3D 打印——将数模“投影”到现实
3D 打印，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、树脂、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。
相较于传统的材料去 除、切削加工技术，3D 打印技术采用材料逐渐累加的方法制造实体零件，因此 又被称作增材制造（Additive Manufacturing，AM）。
工艺分类
根据 2012 年美国材料与试验协会（ASTM）公布的 F2792-12A《3D 打印 技术标准术语》分类，结合 2018 年中国发布的 GBT35021-2018《3D 打印工 艺分类及原材料》，根据成形原理，将 3D 打印技术分为 7 种基本工艺。
根据《金属增材制造在发动机涡轮设计中的应用》（Julien Pavillet）中的 数据，到 2020 年 54%的金属 3D 打印市场采用粉末床熔融（PBF）的工艺， 16%的市场采用定向能沉积（DED）工艺。
不同 3D 打印技术各有优劣，在实际应用中，通常从成形零件力学性能、 精度、成形效率、成本等方面综合考虑，选择适合的 3D 打印工艺。
以当前应 用最广泛的 PBF 工艺为例，该工艺成熟度较高，生产零件力学性能好、精度 高，但同时存在成形速度慢、成本相对较高等问题。
另一项广泛应用的 DED 工 艺虽然成形精度低，但胜在成本低、成形速度快，在大型构件及零件修复领域 占据一席之地。
粉末床熔融 PBF
粉末床熔融工艺，指通过热能选择性地熔化/烧结粉末床的制造工艺。
工艺 原理是先将一层金属粉末铺设到构建托盘上，然后能量源（激光或电子束）按 当前层的轮廓信息选择性地熔化托盘上的粉末，加工出当前层的轮廓，然后下 降一个层厚的距离，进行下一层的加工。
粉末床熔融根据加热源的不同、使用材料的不同又可分为：选区激光烧结 （SLS）、选区激光熔化（SLM）和电子束熔融（EBM）等，其中 SLM 工艺以 其成型零件力学性能较好、精度较高等特点，成为目前主流的金属 3D打印技术之一。
定向能量沉积 DED
定向能量沉积技术，指利用聚焦热将材料同步熔化沉积的 3D 打印工艺。
该工艺的原材料为粉末或丝材，通过将粉末或丝材送入能量源（激光、电子束 或电弧），使材料在能量源产生的熔池区域沉积进而成形。
根据使用的能量源和原材料形态不同，定向能量沉积又分为：激光熔化沉 积成形（LMD）、电子束自由成形（EBF）、电弧 3D 打印（WAAM）三种工 艺。
“降维”制造，复杂度“免疫”
由于 3D 打印的核心是基于数字模型进行逐层生产，与传统减材（机加 工）、平材（铸造、锻造）等制造工艺相比，具有产品复杂度“免疫”、规模 效应弱以及无模具制造的特点。
而从复杂度“免疫”的特性中，又能衍生出供 应链短、零件轻量化程度高的特点。
复杂度“免疫”
在传统生产制造体系中（平材&减材），随最终产品设计复杂度的提升， 所需加工制造工序也随之增加，与之相应地，加工成本也随产品复杂度的提升 同步上升
3D 打印基于数模、切片、逐层打印（制造）的生产模式，有效 实现了零件降维制造，回避产品复杂性带来的制造成本提升。
另一方面，从可制造性的角度来看：平材制造中锻造工艺在可加工复杂 度上较为受限；铸造工艺虽可以通过增加型芯等手段完成有内部结构产品的制 造，但也受流道设计等的限制；
减材制造对有内部复杂腔体产品的加工不具 备优势。相比之下，3D 打印可为产品设计带来更大的自由度。
适合精细化小零件生产
受限制于制造速度，单个 3D 打印设备产能较传统制造工艺有限，相较于 传统工艺中产能利用率提升带来的规模效应，3D 打印产量的提升往往伴随着扩 产（固定资产投资 。
传统意义上的规模效应不明显。但基于 3D 打印“增 材”制造的特点，反而在生产体积较小的零部件上具备优势。
无模具生产，助力制造业成本改善
参考传统汽车制造业，随项目研发的推进，产品制造成本的改善潜能会逐 步下降。
特别是到了一定的项目节点，传统制造需要开模，后续更改零件设计 势必带来额外的开模成本，进而抵消开模后零件优化设计的降本效应。
而 3D 打印基于数模生产的特点，从根本上摆脱了批量化生产中对模具的依赖，有望 助力传统制造业研发规划中的成本改善。
供应链压缩&轻量化制造能力
基于 3D 打印制造成本对零件复杂度“免疫”的特点，相较于传统锻造、 铸造以及机加工等工艺，3D 打印可提升零件集成化程度：
以 GE Aviation 的 CFM LEAP 发动机燃油喷嘴为例，传统工艺需要将一系列复杂零部件钎焊在一 起来最终成型，产品产能低，耐久性差，并且受制于传统工艺的加工能力，工 程师很难进行优化设计以满足要求。
通过 3D 打印的技术，成功将之前 20 多个 组件构成的燃油喷嘴“打印”成一个单件。一体化成型技术压缩了供应链长 度，降低供应链管理难度，提升供应链安全。
除开零件一体化成型带来的减重效应，拓扑结构优化也能助力实现零件轻 量化。
定义上来讲，拓扑优化是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指 标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法，使用拓扑优化可以最大 化材料利用率。
受制于传统成型技术加工能力、加工成本的限制，并不能完全 按理论计算所得的最优设计来进行实际生产。
然而借助 3D 打印的制造对零件 “复杂度”免疫的特点，通过零件一体化成型、拓扑优化进而最大限度提升产 品轻量化程度，助力航空航天、汽车等对减重需求较高的行业实现二次降本。
高端市场支撑行业发展，民用市场打开 星辰大海
自 3D 打印技术诞生以来，发展已经超过 30 年。而国内 3D 打印行业发展 相对较慢，随 2014 年 SLS 和 SLM 核心技术专利陆续到期，推动了金属 3D 打 印的商业化进展。
从国内专利情况来看，自 14 年以来 3D 打印相关专利申请量 逐年递增，到 2020 年达峰后，2021&2022 年均出现同比下降的趋势。我们判 断，随着新申请专利数量的下降，或在一定程度上标志着技术发展已趋近成 熟。
从下游应用领域分析，根据 Wohlers Report 的统计数据，2021 年全球 3D 打印市场占比最高的下游领域为航空航天（16.8%），接下来是医疗齿科 （15.6%）&汽车（14.6%）；
2022 年全球统计结果来看，占比最高的前三个 领 域 分 别 为 汽 车 （ 15.8% ） 、 定 制 化 产 品 （ 14.5% ） 以 及 航 空 航 天 （13.9%）。
高端领域：从 1 到 N，减重和降本有望进一步提 升渗透空间
应用现状
随着技术进步，3D 打印正在逐步改变航空航天工业的生产方式，包括商用 和军用飞机、太空应用及导弹卫星系统。
在航空航天领域，随着飞行器使用要 求和设计水平的不断提高，新型航空航天产品不断向性能高、寿命长、成本 低、可靠性好等方向发展，航空航天零件趋于结构复杂化和整体化。
金属 3D 打印由于其加工周期短、材料利用率高、设计更自由等优势，能 够满足航空航天零件制造的低成本、短周期需求。
其技术特点决定了其在航空 航天领域具有天然优势，3D 打印技术的发展将为传统航天制造业的转型升级提 供巨大契机。
航空航天领域的零件，外形复杂多变，材料硬度、强度等性能要求较高， 难以加工且成本较高。
新型飞行器正在向高性能、长寿命、高可靠性以及低 成本的方向发展，采用整体结构、复杂大型化是其发展趋势，基于此发展趋 势，3D 打印技术越来越受到航空航天制造商的青睐。
PBF 工艺应用
航空发动机燃油喷嘴、轴承座、控制壳体、叶片等零件，内部具有复杂油 路、气路和型腔，为提高效能而进行结构创新设计，更增加了结构的复杂性和 制造难度。
飞机发动机舱进、排气门格栅结构，武器舱的舱门支座等部件，结 构非常复杂，这些新型复杂构件的成形对 PBF3D 打印技术具有迫切需求。
DED 工艺应用
航空发动机各类机匣、压气机、涡轮整体叶盘、尾喷调节片等结构，形状 复杂，为提高效能甚至需要采用异种或梯度材料结构。
飞机超高强度钢和不锈 钢接头、滑轨、起落架、铝合金承力框、梁，钛合金框、支座、滑轨、滑轮 架、筋壁板等承力构件，高马赫飞行器翼舵格栅结构承载骨架。
为提高减重和 承载效能须进行拓扑优化结构创新设计，结构的复杂性和制造难度增加，采用传统工艺制造难度大，对 DED 3D 打印技术有明确需求。零件修复也是 DED 工艺的重要应用点。
复合工艺应用
飞机、发动机某些带局部凸台、耳片等特殊结构的承力构件，采用 锻造工艺无法保证局部组织和性能；
大型飞机的超大规格钛合金承力框，超出 了现有锻造设备的加工能力，对锻造+3D 打印/增材表面连接的复合制造技术具 有明确需求。
行业逻辑分析推演
为何航空航天推进更快？ 纵观国内外市场，早期都是航空航天等高端领域贡献主要市场份额，其原 因有如下 3 条：
随航空航天装备高端化发展，对零部件内部精细设计要求越来越高， 传统工艺的加工能力或不足以支撑复杂零件的加工；
航空航天装备对减重的需求较高，以战斗机为例，每减重 1 磅，将带 来 400 万美元的经济效益。
3D 打印的应用，可通过零件集成化和拓扑 优化设计进一步助力航空航天装备减重；
相比于传统汽车制造、消费电子等年产量以百万、千万为单位计量的 行业，航空航天相关产品年产量数量级较小，更适合 3D 打印规模效应 弱的特点。
全寿命周期降本，进一步打开应用空间
在飞行器装备的全寿命周期中，研发设计阶段约占总费用 20%，生产试验 阶段约占 30%，剩下 50%是使用及维修费用。
然而，根据帕莱托曲线，装备整体寿命周期的费用的 70%是由概念设计阶 段决定的，而到初步设计阶段完成，整体寿命周期费用的 85%便已经定型。
可以看出，优秀的设计，对装备总体成本、使用费用的控制起到了关键作用。 而早期设计本身在技术可行性的论证上存在一定的局限性：
传统工艺在 复杂零件生产制造能力瓶颈制约着设计方案自由度；
数模阶段的论证，有时 需搭配样件的实际试验，传统工业制备样件存在成本高、周期长等问题。 然而这些问题随 3D 打印的应用得到了较好的解决：
3D 打印加工零件不受零件复杂度限制，助力产品设计创新； 无模具生产能力推动研制阶段的降本、增效。
供应链高度整合，保障安全生产
供应链安全对制造业至关重要，对国防军工行业更是如此。完整、可控、稳定，才能有韧性、够安全。
在关系国民经济、民生 福祉、国家安全等重要领域和关键行业，必须具备基本的物资生产、装备制 造、零部件供应和能源原材料供给的能力；
要占据关键核心环节，对产业链、 供应链具有话语权、议事权和主导权，具有塑造力、控制力和反制力；能够有 效承受来自国内国际偶然因素、突发事件和不利影响带来的冲击，不轻易堵 链、阻链、掉链甚至断链。
对供应链安全的需求，或将进一步催动 3D 打印在国防军工领域的应用： 3D 打印助力零件集成化程度提升，进而减少供应链环节；
就 3D 打印制造本身来看，只需原材料+设备+后处理，即可获得成型 零部件，同时无模具制造的特点，提升 3D 打印的制造柔性。
民用领域：从 0 到 1，成本为王，寻找差异化竞 争优势
成本高在哪里？ 相比于高端应用市场对成本的不敏感性、对零件复杂度要求高等特点，民 用领域更关注成本的影响。
当前阶段，3D 打印设备价值量偏高，同时单台设 备产能有限，导致成本居高，成为 3D 打印在民用领域扩展的主要制约条件。
成本高的原因，主要有两方面：3D 打印单台设备产能偏低，因此规模效应不如传统制造工艺；
是否重新设计零件？在衡量使用 3D 打印工艺的成本时，对比的是在 传统零件构型下，3D 打印工艺与传统工艺的成本差别，而并没有考虑优化 零件设计（通过拓扑优化等设计减重）带来的 3D 打印零件成本下降。
通过拓扑结构、点阵设计等优化后的零部件，一方面可以实现减重（原材 料成本下降），更重要的是，3D 打印的加工本质在于逐层累加，加工时间和零 件体积相关度较高，因此零件减重有望带来 3D 打印制造效率的提升，从而实 现“反向规模效应”。
3D 打印会从哪些零件开始应用？拓展节奏如何？
制造费用占比高的产品
由于当前 3D 打印设备价格较高，产能较低，带来制造费用提升较为明 显。因此在一些工艺附加值（制造费用）占比较高的小零件、复杂件上，3D 打 印的推广更有优势。
同时，相较于铸造、冲压等传统工艺单件制造时长随体积变化较小，3D 打 印在生产小件上更具备比较优势。
原材料加工难度大、单价贵的产品
相较于传统机加工，3D 打印材料利用率较高，且不用考虑原材料硬度过大 带来的加工难度的提升。因此在钛合金、高温合金等原材料价值量较高，加工 难度较大的零部件上具备较强的替代潜力。
拓展节奏
我们判断，3D 打印的大规模渗透，是一个循序渐进的过程。通过在零件设 计阶段考虑 3D 打印的加工制造能力，进而在部分零部件实现“3D 打印平 价”。
后续随着设备降本、单台设备产能提升，逐步拓展“3D 打印平价”范 围。考虑到 3D 打印的大规模应用，会 一定程度上替代传统机加工、 铸造工艺；需要在研发阶段颠覆性地采用适合 3D 打印制造的最优设计。
我们认为，研发周期短、产品更迭快的行业，将更容易推广 3D 打印； 资产较轻的行业（特别是代工模式的行业），更不容易受原有资产拖累， 推进 3D 打印进度更快。
二次降本或助力“平价”
以新能源汽车为例，我们讨论减重带来的二次降本效益。 相比于钢制车身，铝制车身在材料、制造、连接、涂装成本上均不具备优 势 。
根据《 Material substitution in electric vehicle manufacturing, comparing advanced high strength steel and aluminum》文中的数据，全 铝车身成本几乎是钢制车身的两倍（2,321 美元 vs 1,277 美元）。
然而考虑到 铝制车身减重带来的二级降本效果后（论文中钢制整车重量 1,433kg，铝制车 身带来减重 191.5kg），钢制整车成本与铝制整车成本基本持平（20,672 美元 vs 21,011 美元，价格差距从 1,044 美元缩小到 339 美元）
成本会随着 续航里程的增加进一步降低，进而考虑到：新能源汽车电池、电机成本占比高，车身减重降低了对三电系统的要 求，进而带来整车成本的降低。
后续制造工艺的升级（如一体化压铸工艺）将进一步降低铝制车身的 制造成本。 铝制车身的整车成本甚至有望低于钢制车身的成本。
3D 打印的应用，从本质上也能助力新能源车减重，只是不同于全铝车身的 材料减重，3D 打印主要依靠工艺&设计来实现减重。
同时减重本身对 3D 打印 工艺有“反向规模效应”，可助力行业进一步降本，进而实现正向循环，促进 3D 打印在汽车端应用的良性扩展。
广阔空间，从设计端降本打开
产业上下游，设备商为核心
3D 打印经过超过 30 年的发展，已经形成了一条完整的产业链。上游覆盖 三维扫描设备、三维软件、原材料及 3D 打印设备零部件制造等企业；
中游以 3D 打印设备生产厂商为主，大多亦提供打印服务业务及原材料供应，3D 打印 设备商在整个产业链中占据主导地位：设备需要对原材料适配，进而决定 不同原材料的应用范围；
目前大型设备根据下游应用定制化程度偏高，设 备厂商更具备话语权；下游行业应用已覆盖航空航天、汽车工业、医疗健康、 模具制造、文化创意等各领域。
上游
3D 打印产业链上游主要包括 3D 建模工具和原材料。与此相对应，聚集在 产业链上游的企业包括三维软件开发商以及耗材生产商等。原材料主要包括金 属、无机非金属、有机高分子及生物材料等几类。
中游
3D 打印产业链中游主要为设备生产商，设备可分为桌面级打印机和工业级 打印机。
近年来随着国外桌面级打印机相关专利保护到期，技术壁垒下降，国内桌面级打印机厂家数量急剧增长，新进企业增多，加大了国内桌面级 3D 打 印市场的竞争程度。
与桌面级打印机市场相比，工业级打印机技术壁垒高，资 本投入大，但随着当前工业级 3D 打印产业受到国家政策大力支持，整个市场 目前已呈现快速增长态势。
3D 打印的核心专利大多由设备厂商掌握，因此在整 个产业链中占据主导地位，这些设备生产厂商大多亦提供打印服务业务。
近年 来，3D 打印行业整合加剧，通过并购 3D 打印软件公司、材料公司、服务供应 商等，设备生产企业转变为综合方案供应商，加强了对产业链的整体掌控能 力。
下游
3D 打印产业链下游以航空航天、汽车工业、医疗健康、模具制造、文化创 意等为主，当前其应用领域主要贴合“小批量”的特点。
全球 3D 打印市场持续高增
根据 Wohlers Report 统计数据，2022 年全球 3D 打印总产值 182 亿美 元，同比增长 18%，增速持续保持高位，2020 年受国际公共卫生事件影响增 速有所下滑。
结构性来看，2022 年 3D 打印服务产值达 107.38 亿美元，其中 3D 打印独 立服务商产值 75.08 亿美元，综合服务商产值 32.30 亿美元，分别占总产值 41.2%和 17.7%，
3D 打印服务总产值历年增速均高于设备及原材料。3D 打印 设备产值为 37.97 亿美元，材料产值 32.6 亿美元，分别占总产值 20.8%和 17.9%。
设备和材料
2022 年全球工业级 3D 打印设备销售量达 2.9 万台，同比增长 12.08%。 其中金属 3D 打印设备共计销售 3049 台，同比增长 27.20%，约占总设备销售 量的 10.35%，同比+1.23pcts。金属 3D 打印设备价格远高于非金属 3D 打印设备。
根据 Wohlers Report 调研统计，2021 年全球工业级 3D 打印设备平均价格为 9.3 万美元，近年来价 格趋于稳定；
2022 年金属 3D 打印设备平均价格为 44.94 万美元，均价出现 近年来的首次下降（2019-2021 年分别为 46.76/50.18/51.48 万美元），判断 或与市场规模起量、中国厂商参与竞争有关。
2022 年，全球 3D 打印材料总产值 32.60 亿美元，同比增长 25.45%，3D 打印材料近年来增速较快，仅 2020 年受国际公共卫生事件影响同比增速相对 较低。
结构性来看，2022 年 3D 打印材料价值量最大的为高分子粉末，产值达 12.36 亿美元，占总材料价值的 37.90%，且近年来占比持续上升。2022 年金 属材料产值为 5.93 亿美元，占总材料价值的 18.18%，近年来占比逐年缓慢上 升。
市场规模预测
根据 Wohlers Report 预测，2031 年全球 3D 打印市场规模将达到 853 亿 美元，2021-2031Cagr 18.79%。
当前全球非金属 3D 打印市场规模远高 于金属市场，AM Power 认为 2027 年前金属市场的增长速度将是聚合物市场 的两倍以上，金属与聚合物 3D 打印市场规模的差距将持续缩小。
中国市场增速高于全球
据中国增材制造产业联盟统计，2021 年我国 3D 打印产业总产值达 265 亿 元，同比增长 27.4%，长期增速保持高位。
结构性来看，3D 打印可分为设 备、服务、材料 3 大板块，根据赛迪统计数据，2019 年设备占总产值 45%， 其次是服务（29%）、材料（26%）。
设备&材料
根据中国增材制造产业联盟及赛迪智库数据，我们对中国 3D 打印设备产 值规模进行了测算，2021 年设备总产值约 117.75 亿元，同比增长 26.6%，近 年来保持稳步增长。
综合中国增材制造产业联盟及赛迪智库数据，我们对我国 3D 打印材料市 场规模进行测算，2021 年我国 3D 打印材料总产值约 60.24 亿元，同比增长 18.87%。
按金属和非金属 3D 打印材料分类，2019 年我国非金属 3D 打印材料总产 值为 25.38 亿元，占比 61.99%，金属材料产值为 15.56 亿元，占 38.01%。
市场规模预期
我国高度重视 3D 打印产业发展，不断加大对 3D 打印产业的投入，同时我 国 3D 打印市场应用程度不断深化，在各行业的应用逐步拓展，未来几年 3D 打 印市场仍将处于快速增长阶段。
根据赛迪顾问预测，2021-2024 中国 3D 打印 产业复合增长率为 24.1%，2024 年产业规模将高速增长至 500 亿元。
设备厂商壁垒高，打印效率是关键
我们认为，3D 打印设备生产商是整个产业链的中流砥柱，在未来的市场竞 争中将率先诞生产业龙头企业。
设备生产商能够对接下游客户，了解客户实际 需求，在此基础上进行设备、产品及原材料的研发，将各阶段研发进行匹配结 合，能够针对需求为客户提供综合解决方案，具备极强的市场竞争力。
设备供应商格局
按销售工业级 3D 打印设备数量统计，2021 年全球工业级 3D 打印设备主 要供应商来自美国，Stratasys 是 2021 年销量最大的企业，占全球总销量的 12%，其次是 Formlabs 和 3D Systems。
3D 科学谷对国内企业用 3D 打印设备品牌进行调研，截止 2018 年，我国 企业用 3D 打印设备主要来自国外 Uniontech、Stratasys、EOS 等公司。
国内 3D 打 印 设 备 厂 商 中 市 场 份 额（ 按 企 业 数 量 ）领 先 的 有 华 曙 高 科 （ 占 比 6.6%）、铂力特（占比 4.9%）等。
在工业级应用中，金属和非金属是 3D 打印材料的两个主要分类，分别对 应不同的打印原理和技术。
美国企业多集中在非金属材料领域，欧洲企业多集 中在金属材料领域，2021 年全球工业级 3D 打印设备出货量排名靠前的 Stratasys、Formlabs、3D Systems 等均以销售非金属 3D 打印设备为主。
在 国内占据大量份额的 Uniontech 公司同样以非金属设备为主。
金属 3D 打印的国际龙头企业主要为德国 EOS、SLM Solutions 以及美国 GE、3D Systems 等，国内金属 3D 打印以铂力特、华曙高科等为主。
此外还 包 括 鑫 精 合 （ PBF&DED ） 、 江 苏 永 年 激 光 （ PBF&DED ） 、 广 东 汉 邦 （PBF）、北京易加三维（PBF）等。
根据各 3D 打印设备公司官网披露的信息显示，当前 SLM 技术中打印速度 最快的是 SLM solution 的 NXG XII 600 设备及 Additive Industries 的 Metal FABG2 设备，最大打印速度均达到 1000cm³/h。
从打印尺寸来看，国内 3D 打 印设备成形尺寸普遍超过国外，华曙高科的 FS1521M 设备打印幅面达到 1530x1530mm。
金属 3D 打印设备的核心竞争力——多激光技术
我们认为，高生产效率是当前金属 3D 打印的核心竞争力。生产效率的提 高不仅缩短了产品的生产时间，也降低了由于生产时间过长引起的产品质量问 题（例如翘曲等）。
打印速度提高后，能够在热应力没有产生破坏之前打印完 成，送入热处理炉，从而提高成品率，降低成本。
3D 打印技术本身特性 就在于其能够定制化快速生产，若定制化时间太长，其市场竞争力将大幅减 弱。
在生产时，零件是通过激光烧结金属粉末的方式进行成形，显然，使用的 激光功率越大、激光数量越多，成形速度将越快，但实现多激光技术将面临多 种困难，并不仅仅是增加激光数量能够解决的，这也是许多厂商 3D 打印速度 成形效率慢的原因。
多激光技术的难点包括：光路系统设计、激光搭接、烟尘去除、热管理、 激光校准、性能一致性等问题。
激光搭接问题： 在使用多激光时，每个激光器都有自己的最佳打印区域，必须考虑不同激 光之间的协同工作。
在打印零件时，可能会出现一个零件横跨几个激光器的工 作区域，如何保证零件在激光区域交界处的成形质量与中心区域一致，是多激 光技术的一大难点。
当前仍有部分设备未妥善解决此问题，导致打印出的零件 在激光区域搭接处有明显接痕。
烟尘去除问题： 打印过程中，高能激光束快速加热金属粉末，温度可接近金属的沸点，金 属会蒸发产生金属蒸汽，随后冷凝、氧化结成小颗粒（通常小于 1 微米），即 打印过程中形成的“黑烟”——亚微米金属冷凝物。
金属蒸汽冷凝后形成的黑烟将在一定程度上消耗激光能量，影响成形性 能，这些黑烟还可能直接附着在顶部透镜上，相当于直接降低了到达粉床的激 光功率。
黑烟漂浮物也可能会降落在未打印的粉末区域，形成杂质，导 致产品致密度不高从而影响零件性能。市面上有部分金属 3D 打印设备无法良 好解决黑烟问题。
虽然可以短时间打印，但设备无法长时间连续工作，例如连 续打印四五天时，可能会因为烟尘附着在激光保护器上导致产品质量变差。
当前处理黑烟的方式通常使用风场，即通过气流吹除烟尘，风场的技术多 种多样，如何良好地解决吹除烟尘的问题是风场技术的核心（主要涉及仿真模 拟计算技术）。
热管理问题： 3D 打印是热加工技术，零件成形时温度较高，如何保证稳定的熔池、气体 及光路系统的温度，是成形零件精度高、性能好的前提。
光路系统温度较高时 易发生透镜漂移，气体温度较高时将发生光束变形，影响激光成形精度，熔池 温度的剧烈变化则会在成形零件后产生热应力，使得零件容易开裂。因此，精 准可控的温控系统也是多激光技术应用的前提。
实现 3D 打印效率提升的途径还有增加层厚、优化光学系统振镜参数、强 化铺粉扫描协同等等，其中的技术难点主要是算法问题，此外，“少支撑技 术”也是各 3D 打印设备厂商争相攻破的技术难点。
行业发展推演
民用领域目前的限制，核心在于成本。而 3D 打印“平价”的节点，又取 决于设计端降本的进度。此过程几乎不可逆，设计端考虑 3D 打印后的零部 件，大概率无法用传统加工工艺来制造（或成本过高）。
此不可逆过程，一方面为 3D 打印的长期应用提供了重大保障，另一方面 也在短期制约了 3D 打印工艺的应用：
在传统制造工艺成本可控，下游厂商能 实现盈利的情况下，尝试一个不可逆，而尚未在大规模制造中验证过的新工 艺，主机厂可能会更倾向于谨慎。
我们判断，3D 打印工艺的不可逆特点，与当初一体化压铸工艺的发展具备 一定的相似性，值得参考。我们认为一体化压铸技术随特斯拉 Model Y 快速打 开应用的核心在于其带来的降本效应。
相比于一体化压铸制造工艺，3D 打印 在制造复杂度&生产柔性上存在优势，如果能实现与传统工艺“平价”便已具 备推广潜力。
主机厂 vs.3D 打印服务商
另外一个值得探讨的是，主机厂和 3D 打印服务商分工的问题。我们认 为： 短期来看，因为 3D 打印技术的不成熟性（主要表现在对不同力学性能、 不同材料的零件，需要适配打印参数）。
3D 打印服务商更了解设备、工艺参 数，而主机厂对零件、材料性能的理解更加透彻。故而会以服务商、主机厂合 作模式为主。
长期来看，随服务商&主机厂对工艺参数的积累和对零部件设计的优化， 行业可能存在两种模式：服务商参与主机厂产能调峰；主机厂负责核心 零部件，低附加值件交由服务商生产。
届时可能会出现跨行业生产的 3D 打印 服务商（无模具生产能力的应用），通过成熟的工艺、成本控制，进而获取较 大的市场份额。
行业内主要公司分析
湖南华曙高科技股份有限公司成立十余年来专注于工业级 3D 打印设备的 研发、生产与销售，为全球客户提供金属（SLM）3D 打印设备和高分子 （SLS）3D 打印设备，并提供 3D 打印材料、工艺及服务。
公司已开发 20 余款设备，并配套 40 余款专用材料及工艺，正加速应用于 航空航天、汽车、医疗、模具等领域。
公司是全球少数同时具备 3D 打印设 备、材料及软件自主研发与生产能力的 3D 打印企业，销售规模位居全球前 列，是我国工业级 3D 打印设备龙头企业之一。
公司于 2009 年成立，专精于 3D 打印行业，并将自主研发作为企业发展的 核心。2010 年，华曙高科组建材料研发团队，开始自主研发高分子粉末材料， 打破了国外巨头垄断局面；
2012 年推出自主研发的第一款 SLS 设备；2015 年 推出自主研发的中型金属 SLM 设备；2019 年推出全球独创的高分子光纤激光 烧结技术 Flight 系列设备。2023 年，公司成功在科创板上市，结合市场需 求，进一步扩张公司产能。
公司实控人为许小曙与许多，两人系父子关系，截至 2023 年 9 月 30 日， 两人分别持有美纳科技 75%、19.8%股权，通过美纳科技间接持有华曙高科 40.07%的股份。
公司创始人许小曙，应用数学及材料学博士学历，是粉末床 3D 打印技术 的领军人物和企业家，拥有超过 20 年 3D 打印经验，R&D100Award（世界 100 位应用科学领域突出贡献奖）、美国“Dinosaur Award”等世界级荣耀获 得者。
许小曙先生 1986 年赴美攻读博士，毕业后加入世界 3D 打印著名企业并 担任技术总监，2009 年回国创办了华曙高科公司，推动国内 3D 打印技术的产 业化。
华曙高科当前共拥有上海华曙、深圳华曙、华曙新材料、长沙工研增材制 造、美国华曙、欧洲华曙六家子公司以及一家参股公司重庆华港，成立了一家 非营利性社会组织长沙市 3D 打印产业技术创新战略联盟。
2023 年前三季度，公司总营收 3.71 亿元，同比增长 35.15%，归母净利润 7282 万元，同比增长 32.63%。
2023Q1-3 公司毛利率 53.21%，近年来有逐年下降的趋势，主要原因可能 是公司产品结构变化。2023 年前 3 季度公司净利率 19.62%，（2021 年净利 润率高主要是受非经常性损益影响）。
期间费用方面，2023Q1-3 公司期间费用率为 33.06%，其中研发费用率 15.62%、销售费用率 12.92%、管理费用率 8.28%。
金属、非金属设备双线布局
公司的产品主要可分为：3D 打印设备及配件、3D 打印粉末材料、售后服 务及其他。设备及配件是公司主要的收入来源，2022 年占公司总营收 88.2%， 其次是粉末材料，占比 7.42%。
设备又可分为金属 3D 打印设备和高分子 3D 打印设备，近年来公司金属设备收入占比逐渐提高，已成为公司营收中最重要 的部分。
客户结构方面，综合公司设备及材料销售情况，公司客户主要来自航空航 天领域（销售额口径），2021 年占比 54.82%，其次是模具及加工服务，占比 24.83%。
金属 3D 打印设备
公司以高分子设备研制起家，后进行金属 3D 打印设备的研发，其设备采 用选区激光熔融（SLM）工艺技术，设备广泛应用于航空航天、模具、汽车、 医疗、科研教育等领域。
公司从战略上重点布局金属 3D 打印技术，多年来持续面向高效益规模产 业化 3D 打印及特定场景 3D 打印应用高端功能定制化需求，持续开展技术突破 与产品创新，推出 FS1211M、FS811M、FS721M 等多系列多配制自主 SLM 设 备。
公司金属 3D 打印设备产品的特点在于成型尺寸大，公司 FS1521M 设备是 专 门 为 高 精 尖 行 业 超 大 尺 寸 精 密 零 件 制 造 而 设 计 的 ， 成 形 尺 寸 达 1530mmx1530mmx1650mm，处于国际领先水平。
公司 FS301M 系列 设备的振镜最大扫描速度可达 15.2m/s，处于国际先进水平，最大扫描速度的 提高可有效减少激光扫描跳转时间，提高生产效率。
“最大成形尺寸”和“振镜最大扫描速度”是 SLM 设备的关键性指标，华 曙高科的设备在这两项上均居于行业领先，具有极强市场竞争力。
公司 深度掌握动态聚焦和定焦两种光学系统技术，可贴合用户需求灵活配置，设备 的技术难度和制造效率优于国内外可比公司。
高分子 3D 打印设备
公司自主研发的高分子 3D 打印设备采用选取激光烧结（SLS）工艺技术。 受制于对成型材料控形和控性的技术难度，SLS 技术是较为复杂的工艺路线之 一。
公司是国际上少数几家掌握该项核心技术并推出工业级产业化设备的 3D 打印设备供应商。公司还在全球率先推出 Flight 技术，能够实现多激光配置， 可打印精细薄壁件，将产能和打印效果大幅度提升。
原材料
公司销售的粉末材料主要为自研的高分子粉末材料，2021 年高分子粉末销 售金额占比 93.19%，其余为金属粉末。
公司的 3D 打印粉末材料可用于自研设备，也可用于其他厂家的设备，多年来公司粉末材料获得了市场的一定认可， 销量稳定增长。
公司以多样化产业应用需求为牵引，建立了涵盖聚酰胺（PA）、聚氨酯 （TPU）、聚苯硫醚（PPS）为基材，覆盖 169℃-295℃熔点、能适配 CO2 激 光器及光纤激光器的高分子及其复合粉末材料产品体系。
在 SLS 工艺技术目前使用最广泛的尼龙粉末领域，公司率先突破化工巨头 赢创的 PA12 粉末材料垄断，开坯全新的粉末配方与制备技术路线。
从分子端 创新设计源头开始突破并掌握了 SLS 尼龙粉末材料各环节技术，成功开发了从 原料端全国产化的 FS3200PA 材料，并实现规模化量产，扭转了 SLS 技术应用 受限于高价格原材料及垄断式经营模式而发展缓慢的困局。
售后服务及其他
华曙高科提供设备故障恢复、设备预防性保养等服务，在收到客户需求后 将组织远程及现场服务帮助客户快速恢复生产，并制定多种设备的维护保养方 案供客户选择。
金属&非金属双线布局
华曙高科作为 3D 打印设备核心供应商，以高分子设备研制起家，后进行 金属 3D 打印设备的研发全球布局。
根据 AMPOWER REPORT 2023 的统计， 2022 全球高分子 3D 打印产值是金属 3D 打印产值的两倍以上，预计到 2027 年金属、高分子 3D 打印产值将处在同一体量。
华曙高科前瞻性的双线布局， 为后续成长提供了足够的市场空间。
布局海外，参与全球竞争
根据 Wohlers Report 的统计，2022 年中国 3D 打印市场产值仅仅占全球 市的 11.5%，海外市场空间巨大。
华曙高科通过设立欧洲、美国子公司，深度 参与全球竞争，凭借优秀的产品力，公司 2022 年海外营收同比增加+193%。
软件全自主开发
我们判断，工业级别 3D 打印设备核心壁垒在于设备控制软件&数据处理软 件。华曙高科在设备软件全自主研发的布局，有利于后续设备迭代，以及对客 户定制化需求的快速相应能力。
西安铂力特成立于 2011 年 7 月，公司专注于工业级金属 3D 打印，为客户 提供金属 3D 打印与再制造技术全套解决方案，包括：设备、打印服务、原材 料、技术服务等。
作为国内 3D 打印行业早期的参与者之一，公司通过多年技术研发创新及 产业化应用，在金属 3D 打印领域积累了独特的技术优势，整体实力在国内外 金属 3D 打印领域处于领先地位。
公司产品及服务广泛应用于航空航天、工业 机械、能源动力、科研院所、医疗研究、汽车制造、船舶制造及电子工业等领 域，尤其在航空航天领域市场占有率较高。
终端客户主要包括中航工业下属单 位、航天科工下属单位、航天科技下属单位等，且已成为空客公司金属 3D 打 印服务的合格供应商。
2011 年，铂力特在西安成立，成立之初主要从事 LSF 及 3D 打印修复技术 的研究；2012 年，公司意识到 SLM 技术在成形复杂精密部件的优势，开始进 行 SLM 技术的研发；
2017 年，公司开始从事金属 3D 打印材料的研发。公司 于 2019 年在上交所科创板上市，产能开始大幅扩张。
股权结构
公司实际控制人为折生阳、薛蕾。薛蕾为公司董事长兼总经理，博士研究 生学历，中国光学学会激光加工专业委员会委员、中国材料研究学会青年工作 委员会第八届理事会理事。
中国增材制造产业联盟副理事长、陕西省航空学会 理事、国防科技工业航天特种构件 3D 打印技术创新中心理事，深耕 3D 打印行 业多年，是公司核心技术人员。
公司业务处于快速扩张期，2022 年公司实现营收 9.18 亿元，同比增长 66.32%；2022 年公司归母净利润为 7950 万元，同比扭亏（2021 年归母净亏 损 5331 万元）。
剔除股份支付费用前为 2.42 亿元，同比增长 102.75%，营收 利润均保持高速增长，2023Q1-3 实现营收 7.42 亿元，归母净利润 3847 万 元。
公司毛利率稳定在高位，2023Q1-3 综合毛利率 46.69%，归母净利润率 5.19%，主要由于股权激励费用计提所致。
期间费用方面，2023Q1-3 期间费用率总计 44.12%，2022 年以来呈现逐 步下降的趋势，主要由于管理费用率下降（计提股权激励费用变少）。细分来 看，销售费用率 7.50%、管理费用率 15.80%、研发费用率 18.31%。
专注金属 3D 打印，打通产业链上下游
铂力特的业务范围涵盖金属 3D 打印服务、设备、原材料、工艺设计开 发、软件定制化产品等，构建了较为完整的金属 3D 打印产业生态链。
公司营 收主要可分为三大板块：定制化 3D 打印产品、设备及配件、原材料，其中定 制化产品业务近年来增长较快，已成为公司最主要的收入来源，2022 年营收占 比达 50.94%。
3D 打印定制化产品
公司金属 3D 打印定制化产品服务基于客户产品技术要求及成本驱动，产 品尺寸从毫米级到数米级。
可选择 SLM、LSF、WAAM 技术等，成形材料涵盖 钛合金、高温合金、铝合金、铜合金、不锈钢、模具钢、高强度钢等多个种 类，其中以高温合金和钛合金为主。
公司生产的定制化金属 3D 打印产品，广泛应用于航空航天、汽车、医 疗、模具、电子、能源动力等领域，先后承担工信部、科技部多类 3D 打印科 研攻关项目。
参与支持多个国防型号工程的研制与交付，完成了多项装备发展 部、国防科工局的 3D 打印技术攻关任务。
2020 年 3 月，公司收到空中客车公司零部件认证团队对公司制造的 A330- NEO 某 3D 打印零件的认证结果，该零件由 BLT-S310 打印，零件性能达到空 中客车民用航空零件的装机要求。
截至 2022 年，3D 打印定制化产品已成为公司最重要的收入来源，营收占 比达 50.94%，同比增长达 68.26%。
3D 打印定制化产品是公司衔接下游客户 需求的重要途径，公司贴合客户需求进行产品生产，能够更好地发掘产品痛 点，对症下药，有望成为公司未来扩大市场份额的重要途径。
自研设备及配件
公司自研金属 3D 打印设备主要分为 PBF 技术和 DED 技术，其中 SLM （PBF）设备占主要地位。
公司自主研发十余个型号，不同型号设备对应不同细分市场，出货量及市 场占有率在国内金属 3D 打印设备市场位居前列，且设备的部分核心参数能够 达到国际先进水平。
原材料
公司在原材料研发方面的核心人员拥有多年金属 3D 打印专用材料研发及 应用经验，在新材料研究方法、材料特性发掘及应用方面积累了丰富的经验， 为公司金属 3D 打印专用材料的产业化打下了深厚基础。
公司生产粉末制备工 艺成熟稳定，粉末球形度、空心粉率、杂质含量、特殊元素含量均达到行业先 进水平。
铂力特拥有制粉专用车间，厂房面积 5000 平方米，具有多条粉末生产 线，具有年产 400 吨高品质成品粉末的能力。
设备&服务双驱，打造国内金属 3D 打印龙头
公司通过布局 3D 打印设备&3D 打印服务，支撑其营收业绩的高速增长。 从放量节点上判断，新技术的应用拓展，将伴随着相关设备的快速起量，进而 助力公司营收高速增长；
而后续随 3D 打印技术相关应用的不断拓展，3D 打印 服务商业务将进一步助力公司快速成长。
定增募资，持续扩大产能，巩固行业地位
公司上市以来，持续扩充产能：当 2022 年定增项目后续落地&投产，将总 共形成超大型设备机时 124.2 万小时/年、大型设备机时 75.33 万小时/年、中 小型设备机时 110.97 万小时/年；金属 3D 打印设备 1400 台/年；
金属 3D 打印 原材料 1200 吨/年的产能。为后续高端产品渗透率提升&民品应用空间打开后 抢占市场份额提前布局。
为进一步稳定和激励核心团队，为公司长远稳健发展提供机制和人才保 障，公司于 2020 年制定了股权激励计划。
该股权激励计划授予股票占总股本 5%，主要授予公司高管及核心技术人员，分 4 个归属期，达到目标后每期解除 25%限售股票。股权激励有望调动公司核心团队的工作积极性，推动公司业务 的高效开展。
公司专注于有色金属粉体材料领域，主要从事铜基金属粉体材料、微电子 锡基电子互连材料和 3D 打印粉体材料及相关粉体的研发、生产与销售。
公司 掌握有色金属制粉核心技术和拥有完善的研究开发能力、综合技术服务能力， 为粉末冶金、超硬工具、微电子互连封装、摩擦材料、催化剂、电工合金、电 碳制品、导电材料、热管理材料、3D 打印等下游多个行业和领域提供基础原材 料。
其终端产品广泛应用于汽车、高铁、机械、航空、航天、化工、电子信息 等领域。
2022 年，公司实现营收 27.81 亿元，与 2021 年几乎持平；实现归母净利 润 5544 万元，同比下降 31.75%。其中铜基金属粉体材料实现营收 15.16 亿 元，同比下 降 9.36%；
微电子锡基焊粉材料营 收 9.28 亿元，同比增长 14.22%；3D 打印粉体材料营收 2130 万元，同比增加 114.72%，主要是产能 扩大所致；电子浆料营收 2573 万元，同比减少 1.48%；其他产品营收 2.75 亿 元，同比增加 8.69%。
公司为原料生产厂商，毛利率相对较低。近些年毛利率持续走低，或与国 际公共卫生事件期间产品交付影响、以及原材料价格波动相关。
期间费用率方面，公司 2023Q1-3 期间费用率合计 6.72%，其中销售费用 率 0.65%，管理费用率 2.04%，研发费用率 3.90%，财务费用率 0.13%。
公司持续聚焦金属粉体材料主业，在各细分行业领域依旧保持并发挥了竞 争优势。铜基粉体材料领域，抓住国际市场机遇，扩大电解铜粉出口，同比增 幅明显；
同时积极开拓在摩擦、电碳、催化剂等领域的新客户，实现了批量销 售；锡基粉体材料领域，虽然消费电子市场景气度较差，但通过开发境外重点 客户，稳定大客户，发挥产品竞争优势。
2022 年产品销量同比增长 5.5%，高 附加值产品销售贡献稳步提升；3D 打印粉体材料领域，围绕航空航天、设备制 造等重点领域。
聚焦高温合金、铝合金粉、钛合金粉等重点产品，新扩建产 能，提高运行效率，3D 打印粉体产销量快速增长，为该板块跨越式发展奠定了 坚实基础。
公司 2021 年完成 IPO，募集的资金主要投向“有研粉末科技创新中心建 设项目”、“新建粉体材料基地建设项目”和“泰国产业基地建设项目”三个 项目。