增材制造技術(Additive Manufacturing,AM)又稱3D打印(3D Printing),是一種以數字三維建模為基礎,融合計算機輔助設計、材料加工、材料成形技術,使用金屬材料、非金屬材料及醫用生物材料,按照層層疊加、分層制造的離散-堆積原理,快速制備形狀復雜工件的成型技術。
1)上游:主要包括3D 打印原材料、核心硬件、輔助運行供應商等
國內3D 打印金屬材料占比40%,以鈦合金、鋁合金和不銹鋼為主。3D打印金屬粉末的制備方法主要有氣霧化(GA)、等離子旋轉電極霧化(PREP)、等離子熔絲霧化(PA)和等離子球化(PS)技術,國內商業化較為成熟的為GA 和PREP 工藝。
2)中游:以3D 打印設備及打印服務廠商為主,大多設備提供商亦提供打印服務業務及原材料供應,在整個產業鏈中占據主導地位。
3D 打印工藝原理可分為7大類:粉末床選區熔化(PBF)、定向能量沉積(DED)、立體光固化、粘結劑噴射、材料擠出、材料噴射、薄材疊層,依據耗材差異可分為金屬3D 打印與非金屬 3D 打印,金屬 3D 打印技術主要有粉末床熔融和定向能量沉積兩大類,分別以激光選區熔化(SLM)和激光近凈成形技術(LENS)為主。
3)下游:應用領域已覆蓋航天航空、汽車工業、醫療等領域。
預計2025年全球3D 打印市場規模298 億美元,CAGR 為 18.2%,金屬3D 打印市場增速預計快于行業。3D 打印目前已被廣泛應用于航空航天、醫療/牙科、汽車、消費及電子產品、學術科研、能源、軍工、建筑等領域,近年航空航天、醫療領域需求增長較快,隨著榮耀、蘋果等消費電子龍頭公司引入鈦合金3D 打印技術,有望打開消費電子行業需求天花板。
金屬3D 打印面向中高端,預計未來增速高于整體3D 打印市場規模增速。根據SmarTech Analysis預計,全球金屬3D打印行業市場規模將由2019年的33億美元增加至 2024年的110億美元,CAGR 為27.2%。
3D 打印目前已被廣泛應用于航空航天、醫療/牙科、汽車、消費及電子產品、學術科研、能源、軍工、建筑等領域,根據Wohlers Report 2022報告數據,2021年上述領域分別占比 16.8%、15.6%、14.6%、11.8%、11.1%、7.0%、6.0%、4.5%。
根據Wohlers Associates 數據,2021年全球3D 打印在航空航天和國防工業的應用占比分別為16.8%和6.0%,對應市場規模分別為25.6億美元和9.1億美元。2019-2021年全球航空航天3D 打印市場規模占比由14.7%增加至 16.8%。
3D 打印技術在航空航天零部件制造和研發中的優勢主要體現在:1)縮短新型航空航天裝備及零部件的研發周期;2)復雜結構設計得以實現;3)滿足輕量化需求,減少應力集中,增加使用壽命;4)提升航空航天裝備的零部件強度和耐用性;5)提高材料的利用率,降低制造成本;6)增材再制造是未來藍海市場,對裝備損傷零部件進行再制造修復。
根據Wohlers Associates 數據,2019-2021年全球醫療領域 3D 打印市場規模占比由 13.9%增加至 15.6%,2021 年全球 3D 打印在醫療領域市場規模為 23.8億美元。
依照材料的發展與生物性能的差別,醫療領域3D 打印分為兩類:非生物 3D 打印與生物 3D 打印。相對于生物 3D 打印而言,非生物 3D 打印的原理相對較為簡單,所需材料也相對易得,因此在醫療領域的應用已經比較廣泛。非生物3D打印的產品大多不具備生物相容性,大多產品可歸于醫療器械的范疇,具體應用在:①個性化假體的制造,可用在骨科、齒科、整形外科等;②復雜結構以及難以加工的醫療器械制品,包括植入物與非植入物,如多孔結構的髖關節、模擬人體器官的醫用模型等。
? 非生物3D 打印是指利用非生物材料和3D 打印技術來打印非生物假體,非生物材料包括塑料、樹脂、金屬、高分子復合材料等,主要應用于齒科、骨科、醫療器械、輔助器械(術前模擬)、醫用教學等醫療領域。
? 生物3D 打印是基于活性生物材料、細胞組織工程、MRI與CT 技術以及3D重構技術等而進行的活體3D 打印,其目標是打印活體器官。
根據Wohlers Associates 數據,2019-2021年全球汽車領域 3D 打印市場規模占比小幅下降,由16.4%降至14.6%,2021年全球 3D 打印在汽車領域市場規模為22.3 億美元。
3D 打印技術在汽車行業的應用貫穿汽車整個生命周期,包括研發、生產以及使用環節。就應用范圍來看,目前3D打印技術在汽車領域的應用主要集中于研發環節的試驗模型和功能性原型制造,在生產和使用環節相對較少。未來,3D打印技術在汽車領域仍將被廣泛應用于原型制造。隨著3D 打印技術不斷發展、車企對3D 打印認知度提高以及汽車行業自身發展需求,3D打印技術在汽車行業的應用將向市場空間更大的生產和使用環節擴展,在最終零部件生產、汽車維修、汽車改裝等方面的應用將逐漸提高。
根據Wohlers Associates 數據,2019-2021年全球消費電子領域3D 打印市場規模占比小幅下降,由15.4%降至11.8%,2021年全球 3D 打印在消費電子領域市場規模為18.0億美元。
目前3D打印在消費品行業的應用主要集中在產品設計和開發環節。消費品行業涵蓋范圍較廣,主要包括手機、電子產品、電腦、家電、工具和玩具等行業。消費品行業具有產品生命周期短,更新換代快的特性,需要持續不斷的開發和投入。借助3D 打印的優勢,可以縮短產品開發周期,大幅削減設計成本,現有的3D打印技術可以實現各種復雜設計的模型制作,賦予設計師更多的自由,產品設計水平大幅提升。