钛(tai)金属加入叠加技术升级，3D打印迎来爆发近在(zai)眼前？
01
一早就(jiu)出现的3D打印
至今(jin)仍未(wei)大规模标准化生产
3D打印又称为增(zeng)材制造（Additive Manufacturing，AM），是涵盖多学科的先进制造技术。3D打印是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软(ruan)件分层离散和数控成型系统，将三维实体变为若(ruo)干个二维平面，运用粉末状金属、塑料(liao)、陶瓷、树脂等可粘合原材料(liao)，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
整体而言，3D打印是信息网络技术、先进材料(liao)技术与数字制造技术的结合，制造流(liu)程横(heng)跨多个学科，涵盖机械(xie)、材料(liao)、软(ruan)件、电子、设计、计算机视觉等。3D打印通过二维逐层堆叠材料(liao)的方式，直(zhi)接成形三维复杂结构的数字制造技术。对比传统制造方法，增(zeng)材制造最适(shi)合小批量、复杂设计以及(ji)速(su)度至关重(zhong)要的应用。
资料(liao)来源：Hubs
相较于传统制造方式，3D打印的优势包括（1）缩(suo)短新(xin)产品研发及(ji)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(liao)利用率较高，3D打印昂贵的金属材料(liao)可节约(yue)较大成本；（5）实现优良的力(li)学性能。3D打印快速(su)凝固成形后(hou)的制件内部(bu)冶金质量均匀致密，无其他(ta)冶金缺陷；同(tong)时快速(su)凝固使得材料(liao)内部(bu)组织(zhi)为细小亚结构，成形零件可在(zai)不损失塑性的情况下使强度得到较大提高。
现阶段(duan)我国3D打印仍旧(jiu)以工程塑料(liao)、树脂和部(bu)分常见金属材料(liao)为主(zhu)。3D打印所用的这些原材料(liao)都是专门针对3D打印设备和工艺而研发的，与普通的塑料(liao)、石膏、树脂等有所区(qu)别，其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等。就(jiu)我国目前3D打印粉末材料(liao)使用情况来看，非(fei)金属与金属材料(liao)大致形成6：4的格(ge)局(ju)，非(fei)金属材料(liao)占材料(liao)市场大部(bu)分份额。
其中(zhong)金属粉末主(zhu)要是常见的主(zhu)要有金属材料(liao)，钵合金、铝合金和不锈钢占比较大，非(fei)金属粉末是工程塑料(liao)、尼龙、树脂；以及(ji)不断开发的生物基可降解材料(liao)、复合材料(liao)等。当前金属3D打印技术在(zai)可加工材料(liao)、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(zai)一定差距。
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(qi)车（15%）；2021年我国3D打印产值265亿元，主(zhu)要用于航空航天、军工等，均未(wei)形成大规模标准化生产。
02
为何当前节点提起(qi)3D打印？
消费电子钛(tai)合金趋势+国内技术成熟，3D打印将迎大规模产业化应用。
由于钛(tai)合金的低热导率，传统CNC技术加工钛(tai)合金刀具损耗大，根据艾邦高分子，传统CNC加工钛(tai)合金良率仅30-40%。而3D打印技术避免了刀具切削(xue)环节，且激光器和金属粉末的降价，使得3D打印钛(tai)合金成本逐渐(jian)与CNC加工平价。
根据Counterpoint，Apple Watchseries6表壳的机加成本约(yue)为132元，3D打印的Ultra钛(tai)合金成本约(yue)为109元，成本端具备竞争优势。
来源：IT之家、新(xin)浪科技、华为官网、OPPO官网
3D打印钛(tai)合金开始不断在(zai)苹果、荣耀等产品中(zhong)有应用。
2023年7月，华为荣耀MagicV2折叠屏手机铰链宣告使用钛(tai)合金3D打印技术制造，实现首次(ci)3D打印在(zai)消费电子领域的规模化应用。据彭博社，Apple Watch Series9的表壳采(cai)用不锈钢粘结剂喷射（Binder Jetting）金属3D打印；Apple Watch Ultra的数字表冠、侧(ce)按钮和一些其他(ta)操作按钮使用钛(tai)合金粉末床激光熔融（L-PBF）金属3D打印生产。如果智能手表的测试成功，苹果或将寻求在(zai)未(wei)来几年内在(zai)更多产品上使用该技术。
2023年9月，苹果在(zai)秋季(ji)发布会上发布了全新(xin)的iPhone 15Pro手机和Apple Watch Ultra2手表，二者的边框均使用到了钛(tai)合金材料(liao)；今(jin)年10月，小米发布小米14系列手机，其中(zhong)小米14Pro提供了钛(tai)金属特别版。在(zai)以上使用了钛(tai)材的3C产品中(zhong)，荣耀折叠屏轴盖和AppleWatchUltra2表壳均为单一钛(tai)合金材质，而苹果和小米手机则使用了钛(tai)铝复合材料(liao)，即内部(bu)的底板为铝，外部(bu)的边框为钛(tai)，其中(zhong)苹果手机使用了钛(tai)合金，小米手机使用了99%纯钛(tai)。相较于此前3C行业广泛使用的铝合金和不锈钢，钛(tai)合金CNC加工难度明(ming)显增(zeng)大，3D打印成为另一种颇具前景的可选加工方式。
头部(bu)厂家的示范(fan)效应之下，未(wei)来3D打印技术有望拓展至更多消费电子产品，钛(tai)合金在(zai)3C行业中(zhong)的应用已经形成趋势。
同(tong)时国内厂商技术的成熟，也让国内产业爆发具备基础。
3D打印分为金属3D打印和非(fei)金属3D打印，其中(zhong)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(zeng)材制造工艺分为7类，不同(tong)技术通常在(zai)材料(liao)、能量源、成型方法上有差异，其中(zhong)4种路线涉(she)及(ji)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Wohlers 2022年Senvol数据库(ku)统计，全球1026件金属增(zeng)材制造产品中(zhong)，94%均采(cai)用PBF(902件)和DED(61件)技术制造。
以最广泛使用的金属3D打印技术路线SLM为例，其加工原理为铺(pu)粉系统在(zai)加工平台铺(pu)一层金属粉末，激光在(zai)金属粉末的颗粒之间一次(ci)一层地烧(shao)结成型。解决了复杂结构零件的加工制造问题，特别适(shi)用于制造具有复杂内腔结构的难加工钛(tai)合金、高温合金等零件。
SLM技术路线的主(zhu)要设备厂商包括EOS、通快Trumpf、SLM Solutions、Concept Laser(GE)、铂力(li)特、汉邦、先临/易加三维、华曙高科。国内设备厂商华曙高科、铂力(li)特的成型尺寸、扫描速(su)度等各(ge)项指标已经达到国际先进水平。
资料(liao)来源：SLMSOLUTION，Apple，3D Printing Industry，Facfox
此外，3D打印的成本还将不断下降。
当前原材料(liao)金属3D打印粉末价格(ge)持续下行。以铂力(li)特为例，2020-2022年自制金属3D打印粉末销(xiao)售价格(ge)由144.5万元/吨降至78.2万元/吨，降幅为46%。预计未(wei)来仍将保持下降趋势。
加上激光器国产化推进，零部(bu)件采(cai)购单价呈下降趋势，使得3D打印设备端单价呈下降趋势；以及(ji)像铂力(li)特2023年发布的BLT-A400、BLT-S400、BLT-S450多激光配置(zhi)方案，从设备激光器数量、粉末循环系统、配套软(ruan)件等方面提升设备的生产效率和稳定性，钛(tai)合金3D打印仍有很大降本空间。
专业机构对钛(tai)合金3D打印的成本进行拆解，在(zai)对未(wei)来3D打印粉末材料(liao)价格(ge)和3D打印设备价格(ge)的下降幅度以及(ji)3D打印效率提升的幅度做出审慎的假设后(hou)，发现钛(tai)合金3D打印环节的价格(ge)有望从当前的7元/g下降到2027年的3.64元/g，降幅接近50%。降本驱动后(hou)，3D打印在(zai)3C钛(tai)合金产品制造中(zhong)的渗透率有望持续提升。
03
市场有多大？
首先就(jiu)钛(tai)合金技术切入消费电子领域看3D市场空间，目前已存在(zai)3款运用钛(tai)合金的设备零部(bu)件，专业机构测算铰链到2027年3D打印钛(tai)合金铰链渗透率到50%时，市场空间将达到60亿元。手机中(zhong)框与智能手表方面，通过对智能手机/手表出货量的预估，对渗透率、价值量占比、单个手机用量、钛(tai)合金价格(ge)、粉末利用率的合理假设后(hou)得出，2027年在(zai)3D打印渗透率在(zai)20%的情况下全球智能手机和智能手表的市场空间分别为486.35亿元和63.42亿元，中(zhong)国市场为108.20亿元和31.80亿元。
部(bu)分机构则认为，在(zai)2027年3D打印折叠屏钛(tai)合金轴盖80%渗透率，3D打印AppleWatch钛(tai)合金表壳80%渗透率，3D打印iPhone钛(tai)合金中(zhong)框25%的渗透率前提下，2023-2027年累计的钛(tai)合金3D打印产品、3D打印设备、3D打印粉末、3D打印激光器和3D打印振镜的市场规模分别为198.43亿元、164.40亿元、24.19亿元、9.41亿元和12.22亿元。
而随着3D打印技术的发展，应用领域越来越广，新(xin)产品的研发制造驱动下游不断拓展，越来越多领域正转变成增(zeng)材制造生产。
根据从事增(zeng)材制造行业研究的美国咨询机构WohlersAssociates.（沃勒斯）统计数据显示，2021年全球增(zeng)材制造产值（包括产品和服务）152.44亿美元，同(tong)比增(zeng)长19.50%。经过30多年发展，增(zeng)材制造产业正从起(qi)步期迈入成长期，整体来看近年来呈现快速(su)增(zeng)长趋势。根据沃勒斯预测，到2025E年增(zeng)材制造收入规模有望实现298亿美元，2021-2025E年CAGR为18.24%；到2030E年有望达到853亿美元，2025E-2030E年CAGR为23.41%。
全球增(zeng)材制造市场规模 资料(liao)来源：华曙高科招股说明(ming)书
当前全球3D打印头部(bu)企业主(zhu)要集中(zhong)在(zai)美国，我国3D打印行业仍处于成长早期，2021年我国3D打印行业规模在(zai)全球占比约(yue)17%，国内多项专利通过申请但(dan)未(wei)投入具体应用，核心技术与尖端人才是制约(yue)我国当前3D打印产业发展的关键(jian)因素。
我国高度重(zhong)视增(zeng)材制造产业发展，近年来，国内3D打印市场应用程度不断深(shen)化，在(zai)各(ge)行业均得到了越来越广泛的应用。2017-2020年，中(zhong)国3D打印产业规模呈逐年增(zeng)长趋势，2020年中(zhong)国3D打印产业规模为208亿元，同(tong)比增(zeng)长32.06%。根据前瞻产业研究院预测，预计2026E年我国3D打印市场规模将超过1000亿元，2021-2026E年复合增(zeng)速(su)20%以上。
中(zhong)国增(zeng)材制造产业规模 资料(liao)来源：华曙高科招股书、亿渡数据
04
相关企业有哪(na)些？
3D打印产业链上游分为打印原材料(liao)、核心硬件和辅助运行软(ruan)件三大板块。原材料(liao)是3D打印产业链基石，参与者以具备全产业链布局(ju)的头部(bu)企业和粉材供应商为主(zhu)。目前行业内常用的打印材料(liao)包括金属、塑料(liao)、光敏树脂、陶瓷和复合材料(liao)等五类，金属材料(liao)和复合材料(liao)是未(wei)来发展趋势。核心硬件和辅助运行软(ruan)件国内外差距明(ming)显，目前国内呈多元竞争态势，国产替代潜力(li)大。
中(zhong)游包括3D打印设备制造及(ji)技术服务，是整个产业链的核心主(zhu)体。国内厂家以桌面级打印机供应商为主(zhu)，工业级打印机技术难度大、工艺要求高，国内厂家数量虽少，但(dan)普遍具备全产业链供应能力(li)。
下游应用方式主(zhu)要分为直(zhi)接制造、设计验证和原型制造，目前已经广泛渗透至航空航天、汽(qi)车、医疗等领域，其中(zhong)金属工业级3D打印是未(wei)来重(zhong)要增(zeng)长极。
3D打印产业链 数据来源：华曙高科招股说明(ming)书，铂力(li)特招股说明(ming)书
当中(zhong)铂力(li)特是国内金属3D打印核心企业，布局(ju)金属3D打印全产业链。公司创始团队是国内最早的3D打印研发团队之一，深(shen)耕金属增(zeng)材领域二十余载，现已形成覆盖3D打印上游原材料(liao)、中(zhong)游设备、下游制造的完整产品服务体系。
公司依托自研设备积极开拓下游航空航天、医疗等领域客户，定制化产品已进入小批量生产阶段(duan)。作为国内少有的具备全产业链供货能力(li)的3D打印综合方案解决供应商，公司技术能力(li)国内领先，随着我国不断加大3D打印产业的投入和政(zheng)策支持，公司有望充分受(shou)益。
华曙高科是我国工业级3D打印设备领先企业，同(tong)时具备材料(liao)及(ji)软(ruan)件自主(zhu)研发和生产能力(li)。公司主(zhu)要从事工业级增(zeng)材制造设备的研发、生产与销(xiao)售，并提供3D打印材料(liao)、工艺和服务，产品应用于航空航天、汽(qi)车、医疗、模具等领域。公司是国内少数具备自主(zhu)开发增(zeng)材制造工业软(ruan)件、控制系统并实现SLM、SLS设备产业化量产销(xiao)售的企业，受(shou)益全球3D打印行业快速(su)发展。
先临三维是国内齿科3D数字化稀缺标的，3D扫描技术国内领先。公司深(shen)耕3D打印行业17年，自主(zhu)研发拥有从3D数字化设计到3D打印制造的软(ruan)硬件一体化完整技术链。公司齿科数字化产品丰富，包括3D口扫、3D桌扫、齿科DLP打印机（含材料(liao)）、CAD/CAM系统等，技术优势在(zai)于前端的扫描，目前高毛利率的自研扫描仪已经成为公司的主(zhu)要产品。
银(yin)邦股份则是高端金属复合材料(liao)领先企业，其子公司飞而康是国内最早从事金属3D打印应用服务的厂商之一，深(shen)耕航空航天业务十余载，建设工业化生产工厂，积极推动3D打印产业化应用。飞而康是国内首家通过金属3D打印适(shi)航认证、拥有金属粉末制备-金属3D打印部(bu)件制造-热等静压处理-性能检测完整生产工艺的企业，制造的3D打印零件已被批量应用到C919飞机的生产中(zhong)。
光韵达的全资子公司通宇航空有十年航空装备制造与管理经验，产品包括多型号机加工及(ji)3D打印航空零部(bu)件，主(zhu)要客户为成都飞机工业(集团)有限(xian)责任公司。通宇航空毗邻核心客户，是其航空零部(bu)件和3D打印供应商，在(zai)与成飞集团多年的合作中(zhong)，公司已经融入成飞供应链，成为重(zhong)要供应商之一。