2023增材制造行业深度报告：3D打印：颠覆性技术有望从1到100撬动千亿产业链.docx

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1、3D打印：颠覆性技术，有望从1到IOO撬动千亿产业链增材制造行业深度报告2023年7月12日目录1增材制造（3D打印）：颠覆性制造技术，传统工艺的重要补充51.1 增材制造的原理与发展历程51.2 增材制造：高效率、低成本的颠覆性技术，让复杂结构制造更简单61.3 增材制造主流技术路线72增材制造应用多领域开花，“从1到IOo”或迎“黄金发展期”92.1 我国增材制造产业正在迈向规模化、自主化、集聚化发展新阶段92.2 增材制造应用场景广泛，在航空航天、汽车、医疗等领域大有可为103产业链梳理及受益标的163.1增材制造产业链梳理163.2增材制造（3D打印）相关受益标的184风险提示24图表

2、目录图表1：增材制造技术原理5图表2：增材制造行业发展历程6图表3：增材制造与传统精密加工技术对比7图表4：增材制造（3D打印）工艺技术类别7图表5：S1M设备原理8图表6：S1M成型原理8图表7：电子束选区熔化原理8图表8：电弧增材制造原理8图表9：2019-2023年中国增材制造产业营业收入情况9图表10：2023年增材制造产业链各环节营收占比9图表11：我国增材制造产业布局10图表12：2023年不同领域增材制造服务规模占比11图表13：2019-2023年全球航空航天增材制造规模（亿美元）11图表14：GE公司采用金属增材技术制造的燃油喷嘴12图表15：叶轮及叶片构件内部的点阵结构12

3、图表16：GE9X发动机采用EBM制备TiAI合金低压涡轮叶片12图表17：航空发动机可应用金属直接增材制造零部件示意图12图表18：增材修复在航空发动机整体叶盘上的应用13图表19：NASA增材制造液氧甲烷发动机铜合金推力室13图表20：2019-2023年全球汽车行业增材制造规模14图表21：宝马开发M850i夜空特别版3D打印刹车卡钳14图表22：2019-2023年全球医疗行业增材制造规模15图表23：3D打印医疗器械主要类型15图表24：增材制造产业链全景图16图表25：金属增材制造主要材料分类17图表26：增材制造金属制粉的常用方法的原理和优缺点18图表27：2016-2023Q1

4、伯力特公司营业收入19图表28：2016-2023Q1伯力特公司归母净利润19图表29：2016-2023伯力特剔除股份支付影响的归母净利润&净利率19图表30：2016-2023伯力特盈利能力逐年提升19图表31：20162023伯力特各业务营收占比20图表32：2016-2023Q1伯力特研发费用&研发费率20图表33：2019-2023Q1华曙高科营业收入21图表34：2019-2023Q1华曙高科归母净利润、毛利率、净利率21图表35：2019-2023华曙高科各业务营收占比21图表36：2019-2023H1华曙高科各行业领域业务营收占比21图表37：2017-2023Q1超卓航科营

5、业收入22图表38：2017-2023Q1超卓航科归母净利润22图表39：2018-2023超卓航科各板块业务营收占比22图表40：2017-2023Q1超卓航科毛利率&归母净利率22图表41：增材制造A股重点投资标的梳理231增材制造（3D打印）：颠覆性制造技术，传统工艺的重要补充11增材制造的原理与发展历程增材制造（AM）又称3D打印”，是制造业有代表性的颠覆性技术：它基于三维模型数据，采用逐层叠加材料的方式，直接制造与相应数字模型完全一致的三维物理实体模型；我们认为，增材制造或将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响。 增材制造将复杂的零部件结构离散为简单的二维平面加

6、工，有望解决同类型零部件难以加工的难题：以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成形系统，将三维实体变为若干个二维平面，利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末、树脂等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成形，制造出实体产品。 增材制造（AM）相对于传统的减材制造（SM）和成形制造（FM）,简化了生产流程,避免了生产周期长、成本高、难以生产复杂零件等缺点，已经广泛应用到航空航天、船舶制造、石油化工、生物医疗等领域，促进了制造业的发展。图表1：增材制造技术原理资料来源：张朝瑞、钱波、张立浩、茅健、樊红日金属增材制造工艺、材料及结构研究进展，信达证券研发中心熠材制造技术起源于美国，井在21世纪逐步

7、成熟：随着工艺、材料和装备的日益成熟，增材制造技术的应用范围由模型和原型制造进入产品快速制造阶段,在航空航天等高端制造领域得到规模应用。根据华经产业研究院资料,增材制造行业发展历程大体可以分为四个阶段： 思想萌芽阶段（1940-1998年）：1940年，Perera提出了切割硬纸板并逐层粘结成三维地形图的方法，直到20世纪80年代末，3D打印制造技术实现了根本性发展。 技术诞生阶段（1986-1993年）：光固化技术（S1A）,分层实体制造技术（1OM）、粉末激光烧结技术（S1S）、熔融沉积制造技术（FDM）,喷头打印技术（3DP）等技术先后面世。 装备推出阶段（1988-1996年）：198

8、8年美国3DSystems公司生产出了第一台增材制造装备S1A250,开创了增材制造技术发展新纪元；1996年3DSystems制造出第一台3DP装备Actua2100,同年美国ZCorP公司发布了Z402型3DP装备。大规模应用阶段（2002年至今）：2002年德国成功研制了选择性激光熔化增材制造装备（S1M）,同时电子束熔化（EBM）、激光工程净成形（1ENS）等一系列新技术与装备纷纷涌现。资料来源：华经产业研究院，信达证券研发中心U增材制造：高效率、低成本的颠覆性技术，让复杂结构制造更简单增材制造加工在多种应用场景具备使用优势：增材制造技术与传统精密加工技术均是制造业的重要组成部分，目前

9、增材制造加工与传统加工相比还存在加工精度、表面粗糙度和可加工材料等方面的差距,但增材制造因其全新的技术原理和特点,在多种应用场景有使用优势： 贴合”设计引导制造”的创意驱动，快速加工成形结构复杂的零件：增材制造的原理是将三维工件切片以获得二维的轮廓信息，通过叠层的方式实现产品成形。这种加工方式基本不受零件形状的限制，特别是在制造内部结构复杂的、传统加工无法完成一体制造的产品方面，具备突出优势。 缩短产品研发周期：增材制造无需传统工具夹具和多重处理，可在单个设备上快速制造出所需零件，加速产品研发迭代。 材料利用率高，有利于降低制造成本：1)增材制造材料利用率远超航空锻造：根据钳力特公司公告数据，

10、金属3D打印技术的材料利用率可超过95%；而根据李蓬川大型航空模锻件的生产现状及发展趋势一文数据,我国航空锻件的材料利用率约为15-25%。2)传统加工切割的过程会产生大量废料，存在不完整的余料价值折损；而增材制造根据二维轮廓信息逐层添加材料，按需耗材，因此材料利用率富于传统加工模式。 制造模式优化：免去了提前制造模具等工艺，无需雇佣众多生产人员、使用庞大机床和更杂的锻造工艺，可直接从计算机图形数据中生成复杂结构的产品，具有“去模具、减废料、降库存”的特点；在生产上能够优化结构、有望节省材料和能源，提高生产效率并可降低生产成本，助力实现无人化工厂。图表3:增材制造与传统精密加工技术对比项目金属

11、3D打印技术传统精密加工技术技术原理“增“材制造（分层制造、逐层叠加）“减”材制造（材料去除、切削、组装）技术手段S1M、1SF等磨削、超精细切削、精细磨削与抛光等适用场合小批量、复杂化、轻量化、定制化、功能一体化零部件制造批量化、大规模制造，但在复杂化零部件制造方面存在局限使用材料金属粉末、金属丝材等（受限）几乎所有材料（不受限）材料利用率高，可超过95%低，材料浪费产品实现周期短相对较长零件尺寸精度0.1mm（相对于传统精密加工而言偏差较大）0.1-10m（超精密加工精度甚至可达纳米级）零件表面粗糙度Ra2m-Ra10m之间（表面光洁程度较低）RaO.1m以下（表面光洁度较高，甚至可达镜面

12、效果）资料来源：伯力特公司公告，信达证券研发中心13增材制造主流技术路线增材制造技术自诞生至今近40年，正处于多技术路线并存的状态：1）根据我国增材制造术语（GB/T35351-2017）,增材制造可以根据成形原理分为7种基本工艺。2）金属增材制造工艺原理主要为粉末床熔融（PBF）和定向能量沉积（DED）两大类别，采用这两类工艺原理的金属3D打印技术都可以制造达到锻件标准的金属零件。图表4:增材制造（3D打印）工艺技术类别工艺类型工艺说明主要工艺技术名称I粉末床熔融(PowderBedFusion)(PBF)通过热能选择性的熔化/烧结粉末床区域的增材制造工艺激光选区熔化（S1M）、激光选区烧结

13、（S1S）、电子束选区熔化（EBSM）定向能量沉积(DirectedEnergyDeposition)(DED)利用聚焦热能将材料同步熔化沉积的增材制造工艺激光近净成影（1ENS）亦称激光立体成形（1SF）.电子束熔丝沉积（EBDM）、电弧增材制造（WAAM）立体光固化(VATPhotopo1ymerization)通过光致聚合作用选择性的固化液态光敏聚合物的增材制造工艺光固化成形（S1A）粘结剂喷射(BinderJetting)选择性喷射沉积液态粘结剂粘结粉末材料的增材制造工艺三维立体打印（3DP）材料挤出(Materia1Extrusion)将材料通过喷嘴或孔口挤出的增材制造工艺熔融沉积成

14、形（FDM）材料喷射(Materia1Jetting)将材料以微滴的形式按需喷射沉积的增材制造工艺材料喷射成形（PJ）薄材登层(Sheet1amination)将薄层材料逐层粘结以形成实物的增材制造工艺层压物体制造（1OM）、超声波增材制造（UAM） 资料来源：粕力特公司公告，信达证券研发中心 粉末床熔融技术（PBF）是当今最广泛应用的增材制造技术之一：1）PBF技术比较适合航空航天小批量、定制化的生产特点：能够解决其轻量化设计制、功能化设计要求，且随着技术发展与成本控制，未来或将能够实现大规模工业化生产。2）PBF技术的主要代表性工艺有选择性激光烧结（S1S）、选择性激光熔化成形（S1M）、

15、直接金属激光烧结（DM1S）和电子束熔化成形（EBSM）o 定向能量沉积技术（DED）推广应用不及粉末床熔融技术，但能实现修复功能：1）DED技术的成熟度和设备自动化程度不及PBF技术，在同传统制造技术的竞争中尚未形成显著的不可替代性。2）常用的DED技术工艺主要有激光近净成形（1ENS）、激光立体成形（1SF）、电子束熔丝沉积（EBDM）、电弧增材制造（WAAM）O张朝瑞、钱波、张立浩、茅健、樊红日金属增材制造工艺、材料及结构研究进展一文介绍了三类常用的金属增材制造工艺：激光选区熔化技术（S1M）:当前最常用的一种加工工艺。1）其原理是利用高强度激光能量源对金属粉末层按照路径规划逐层快速扫描熔化，然后经工作缸、送粉缸和刮刀通过程序联动完成铺粉工作。2）S1M技术生产效率高，可以在短时间内制造出致密度极高的金属零件，缩短生产周期。图表5:S1M设备原理资料来源：张朝瑞、钱波、张立浩、茅健、樊红日金属增材制造工艺