金属3D打印设备行业发展基本情况

金属3D打印设备行业发展基本情况3D打印材料行业发展方向现今，已经有300多种适用于3D打印的材料问世。对于3D打印的应用前景还很依赖于3D打印材料的研发以及其市场化推广。3D打印材料行业发展现状显示在我国，市面上相对较为流行的3D打印设备是桌面打印机，但相比国外，我国3D打印材料的科研水平还处于起步阶段，有很大的发展空间。3D打印材料将更加多元化，满足3D打印技术的发展和市场的需求。我国虽然在3D打印材料和打印技术领域起步较晚，但是通过科研单位和科研人员的聪明才智，我国在3D打印领域的发展会越来越好，更多的3D打印材料会贴上自主研发的标签，进一步促进我国3D打印市场的发展，让3D打印产品走进千家万户。3D打印行业概述3D打印是快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型wenjian为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印产业链上游为激光器、振镜、三维扫描设备、3D打印软件、粉末原料等；中游为3D打印设备生产厂商，其中部分也提供打印服务及原材料供应，在整个产业链中占据主导地位；下游为行业应用，覆盖航空航天、汽车工业、船舶制造、能源动力、轨道交通、电子工业、模具制造、医疗健康、文化创意、建筑等各领域。经过多年发展，目前工业界主流使用的3D打印技术大致可以分为三大类，即挤出成型技术、粒状物成型技术和光聚合成型技术。挤出成型技术主要为熔融沉积式技术（FDM）；粒状物成型技术包括直接金属激光烧结（DMLS）、电子束熔化成型（EBM）、选择性光熔化成型（SLM）、选择性热烧结（SHS）、选择性激光烧结（SLS）等技术；光聚合成型技术的代表性技术为为立体平板印刷（SLA）、数字光处理（DLP）、光固化快速成形技术（PolyJet）等。3D打印行业上下游关系3D打印行业上游为原材料及零件，包括3D打印原材料、核心硬件和软件等，中游为设备制造和打印服务，下游则包括航空航天、汽车、医疗、消费及电子产品等应用领域。（一）3D打印行业上游1、3D打印原材料3D打印原材料是影响3D打印产品质量的重要因素之一，是3D打印技术发展的物质基础。3D打印原材料目前主要可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料以及生物材料等几类。（1）金属粉末材料金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低，目前应用于3D打印的金属粉末材料主要有钛合金、高温合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等。目前国内的金属3D打印材料已基本满足国产设备及国内下游增材制造需要，设备生产厂商一般与第三方材料厂商合作研究开发各类金属材料熔融工艺，少量3D打印服务的厂商会同时自主生产金属3D打印材料。（2）高分子粉末材料SLS工艺技术目前使用最广泛的原材料为PA粉末类材料。近年来，行业内出现多种新型高分子增材制造粉末材料，各类材料在成形质量和稳定性等方面的表现各有差异。2、核心硬件增材制造所使用的核心硬件包括振镜和激光器等。目前，该等核心硬件多数采购自美国、德国等，存在依赖进口的情况，但随着国产振镜和激光器的研制成功及性能提升，目前已实现部分进口替代。3、软件3D打印相关软件包括3D打印设备工业软件系统以及应用软件。应用软件可由产业链上中下游主体及专业软件供应商基于技术应用需求开发提供，如辅助设计软件、工程处理软件、仿真模拟软件、智能处理软件等。设备工业软件系统是指控制3D打印设备制造运行全环节的整体控制系统，是整个3D打印设备的核心中枢。目前，行业内大部分3D打印设备制造企业的3D打印设备工业软件系统系向第三方采购，软件性能提升依赖并受制于软件服务商，限制了设备性能和材料性能的应用，难以快速响应客户软件方面的需求。因此，拥有完全自主知识产权3D打印设备工业软件系统将有助于设备制造企业提升行业竞争力。（二）3D打印行业中游增材制造行业中游包括3D打印设备及设备技术服务。其中3D打印设备是中游、也是整个产业链的核心主体。参与主体包括增材制造设备制造商、增材制造服务提供商、各类代理商等。增材制造设备制造商研发、生产3D打印设备供下游用户使用，并根据下游用户反馈不断进行技术的创新与更新迭代，并同步向上游传递创新与市场需求，不断推动着整个产业链的水平提升。增材制造服务提供商主要通过3D打印设备为客户提供打印服务及其他各类衍生技术服务。（三）3D打印行业下游1、3D打印航空航天领域需求在航空航天领域，由于零部件形态复杂、传统工艺加工成本高及轻量化要求等因素，增材制造已发展成为提升设计与制造能力的一项关键核心技术，其利用逐层堆积的原理，能够实现任意复杂构件成形与多材料一体化制造，突破了传统制造技术对结构尺寸、复杂程度、成形材料的限制，提供了变革性的技术途径，应用场景日趋多样化。航空航天领域用于3D打印的材料主要包括高性能金属材料和高分子材料。高性能金属材料中钛合金、铝合金和镍基高温合金的应用最为广泛，钛合金主要应用于高强度、轻量化结构部件，铝合金主要应用于轻量化结构部件，镍基高温合金主要应用于高强度热端部件，通常以粉末床熔融技术和定向能量沉积技术为主进行加工，常见包括SLM、LENS等。高分子材料主要应用于有耐冲击、耐热、阻燃性和抗老化性要求的部件，常用SLS进行加工。在复杂部件的研制阶段，3D打印技术可节省反复工艺试验的时间，提高速度的同时降低成本；在零件制造阶段，3D打印技术可用于实现复杂内部结构，提高零件性能；此外，3D打印技术还可用于制件修复，延长设备使用寿命、减少经济损失。利用3D打印可以制作出符合设计标准和使用要求的高精密零件，为提高航天器的整体性能提供积极帮助。欧洲航天局（ESA）、美国国家航空航天局（NASA）、SpaceX和RelativitySpace均使用增材制造技术生产火箭点火装置、推进器喷头、燃烧室和油箱，美国GE、波音（Boeing）、法国空客（Aribus）、赛峰（Safran）使用增材制造技术生产商用航空发动机零部件、军机机身部件、飞机风管、舱内件等。同时，增材制造的构件也已在国内航空航天领域广泛应用，先后成功参与了天问一号、实践卫星、北斗导航系统等数十次发射和飞行任务。3D打印技术已成为提高航天设计和制造能力的关键技术，应用规模近年来增长迅速，未来市场空间巨大。2、3D打印汽车制造领域需求伴随3D技术的创新升级，其在汽车制造领域的应用将逐渐深入，从概念模型打印到功能模型打印，目前逐步应用于功能部件制造，并向打造整车方向拓展。汽车制造领域3D打印，主要应用已覆盖汽车设计、零部件开发、内外饰应用等方面，主要技术为SLS、SLM等。在设计方面，3D打印技术的应用可以实现无模具设计和制造，帮助企业缩短产品概念模型的设计及制作周期，帮助整车厂和零配件厂商优化设计，同时，可以在安全性测试环节打印部分非关键部件作为替代，加速产品验证流程，有助于企业实现快速小批量定制，降低成本并缩短产品时间，此外，3D打印可以在设计阶段引导零件轻量化、一体化、个性化、功能化方面的创新；在制造方面，3D打印技术可提升零件的制造效率和生产质量，实现零件轻量化制造和降低质量的位移途径，进行复杂结构模具的加工，加强对制造精度的控制，同时，增材制造一体化成形技术允许将多个零件整合为一个零件，可减轻复杂关键部件的重量；在维修方面，3D打印技术可以进行门把手、轮毂、汽缸、变速器和其他基础部件的制作，从而保证了维修的效率和经济收益。汽车行业是最早使用3D打印技术的行业之一，在3D打印技术应用中占据重要位置，随着近年来汽车保有量和产量的上升，汽车行业巨大的市场规模将持续为3D打印技术的应用提供广阔的空间。3、3D打印医疗领域需求基于人体存在个体差异而传统制造医疗器械多为标准化样式或尺寸的现状，3D打印凭借可个性化定制的特点在医疗领域内应用逐步广泛，主要应用方向包括制造医疗模型、手术导板、外科/口腔科植入物、康复器械等（主要材料包括塑料、树脂、金属、高分子复合材料等），以及生物3D打印人体组织、器官等。3D打印技术在口腔医学中已逐渐成熟应用于义齿打印、矫正器制作、预演手术模型制作、手术导板制作等，有助于提高精度和效率，降低手术风险。3D打印技术在骨科植入方面也发展迅速，目前开始采用金属3D打印技术生产全膝关节植入物、髋臼杯、脊柱植入物等，金属3D打印技术有利于模拟人体骨骼的层状结构，通过多孔设计可以更好地与人体组织融合，促进骨骼生长，此外3D打印技术亦为植入物设计带来了更高设计自由度。随着未来经济水平和精准医疗要求的不断提升，3D打印技术在医疗行业的发展将拥有巨大空间。4、3D打印其他行业领域需求消费品领域：消费品领域范围广泛，3D打印技术有助于加速消费品行业产品设计、优化和迭代，提升并丰富产品性能，如为运动员量身定制轻量化、个性化运动设备等。模具领域：3D打印已广泛应用于鞋模及随形冷却模具等领域，优化冷却水路设计，不受水路复杂程度的限制，提升模具的冷却效率和生产效率。电子电器领域：3D打印技术在产品的研发和生产阶段，如装配和功能验证、外观及性能测试、人体工程学、快速手板、批量制造等方面，都能提供较大的帮助，降低研发和时间成本，提高产品利润。3D打印机市场发展现状3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。2020年世界3D打印市场规模约为154亿美元，中国3D打印规模约为44亿美元。预计2023年世界3D打印市场规模有望达到349亿美元。作为世界3D打印发展较为迅猛的国家之一，中国3D打印设备市场占有率前五的公司分别是联泰、Stratasys、EOS、GE、3DSystems，市场占有率均不超过20%，行业集中度并不高，行业发展大有可为。3D打印机的应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型，因此其发展极为迅猛。根据中国海关数据，2021年我国3D打印机进口数量为0．74万台，同比减少39．8%；出口数量为287．78万台，同比增加13．3%。从我国2021年3D打印机进出口金额来看，我国3D打印机进口金额为3802万美元，同比减少24．6%；出口金额为58417万美元，同比增加14．4%。我国3D打印机进口主要源自中国台湾、荷兰、美国、匈牙利等国家及地区。3D打印机整体进口数量较少。2021年中国3D打印机主要进口省市为广东省、上海市、北京市。其中广东省进口3D打印机5689台，约占进口3D打印机总量的77%。其次分别为上海市704台；北京市253台。中国3D打印机出口数量近年来屡创新高。出口目的地遍及全球，2021年我国3D打印机出口主要出口目的地为美国、俄罗斯、德国、英国及比利时等欧美国家。美国拥有全球最大的3D打印市场，对3D打印机的需求极为庞大，也是我国3D打印机的第一出口目的地。2021年向美国出口3D打印机约98．6万台，占我国3D打印机出口总量的34．3%。目前我国3D打印机出口主要省市为广东省、浙江省、湖南省等，其中广东省占据了我国3D打印机出口的绝大部分份额。2021年广东省出口3D打印机约196万台，占我国3D打印机出口总量的68%。从2015-2021年的3D打印机进出口均价来看，进口价格与出口价格差距明显。2021年我国3D打印机进口均价约为5144美元/台，；出口均价却仅为203美元/台。主要原因是进口产品以高端3D打印机为主，而出口产品多为家用小型3D打印机。企业格局：企业营收上涨，研发投入增强在2021年中国3D打印行业营业收入过亿的企业有50家，这50家企业全年总营业收入约为110亿元，而2020年营收过亿的相关企业只有32家，同比上升了56%。从企业竞争层次分布来看，创想三维、纵维立方位于第一梯队，其营业收入超过10亿人民币；位于第二梯队的是铂力特、先临三维、联泰科技，营业收入超过5亿；第三梯队的是光华伟业、金石三维，营业收入超过2亿，可见，头部企业与第二第三梯队的营业收入差距不大；威拉里、极光科技位于第四梯队，营业收入超5千万人民币。铂力特是一家专注于工业级金属增材制造的高新技术企业，整体实力在国内外金属增材制造领域处于领先地位。公司围绕金属增材制造产业链，开展金属3D打印设备、金属3D打印定制化产品及金属3D打印原材料的研发、生产、销售，同时亦向客户提供金属3D打印工艺设计开发及相关技术服务。从企业总营业收入来看，在2017-2021年间，铂力特营业收入从2017年的2．2亿元增长到2021年的5．52亿元，到2022年前三季度，该公司的总营业收入为5．2亿元。先临三维是专注基于计算机视觉的高精度3D数字化软硬件技术的科技创新企业，主要从事齿科数字化和专业3D扫描设备及软件