3D 打印上下游产业链

在 3D 打印产业链中，上游为 3D 打印设备所需的零部件以及打印过程中所使用的原材料，中游为各技术类型的 3D 打印设备，是竞争最为激烈的环节，下游为 3D 打印的广泛行业运用，其中在工业制造、航空航天、汽车、建筑、医疗健康等领域最为广泛。

️4.1. 上游：国产替代化正当时

️行业上游主要包括 3D 打印原材料、核心硬件以及软件。首先，3D 打印原材料是 3D 打印材料技术重要的物质基础，它的性能很大程度上决定了成形零件的综合性能，种类可以分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料以及生物材料。其次，3D 打印所使用的核心硬件包括振镜和激光器等，目前主要由国外厂商供应，国产振镜和激光器正在不断完善性能，有望实现部分进口替代。最后，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，一般由第三方软件服务商供应，存在软硬件发展匹配欠缺的问题。

️4.1.1. 材料：新型材料不断面世，金属材料为国内大势所趋

️增材制造材料市场保持增长态势，所需的材料多样。在 2023 年，用于增材制造行业的原材料市场规模达到 36.47 亿美元，同比增长 11.87%，2016-2023 年全球增材制造原材料市场规模年复合增长率为 22.07%。从原材料占比的情况来看，聚合物粉材、光敏树脂、聚合物丝材和金属材料为主要原材料，分别占比 37.8%、20.0%、20.5%和 19.7%。

我国 2025 年的增材制造原材料市场规模为 64.4 亿元，同比增长 31.37%，2017-2021 增材制造原材料市场年复合增长率为 24.4%。其中，钛合金、PLA 和尼龙是我国占比最高的使用材料，分别占比 20.2%、15.2%和 14.1%。金属原材料市场规模同步增加，占比维持在 40%，这主要系我国下游工业级 3D 打印对金属增材制造的需求持续保持旺盛增长趋势，未来金属材料的使用比例有望持续扩大。

️3D 打印材料市场格局分散，金属材料参与者主要为国外厂商。3D 打印材料是 3D 打印得以实现的核心，细分类别广泛，吸引国内外材料供应商深耕特定材料市场，除专供材料的厂商外，不乏如 3D Systems、铂力特等 3D 打印设备厂商也布局材料市场。形成国内外厂商百花齐放的市场竞争格局。国际供应商包括 AP&C、德国 EOS、瑞典赫格纳斯、瑞典山特维克、索尔维 Solvay 等，国内的厂商也正奋起直追，如中航迈特、威拉里。当前国内使用的金属材料多为国外进口，主要供应商包括加拿大粉末制造商泰克纳、美国 Praxair Surface Technologies（高温合金金属粉末）、EOS 等。

我国仍然存在专用材料市场上金属粉末材料仍然处于材料种类偏少、品质较低、专用化程度不高、供给不足的弊端，与国外水平仍存在差异，在金属粉末质量、一致性、波动性、粒径上仍有进步空间，导致金属 3D打印专用材料目前仍依赖海外进口。非金属 3D 打印设备既包括工业级，也包括消费级/桌面级，通常价值量低、设备及服务销售毛利率低于金属设备，但出货量和公司整体营收较高，代表企业有美国的 Stratasys、美国的 3D Systems（消费级/桌面级）、比利时的 Mate rialise、中国的创想三维（消费级/桌面级）等。

️打印材料作为 3D 打印成型产品质量的核心，未来持续多元化发展。目前，全球增材制造专用材料已达几百种，Stratasys，3D Systems，EOS，惠普等行业领军企业以及巴斯夫、杜邦等材料企业纷纷布局专用材料领域，研发生产出新型高分子复合材料、高性能合金材料、生物活性材料、陶瓷材料等专用材料，这是由于材料是激发增材制造技术潜能的关键因素，是实现增材制造设计复杂性的基石。

️4.1.2. 核心零部件：激光器+振镜成本成本占比~30%，国产替代空间大

️3D 打印设备的核心硬件依赖进口。3D 打印设备中的激光器、振镜为通用型硬件产品，具有专属技术与广泛市场领域，通常为第三方专业供应商生产。

从激光器来看，3D 打印设备上所配置的激光器主要为 3D 打印过程中提供热源。根据华曙高科提供的公开数据推测，19/20/21 年采购的进口激光器占激光器采购总额比例分别为82.88%、88.01%和 86.08%，这取决于设备配置的激光器个数与采购价格波动。中国的光纤激光器市场最早是美国 IPG 和英国SPI联合垄断的市场，在2003 美国 IPG 公司进入中国后，其与英国的 SPI 公司把控了国内 90%以上的光纤激光器市场。直到 2008 与 2013 年，武汉科锐与深圳杰普特陆续推出了国产光纤激光器才打破了垄断的局面。截至到 2023 年，锐科激光在国内光纤激光器行业的市占率已经达到了 27%，已经实现对 IPG 光子的超越1。

️振镜为 3D 打印设备中另一核心元件，主要是用于控制激光按照规划的路径与工艺参数进行扫描。19/20/21 年 3D 打印机中的振镜成本占比约为 14.25%/13.57%/14.99%，当前我国高端振镜的国产率仅为 15%，市场主要由 Scanlab、Scaps 等国际厂商占领2，这主要是由于当前国内企业在 3D 振镜联动加工、激光熔覆等技术方面仍与国际先进水平存在一定差距。金橙子、八思量等国内企业正在积极突破振镜的技术瓶颈，金橙子推出的 INVINSCAN3D振镜能够在技术性能上基本达到 Scanlab 相关产品的水平，随着后期在产品系列、市场资源上的扩大投入，有望逐步打破海外厂商在 3D 打印设备振镜领域的垄断。

️4.1.3. 软件：呈现综合发展趋势，国内市场发展潜力大

️3D 打印软件作为必备工序，紧跟 3D 打印潮流得以发展。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，包括计算机辅助设计软件（CAD），辅以计算机辅助工程方针 CAE、计算机辅助制造处理 CAM，制造工作流程&安全软件等（MES/ERP/PLM 等），为成品的精细化保驾护航。根据 Smartech 的数据，全球 3D 打印软件市场规模将从 2022年的 12 亿美元攀升至 2031 年的 62 亿美元。

️在行业竞争格局上，若干关键技术由海外厂商长期垄断：

️1） CAD：电脑辅助设计（CAD）是指运用电脑软件制作并模拟实物设计，展现新开发商品的外型、结构、彩色、质感等特色的过程。随着技术的不断发展电脑辅助设计不仅仅适用于工业，还被广泛运用于平面印刷出版等诸多领域。它同时涉及到软件和专用的硬件。全球 CAD 市场规模的 60%由四巨头，法国达索系统公司、美国 Autodesk、德国西门子公司和美国参数技术公司四家占领。

️2） CAE：CAE 指工程设计中的计算机辅助工程，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等，把工程（生产）的各个环节有机地组织起来，其关键就是将有关的信息集成，使其产生并存在于工程（产品）的整个生命周期。而 CAE 软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、非线性问题；分析结构（固体）、流体、电磁等。目前我国 CAE 市场仍由国外厂商占主导地位。根据 IDC 数据，Ansys、西门子和达索系统在 2022 年中国 CAE 软件市场排名前三，市场份额分别为 16.81%、14.68%、7.88%，其他典型服务商包括澳汰尔、上海索辰、云道智造、中船奥蓝托、英特仿真、前沿动力、安怀信、天洑、霍莱沃、云庐科技、中望软件等，也有不俗的市场表现。

️3D 打印软件朝着功能集成化、一体化的方向发展。在不断提升核心 CAD 软件技术性能的同时，一方面开发更多集 CAD、CAE、CAM 等辅助软件于一体的综合软件，另一方面将持续将打印准备软件集成到 3D 打印软件链的其他区域中，整合从设计到生产的工作流程中所涉及的各种功能。

️4.2. 中游：3D 打印产业的核心桥梁，设备先行，服务打开远期增量市场

️3D 打印行业中游是产业链的重要桥梁，以产品技术迭代响应下游反馈与传递上游需求。3D 打印行业中游包括 3D 打印设备及设备技术服务，3D 设备厂商、3D 打印服务提供商是主要参与者。作为产业链的核心主体，设备厂商自主研发和销售+代理销售 3D 打印设备，打印服务提供商涵盖业务较广，其中包含快速原型制造和 3D 打印制造工厂等增材制造服务，还有零件设计服务、流程优化服务、数字化软件定制服务等。

️3D 打印设备与服务市场是行业的重心，是行业产业链营收的主要来源。从市场规模上看，全球 3D 打印设备的市场规模在 2023 年达到 76.3 亿美元，同比增长 4.66%；中国 3D 打印设备的市场规模在 2023 年为 201.85 亿元，同比增长 34.43%，势头更为迅猛。2023 年全球3D 打印服务的市场规模为 124 亿美元，同比增长为 15.56%，2023 年我国 3D 打印服务的市场规模为 77.07 亿元，同比-12.86%，我国 3D 打印服务市场仍然具有较大发展潜力。从应用结构来看，全球 3D 打印市场服务类占比较高，2023 年全球 3D 打印服务类市场比例为 61.91%，国内 3D 打印设备类占比较高，2023 年中国 3D 打印设备类市场比例为 72.37%。

️4.2.1. 3D 打印设备—商业化应用落地的关键

4.2.1.1. 主要技术路线 3D 打印设备结构示意图

️1） SLA 设备：SLA 设备使用光敏树脂和紫外激光来构建零部件，激光束在液态树脂表面构建图形并将其粘结到下面的图层上。构建完成后打印的部件使用溶液进行清洗以去除残留湿树脂，然后将其放在 UV 干燥炉中完成固化流程。

️非金属光固化反应技术迭代路径：SLA➡DLP➡LCD：

️①SLA：采用激光固化树脂，对于打印尺寸限制很少，但是打印速度、精度和细节，不如 DLP 和 LCD 好，通常适合尺寸比较大、大规模生产的场景，核心零部件为激光光源和振镜；

️②DLP：利用 UV 投影器将产品截面图形投影到液体光敏树脂表面，使被照射的树脂逐层感光固化，相比于 SLA 采用点曝光的方式，DLP 采用面曝光的方式，可以提高打印速度，同时在精度和表面质量上也会优于 SLA，DLP 方式核心零部件是 DMD（被美国TI 德州仪器垄断）；

️③LCD：使用 LCD 液晶的偏转产生图像，精度和表面质量优于 DLP，但是受制于功率打印速度较慢。

️2） SLS 设备：SLS 采用逐层构建构造零件的方式，通过激光束融合扫描固定的形状。具体工作流程是：1）打印：将 3D 打印材料平铺在成一个薄层，将粉末预热，激光扫描 3D模型的一个横截面，将粉末加热到材料的熔点从而使得粉末颗粒机械得以融合在一起，完成一层的扫描后将平台下降一层的高度（50~200um）继续重复横截面的扫描直至零件的完成；2）冷却：3D 打印完成后，零件需要在打印机内部稍微冷却然后在打印机外部冷却从而确保零件有最佳的机械性能并且避免变形；3）后处理：去除零件分离清除多余的粉末。

️3） FDM 设备：FDM 设备是将熔化的丝材逐层沉积在构建平台上制备 3D 零件。具体工作流程是将一卷热塑性长丝材料装入打印机，一旦喷嘴达到设定温度打印机就会通过挤出头和喷嘴将细丝送入，挤压头连接到一个三轴系统（允许 XYZ 三个方向移动），打印机将熔化的材料挤成细丝沿着设计确定的路线逐层沉积，一旦沉积材料会冷却固化，当打印机完成一层时，构建平台下降继续循环进行新一层的打印直至整个零件的完成。

️4） MJF 设备：HP MJF 3D 打印机采用逐层构造零件的方式。打印机有两个垂直方向的打印头，一个用于涂覆 3D 打印材料，一个用于印刷功能剂并且熔合打印区域。具体工作流程是 1）在工作区域涂覆上 3D 打印材料薄层；2）施加能量控制 3D 打印材料薄层的温度；3）选择性地打印熔合剂，将颗粒融合在一起；4）选择性地打印细节剂，从而调节边缘细节处的融合作用；5）对 3D 打印材料薄层施加能量将选择的区域进行融合。惠普展示了 3 分钟以内不同原理制作齿轮的时间，相同时间内生产的齿轮个数分别为：FDM（30 个）、激光烧结（70 个）、M JF（1000 个），相比于激光烧结技术（SLS）和 FDM 技术，惠普的 MJF 技术在打印速度方面优势明显。

4.2.1.2. 3D 打印设备市场情况

️按照用途划分，3D 打印设备可以分为工业级 3D 打印和消费级 3D 打印设备（桌面 3D 打印机器）

️1） 工业级 3D 打印设备

️① 量：根据 wohlers 2024 年报告，2023 年全球共出售了 25642 台工业级 3D 打印设备/系统，同比 22 年减少 12.90%，1990-2023 年销量复合增速为 17.83%，整体呈现相对快速增长。

️② 价：根据 wohlers 2022 年报告，2021 年全球工业级 3D 打印设备/系统均价为 93404美元，与 20 年基本持平。从历史价格趋势来看，工业级 3D 打印设备价格经历先下降后上升的趋势。2001-2010 年价格呈现下滑趋势，2010 年之后平均售价开始反弹，主要是由于用于高端制造的金属 3D 打印设备占比提升（工业级金属打印设备售价明显高于非金属 3D 打印）+售价低的工业级 3D 打印设备被消费级 3D 打印设备替代。

️③ 竞争格局：全球 3D 打印机设备竞争激烈，老牌厂商 Stratasys、3D Systems 等巨头凭借早期的专利优势和技术积累，拥有较高的市场份额和客户认知度，同时仍有不少新进入者在迅速崛起。国内设备厂商逐步从代理走向自产，通过技术提升与客户积累，联泰科技、华曙高科、铂力特等国产厂商在国内市场份额相对靠前。

️2） 桌面 3D 打印机：受益于起源于英国巴斯大学的 Reprap3D 行动，硬件软件开源属性带动了桌面 3D 打印机（消费级 3D 打印机）的流行。根据 KBV Research 数据，2022年全球消费级 3D 打印机市场规模达到 25.03 亿美元，到 2028 年预计达 71 亿美元，年复合增长率 19.2%。

4.2.1.4. 国内 3D 打印装备等进出口情况

️2024 年我国 3D 打印进出口总值达 98.24 亿元，创下年度历史新高，同比增长 30.31%，继续保持强劲的市场竞争力。其中，出口总值为 93.71 亿元，增长了 35.40%；进口总值为 4.53亿元，下降 26.70%。海关数据显示，2024 年中国 3D 打印设备的出口总金额为 81.63 亿元，同比增长 32.75%；总出口数量达到 377.77 万台，同比增长 7.88%。同时，设备进口总金额为 2.88 亿元，同比下降 37.80%；进口设备总数量为 4600 台，同比下降 28.76%。此外，3D打印零件的出口总额为 12.08 亿元，同比增长 56.48%；进口总额为 1.65 亿元，同比增长6.45%。

️从进出口产品结构来看：

➢ 出口产品结构：2024 年，“使用塑料或橡胶材料的增材制造设备”的出口金额最大，达到 76.03 亿元，占总出口额的 81.13%。出口第二多的设备是“使用金属材料的增材制造设备”，其总出口额为 3.71 亿元；出口数量为 6449 台，低于 2023 年的 9648 台。这一趋势也与 CONTEXT 的报告相吻合，显示工业级 3D 打印机在 2024 年处于低迷状态。

➢ 进口产品结构：2024 年“用塑料或橡胶材料的增材制造设备”进口金额为 1.67 亿元，占总进口额的 36.87%，进口机器数量为 4425 台。而“用金属材料的增材制造设备”

️4.2.2. 服务：应用多元潜力较大，长期增量空间有望打开

️3D 打印服务长期以来是行业增长的主要驱动力。目前全球主要 3D 打印服务可以根据业务内容分为：原型设计服务提供商、3D 打印批量生产厂商、3D 打印硬件服务商、3D 打印服务网络提供商等。从市场格局来看，全球 3D 打印服务市场较为成熟与多元，2023 年独立提供 3D 打印服务的提供商收入占比为 73.4%（即不包括综合服务商，综合服务商为包含 2个以上业务的厂商）。从竞争格局来看，2021 年全球 3D 打印服务收入前三的企业分别是美国的 Stratasys、比利时的 Materialise、美国的 Quickparts 等，其中 Stratasys 的服务收入达到 1.89 亿美元。