摘要:增材制造(Additive Manufacturing,AM),俗称“3D 打印”,是一种基于三维模型数据,通过逐层堆叠离散材料(如液体、粉末、丝材等)制造实体物体的技术。该技术将复杂结构拆解为二维平面加工,突破了传统制造对异型构件加工的限制,实现了材料微观组
下游应用的拓展和技术发展带动增材制造市场规模高速增长
1、增材制造行业概述
增材制造(Additive Manufacturing,AM),俗称“3D 打印”,是一种基于三维模型数据,通过逐层堆叠离散材料(如液体、粉末、丝材等)制造实体物体的技术。该技术将复杂结构拆解为二维平面加工,突破了传统制造对异型构件加工的限制,实现了材料微观组织与宏观结构的一体化成型,广泛应用于产品设计、定制化开发及整体化生产。
作为智能制造的关键技术之一,增材制造具有设计灵活、节省材料、缩短周期等优势,是对传统制造方式的重要补充。它融合了数字建模、机电控制、信息技术、材料科学等多领域技术,已成为各国竞相布局的战略方向,如美国的“America Makes”、欧盟的“Horizon 2020”和德国的“工业4.0”等计划均将其列为发展重点。
增材制造技术萌芽于20世纪80年代,早期主要用于模型制作。随着2000年后金属增材技术(如选区激光熔融SLM)的成熟,该技术逐步进入产业化应用阶段。近年来,在政策推动与企业、研发、资本的共同助力下,我国增材制造技术持续创新,应用领域不断拓展,产业规模迅速扩大。
尽管理念提出较早,增材制造的产业化历程相对较短。增材制造设备作为行业发展的基础,与技术创新密不可分。全球增材市场已进入快速发展阶段,市场规模从2020年的127.6亿美元增长至2024年的219亿美元,年增长率逐步回升,显示出行业的强劲复苏与持续增长潜力。
2020-2024年全球增材制造行业市场规模
资料来源:普华有策
虽然我国增材制造产业起步晚于欧美国家,但在国家层面的科学规划与政策有力支持下,行业已步入快速发展的轨道。随着工业化转型的深入、政策体系的完善以及技术链、产业链的成熟,我国增材制造技术在打印工艺、成型尺寸与加工精度等方面已接近世界先进水平。
目前,国内领先企业正加速推进增材制造的产业化布局,技术应用程度不断深化,市场覆盖范围持续扩大,展现出强劲的增长势头。
2020-2024年中国增材制造行业市场规模
资料来源:普华有策
2、增材制造行业面临的机遇与挑战
(1)机遇
1)国家政策支持力度大
国务院、工信部、科技部等多部门陆续出台《中国制造2025》《“十四五”智能制造发展规划》《2023年度增材制造典型应用场景名单》等政策,将增材制造列为智能制造发展的重点领域,鼓励发展激光/电子束高效选区熔化、选区激光烧结等装备,强化自主供给能力。作为新质生产力的代表,增材制造已成为推动制造业转型升级、实施制造强国战略的关键方向之一,目前在航空航天、汽车、医疗、消费电子等领域已获广泛应用,政策持续加持将进一步推动其产业化与规模化发展。
2)终端产业升级推动应用场景拓展
增材制造目前正处于快速成长期。航空航天领域因部件复杂度高、对价格敏感度低,与增材制造适配性强,已实现技术突破并进入产业化阶段,金属增材制造在减轻重量、整合零件、提升性能方面优势显著,正逐步成为传统制造方式的重要补充。
除航空航天外,增材制造在核能、船舶、汽车、电力设备等领域也逐步进入试点与应用阶段,产业链协同不断增强。应用正从原型制造向功能测试、小批量直接制造扩展,覆盖汽车、医疗、电子、科研教育等多个民用和工业领域,带来新的市场增长空间。
3)产业链工艺升级与成本下行
增材制造技术不断成熟,金属增材领域逐步转向规模化、可持续的商业模式。人工智能与自动化技术的融合,推动工艺优化、缺陷检测与质量控制能力提升,助力实现高精度、高效率的智能生产。
上游材料制备工艺持续进步,国产金属粉末质量稳定性提高,产能与效能全面升级,有望带动成本下降。废弃粉末回收技术也取得突破,实现钛合金等废料的循环利用,推动材料闭环体系建设,为拓展应用场景与降低成本提供支撑。
4)行业标准不断完善
我国于2016年成立全国增材制造标准化技术委员会(SAC/TC562),逐步构建覆盖术语、工艺、检测、材料等多维度的标准体系。截至2024年,已发布60多项国家标准,加快与国际接轨。行业组织在标准建设、人才培养与赛事创新等方面持续发力,推动产业生态日益完善,提升市场认可度与规范发展水平。
(2)挑战
1)产业渗透率仍待提升
作为新兴行业,增材制造整体市场化程度仍有限,我国虽发展迅速,但仍处于从试点推广向规模化发展的转型期。下游应用虽不断拓展,但渗透率普遍偏低,行业成长仍需时间。未来增长潜力取决于技术在下游应用的广度与深度,整体产业规模仍有较大提升空间。
2)原材料与设备成本高
材料与设备成本是当前主要制约因素。金属打印粉末价格约为传统粉体的10倍以上,占制件总成本20–30%,远高于传统制造中的原料占比。同时,工业级金属增材制造设备价格偏高,进一步推高综合成本。
未来要实现规模化可持续应用,必须在保障质量的前提下进一步降低成本。推进材料与设备的国产化、提升废弃材料回收效率,是推动增材制造走向更广泛产业化应用的关键。
3、增材制造行业竞争格局
(1)整体竞争态势
增材制造市场目前主要集中在北美、欧洲和亚太地区。美国和欧洲起步较早,行业技术起源于美国,早期由EOS、SLM Solutions、3D Systems等国际企业主导,凭借技术和专利优势占据主要市场份额。2009年后,随着SLM等关键技术专利陆续到期,新兴企业迅速涌入,市场竞争逐步加剧。
我国增材制造产业虽起步较晚,但自2012年以来,在高校、科研机构与企业共同推动下,专利授权量快速提升,产业化进程不断加速。在政策引导与市场需求的双重驱动下,国内市场增速已超过全球平均水平,从研发阶段逐步迈向快速产业化。国内企业如易加三维、铂力特、华曙高科等,在设备性能上已接近国际先进水平,持续深化技术研发与产品矩阵,形成了一定的技术壁垒与渠道优势,逐步赢得国内外客户认可。不过,在品牌影响力、业务规模与全球资源布局方面,国内企业与国际龙头企业仍存差距。
(2)行业内主要企业
1)EOS:成立于1989年,德国企业,全球领先的金属与高分子工业级增材制造系统供应商,主要技术路线包括SLM与SLS。EOS提供涵盖设备、材料、工艺及咨询的整体解决方案,以稳定性强、服务网络广著称,在全球设有15个分支机构和7大技术中心。
2)3D Systems:成立于1986年,美国上市公司,为行业早期开创者之一,最早将SLA技术商业化。公司提供从设计、仿真到制造的全流程增材解决方案,技术覆盖SLA、SLS、SLM等,设备与服务全球市占率居前。
3)铂力特:成立于2011年,源自西北工业大学科研团队,2019年登陆科创板。公司专注于金属增材制造全产业链,业务涵盖设备、定制化产品、原材料及技术服务,构建了完整的产业生态链。
4)华曙高科:成立于2009年,2023年科创板上市,主营工业级金属(SLM)与高分子(SLS)增材制造设备及配套材料。公司具备设备、材料与软件自主开发能力,产品广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
4、增材制造行业技术趋势
未来,增材制造技术将朝着材料多样化、效率提升、精度提高、设备大型化、智能化及核心部件国产化等方向演进。
(1)材料体系不断丰富
目前可用于增材制造的材料种类仍远少于传统制造,以铁合金和铝合金为例,传统制造可用材料种类分别为超千种与约600种,而增材制造适用材料仍较为有限,制约了下游应用拓展。未来,随着材料研发推进,单一材料结构将向多材料与复合材料方向发展,以提升构件功能性与适用领域。
(2)效率与精度协同提升
在保证精度的同时提高打印效率,是推动增材制造产业化应用的关键。当前主要通过多激光协同、提高激光功率与增大辅层厚度等手段提升效率。未来,效率与精度的平衡优化将进一步提升增材制造在制造业中的实用性与渗透率。
(3)设备向大尺寸发展
为满足航空航天等领域对大型构件一体化成型及批量制造的需求,增材制造设备成型尺寸已步入“米级时代”。大尺寸、多激光配置成为趋势,同时也对光学系统、拼接精度与设备稳定性提出更高要求。
(4)智能化与自动化融合
机器学习等技术在材料设计、工艺优化、过程监控与性能预测等方面的应用不断深入,推动增材制造向智能化发展。集成工业物联网与自动化物流的智能产线模式,正在提升设备利用率和综合产能,支持规模化制造。
(5)核心部件国产化推进
在激光器与振镜等核心部件方面,国产化进程持续加快。中低功率光纤激光器已基本实现国产替代,中高功率激光器与扫描振镜的自主研发与市场替代也在稳步推进,有望在未来进一步提升国内企业竞争力与市场份额。
5、增材制造行业进入壁垒
(1)关键技术壁垒
增材制造是高科技、高附加值的技术密集型产业,行业呈现较高的技术壁垒,生产工艺、性能指标上具有更高的技术要求,涉及光路、风场、机械、软件等多项技术、且行业朝着多激光、大尺寸设备发展,需要解决多激光拼接、打印精度、打印可靠性、稳定性、一致性等技术难点。行业整体存在较高的技术壁垒,且增材制造设备行业的发展需要持续不断的研发投入,导致中小企业进入的壁垒较高。
(2)市场竞争壁垒
增材制造行业存在较高的市场壁垒。国际竞争者起步较早,具有市场先发优势和领先地位,国内公司紧追步伐并跨入产业化发展,加强市场开拓,现有的竞争者积累起行业声誉,具有一定的市场壁垒,新加入者在已有竞争格局中短期内取得突破的门槛较高。
(3)客户准入壁垒
增材制造行业存在较高的客户准入壁垒。工业级增材制造设备,尤其是金属打印设备的单台价值较高,客户的选择与转换成本较大,客户更倾向于和市场上已有的知名品牌达成稳定的合作,客户准入壁垒较高,对于设备品质、打印效能、售后服务等都具有较高验收要求。
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来源:普华有策