2023年3D打印行业研究：消费电子钛浪起，3D打印黎明至

3D打印复盘：从实验室走向工业和大众

3D打印：一种用于制造零件的增材制造技术，与传统制造方法各有侧重

3D打印是通过二维逐层堆叠材料的方式，直接成形三维复杂结构的数字制造技术，对于加工小尺寸（50-100mm）、小批次、高价值量的 产品，3D打印更有优势。 相较于传统制造方式，3D打印的优势包括（1）缩短新产品研发及实现周期；（2）可高效成形更为复杂的结构；（3）实现一体化、轻量 化设计；（4）材料利用率较高，3D打印昂贵的金属材料可节约较大成本；（5）实现优良的力学性能。3D打印快速凝固成形后的制件内部 冶金质量均匀致密，无其他冶金缺陷；同时快速凝固使得材料内部组织为细小亚结构，成形零件可在不损失塑性的情况下使强度得到较大 提高。 而金属3D打印技术在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面与传统的精密加工技术相比，还存在一定差距。

3D打印40年发展历史：从实验室走向工业和大众

3D打印行业自1980年以来经历了4个发展阶段。 （1）1980-1992年：非金属3D打印技术触发期。核心非金属3D打印技术 SLA、LOM、FDM诞生，两大公司3D System和Stratasys相继创立； （2）1992-1999年：非金属3D打印商用+金属3D打印技术触发期，首台工 业3D打印机问世； （3）2000-2013年：初始应用期，非金属3D打印爆发。2001年首台桌面3D 打印机问世，随着2009年FDM技术专利到期，桌面打印机价格由上万美元 降到不足1000美元，但桌面3D打印设备并未解决工业用户需求； （4）2014年至今：稳步发展期，金属3D打印技术成熟。2013-2014年SLA 等多项关键专利到期，2016年12月SLM选择性激光熔化技术到期，我国出 台相关产业政策，3D打印逐渐在航空航天、医疗领域广泛应用。

全球3D打印资本市场复盘

2014年起核心专利到期后，全球3D打印产值快速上升，但海外 龙头公司营收停滞，连年亏损。2014年后，3D System依靠收购 实现的业绩高增难以为继，专利到期竞争加剧，盈利能力下滑。过去十年美国3D打印指数两次上涨后回落，均由于业绩预期未 兑现。2012-2013年美股3D打印指数在政策支持、公司业绩高增 之下屡创新高，市场预期高涨，2014年后随着公司营收增长停 滞和业绩亏损，泡沫破裂。3D System2020Q4业绩预告超预期， 疫情后经济和行业反弹的预期驱动指数上涨，后被证伪，指数 回调。

中国3D打印资本市场复盘

我国3D打印行业的发展节奏与全球大体一致，资本市场在 2014-2015年经历“3D打印泡沫”的膨胀和破裂。2013年起我 国3D打印专利数量爆发，2015年2月《国家增材制造产业发展 推进计划（2015-2016年）》发布，提出行业年均销售收入增 速超30%，政策推动和技术革新下，3D打印产业预期膨胀指数 上涨。2015年6月随着股市泡沫破裂，3D打印指数回归基本面。

为什么现在关注3D打印？

催化剂一：消费电子钛合金趋势下，3D打印即将大规模产业化应用

过去3D打印的痛点在于无法大规模量产，当前消费电子折叠屏+钛合金趋势之下，3D打印市场空间释放。 过去3D打印未形成大规模工业化应用。据Wohlers Associates，2022年全球3D打印产值180亿美元，前三大下游 为航空航天（17%）、医疗（16%）和汽车（15%）；2021年我国3D打印产值265亿元，主要用于航空航天、军工等， 均未形成大规模标准化生产。 3D打印助力钛合金制造成本降低，比传统CNC加工性能更优。由于钛合金的低热导率，传统CNC技术加工钛合金刀 具损耗大，根据艾邦高分子，传统CNC加工钛合金良率仅30-40%。3D打印技术避免了刀具切削环节，且激光器和 金属粉末的降价，使得3D打印钛合金成本逐渐与CNC加工平价。根据Counterpoint，Apple Watch series 6表壳 的机加成本约为132元，3D打印的Ultra钛合金成本约为109元，成本端具备竞争优势。

催化剂二：国内厂商金属3D打印技术已成熟，具备产业化基础

3D打印分为金属3D打印和非金属3D打印，其中金属3D打印技术PBF已实现广泛工业应用，DED已形成工业化应 用。增材制造工艺分为7类，不同技术通常在材料、能量源、成型方法上有差异，其中4种路线涉及金属3D打印， 粉末床熔融PBF（包括SLS、SLM、EBM、MJF）和定向能量沉积DED（包括LSF、WAAM）均可制造达到锻件标 准的金属零件，是已成熟应用的技术路线。据 Wohlers2022年Senvol数据库统计，全球1026件金属增材制造产品 中，94%均采用PBF(902件)和DED(61件)技术制造。

LSF适合高效加工大尺寸部件，我国在航空超大型金属结构件LSF一直处于世界领先水平。LSF的加工原理为：激光束 按照设定的路径移动，同时粉末喷嘴将金属粉末直接输送到固态基板上的熔池，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,层层叠加制造出零部件。适用于大型钛合金等材料零件的一次整体成形，及航空航 天、煤炭、电力等重大装备受损零部件的修复再制造。LSF技术路线的主要设备厂商包括美国Optomec、铂力特等。

催化剂三：金属3D打印成本降低

3D打印要实现批量生产，需要低成本、高效率和产品一致性、可靠性。

①原材料金属3D打印粉末价格持续下行。以铂力特为例，2020-2022年自制金属3D打印粉末销售价格由 144.5万元/吨降至78.2万元/吨，降幅为46%。预计未来仍将保持下降趋势。

②设备价格下降。激光器国产化推进，零部件采购单价呈下降趋势，使得设备端单价呈下降趋势。

③效率提升。2023年铂力特发布了BLT-A400、BLT-S400、BLT-S450的多激光配置方案，从设备激光器数量、粉末循环 系统、配套软件等方面提升设备的生产效率和稳定性，为工业领域提供高质量的“降本、提质、增效”的批量化生产 解决方案。

3D打印产业链哪些环节受益？

金属3D打印产业链中，中游设备厂商占据主导地位

金属3D打印产业链分为上游原材料及设备零部件、中游设备厂商及打印服务商、下游产品应用方，其中中游设备商产值最大。 上游：原材料为金属粉末；3D建模软件包括设备控制、数据处理、模型剖分三类；核心硬件为激光器、振镜系统；辅助设备主要 为扫描仪。 中游：根据金属3D打印制造流程，设备包括金属3D打印设备，以及热处理、打磨、抛光喷砂等后处理设备。 下游： 3D 打印产业各应用领域，以航空航天、医疗和模具为主。

上游：原材料国产替代进程顺利，核心零部件国产替代空间大

我国增材制造材料目前基本完成国产替代。根据中国增材制造产业联盟2021年调研50家规上企业结果，我国50家增 材制造原材料规上企业2021年产值14.7亿元，其中以高温合金、钛合金、铝合金为主的金属材料年产量约700吨，营 收5.5亿元，占比37%。国内主要增材制造原材料供应商包括中航迈特、铂力特、华曙高科等。 

金属3D打印设备核心零部件激光器、振镜国产替代进程较慢。华曙高科2022年进口激光器占比69.9%，进口激光器为 IPG，部分国产；进口振镜占比99.13%。2020年我国振镜控制系统的国产化率约15%，中低端振镜控制系统已基本实现 国产化，但在3D打印等高端应用领域仍由德国Scaps、德国Scanlab等国际厂商主导。

中游：3D打印设备是产业链中价值最大的环节

全球3D打印设备行业格局较分散，我国金属3D打印设备制造商收入规模和外资龙头仍有一定差距。金属3D打印设备 以工业级为主，厂商包括美国3D Systems、德国EOS，国内厂商包括铂力特、华曙高科、鑫精合、易加三维、汉邦科 技等。非金属3D打印设备既包括工业级，也包括消费级/桌面级，通常价值量、毛利率低于金属设备，但出货量和公 司整体营收较高，代表企业有美国的Stratasys、3D Systems、比利时的Materialise、中国的创想三维（消费级/桌 面级）等。

下游：以航空航天、模型、汽车工业及医疗为主

全球3D打印下游较分散，我国3D打印下游航空航天占比58%。由于海外非金属材料的基础研究较先进，非金属3D打印 应用较多，因此下游广泛分布于航空航天、医药、汽车等多个领域。我国工业级3D打印下游约6成用于航空航天，由 于金属3D打印更适用于高精尖，对产品有轻量化、结构优质化和集成化要求的产业，同时航空航天的需求弹性相对较 小、功能敏感性高，因此成为了我国3D打印需求最早落地的场景。

空间测算

消费电子新增3D打印空间测算——结论

短期，新增3D打印市场空间 iPhone>Apple Watch>折叠手机轴盖，其中24年3D打印设备新增市场超百亿。根据我们测 算，假设2024年折叠屏轴盖、手表表壳、iPhone中框的3D打印渗透率分别为10%/25%/10%，新增3D打印设备空间 1.6/10.4/117亿元。

中长期，消费电子全行业的3D打印渗透率极低，成长空间巨大。根据Statista和Wohlers，2022年全球消费电子市场规模 约为1.01万亿美元，全球消费电子领域3D打印市场规模为21.27亿美元，渗透率仅约0.21%，未来随着钛合金的广泛使用 以及龙头厂商的示范效应，3D打印应用仍有巨大上升空间。

折叠屏手机轴盖测算：3D打印渗透率10%对应设备空间1.6亿元

折叠手机铰链轴盖：根据我们测算，当折叠屏手机铰链轴盖的3D打印渗透率10%时，对应3D打印产品市场空间3.3亿元， 3D打印设备1.6亿元；远期当3D打印渗透率40%时，对应3D打印产品市场空间19.3亿元，3D打印设备空间3.2亿元。

关键假设：假设折叠屏铰链中的3D打印零部件从荣耀Magic V2扩展至更多产品，渗透率从5%逐年提升至40%；采用 Counterpoint预测，2023-2027年全球折叠屏手机出货量从1860万部提升至1.02亿部；单机钛合金粉末用量10g；3D打印 原材料、设备、振镜、激光器价格呈下降趋势。

iPhone钛合金中框测算：3D打印渗透率10%对应设备空间117亿元

iPhone钛合金中框：根据我们测算，当iPhone的3D打印渗透率为10%时，对应3D打印产品价值74亿元，3D打印设备空 间117亿元；远期当3D打印渗透率40%时，对应3D打印产品市场空间171亿元，3D打印设备空间21亿元。

关键假设：根据IDC，假设iPhone全球出货量2.2亿部，单机钛合金粉末用量35g，材料、激光器、振镜单价呈下降趋势。

报告节选：

编辑：火腿肠