2023年3D打印行业专题报告：钛合金材料崭露头角

3D打印优势明显，需求端驱动市 场空间高增

增材制造：设计便捷、工艺灵活、材料利用率高

增材制造（又称3D打印）是以三维模型数据为基础，通过材料 （包括液体、粉材、线材或片材等）堆积的方式制造零件或实物的 制造方法。不同于传统的材料去除技术（切削加工），增材制造是 一种“自下而上”材料累加的制造方法。

增材制造：行业仍处于高速成长阶段

2010年代，增材制造市场经历了快速增长，部分原因是技术进步、早期采用者的激烈资格认证工作以及媒体的大量关注。许多供应商的年营收 增长率达到50%或以上；在这段时期过后，市场年增长率放缓至20%左右。 从竞争情况来看，目前行业处于成长初期，多数企业规模偏小，中国和美国为发展领先市场，未来有望带领全球3D打印行业持续放量。

增材制造：受益于需求端驱动，增材制造行业保持高速成长

2021年全球增材制造产值（包括产品和服务）152.44亿美元，同比2020年增长19.50%。经过30多年发展，增材制造产业正从起步期迈入成 长初期，整体来看近年来呈现快速增长趋势。根据Wohlers预测，到2025年全球增材制造行业产值规模将达到298亿美元，到2031年将达到 853亿美元，2021-2031年CAGR为18.8%，保持高速增长。

中国3D打印市场应用程度不断深化，在各行业均得到了越来越广泛的应用。2017-2020年，中国3D打印产业规模呈逐年增长趋势，2020年中 国3D打印产业规模为208亿元，同比增长32.06%。根据前瞻产业研究院预测，到2025年我国3D打印市场规模将超过630亿元，2021-2025年 复合年均增速20%以上。

产业链：设备为核心，金属打印成长 性较强

产业链：设备为核心，材料是关键

上游：主要是生产所需原材料和增材制造设备的核心硬件和辅助设备，其中原材料是上游领域的核心，主要为金属和非金属材料。 中游：为增材制造设备和增材制造服务，增材制造设备为产业链核心； 下游：主要为各应用领域，航空航天、医疗、汽车、高校科研院所为主要应用领域。

上游：影响成品质量的重要环节

增材制造专用材料的品类和品质决定增材制造产品及服务的质量。现有增材制造专用材料包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料等。 根据Wohlers Associates数据显示，全球增材制造专用原材料销售金额从2012年的4.17亿美元增长至2021年的25.98亿美元，CAGR22.54%。

中游：工业级增材制造设备高速增长，金属打印成长性较强 168

根据增材制造技术的成形原理，增材制造工艺分成七种基本类别，即粉末床熔融（PBF）、定向能量沉积（DED）、立体光固化（VPP）、粘 结剂喷射（BJT）、材料挤出（MEX）、材料喷射（MJT）和薄材叠层（SHL）。主要工艺技术分类情况如下： 金属3D打印：激光选区熔化（SLM）、激光近净成型（LENS）、电子束选区熔化（EBSM）、电子束熔丝沉积（EBDM）等。 非金属3D打印：光固化成形（SLA）、熔融沉积成形（FDM）、激光选区烧结（SLS）、三维立体打印（3DP）、材料喷射成形（PJ）等。

全球工业级增材制造设备销量从2011年的6500余台增长至2021年的2.6万余台，年复合增长率14.9%。 金属增材制造：全球金属增材制造设备的销售量从2012年的200余台增长至2021年的2300余台，年复合增长率31.6%。 非金属增材制造：全球工业级高分子增材制造设备的销售量从2012年的7500余台增长至2021年的23800余台，年复合增长率13.6%。

3D打印方式——激光立体成型技术（LSF）

聚焦激光束在控制下，按照预先设定的路径，进行移动， 移动的同时，粉末喷嘴将金属粉末直接输送到激光光斑 在固态基板上形成的熔池，使之由点到线、由线到面的 顺序凝固，从而完成一个层截面的打印工作。这样层层 叠加，制造出接近实体模型的零部件实体。 采用 LSF 技术不仅能直接打印出三维金属零件，还能 在已有零件上进行打印，比如在磨损的零件上打印相应 金属材料以修复磨损处，或与传统的机加工设备集成起 来进行增材/减材复合成形，因此在制造或修复高附加值 的产品，比如航空发动机或机床部件中得到广泛应用。

中游：3D打印企业集中在美国、德国及中国

增材制造行业经过30余年的发展，目前已建立起较为稳定的增材制造产业生态体系和行业竞争格局，呈现出行业整体高速增 长，由几家巨头主导，其他设备制造商后起追赶的发展态势。 国际市场：EOS、SLMSolutions和3DSystems等公司起步较早，占据领先地位；GE、HP等快速发展，逐步取得较高市场份额。 国内市场：以国产品牌之间的竞争为主，主要市场参与者有铂力特、华曙高科。

兼顾硬度和重量，3D打印钛合金 材料在3C市场崭露头角

钛合金：性能优秀，兼顾硬度和重量

钛合金材料比强度高、耐热耐蚀性能好，能兼顾硬度和重量，目前主要应用于航空航天、航海、化工、武器装备等领域。因 其优秀的性能，有望在智能手机、穿戴设备、人形机器人等领域实现应用。 比强度高：钛合金的密度仅为钢的60%，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金 的比强度（强度/密度）远大于其他金属结构材料，可制造出单位强度高、刚性好、质量轻的零部件。 热强度高：钛合金的使用温度比铝合金高几百度，可在450℃～500℃的温度下长期工作。而铝合金的工作温度则在200℃以下。 抗蚀性好：钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢，对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强。 低温性能好：钛合金在低温下仍能保持其力学性能。比如TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结 构材料。

3D打印适用于钛合金加工

钛合金因其优秀的特质被广泛用于各个领域，然而用传统切削工艺加工的难度较大： 钛屑易燃：在高温下（600°C）,钛屑容易燃烧。 导热性差：钛合金的导热系数小，仅为45钢的1/6-1/7，而且密度小，切削热量集中在切削刃附近，刃区温度高，刀具磨损剧烈。 化学亲合力大：与含Ti的硬质合金粘结严重，而很多刀具的涂层都含Ti。 弹性模量小：约为45钢的弹性模量的1/2，故弹性恢复大，摩擦严重。同时，工件也容易发生装夹变形。  冷硬现象严重：钛的化学活性大，在高的切削温度下，很易吸收空气中的氧和氮，形成硬而脆的外皮，同时切削过程中的塑性变形也会造 成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损。3D打印钛合金构件作为一种先进的一体化加工方案，可一次性完成传统构件铸、锻、焊、机加工等多工序制造方案，在生 产周期、减重、综合降本等方面优势突出。随着钛合金材料在3C行业中的应用加速，3D打印行业也有望打开新的市场空间。

重点公司分析

华曙高科

公司是全球极少数同时具备3D打印设备、材料及软件自主研发与生产能力的增材制造企业，销售规模位居全球前列，是我国工业级增材制造设 备龙头企业之一。

公司IPO拟投资于增材制造设备扩产项目、研发总部及产业化应用中心项目和增材制造技术创新（上海）研究院建设项目，合计约6.6亿元。随 着增材制造技术应用的加速渗透，公司业务规模快速增长、产能瓶颈突显，公司一方面在长沙高新区新增购置土地，启动建设增材制造设备扩产 项目，提高公司整体交付能力，满足多元市场需求；另一方面在湖南省益阳市南县新建高分子材料生产基地，承接公司新材料领域成果转化与规 模生产，满足日益增长的增材制造应用市场需求。公司将通过上述产能提升计划全力建设高效低成本的规模生产能力，为科技创新跨越发展和规 模产业提供支撑。

铂力特

公司是一家专注于工业级金属增材制造（3D打印）的国家级高新技术企业，为客户提供金属增材制造全套解决方案，业务涵盖金属3D打印设备 的研发及生产、金属3D打印定制化产品服务、金属3D打印原材料的研发及生产、金属3D打印工艺设计开发及相关技术服务，构建了较为完整的 金属3D打印产业生态链，整体实力在国内外金属增材制造领域处于领先地位。

银邦股份

公司是我国铝压延加工行业的领先企业之一，通过与国际一线的主机厂商建立合作共同服务于特斯拉、BMW、奔驰、中车、 卡特彼勒、GM等品牌。 公司的参股公司飞而康快速制造科技有限责任公司主营业务是金属3D打印（增材制造），通过3D打印生产的零部件可应用于 飞机、火箭、航空发动机等航空航天领域，飞而康是C919金属3D打印零部件合格供应商。飞而康下设三个事业部：特种金属粉末事业部，3D打印解决方案事业部，特种制造技术事业部。

光韵达

公司的全资子公司通宇航空有十年航空装备制造与管理经验，产品包括多型号机加工及3D打印航空零部件，主要客户为成都飞机工业(集团)有 限责任公司。通宇航空毗邻核心客户，是其航空零部件和3D打印供应商，在与成飞集团多年的合作中，公司已经融入成飞供应链，成为重要供应 商之一。通宇航空2022年净利润6235万元，同比+14%，2019-2022年CAGR=25%。

报告节选：

编辑：火腿肠