設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺等。
3D流程圖
類比平面打印工序，3D 打印可根據(jù)三維信息生產(chǎn)具有功能性的產(chǎn)品。3D 打印可簡(jiǎn)單理解為將傳統(tǒng)打印中的電子文檔替換為 3D 數(shù)字模型，通過專用材料進(jìn)行逐層打印，形成三維立體的產(chǎn)品。傳統(tǒng)平面打印的文件僅起到信息傳輸、保存作用，不具備功能性，而通過 3D 打印出的產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)功能，作為零部件直接應(yīng)用于航天軍工、醫(yī)療器械、汽車等行業(yè)。
二、3D打印發(fā)展史
縱觀全球 3D 打印行業(yè)發(fā)展歷史，大致可分為技術(shù)研發(fā)、量產(chǎn)應(yīng)用、業(yè)務(wù)盈利三個(gè)階段。3D 打印誕生于 20 世紀(jì) 80 年代初期，至今已經(jīng)歷了近 40 年的發(fā)展歷程，主 要可歸納為三個(gè)階段。1980 年至 1990 年為第一階段，期間 3D 打印專利、技術(shù)、原型機(jī)先后誕生。1982 年 Charles Hull 首次提出將光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于快速成型領(lǐng)域，并于次年發(fā)明了世界上 第一臺(tái)立體光固化成型（SLA）3D 打印原型機(jī)，被譽(yù)為 3D 打印之父，此后各類 3D 打印技術(shù)及其原型機(jī)不斷涌現(xiàn)。
1990 至 2010 年為第二階段，歐美逐漸形成具有影響力的 3D 打印公司，由技術(shù)和理論的雛形過渡至 3D 打印機(jī)及產(chǎn)品的生產(chǎn)。3D Systems、Stratasys、EOS 等世界龍頭企業(yè)在這一階段先后推出 3D 打印設(shè)備，涵蓋當(dāng)前主流的熔融沉積成型（FDM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、金屬激光燒結(jié)（SLM）等技術(shù)。此外這一階段通過 3D 打印所生產(chǎn)的產(chǎn)品類別也不斷擴(kuò)大，下游應(yīng)用場(chǎng)景隨之增加。
2010 年至今為第三階段，3D 打印行業(yè)迎來快速發(fā)展，龍頭企業(yè)不斷兼并收購(gòu)。2012 年 Stratasys 與 Object 合并，為 3D 打印業(yè)內(nèi)最大規(guī)模合并，3D System 于 2010- 2016 年先后完成對(duì) Phenix Systems、Medical Modeling、Bot Object 等公司的收購(gòu)， 美國(guó) GE 于 2016 年收購(gòu) 3D 打印巨頭 Concept Laser 和 Arcam，各龍頭企業(yè)在兼并重組下業(yè)務(wù)規(guī)模迎來快速發(fā)展。
我國(guó) 3D 打印行業(yè)起步滯后于歐美十年左右，但近年來差距逐步縮小。我國(guó) 3D打印行業(yè)起步于 20 世紀(jì) 90 年代初期，上世紀(jì) 90 年代由清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等多所高校在政府資金支持下啟動(dòng)增材制造技術(shù)研究，1995 年西安交大成功研發(fā) 3D 打樣機(jī)，2000-2010 年間各高校先后實(shí)現(xiàn) SLA、SLS、FDM、SLM 等主流3D 打印技術(shù)零的突破。2011-2016 年間處于技術(shù)追趕階段，3D 打印行業(yè)相關(guān)專利數(shù)量由 2011 年的 5 個(gè)迅速攀升至 2016 年的 6564 個(gè)，技術(shù)水平逼近歐美國(guó)家。2016 年后我國(guó)涉及 3D 打印業(yè)務(wù)公司的數(shù)量激增，2019 年國(guó)內(nèi) 3D 打印第一股鉑力特于科創(chuàng)板上市，標(biāo)志著我國(guó) 3D 打印行業(yè)逐步完成從技術(shù)積累到商業(yè)化的過渡。
三、3D打印技術(shù)優(yōu)劣勢(shì)
類比傳統(tǒng)的減材制造技術(shù)，3D 打印具備定制化、低損耗、精密制造等優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)減材制造工藝指通過設(shè)備對(duì)原材料進(jìn)行車、銑、刨、鉆等加工流程。相比傳統(tǒng)減材制造，3D 打印在設(shè)計(jì)過程中可實(shí)現(xiàn)定制化非標(biāo)生產(chǎn)，生產(chǎn)中不需要提前準(zhǔn)備模具，且廢料相比傳統(tǒng)制造有所減少。此外，部分應(yīng)用于精密制造領(lǐng)域的零件，在生產(chǎn)過程中可能遇到模具無法生產(chǎn)、人工制造精度不足、內(nèi)部構(gòu)造過于復(fù)雜等因素掣肘，僅能通過 3D 打印生產(chǎn)。
減材制造技術(shù)流程示意圖
3D 打印與部分傳統(tǒng)工藝的比較
基于上述 3D 打印特點(diǎn)，未來發(fā)展方向主要為定制化和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。3D 打印成本端對(duì)規(guī)模經(jīng)濟(jì)敏感程度低，并不像傳統(tǒng)制造工藝，隨著產(chǎn)量的提升而實(shí)現(xiàn)降本增效。因此，3D 打印在盈虧平衡點(diǎn)之前具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，通常這類產(chǎn)品至少具備定制化或復(fù)雜程度高這兩個(gè)特點(diǎn)中的一個(gè)。定制化產(chǎn)品通常生產(chǎn)批量較少，無法通過傳統(tǒng)工藝實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瑧?yīng)用領(lǐng)域多為航天軍工、醫(yī)療、文創(chuàng)教育等。復(fù)雜結(jié)構(gòu)件方面，往往通過人工或傳統(tǒng)工藝在量產(chǎn)后單價(jià)仍高于3D 打印，亦或是難以通過傳統(tǒng)方式生產(chǎn)，很難甚至無法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，如部分特殊鏤空件、混合金屬件、具備生物相容性可降解的人造器官等，應(yīng)用領(lǐng)域多為航天軍工、汽車、醫(yī)療等。
3D 打印生產(chǎn)過程中產(chǎn)量與成本的關(guān)系
四、3D打印技術(shù)分類
目前主流 3D 打印分類維度中，依照所使用的材料不同，分為金屬 3D 打印與非金屬打印，并通過不同的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)一步區(qū)分。
金屬 3D 打印由于其壁壘高、價(jià)值量高、未來應(yīng)用空間大等特點(diǎn)，關(guān)注度高于非金屬 3D 打印。其中，金屬 3D 打印中所應(yīng) 用的主流技術(shù)包括選擇性激光熔化（SLM）、電子束熔化成型（EBM）、激光近凈成型 （LENS），打印原材料多為鐵、鈦、鎳、鋼等金屬粉末，多用于航空航天&軍工、醫(yī)療 器械等產(chǎn)品性能要求較高的領(lǐng)域；
非金屬 3D 打印中所應(yīng)用的主流技術(shù)包括選擇性激光燒結(jié)（SLS）、光固化成型（SLA）、熔融沉積成型（FDM）、三維立體打?。?DP）、材料噴射成型（PJ）等，多用于工業(yè)模具、文娛創(chuàng)意、醫(yī)療用品等非標(biāo)產(chǎn)品制造。其中部分技術(shù)（SLS 和 3DP）也可使用金屬粉末作為原材料打印，但市場(chǎng)主流選材為塑料、 樹脂、尼龍、陶瓷等材料，因此仍被歸為非金屬打印類別。
重工業(yè)產(chǎn)品通常依賴耐高溫耐腐蝕的金屬材料，3D 打印為了滿足重工業(yè)產(chǎn)品的需求，最早研發(fā)、投資最多在金屬粉末。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(yīng)用于 3D 打印的金屬粉末材料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等，此外還有用于打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料。鈦合金得益于強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷端壓氣機(jī)部件以及火箭、導(dǎo)彈和飛機(jī)的各種結(jié)構(gòu)件制作。此外，不銹鋼粉末以其耐腐蝕性而得到廣泛應(yīng)用，3D 打印的不銹鋼模型具有較高的強(qiáng)度，而且適合打印尺寸較大的物品。
目前，歐美等國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小尺寸不銹鋼、高溫合金等零件的激光直接成形，未來高溫合金、鈦合金材質(zhì)大型金屬構(gòu)件的激光快速成形是主要的技術(shù)攻關(guān)方向。
工程塑料指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強(qiáng)度、耐沖擊性、耐熱性、硬度 及抗老化性均優(yōu)的塑料。工程塑料是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一類 3D 打印材料，常見的有 ABS類材料、PC 類材料、尼龍類材料等。
PC-ABS 材料是一種應(yīng)用最廣泛的熱塑性工程塑料。其具備了 ABS 的韌性和 PC 材料的高強(qiáng)度及耐熱性，大多應(yīng)用于汽車、家電及通信行業(yè)。使用該材料制作的樣件強(qiáng)度比傳統(tǒng)制作的部件強(qiáng)度高出 60%左右，工業(yè)上通常使用 PC-ABS 材料打印出概念模型、功能原型、制造工具及最終零部件等熱塑性部件。PC-ISO 是一種通過醫(yī)學(xué)衛(wèi)生認(rèn)證的白色熱塑性材料，具有很高的強(qiáng)度，被廣泛應(yīng)用于藥品及醫(yī)療器械行業(yè)，用于手術(shù)模擬、顱骨修復(fù)、牙科等專業(yè)領(lǐng)域。
光敏樹脂一般為液態(tài)，其在一定波長(zhǎng)的紫外光照射下能立刻引起聚合反應(yīng)完成固化，可用于制作高強(qiáng)度、耐高溫、防水材料。Somos 19120 材料為粉紅色材質(zhì)，是一種鑄造專用材料，成型后可直接代替精密鑄造的蠟?zāi)ぴ?，避免開發(fā)模具的風(fēng)險(xiǎn)，具有低留灰率和高精度等特點(diǎn)。Somos Next 材料為白色材質(zhì)，是一種類 PC 新材料，韌性非常好，基本可達(dá)到選擇性激光燒結(jié)（SLS）制作的尼龍材料性能，而精度和表面質(zhì)量更佳，該材料制作的部件擁有迄今最優(yōu)的剛性和韌性，同時(shí)保持了光固化立體造型材料做工精致、尺寸精確和外觀漂亮的優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于汽車、家電、電子消費(fèi)品等領(lǐng)域
陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，在航空航天、汽車、生物等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。在傳統(tǒng)工藝下，復(fù)雜陶瓷件需通過模具來成形，模具加工成本高、開發(fā)周期長(zhǎng)，難以滿足產(chǎn)品不斷更新的需求。而 3D 打印用選擇性激光燒結(jié)（SLS）對(duì)陶瓷粉末進(jìn)行加工處理，能夠刪減繁瑣的設(shè)計(jì)步驟，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速成型。
該材料存在一定的缺陷，SLS 采用激光燒結(jié)陶瓷粉末和某一種粘結(jié)劑粉末所組成的混合物，在激光燒結(jié)之后，還需要將陶瓷制品放入到溫控爐中進(jìn)行后處理。而且陶瓷粉末在激光直接快速燒結(jié)時(shí)液相表面張力大，在快速凝固過程中會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，從而形成較多微裂紋。
近年來，彩色石膏材料、人造骨粉、細(xì)胞生物原料以及砂糖等食品材料也在 3D 打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。彩色石膏材料是一種全彩色的 3D 打印材料。基于在粉末介質(zhì)上逐層打印的成型原理，3D 打印成品在處理完畢后，表面可能出現(xiàn)細(xì)微的顆粒效果，外觀很像巖石，在曲面表面可能出現(xiàn)細(xì)微的年輪狀紋理，因此，多應(yīng)用于動(dòng)漫玩偶等領(lǐng)域。美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)打印出來的鮮肉，是先用實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)出的細(xì)胞介質(zhì)，生成類似鮮肉的代替物質(zhì)，以水基溶膠為粘合劑，再配合特殊的糖分子制成。還有尚處于概念階段的用人體細(xì)胞制作的生物墨水，以及同樣特別的生物紙，打印的時(shí)候，生物墨水在計(jì)算機(jī)的控制下噴到生物紙上，最終形成各種器官。
食品材料方面，目前，砂糖 3D 打印機(jī)可通過噴射加熱過的砂糖，直接做出具有各種形狀，美觀又美味的甜品。現(xiàn)有增材制造專用材料包括金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和生物材料四大類，但單一材料種類較少和性能不足嚴(yán)重制約了增材制造技術(shù)應(yīng)用。目前，行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)以及一些材料企業(yè)紛紛布局專用材料領(lǐng)域，突破了一批新型高分子復(fù)合材料、高性能合金材料、生物活性材料、陶瓷材料等專用材料。相關(guān)企業(yè)將納米材料、碳纖維材料等與現(xiàn)有材料體系復(fù)合，開發(fā)多功能納米復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、無機(jī)填料復(fù)合材料、金屬填料復(fù)合材料和高分子合金等復(fù)合材料，不僅賦予材料多功能性特點(diǎn)，而且拓寬了增材制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，使復(fù)合材料成為專用材料發(fā)展趨勢(shì)之一。
依照不同工藝技術(shù)區(qū)分的 3D 打印類型
對(duì)比 SLM 技術(shù)和其余技術(shù)，是理解 3D 打印分類較為便捷的方式。SLM 當(dāng)前工藝 技術(shù)成熟、泛用性較高，可將 SLM 技術(shù)與其余技術(shù)對(duì)比，以理解當(dāng)前主流技術(shù)。SLM打印機(jī)器上半部分為激光器，下半部分為鋪在基板上的金屬粉末床，成型方式為熔化后固化成型，即通過熔化金屬粉末床上的金屬，冷卻凝固后成型，逐層重復(fù)此操作后打印出成品。其余金屬和非金屬3D打印工藝技術(shù)可視為基于SLM技術(shù)的改造和創(chuàng)新。
SLM 工藝設(shè)備圖示
1. EBM 技術(shù)：將上半部分激光器替換為電子束，在近真空的環(huán)境中打印，即為 EBM 技術(shù)；
2. LENS 技術(shù)：將上半部分添加金屬粉末噴嘴以替代下半部分的金屬粉末床，即 為 LENS 技術(shù)
1. SLS 技術(shù)：將下半部分金屬粉末床中添加熔點(diǎn)相對(duì)較低的粉末粘結(jié)劑，通過 粘結(jié)成型，即為 SLS 技術(shù)；
2. SLA 技術(shù)：將上半部分激光器替換為紫外線激光，下半部分金屬粉末床替換為液體光敏樹脂池，通過照射光敏樹脂實(shí)現(xiàn)光固化成型，即為 SLA 技術(shù)；
3. FDM 技術(shù)：將上半部分激光器替換為熱熔噴頭，下半部分僅保留基板，通過熱熔噴頭直接熔化材料并擠出成型，即為 FDM 技術(shù)；
4. 3DP 技術(shù)：將上半部分激光器替換為可噴灑、無需加熱、具有黏性的粘結(jié)劑，半部分為材料粉末床，通過粘結(jié)粉末后成型，即為 3DP 技術(shù)；
5. PJ 技術(shù)：將上半部分激光器替換為光敏聚合性材料和紫外線燈，下半部分僅保留基板，通過照射光敏材料實(shí)現(xiàn)光固化成型，即為 PJ 技術(shù)。 
來源：3D Hubs，Joye3D，維科網(wǎng)，3D 科學(xué)谷，中科院物理所，《3D 打印零件制造工藝介紹和應(yīng)用》，國(guó)聯(lián)證券研究所
SLM 是當(dāng)前金屬打印主流方案，產(chǎn)品性價(jià)比相對(duì)占優(yōu)。通過金屬 3D 打印出的產(chǎn)品普遍具有優(yōu)異的性能，可契合航空航天&軍工、醫(yī)療等行業(yè)苛刻的性能要求，但也面臨整體打印成本較高（幾萬至幾十萬不等）、成品尺寸受限、生產(chǎn)效率較慢的問題。其中 SLM 打印性價(jià)比相對(duì)占優(yōu)，具備高致密度、高強(qiáng)度、高精度、高利用率的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)成本相對(duì) EBM 和 LENS 較低，技術(shù)發(fā)展成熟，是當(dāng)前金屬 3D 打印主流的解決方案。
來源：3D Hubs，Joye3D，維科網(wǎng)，3D 科學(xué)谷，中科院物理所，《3D 打印零件制造工藝介紹和應(yīng)用》，國(guó)聯(lián)證券研究所
非金屬打印中，SLS、SLA 和 FDM 是當(dāng)前較為常用的技術(shù)。通過非金屬 3D 打印出的產(chǎn)品普遍在強(qiáng)度、精度、表面粗糙度等性能方面弱于金屬 3D 打印，但可滿足一般工業(yè)制造和創(chuàng)意品生產(chǎn)的需求，同時(shí)成本相對(duì)較低。SLS、SLA 和 FDM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均相對(duì)成熟，打印出的產(chǎn)品下游需求較高，是當(dāng)前較為常用的非金屬 3D 打印解決方案。SLS 工藝，具有使用材料廣泛、精度高、生產(chǎn)效率高、無需支撐結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)，且技術(shù)較為成熟。缺點(diǎn)方面源于粘成型方法，成品存在空隙，力學(xué)性能較差，可能面臨再加工，且整體成本在非金屬 3D 打印中相對(duì)較高。
SLA 工藝，受益于光固化成型方式，制作的產(chǎn)品精度較高，表面質(zhì)量較優(yōu)，具有防水和耐熱的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)方面則源于樹脂材料自身缺陷，強(qiáng)度和剛度相對(duì)欠佳，生產(chǎn)過程需要支撐結(jié)構(gòu)。
FDM 工藝，在設(shè)備結(jié)構(gòu)中無需激光器等重要零部件，設(shè)備成本低，打印速度快。同時(shí)打印原材料為熱塑性材料，對(duì)使用環(huán)境要求寬松，適用于辦公室或家庭環(huán)境。但存在印成品精度低、無法打印復(fù)雜構(gòu)件等缺點(diǎn)，因此 FDM 技術(shù)普遍被作為桌面級(jí) 3D打印首選方案。
五、3D打印行業(yè)政策
政策助力行業(yè)高速發(fā)展。3D 打印技術(shù)作為產(chǎn)業(yè)升級(jí)中的重要一環(huán)，得到國(guó)家層面的充分重視，政策自 2015 年后密集出臺(tái)，呈現(xiàn)出延續(xù)性強(qiáng)、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。同時(shí)，從政策效果來看成效顯著，主要目標(biāo)均已實(shí)現(xiàn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)逐步完善。
2021 年“十四五規(guī)劃”中增材制造重要性再上臺(tái)階，被列為重點(diǎn)任務(wù)，規(guī)劃中強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。此后各部委及地方政府快速響應(yīng)，上海、廣東、江蘇、重慶等多省市在核心政策文件中明確增材制造在整體高端制造業(yè)發(fā)展中的重要地位，各地方政府結(jié)合當(dāng)?shù)匦枨蠛蛢?yōu)勢(shì)，因地制宜發(fā)展增材制造產(chǎn)業(yè)鏈。
行業(yè)規(guī)范方面，2020 年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、工信部等多部門印發(fā)《增材制造標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航行動(dòng)計(jì)劃（2020-2022 年）》，提出構(gòu)建立足國(guó)情、對(duì)接國(guó)際的增材制造新型標(biāo)準(zhǔn)體系，加速行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)落地。當(dāng)前我國(guó)增材制造國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)共 30 條，其中 21 條為近 3 年內(nèi)確立，逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，為行業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航。
六、3D打印產(chǎn)業(yè)鏈格局
1、產(chǎn)業(yè)鏈圖譜
2、產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值分配
（1）、3D打印總體市場(chǎng)
全球 3D 打印市場(chǎng)空間方面，根據(jù)《Wohlers Associates 2022》報(bào)告，2015-2021年增材制造市場(chǎng)規(guī)模年復(fù)合增長(zhǎng)率為 19.77%，其中 2021 年全球增材制造市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 152.4 億美元，同比增速為 19.5%。預(yù)計(jì) 2025 年增材制造市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 298 億美 元，2021-2025 年 CAGR 約為 18.2%；在疫情掣肘消散后，疊加下游應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)充，Wohlers 預(yù)計(jì) 2030 年增材制造市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到853 億美元，2021-2030 年 CAGR 約為 21.1%，2025-2030 年 CAGR 約為 23.4%。
金屬增材制造將迎來高速發(fā)展。金屬 3D 打印對(duì)生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)要求普遍高于非金屬 3D 打印，下游的泛用性弱于非金屬 3D 打印。近年來隨金屬 3D 打印技術(shù)不斷優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量趨近甚至超過傳統(tǒng)制造工藝，市場(chǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。SmarTech Analysis 數(shù)據(jù)顯示 2019 年全球金屬增材制造市場(chǎng)規(guī)模為 33 億美元，預(yù)計(jì)未來將延續(xù)高增速態(tài)勢(shì)，到 2024 年市場(chǎng)規(guī)模將擴(kuò)張至 110 億美元，2019-2024 年 CAGR 高達(dá)27.2%,顯著快于 Wohlers 預(yù)計(jì)的增材制造行業(yè)整體增速（2021-2030 年 CAGR 約為21.1%）。
2015-2030 年全球增材制造行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模 2019-2024 年全球金屬增材制造市場(chǎng)規(guī)模
來源：Wohlers，國(guó)聯(lián)證券研究所 來源：SmarTech Analysis，國(guó)聯(lián)證券研究所
從細(xì)分項(xiàng)占比來看，根據(jù) Wohlers 顯示的 2021 年數(shù)據(jù)，細(xì)分產(chǎn)品規(guī)模中 3D 打印服務(wù)、3D 打印設(shè)備和 3D 打印原材料分別占比 40.9%、22.4%和 17.1%，市場(chǎng)規(guī)模分別為 62.3、34.1 和 25.9 億美元。從原材料市場(chǎng)占比來看，聚合物粉材、光敏樹脂、聚合物絲材和金屬材料為主要原材料，占比分別為 34.7%、25.2%、19.9%和 18.2%，值得注意的是，聚合物粉末銷量同比增長(zhǎng) 43.3%，超過光敏樹脂成為最常用的增材制造材料，SLS、SLM 等基于粉末床的工藝技術(shù)下游需求量有所提高。
2021 年全球增材制造行業(yè)細(xì)分占比 2021 年全球增材制造行業(yè)原材料占比情況
來源：Wohlers，國(guó)聯(lián)證券研究所 來源：Wohlers，國(guó)聯(lián)證券研究所
3D 打印行業(yè)中設(shè)備公司往往涉及到原材料、設(shè)備零部件和下游服務(wù)業(yè)務(wù)，而專精原材料和設(shè)備零部件的企業(yè)通常3D 打印業(yè)務(wù)占比較低。因此，通過 3D 打印設(shè)備企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局觀察整體行業(yè)更為合意。
國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)格局方面，當(dāng)前國(guó)內(nèi) 3D 打印設(shè)備市場(chǎng)較為分散。CR3 分別為國(guó)內(nèi)的聯(lián)泰科技、美國(guó)的 Stratasys 和德國(guó)的 EOS 構(gòu)成，合計(jì)占比約為 44.3%。國(guó)產(chǎn)主流設(shè)備 廠商除聯(lián)泰科技外，華曙高科和鉑力特市場(chǎng)占有率相對(duì)較高，分別為 6.6%和 4.9%。
全球競(jìng)爭(zhēng)格局方面，由于桌面級(jí) 3D 打印設(shè)備單品價(jià)值量低、出貨量大、參與企業(yè)眾 多等因素，通常以工業(yè)級(jí) 3D 打印設(shè)備（售價(jià)高于 5000 美元）出貨量占比數(shù)據(jù)觀察競(jìng)爭(zhēng)格局。當(dāng)前工業(yè)級(jí)龍頭主要為美國(guó) Stratasys 和 3D Systems，2019 年工業(yè)級(jí)出貨量分別為 16.6%和 12.8%。國(guó)內(nèi)工業(yè)級(jí)非金屬設(shè)備企業(yè)聯(lián)泰科技和先臨三維進(jìn)入前十，出貨量占比分別為 2.4%和 2.0%。
考慮到 3D 打印設(shè)備分類維度較為多樣，既可通過原材料分為金屬和非金屬，也可依照價(jià)值量和應(yīng)用領(lǐng)域分為工業(yè)級(jí)和桌面級(jí)，將主要參與企業(yè)按不同維度細(xì)化分類，可更好觀測(cè)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局。金屬 3D 打印設(shè)備多為工業(yè)級(jí)設(shè)備，通常具備單品價(jià)值量高、設(shè)備及服務(wù)銷售毛利率高、出貨量較低的特征。
國(guó)內(nèi)方面，主營(yíng)為金屬 3D 打印的企業(yè)營(yíng)收在 1 億元至5 億元左右，上市公司僅鉑力特（銀邦股份子公司飛而康涉及金屬 3D 打印業(yè)務(wù)），除鉑力特外華曙高科、鑫精合等企業(yè)在技術(shù)方面具備一定競(jìng)爭(zhēng)力。
海外方面，主要金屬3D 打印企業(yè)均已上市，3D Systems 營(yíng)收最高，約合人民幣 40 億元。非金屬 3D 打印既有工業(yè)級(jí)也有桌面級(jí)設(shè)備，通常價(jià)值量低、設(shè)備及服務(wù)銷售毛利率低于金屬設(shè)備，但出貨量和公司整體營(yíng)收較高。
資本層面：國(guó)內(nèi)方面，主要企業(yè)均未上市，多處于掛牌或一級(jí)市場(chǎng)融資階段。其中創(chuàng)想三維是桌面級(jí)龍頭，營(yíng)收超過 10 億元，為國(guó)內(nèi) 3D 打印行業(yè)營(yíng)收最高的企業(yè)。聯(lián)泰科技為工業(yè)級(jí)非金屬設(shè)備龍頭，營(yíng)收為 4.35 億元。
海外方面，行業(yè)內(nèi)主要公司均已上市，3D Systems 和 Stratasys 為非金屬龍頭，營(yíng)收約為 40 億。
國(guó)內(nèi) 3D 打印市場(chǎng)空間方面，Wohlers 數(shù)據(jù)顯示，從增材制造設(shè)備安裝量角度來看，中國(guó)市場(chǎng)占全球比重約 10.6%，位列世界第二。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院測(cè)算，2021年國(guó)內(nèi)增材制造市場(chǎng)規(guī)模為 260 億元，同比增速 25.0%，相較 2018年產(chǎn)業(yè)規(guī)模實(shí)現(xiàn) 翻倍。預(yù)計(jì)到 2024 年產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過 500 億元，2021-2024 年 CAGR 將維持在 24.0% 左右，顯著高于全球增長(zhǎng)水平，國(guó)內(nèi)增材制造行業(yè)或?qū)⒂瓉砀咚侔l(fā)展期，未來增量空間廣闊。
2021 年增材制造設(shè)備安裝量占比圖 2017-2024 年中國(guó) 3D 打印市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)
來源：Wohlers，國(guó)聯(lián)證券研究所 來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院，國(guó)聯(lián)證券研究所
受3D打印產(chǎn)品逐步規(guī)?；瘧?yīng)用和部分積壓的3D打印設(shè)備需求釋放的帶動(dòng)，2021年中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模增速加快，產(chǎn)業(yè)規(guī)模增至216.5億元。隨著3D打印產(chǎn)品在已有場(chǎng)景中應(yīng)用規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)張，以及新場(chǎng)景、新應(yīng)用的不斷開拓，預(yù)計(jì)2023年中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模將突破400億元。
（2）、3D打印區(qū)域分布
我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)主要分布在京津冀地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)、珠三角地區(qū)、中西部地區(qū)。
（3）、3D打印價(jià)值鏈占比
中國(guó)3D打印設(shè)備規(guī)模占比達(dá)45.0%，3D打印服務(wù)和3D打印材料規(guī)模占比超25%。
3D打印產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)占比
各個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)部?jī)r(jià)值鏈占比
3D打印材料價(jià)值鏈
當(dāng)前主流3D打印分類維度為金屬與非金屬兩種，根據(jù)具體工藝進(jìn)一步細(xì)分。金屬3D打印由于其壁壘高、價(jià)值量高、未來應(yīng)用空間大等特點(diǎn)，關(guān)注度高于非金屬3D打印。金屬3D打印中主要涉及選擇性激光熔化（SLM）、 電子束熔化成型（EBM）、激光近凈成型（LENS）等，非金屬3D打印主要包括選擇性激光燒結(jié)（SLS）、光固化成型（SLA）、熔融沉積成型（FDM）等。
3D打印原材料是影響3D打印產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一，是3D打印技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。3D打印原材料目前主要可分為金屬材料、非金屬材料。數(shù)據(jù)顯示，在我國(guó)整個(gè)3D打印市場(chǎng)中，合金鋁合金、不銹鋼分別占20.2%、10.0%9.1%，合計(jì)占比39.3%，其余多為非金屬材料包括尼龍、PLA、ABS塑料、樹脂等。
3D打印設(shè)備價(jià)值鏈
目前，中國(guó)市場(chǎng)的主流設(shè)備品牌包括聯(lián)泰、華曙、鉑力特、3D Systems、GE 、Stratasys、惠普等。數(shù)據(jù)顯示，聯(lián)泰在3D打印行業(yè)中市場(chǎng)占比最大達(dá)16.4%，其次為Stratasys和EOS，分別占比14.8%和13.1%。
隨著國(guó)內(nèi)3D打印企業(yè)技術(shù)的不斷積累，與國(guó)外先進(jìn)水平的差距快速縮小，在大尺寸成型等部分領(lǐng)域甚至實(shí)現(xiàn)了反超，優(yōu)秀企業(yè)不斷涌現(xiàn)，以鉑力特、華曙高科、聯(lián)泰科技等為代表，綜合實(shí)力雄厚，屬于行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)。
3D打印服務(wù)價(jià)值鏈
3D打印目前已被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域，并逐漸被嘗試應(yīng)用于更多的領(lǐng)域中2021年3D打印主要應(yīng)用于航空航天、汽車、消費(fèi)及電子產(chǎn)品、醫(yī)療/牙科、學(xué)術(shù)科研等領(lǐng)域。以航空航天、醫(yī)療、汽車為代表的三大應(yīng)用領(lǐng)域空間廣闊。從 3D 打印下游應(yīng)用 市場(chǎng)占比來看，占比最多的三個(gè)領(lǐng)域是航空航天、醫(yī)療和汽車，占比分別為 16.8%、 15.6%和 14.6，其中航空航天中的應(yīng)用多為金屬 3D 打印，SLM、EBM 和 LENS 工藝均有 所使用。醫(yī)療和汽車行業(yè)在應(yīng)用過程中既有金屬也有非金屬 3D 打印，主流工藝均有 涉及。根據(jù)安永發(fā)布的報(bào)告來看，當(dāng)前航空航天與國(guó)防領(lǐng)域是 3D 打印滲透率較高的 領(lǐng)域，且具有較高的未來發(fā)展上限。
從商業(yè)模式來看，3D 打印下游應(yīng)用可分為軍用端和民用端。
軍用方面，3D 打印 在航空航天和軍工領(lǐng)域應(yīng)用廣闊，以 3D 打印定制化產(chǎn)品銷售為主，主要應(yīng)用在導(dǎo)彈、軍機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)零部件中，例如導(dǎo)彈中的舵、燃燒室、進(jìn)氣道，軍機(jī)中的格柵葉片，發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷端、熱端葉片等。軍品多采用協(xié)商定價(jià)，利潤(rùn)普遍較高。
民用方面，主要應(yīng)用在汽車、醫(yī)療、文創(chuàng)教育等領(lǐng)域，3D 打印設(shè)備銷售相對(duì)較多。以鉑力特為例，2021 年鉑力特設(shè)備銷售共 140 臺(tái)，軍用設(shè)備銷售占比和民用設(shè)備銷售占比分別約為43%和 57%。但從價(jià)值量來看，鉑力特軍品設(shè)備單價(jià)更高，價(jià)格在幾百萬至上千萬一臺(tái)，高于民用的幾十萬至百萬的價(jià)格區(qū)間。整體來看，當(dāng)前軍用下游需求較高，對(duì)于金屬 3D 打印技術(shù)成熟度要求高；民用下游行業(yè)較多，未來增長(zhǎng)空間廣闊，應(yīng)用中既有金屬工藝也有非金屬工藝，除工藝成熟度外還需考慮到產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)和消費(fèi)升級(jí)進(jìn)程。
2021 年增材制造的重要應(yīng)用領(lǐng)域及其市場(chǎng)份額占比 3D 打印當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域成熟度及未來應(yīng)用發(fā)展?jié)?/span>力
來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，國(guó)聯(lián)證券研究所 來源：安永，國(guó)聯(lián)證券研究所
應(yīng)用領(lǐng)域-航空航天
金屬 3D 打印在航空航天&軍工領(lǐng)域增長(zhǎng)潛力較高。航空工業(yè)中應(yīng)用的原材料多為鈦合金、鋁鋰合金、超高強(qiáng)度鋼、高溫合金等材料，普遍具有強(qiáng)度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易成型加工等特點(diǎn)，傳統(tǒng)工藝在加工這些金屬時(shí)面臨較高的技術(shù)壁壘。金屬 3D打印的快速發(fā)展為航天軍工業(yè)帶來新的發(fā)展思路，SLM、EBM 和 LENS 等金屬 3D 打印工藝廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，極大的促進(jìn)了航空航天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性，實(shí)現(xiàn)了由“制造約束設(shè)計(jì)”向“功能引領(lǐng)設(shè)計(jì)”的根本轉(zhuǎn)變。同時(shí)，由于航空航天領(lǐng)域價(jià)格敏感度較低的特性，使得 3D 打印在領(lǐng)域率先發(fā)展。
多重優(yōu)勢(shì)助力金屬 3D 打印在航空航天領(lǐng)域快速發(fā)展。金屬 3D 打印在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)涵蓋四個(gè)方面：一是復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，即可生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝較難生產(chǎn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，又可通過復(fù)合材料使零件不同部位具備不同性能，在我國(guó)傳統(tǒng)鍛造、鑄造技術(shù)相對(duì)落后于歐美的背景下，這一優(yōu)勢(shì)重要性凸顯，或可通過 3D 打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)高端制造業(yè)的“彎道超車”；二是縮短研發(fā)周期，無需制造生產(chǎn)模具，且節(jié)約了研發(fā)過程中糾錯(cuò)、修改、優(yōu)化的時(shí)間；三是優(yōu)化零部件性能，通過中空夾層、一體化結(jié)構(gòu)、鏤空點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和異形拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)輕量化，減少應(yīng)力集中的同時(shí)增加使用壽命；四是可提高材料的利用率，降低制造成本。
應(yīng)用領(lǐng)域-醫(yī)療
基于人體存在個(gè)體差異而傳統(tǒng)制造醫(yī)療器械多為標(biāo)準(zhǔn)化樣式或尺寸的現(xiàn)狀，3D 打印憑借可個(gè)性化定制的特點(diǎn)在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用逐步廣泛，主要應(yīng)用方向包括制造醫(yī)療模型、手術(shù)導(dǎo)板、外科/口腔科植入物、康復(fù)器械等(主要材料包括塑料、樹脂、金屬、高分子復(fù)合材料等)，以及生物 3D打印人體組織、器官等。隨著未來經(jīng)濟(jì)水平和精準(zhǔn)醫(yī)療要求的不斷提升，3D 打印技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展將擁有巨大空間智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)鏈圍繞著信息化基礎(chǔ)設(shè)施到“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療健康”系統(tǒng)建設(shè)，利用人工智能、通信、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，逐步打通“醫(yī)、藥、險(xiǎn)”各環(huán)節(jié)，智慧醫(yī)療已經(jīng)成為推動(dòng)我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的“新動(dòng)能”。預(yù)計(jì)未來行業(yè)將繼續(xù)高速發(fā)展，到2023年國(guó)內(nèi)智慧醫(yī)療應(yīng)用規(guī)?？蛇_(dá)到936.6億元]
應(yīng)用領(lǐng)域-汽車
伴隨3D技術(shù)的創(chuàng)新升級(jí)，其在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用將逐漸深入，從概念模型打印到功能模型打印，目前逐步應(yīng)用于功能部件制造，并向打造整車方向拓展。汽車制造領(lǐng)域3D打印，主要應(yīng)用已覆蓋汽車設(shè)計(jì)、零部件開發(fā)、內(nèi)外飾應(yīng)用等方面，主要技術(shù)為 SLS、SLM等。隨著汽車保有量和產(chǎn)量的上升，汽車行業(yè)巨大的市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)為3D打印技術(shù)的應(yīng)用提供廣闊的空間2023年1月，全國(guó)汽車產(chǎn)銷分別完成159.4萬輛和164.9萬輛，同比分別下降34.3%和35%
2022年汽車市場(chǎng)形勢(shì)呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀況逐步改善。2022年中國(guó)汽車制造業(yè)營(yíng)業(yè)收入92899.9億元，同比增長(zhǎng)6.8%。利潤(rùn)總額5319.6億元，同比增長(zhǎng)0.6%。
