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3D打印行業(yè)上下游關系
編輯：深吟秋 來源：思瀚產業(yè)研究院 華曙高科    2023-04-11

3D 打印行業(yè)上游為原材料及零件，包括 3D 打印原材料、核心硬件和軟件等，中游為設備制造和打印服務，下游則包括航空航天、汽車、醫(yī)療、消費及電子產品等應用領域。

（1）行業(yè)上游

1）3D 打印原材料

3D 打印原材料是影響 3D 打印產品質量的重要因素之一，是 3D 打印技術發(fā)展的物質基礎。3D 打印原材料目前主要可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料以及生物材料等幾類。

其中，粉末床熔融工藝相關的 3D 打印原材料包括金屬粉末材料和高分子粉末材料等，基本情況如下：

①金屬粉末材料

金屬粉末一般要求純凈度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低，目前應用于 3D 打印的金屬粉末材料主要有鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等。目前國內的金屬 3D 打印材料已基本滿足國產設備及國內下游增材制造需要，設備生產廠商一般與第三方材料廠商合作研究開發(fā)各類金屬材料熔融工藝，少量 3D 打印服務的廠商會同時自主生產金屬 3D 打印材料。

②高分子粉末材料

SLS 工藝技術目前使用最廣泛的原材料為 PA 粉末類材料。近年來，行業(yè)內出現(xiàn)多種新型高分子增材制造粉末材料，各類材料在成形質量和穩(wěn)定性等方面的表現(xiàn)各有差異。

2）核心硬件

增材制造所使用的核心硬件包括振鏡和激光器等。目前，該等核心硬件多數采購自美國、德國等，存在依賴進口的情況，但隨著國產振鏡和激光器的研制成功及性能提升，目前已實現(xiàn)部分進口替代。

3）軟件

3D 打印相關軟件包括 3D 打印設備工業(yè)軟件系統(tǒng)以及應用軟件。應用軟件可由產業(yè)鏈上中下游主體及專業(yè)軟件供應商基于技術應用需求開發(fā)提供，如輔助設計軟件、工程處理軟件、仿真模擬軟件、智能處理軟件等。設備工業(yè)軟件系統(tǒng)是指控制 3D 打印設備制造運行全環(huán)節(jié)的整體控制系統(tǒng)，是整個 3D 打印設備的核心中樞。

目前，行業(yè)內大部分 3D 打印設備制造企業(yè)的 3D 打印設備工業(yè)軟件系統(tǒng)系向第三方采購，軟件性能提升依賴并受制于軟件服務商，限制了設備性能和材料性能的應用，難以快速響應客戶軟件方面的需求。因此，擁有完全自主知識產權3D 打印設備工業(yè)軟件系統(tǒng)將有助于設備制造企業(yè)提升行業(yè)競爭力。

（2）行業(yè)中游

增材制造行業(yè)中游包括 3D 打印設備及設備技術服務。其中 3D 打印設備是中游、也是整個產業(yè)鏈的核心主體。參與主體包括增材制造設備制造商、增材制造服務提供商、各類代理商等。增材制造設備制造商研發(fā)、生產 3D 打印設備供下游用戶使用，并根據下游用戶反饋不斷進行技術的創(chuàng)新與更新迭代，并同步向上游傳遞創(chuàng)新與市場需求，不斷推動著整個產業(yè)鏈的水平提升。增材制造服務提供商主要通過 3D 打印設備為客戶提供打印服務及其他各類衍生技術服務。

（3）行業(yè)下游

增材制造目前已被廣泛應用于航空航天、汽車、醫(yī)療等領域，并逐漸被嘗試應用于更多的領域中。根據 Wohlers Report 2022 報告顯示，2021 年增材制造主要應用于航空航天、汽車、消費及電子產品、醫(yī)療/牙科、學術科研等領域，占比情況如下：

1）航空航天領域

在航空航天領域，由于零部件形態(tài)復雜、傳統(tǒng)工藝加工成本高及輕量化要求等因素，增材制造已發(fā)展成為提升設計與制造能力的一項關鍵核心技術，其利用逐層堆積的原理，能夠實現(xiàn)任意復雜構件成形與多材料一體化制造，突破了傳統(tǒng)制造技術對結構尺寸、復雜程度、成形材料的限制，提供了變革性的技術途徑，應用場景日趨多樣化。

航空航天領域用于 3D 打印的材料主要包括高性能金屬材料和高分子材料。高性能金屬材料中鈦合金、鋁合金和鎳基高溫合金的應用最為廣泛，鈦合金主要應用于高強度、輕量化結構部件，鋁合金主要應用于輕量化結構部件，鎳基高溫合金主要應用于高強度熱端部件，通常以粉末床熔融技術和定向能量沉積技術為主進行加工，常見包括 SLM、LENS 等。

高分子材料主要應用于有耐沖擊、耐熱、阻燃性和抗老化性要求的部件，常用 SLS 進行加工。在復雜部件的研制階段，3D 打印技術可節(jié)省反復工藝試驗的時間，提高速度的同時降低成本；在零件制造階段，3D 打印技術可用于實現(xiàn)復雜內部結構，提高零件性能；此外，3D 打印技術還可用于制件修復，延長設備使用壽命、減少經濟損失。

利用 3D 打印可以制作出符合設計標準和使用要求的高精密零件，為提高航天器的整體性能提供積極幫助。歐洲航天局（ESA）、美國國家航空航天局（NASA）、SpaceX和RelativitySpace均使用增材制造技術生產火箭點火裝置、推進器噴頭、燃燒室和油箱，美國 GE、波音（Boeing）、法國空客（Aribus）、賽峰（Safran）使用增材制造技術生產商用航空發(fā)動機零部件、軍機機身部件、飛機風管、艙內件等。同時，增材制造的構件也已在國內航空航天領域廣泛應用，先后成功參與了天問一號、實踐衛(wèi)星、北斗導航系統(tǒng)等數十次發(fā)射和飛行任務。

3D 打印技術已成為提高航天設計和制造能力的關鍵技術，應用規(guī)模近年來增長迅速，未來市場空間巨大。

2）汽車制造領域

伴隨 3D 技術的創(chuàng)新升級，其在汽車制造領域的應用將逐漸深入，從概念模型打印到功能模型打印，目前逐步應用于功能部件制造，并向打造整車方向拓展。汽車制造領域 3D 打印，主要應用已覆蓋汽車設計、零部件開發(fā)、內外飾應用等方面，主要技術為 SLS、SLM 等。

在設計方面，3D 打印技術的應用可以實現(xiàn)無模具設計和制造，幫助企業(yè)縮短產品概念模型的設計及制作周期，幫助整車廠和零配件廠商優(yōu)化設計，同時，可以在安全性測試環(huán)節(jié)打印部分非關鍵部件作為替代，加速產品驗證流程，有助于企業(yè)實現(xiàn)快速小批量定制，降低成本并縮短產品上市時間，此外，3D 打印可以在設計階段引導零件輕量化、一體化、個性化、功能化方面的創(chuàng)新；在制造方面，3D 打印技術可提升零件的制造效率和生產質量，實現(xiàn)零件輕量化制造和降低質量的位移途徑，進行復雜結構模具的加工，加強對制造精度的控制，同時，增材制造一體化成形技術允許將多個零件整合為一個零件，可減輕復雜關鍵部件的重量；在維修方面，3D 打印技術可以進行門把手、輪轂、汽缸、變速器和其他基礎部件的制作，從而保證了維修的效率和經濟收益。

汽車行業(yè)是最早使用 3D 打印技術的行業(yè)之一，在 3D 打印技術應用中占據重要位置，隨著近年來汽車保有量和產量的上升，汽車行業(yè)巨大的市場規(guī)模將持續(xù)為 3D 打印技術的應用提供廣闊的空間。

3）醫(yī)療領域

基于人體存在個體差異而傳統(tǒng)制造醫(yī)療器械多為標準化樣式或尺寸的現(xiàn)狀，3D 打印憑借可個性化定制的特點在醫(yī)療領域內應用逐步廣泛，主要應用方向包括制造醫(yī)療模型、手術導板、外科/口腔科植入物、康復器械等（主要材料包括塑料、樹脂、金屬、高分子復合材料等），以及生物 3D 打印人體組織、器官等。

3D 打印技術在口腔醫(yī)學中已逐漸成熟應用于義齒打印、矯正器制作、預演手術模型制作、手術導板制作等，有助于提高精度和效率，降低手術風險。

3D 打印技術在骨科植入方面也發(fā)展迅速，目前開始采用金屬 3D 打印技術生產全膝關節(jié)植入物、髖臼杯、脊柱植入物等，金屬 3D 打印技術有利于模擬人體骨骼的層狀結構，通過多孔設計可以更好地與人體組織融合，促進骨骼生長，此外 3D 打印技術亦為植入物設計帶來了更高設計自由度。隨著未來經濟水平和精準醫(yī)療要求的不斷提升，3D 打印技術在醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展將擁有巨大空間。

4）其他行業(yè)領域

消費品領域：消費品領域范圍廣泛，3D 打印技術有助于加速消費品行業(yè)產品設計、優(yōu)化和迭代，提升并豐富產品性能，如為運動員量身定制輕量化、個性化運動設備等。

模具領域：3D 打印已廣泛應用于鞋模及隨形冷卻模具等領域，優(yōu)化冷卻水路設計，不受水路復雜程度的限制，提升模具的冷卻效率和生產效率。

電子電器領域：3D 打印技術在產品的研發(fā)和生產階段，如裝配和功能驗證、外觀及性能測試、人體工程學、快速手板、批量制造等方面，都能提供較大的幫助，降低研發(fā)和時間成本，提高產品利潤。