3D打印：從“減材”向“增材”，傳統制造工藝的革新

3D打?。河直环Q為增材制造，是一種快速成型技術。3D打印是以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料， 通過逐層打印的方式來構造物體的技術。 傳統工藝：采用的制造技術是減材制造，主要通過去除材料來生產出所需要的零部件。 3D打印相比傳統工藝具有：1）適用于制造復雜物體；2）節省材料、降低成本；3）縮短研發制造周期；4）輕量化、一體化 成型；5）滿足定制化需求等優勢。

鈦合金3D打印引領革命，消費電子領域市場空間打開

榮耀、蘋果有望引入鈦合金3D打印技術，引領行業技術迭代。據界面新聞與證券日報，2023年7月，榮耀發布的折疊屏手機 Magic V2，第一次大規模使用鈦合金3D打印技術，該技術主要用于鉸鏈的軸蓋部分，這是3D金屬工藝結構件首次在手機上大 規模使用。相比此前的不銹鋼和鋁合金材質，鈦合金能夠更好地兼具堅固和輕薄的特點，從而降低手機的厚度和重量，并提高 強度。3D打印首次大規模在消費電子中進行應用，具有里程碑式的戰略意義，未來有望打開成長空間。

3D打印引入消費電子領域，有望改變傳統“多品種、小批量” 供應格局

成本、速度及快速成型優勢顯著，3D打印過去主要用于“多品種、小批量”產品供應。3D打印能夠快速成型，可在多品種產 品生產中發揮優勢。同時，在小批量情況下， 3D打印技術在成本、速度和靈活性等方面優于傳統制造工藝。據遠鑄智能，以 生產500件FUNMAT PRO 410噴頭罩殼為例，采用傳統注塑開模方式生產單個噴頭罩殼的成本要比3D打印工藝高出55%。 3D打印技術引入消費電子領域，未來有望開啟大批量生產時代。3D打印首次在消費電子領域大規模使用，有望改變過去3D打 印“多品種、小批量”的供應格局，在未來實現大批量生產。

技術進步、成本下降及效率提升是3D打印在消費電子領域實現 大規模應用的前提

光學光熱類/電子電氣類/機械類/金屬粉末為3D打印設備主要成本。據華曙高科招股書，2022H1華曙高科直接材料占3D 打印設備及輔 機配件的80.4%，同時2022H1光學熱學類/電子電氣類/機械類/金屬粉末/耗材類/高分子原材料分別占原材料采購成本（剔除外協件） 的37.2%/18.8%/15.3%/ 6.6%/3.3%/1.9%。

3D打印材料、設備成本快速下降。據鉑力特公司公告，我國金屬3D打印粉末價格持續下降，鉑力特自制金屬3D打印粉末平均售價由 2020年的144.48萬元/噸下降至2022年的78.19萬元/噸，降幅達45.9%。據前瞻產業研究院，我國激光器價格下降趨勢明顯，我國 3kW光纖激光器價格從2018年的40萬元/臺下降至2021年的10萬元/臺，降幅達75.0%。據中經產業信息研究網， 我國激光振鏡平均價 格已由2017年的2225.71元/套下降至2021年的2139.43元/套。

應用：航空航天、消費電子、汽 車、人形機器人、無人機/飛行 汽車領域未來前景可期

市場空間：預計2025年3D打印市場規模將達298億美元

2022年全球3D打印市場規模達180億元，預計2025年將達298億美元，2022-2025年CAGR為18.3%。據Wohlers Associates 《Wohlers Report 2023》、3D打印技術參考，全球增材制造市場規模由2017年的80.95億元增長至2022年的180億美元，同 比增長18.3%，2017-2022年CAGR為17.3%。據Wohlers預測，預計2025年增材制造收入規模將達298億美元，2022-2025年 CAGR為18.3%；預計2030年將達853億美元，2022-2030年CAGR為21.5%。

航天航空：目前3D打印技術主要用于發動機等航空航天器零部件

目前3D打印技術主要用于發動機等航空航天器零部件。目前航空航天領域正在不斷探索使用增材制造生產飛機零件，包括發 動機部件（如帶有內部冷卻通道的渦輪葉片、燃料噴嘴和壓縮機及集成管道系統），以及各種鉸鏈、支架、內部組件、輕量化 機身等。對于發動機而言，飛機和航天器火箭發動機中的靜態和旋轉部件都受到極端性能要求和惡劣環境的影響，例如高溫、 高壓、腐蝕等，這些性能通常要求壓縮機葉片、渦輪葉片、導流器和葉輪等零部件具備高度復雜的形狀并由特殊材料制造，因 此使用3D打印技術可以顯著提高航空航天器的性能。

例如，通用電氣波音新型777X客機的新GE9X發動機在7個多部件組件中擁有304個3D打印零件，其中228個低壓渦輪葉片采用 EBM工藝和TiAl合金制造，其重量為航空用傳統鎳基合金渦輪葉片的50%，這使得GE9X比前身GE90發動機油耗降低了10%。

消費電子：鈦合金引領消費電子變革， 3D打印市場空間有望打開

榮耀、蘋果有望引入鈦合金3D打印技術，引領消費電子領域變革。2023年7月，榮耀發布的折疊屏手機Magic V2，第一次大規 模使用鈦合金3D打印技術，該技術主要用于鉸鏈的軸蓋部分，這是3D金屬工藝結構件在手機上首次大規模使用。同時，蘋果 公司已累計獲得鈦合金材料相關專利8項，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。此外，目前三 星、OPPO、vivo等公司都開始加速與供應鏈溝通、測試，試圖在下一代產品中用上鈦合金技術。

未來隨著成本下降，3D打印消費電子市場空間有望打開。目前鈦合金軸蓋的材料成本30元左右，加工成本在200-300元之間。 未來隨著3D打印技術量產進一步規?；?、良率進一步提高，有望帶來邊際成本下降。價格的進一步下跌，有望帶動3D打印在 消費電子應用領域的擴張，打開市場空間。

汽車：未來3D打印有望貫通打通汽車生產全生命周期

目前3D打印主要應用于原型與零部件生產領域。由于3D打印具有快速成型的特點，因此3D打印在汽車原型制作領域發揮著重 要作用。同時，由于3D打印能夠實現復雜產品生產，以及輕量化、定制化生產，因此3D打印也被應用于汽車零部件生產領域。 目前奔馳、寶馬、大眾、福特、本田等車企都在持續推進3D打印技術。由于3D打印在復雜及定制化產品生產方面具備優勢， 因此未來3D打印有望在復雜構造產品及定制化產品方面進一步打開市場空間。

未來3D打印有望打通汽車生產全生命周期。目前3D打印主要應用于原型和零部件制造階段，且還未達到量產階段。隨著技術 進步、成本下降及車企認知度的提高，未來3D打印技術的應用有望貫穿汽車行業全生命周期，進一步從研發走向生產。

無人機/飛行汽車：碳纖維3D打印有望成為未來的主流技術

碳纖維復合材料具有比強度高、比模量高的特性。碳纖維復合材料主是由碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷、橡膠等基體混合加工成 的碳纖維復合材料，具有比強度高（輕質、高強度）、比模量高（單位密度的彈性模量高）等特性。

無人機/飛行汽車：碳纖維3D打印有望成為未來的主流技術。減重對于無人機/飛行汽車具有重要意義減輕，通過減重可以提高 飛行速度與時長。碳纖維因輕質、高強、高模等特性而備受青睞。采用3D打印技術能夠減少碳纖維傳統生產的繁復工序，并 實現輕量化。我們認為未來隨著技術進步、成本下降，碳纖維3D打印有望成為無人機/飛行汽車的主流技術。

材料：金屬/高分子/陶瓷/復合材 料有望多領域實現突破

3D打印材料：主要包括金屬、高分子、陶瓷及復合材料等

3D打印材料主要包括金屬、高分子、陶瓷及復合材料等。據中商情報網《 2023年中國3D打印行業產業鏈上中下游市場分析》 ， 我國3D打印市場中，鈦合金、鋁合金、不銹鋼分別占20.2%、10.0%、9.1%，合計占比39.3%，其余多為非金屬材料，包括尼龍、 PLA、ABS塑料、樹脂等。

金屬材料：金屬材料多樣化及材料組合為未來發展方向

金屬3D打印材質要求嚴格，主要采用鈦合金/鈷鉻合金/不銹鋼/鋁合金等材料。 3D打印所使用的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，因此能夠應用于3D打印的金屬材料品種較少。目前，應用于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。

3D打印適用于難熔、難加工及價格高的材料。首先，3D打印具有節省材料的特性，適用于加工價格昂貴的材料，從而降低成 本。其次，采用傳統工藝加工高溫難熔、難加工金屬，工藝繁復、成本高昂，而3D打印能夠快速成型，適用于難加工材料制造。

金屬材料多樣化及材料組合為未來方向。其中，高熔點鎢、鎳合金有望成為未來3D打印的發展方向；鎂合金是質量最輕的金屬 結構材料，可用于制作復雜流道、拓撲等結構，適用3D打印技術；近年來銅合金的應用逐步增長；鈷鉻合金有望在齒科等領域 實現應用；高熵合金指的是由五種或五種以上金屬形成的新型合金，具有優異的力學、耐熱性、耐蝕性等性能，受到廣泛重視。

陶瓷材料：碳化硅陶瓷有望成為陶瓷3D打印突破領域

成形缺陷多、質量差，陶瓷3D打印工業化進程受限。陶瓷3D打印技術具有材料利用率高、生產周期短、成型精度高、表面質 量好等優點，可實現形狀復雜的單件、小批量陶瓷零件的定制化生產，然而陶瓷3D打印存在成形缺陷過多、質量差的問題，尤 其是裂紋缺陷嚴重問題將影響陶瓷件的力學性能，因此，目前3D打印在陶瓷領域應用較少。

碳化硅陶瓷有望成為陶瓷3D打印突破領域。碳化硅陶瓷是一種具有高強度、高硬度、高熱導率、高化學穩定性等性能，其高溫 強度可一直維持到1600℃，是陶瓷材料中高溫強度最高的材料，被廣泛應用于航空航天、微電子、汽車工業、核工業等領域。 傳統工藝生產工序復雜、成本高、模具設計制作周期長，同時碳化硅陶瓷材料具有極高的硬度和脆性，加工難度高，而3D打印 技術能較好地解決復雜形狀難成型、難加工，制作周期長、成本高的問題，未來有望打開碳化硅陶瓷市場空間。

復合材料：未來隨著成本下降，碳纖維有望從軍用走向民用市場

碳纖維復合材料具有比強度、比模量高的特性。碳纖維復合材料主是由碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷、橡膠等基體混合加工成的 碳纖維復合材料，相比單一碳纖維具有比強度高（輕質、高強度）、比模量高（單位密度的彈性模量高）等特性。據國際金屬 加工網，碳纖維復合材料強度比鋼鐵高10倍，比鋁高8倍，但重量僅為鋼鐵、鋁的一小部分。采用3D打印加工碳纖維具有生產 周期短、降低成本、可定制化等優勢。

未來隨著成本下降，碳纖維3D打印有望從軍用走向民用市場。目前碳纖維原料、加工成本較高，據普向環保，碳纖維價格為鋼 材的4-5倍，目前主要應用于低價格敏感度的航空航天、軍工、汽車等領域。據3D科學谷，飛機領域空客的A350 XWB包含了52% 的碳纖維增強（CFRP）部件，波音787 Dreamliner包含了50%的碳纖維增強（CFRP）部件；汽車領域的寶馬BMW i3也大量使用碳 纖維增強部件。我們認為未來隨著成本下降，碳纖維有望逐步從軍用走向民用市場，進一步打開市場空間。

審核編輯：劉清