中信建投：金屬增材制造賽道投資機遇

來源：韜揚軍工高端制造沙龍
作者：中信建投軍工團隊


金屬增材制造工藝原理主要分為粉末床熔融（PBF）和定向能量沉積（DED）兩類,，當前PBF應用最廣泛，DED市場份額逐步提升,。作為新興工藝,，增材制造具有傳統(tǒng)的減材制造不具備的優(yōu)勢，因此其逐漸被人們重視,，各國紛紛出臺產(chǎn)業(yè)政策扶持,，行業(yè)進入快速發(fā)展期。其未來發(fā)展趨勢也逐漸明了,，金屬增材制造將向著多材料,、高效率、高精度,、大尺寸,、智能化、國產(chǎn)化率提高,、滲透率提高,、增減材一體化、無支撐,、系統(tǒng)級制造等趨勢發(fā)展,。

1金屬增材制造：方興未艾，星辰大海（上）

核心觀點
增材制造的主要應用場景為：小批量,、復雜化,、輕量化、定制化,、功能一體化零部件制造,。金屬增材制造工藝原理主要分為粉末床熔融（PBF）和定向能量沉積（DED）兩類，當前PBF應用最廣泛,，DED市場份額逐步提升,。作為新興工藝,，增材制造具有傳統(tǒng)的減材制造不具備的優(yōu)勢，因此其逐漸被人們重視,，各國紛紛出臺產(chǎn)業(yè)政策扶持,，行業(yè)進入快速發(fā)展期。其未來發(fā)展趨勢也逐漸明了,，金屬增材制造將向著多材料,、高效率、高精度,、大尺寸,、智能化、國產(chǎn)化率提高,、滲透率提高,、增減材一體化、無支撐,、系統(tǒng)級制造等趨勢發(fā)展,。

增材制造—先進制造業(yè)技術，傳統(tǒng)制造業(yè)重要補充
增材制造（Additive Manufacturing, AM, 俗稱“3D打印”）是具有顛覆性的先進制造技術,。增材制造以三維數(shù)字模型為基礎,，將材料通過分層制造、逐層疊加的方式制造出實體零件,。其優(yōu)勢在于短研發(fā)周期,、復雜結構制造、輕量化,、高材料利用率,、強力學性能等。反之金屬增材制造在可加工材料種類,、加工精度,、表面粗糙度、加工效率方面遜于傳統(tǒng)精密加工,，在大規(guī)模生產(chǎn)上成本處于劣勢,，因此增材制造的主要應用場景為：小批量、復雜化,、輕量化,、定制化、功能一體化零部件制造,。

金屬增材制造技術以PBF,、DED為主要路線

金屬增材制造工藝原理主要為粉末床熔融（PBF）和定向能量沉積（DED）兩大類別。前者適用于精密成型,，后者適用于高效率大尺寸應用場景,。當前PBF應用最廣泛,，DED市場份額逐步提升。2021年PBF和DED分別在金屬增材制造市場中占據(jù)83.8%和9.1%的市場份額,，預計到2026年PBF與DED市場份額分別下降至74%和8.6%,。且金屬增材制造成熟度及產(chǎn)業(yè)化水平最高的技術路線主要集中在PBF、DED,，其中L-PBF（基于激光的PBF,，以SLM為代表）在產(chǎn)業(yè)中應用最為廣泛，E-PBF（基于電子束的PBF,，以EBM為代表）排名第二,。

SLM是目前應用最廣泛的金屬增材制造技術，廣泛用于制造航空航天,、汽車模具等領域的精密零部件。SpaceX使用SLM技術制造二代龍飛船引擎室,，解決了復雜結構制造,、縮短火箭發(fā)動機交貨期、降低制造成本,。

電子束熔融技術(Electron Beam Melting）是新興的先進金屬增材制造技術,，已廣泛應用于快速原型制作、快速制造,、工裝和生物醫(yī)學工程等領域,。EBM技術應用助力航空航天零部件生產(chǎn)發(fā)展，減輕發(fā)動機零部件重量,，提高燃油效率,，并且有效提高增材制造技術在航空航天領域的滲透率。

激光近凈成形技術是無需后處理的金屬直接成形方法,，也是DED中研究和應用最廣泛的技術,。該技術不僅能直接打印出三維金屬零件，還能在已有零件上進行打印,。因此在制造或修復高附加值的產(chǎn)品,，比如航空發(fā)動機或機床部件中得到廣泛應用。LENS(激光近凈成型)技術能夠實現(xiàn)梯度材料,、復雜曲面修復,，在大型器件的修復上正不斷地發(fā)揮作用，是鏈接傳統(tǒng)制造與3D打印的橋梁,。

電子束熔絲沉積成形技術（Electron Beam Wire Deposition, EBWD）是以電子束作為激活源的前沿DED技術,，具有速度快、成本低,、打印尺寸大等優(yōu)點,。Sciaky公司推出的EBAM技術實現(xiàn)了沉積速率大幅提升,。

電弧增材制造技術（Wire and Arc Additive Manufacture, WAAM）使用電弧作為激活源，是一種成本極大降低的大尺寸高效率金屬增材制造技術,。WAAM打印精度較低,，但是打印尺寸較大。WAAM的特點讓其很適合以高價值的材料制造中等復雜程度的大尺寸零件,。

金屬增材:向著多材料,、高效率、高精度,、大尺寸,、智能化、國產(chǎn)化率提高,、滲透率提高,、增減材一體化、無支撐,、系統(tǒng)級制造等趨勢發(fā)展

作為新興工藝,，增材制造具有傳統(tǒng)的減材制造不具備的優(yōu)勢，因此其逐漸被人們重視,，各國紛紛出臺產(chǎn)業(yè)政策扶持,，行業(yè)進入快速發(fā)展期，未來金屬增材發(fā)展趨勢如下：

1）多材料：多材料包括可打印材料的多樣化以及多材料混合打印兩個方面,；

2）高效率與高精度：金屬增材制造效率有待進一步提升,，打印效率和打印精度是增材制造技術兩個難以兼顧的目標，未來希望能在高精度制造的情況下實現(xiàn)高效率增材制造,；

3）大尺寸：進一步增大可打印尺寸是當前增材制造裝備的發(fā)展趨勢,，目前增材制造打印件成形尺寸已經(jīng)步入“米”級時代；

4）智能化：增材制造工藝需要進行質量控制,，需要高度訓練有素的技術人員來啟動,、監(jiān)測和拆除組件，未來需要實現(xiàn)增材制造的智能化與自動化,；

5）國產(chǎn)化率提高：由于我國的3D打印設備公司對于軟硬件存在不同程度的進口依賴,，因此推進核心器件（主要指：激光器、振鏡以及工業(yè)軟件）國產(chǎn)化至關重要,；

6）滲透率提高：加強金屬 3D 打印定制化產(chǎn)品在一般工業(yè)領域滲透,，提高3D打印可運用場景，并使其在已經(jīng)引入增材制造的下游領域中增加3D打印的使用占比,；

7）增減材一體化：增減材復合制造技術結合了增材近凈成形和減材保證精度的優(yōu)點,，適合高精度復雜型面及具有內(nèi)孔內(nèi)腔零件的一體化制造和修復再制造；

8）無支撐3D打�,。褐�撐結構的存在會降低模型的表面質量,，且去除支撐需要的后處理會提高成本,，無支撐3D打印能降低材料浪費以及提高模型質量；

9）系統(tǒng)級制造：系統(tǒng)級制造就是指對于整個系統(tǒng)部件基于增材制造設計制造,，而不單單只通過3D打印技術打印出個別零部件,。由于增材制造相比于傳統(tǒng)工藝能夠更好的制造復雜構件，且系統(tǒng)級制造應用越來越多,，其已經(jīng)成為增材制造技術的一大趨勢,。

風險提示：軍工訂單不及預期。國內(nèi)金屬增材打印行業(yè)下游客戶集中于軍工行業(yè),，收入最終主要來源于國家的國防裝備支出,。軍工行業(yè)屬于特殊的經(jīng)濟領域，主要受國際環(huán)境,、國家安全形勢,、地緣政治、國防發(fā)展水平等多種因素影響,。若未來國際形勢出現(xiàn)重大變化,，導致國家削減國防開支若軍工訂單不及預期則可能影響到行業(yè)企業(yè)的營收。

產(chǎn)業(yè)政策風險,。增材制造行業(yè)系國家重點扶持的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，國家產(chǎn)業(yè)政策對該行業(yè)的發(fā)展起到了積極的引導作用,。如果未來政府對行業(yè)支持政策發(fā)生變化導致財政稅收優(yōu)惠,、政府補助及科技扶持等政策縮減甚至取消，將會對行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營造成不利影響,。

技術迭代風險,。隨著增材制造技術的發(fā)展，應用領域的擴大,，技術的升級迭代加快,，不同技術之間的競爭加劇，技術創(chuàng)新和新產(chǎn)品開發(fā)仍是行業(yè)競爭的關鍵,。若企業(yè)無法保持技術先進性則可能導致競爭力下降,。

供應鏈風險。國內(nèi)增材制造領域振鏡,、激光器等核心零部件進口依賴嚴重,，若因地緣政治導致進口受限，且短期內(nèi)無法國產(chǎn)化替代,，則可能影響到企業(yè)產(chǎn)品的交付,。

2、金屬增材制造：方興未艾,，星辰大海（中）

核心觀點
全球增材制造市場規(guī)模高速增長,，整個增材制造市場從疫情期間回暖,，增速穩(wěn)定。金屬增材制造市場增速領跑增材制造行業(yè),。各國政府爭相出臺扶持政策爭奪產(chǎn)業(yè)高地,。金屬增材制造產(chǎn)業(yè)鏈完備，增材制造設備制造是整個產(chǎn)業(yè)鏈的核心主體,。增材制造下游主要系工業(yè)級應用需求,，已處產(chǎn)業(yè)化階段，航空航天,、醫(yī)療,、汽車應用最廣泛。

國內(nèi)外金屬增材制造產(chǎn)業(yè)快速擴張

全球增材制造市場規(guī)模高速增長,，整個增材制造市場從疫情期間回暖,，增速穩(wěn)定。全球增材制造行業(yè)產(chǎn)值從2003年的5.29億美元增長至2022年的180億美元,，CAGR達19.58%,。2020年受疫情影響年同比增速短暫下滑至7.51%，但2021年快速回升19.49%,。預計2025年將達298億美元,，2030年預計將達853億美元。
金屬增材制造市場增速領跑增材制造行業(yè),。2021年全球金屬增材制造市場規(guī)模達25億歐元,，，從需求側測算預計2026年將達到75.8億歐元,，CAGR達到25%,，從供給側測算預計2026年將達到78.1億歐元，CAGR達26%,，領先增材市場平均增速,。全球增材制造市場正從非金屬打印轉向金屬打印，增材制造行業(yè)應以萬億美元規(guī)模的金屬零件制造市場為目標,。

中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)�,？焖贁U張。截至2021年末中國增材制造設備累計裝機量占全球比重約10.6%,，位列世界第二,。中國增材制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值從2017年的96億元增長至2020年的208億，同比增長32.06%,，CAGR達29.40%,。且預計2025年我國增材制造市場規(guī)模將超過630億元，2021年-2025年CAGR超20%。

各國政府爭相出臺扶持政策爭奪產(chǎn)業(yè)高地,。美國在最新的《美國增材制造標準化路線圖草案V3.0》注釋了目前增材制造領域內(nèi)相關的已發(fā)布和開發(fā)中的標準,，并提供了解決增材制造標準和規(guī)范差距的建議，其中包括必要的前期研究和開發(fā)指南以推進標準化進程,。歐洲早在2014年的《Horizon2020》就將增材制造列為關鍵實用技術之一,，而我國的《2025中國制造》、《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》等重要文件中亦將增材制造列入規(guī)劃之中,。

金屬增材制造產(chǎn)業(yè)鏈完備,，核心環(huán)節(jié)創(chuàng)造價值大
金屬增材制造產(chǎn)業(yè)鏈完備。增材制造產(chǎn)業(yè)上游包括原材料,、零部件,、三維掃描設備和三維軟件等企業(yè)，中游以增材制造設備生產(chǎn)廠商為主,，大多亦提供打印服務業(yè)務及原材料供應,，下游行業(yè)應用覆蓋航空航天、汽車,、工業(yè),、消費電子、醫(yī)療,、教育等多個領域,。由于金屬增材制造技術的成本較高，增材制造設備在制造技術的研發(fā)應用和提供產(chǎn)品服務方面起到?jīng)Q定性作用,，因此真正掌握打印生產(chǎn)能力或設備制造能力的中游廠商在行業(yè)中占主導地位,。

上游：增材專用粉材要求高，軟硬件國產(chǎn)化率低
與傳統(tǒng)冶金用金屬粉末相比,，增材專用金屬粉材性能指標要求較高，生產(chǎn)工藝有明顯區(qū)別,。增材制造采用的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(nèi)的金屬 3D 打印材料已基本滿足國產(chǎn)設備及國內(nèi)下游增材制造需要,，設備生產(chǎn)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(chǎn)金屬 3D 打印材料。

我國工業(yè)級增材制造裝備的核心光學硬件嚴重依賴進口,。增材制造設備所需核心元器件包括振鏡,、激光器,，其中激光器主要從美國、德國進口,，振鏡主要從德國進口,，都存在嚴重的依賴進口的情況。增材制造主要采用500W等中低功率激光器,，中國中功率光纖激光器國產(chǎn)化率保持穩(wěn)定且多保持在60%上下,，實現(xiàn)了大部分的國產(chǎn)化替代。進口振鏡在行業(yè)內(nèi)應用歷史較久,，性能成熟穩(wěn)定,，知名度相對更高，而國產(chǎn)振鏡的技術成熟度相比進口振鏡還存在一定的差距,。激光器市場基本被 Trumpf,、IPG 等 3-4 家國外企業(yè)占有，掃描振鏡市場則主要被德國 Scanlab 公司占有,。
行業(yè)內(nèi)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(chǎn)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)提升競爭力,。國內(nèi)比較有名的工業(yè)軟件服務商為安世亞太,、Voxeldance，國外行業(yè)知名軟件廠商有Altair 公司,、Materialise 公司,、Hexagon 公司。

中游：打印設備為產(chǎn)業(yè)鏈核心主體,，鋪粉技術路線主導行業(yè)應用
增材制造設備制造商研發(fā),、生產(chǎn)打印設備提供給下游客戶使用，并且根據(jù)客戶反饋不斷更新迭代,，向上游傳遞市場需求,，推動產(chǎn)業(yè)鏈水平提升。工業(yè)級打印機技術壁壘高,，資本投入大,，一直以來發(fā)展較為緩慢，但當前工業(yè)級增材制造產(chǎn)業(yè)受到國家政策大力支持,，整個市場目前已開始呈現(xiàn)快速增長形勢,。金屬增材制造設備制造主要廠商有EOS、SLM Solutions、鉑力特,、華曙高科,、易加三維等。

增材制造設備制造是整個產(chǎn)業(yè)鏈的核心主體,。增材制造設備制造商研發(fā),、生產(chǎn)打印設備提供給下游客戶使用。其中工業(yè)級打印機技術壁壘高,，資本投入大,，發(fā)展較為緩慢，但當前工業(yè)級增材制造產(chǎn)業(yè)受到國家政策大力支持,，整個市場目前已開始呈現(xiàn)快速增長形勢,，從2017年開始，金屬工業(yè)級增材制造設備銷售量出現(xiàn)井噴式增長,，從2016年的983臺增長到2017年的1768臺,，18A/19A/20A/21A的銷售量分別為2297/2327/2169/2390臺，均保持了每年2000臺的銷售量,。

3D打印服務主要通過3D打印設備為客戶提供打印服務及各類衍生的技術服務,。全球增材制造產(chǎn)業(yè)鏈中服務收入占比接近六成，3D打印服務仍然是增材制造中游中增長最迅速,，最穩(wěn)定的,。2021 年全球增材制造市場規(guī)模（包括產(chǎn)品和服務）達到 152.44 億美元，同比增長19.5%,，2017-2021 年的年復合增長率為 20.06%,。其中，產(chǎn)品收入為 62.29 億美元,，同比增長 17.5%,，服務收入為 90.15 億美元，同比增長 20.9%,。

下游：工業(yè)級廣泛應用,，航空航天系最大應用行業(yè)
增材制造下游主要系工業(yè)級應用需求，已處產(chǎn)業(yè)化階段,，航空航天、醫(yī)療,、汽車應用最廣泛,。航空航天/醫(yī)療/汽車系全球增材制造的前三大下游客戶群體，市場占比分別從17A的18.9%/11.3%/16.0%變化到21A的16.8%/15.6%/14.6%,，整體占比變化不大,，航空航天與醫(yī)療有小幅度的增長。主要變化來自于17A下游的工業(yè)領域占比最廣泛達到20%，而到21A,，增材制造在該下游的占比下降嚴重,。

增材制造在航空裝備領域應用前景廣。預計未來十年中國航空制造業(yè)將為增材制造帶來近千億的市場價值,。2019 年中國航空制造業(yè)市場價值約 698 億美元（約合 4,886 億元人民幣）,，預測未來十年（2020 年~2029 年）中國航空制造業(yè)的價值年均復合增速為 10%，則未來十年中國航空制造業(yè)市場價值約 9.05 萬億元,，年均 9,054.33 億元,，假設未來十年增材制造在航空制造業(yè)占據(jù)的份額提升至 1%，據(jù)此可計算出未來十年中國航空制造業(yè)為 3D 打印帶來的市場價值約 905.43 億元,，年均約 90.54 億元,。

航空航天領域廣泛使用增材制造在于其具有的多種優(yōu)勢。1）輕量化對于航空航天領域意義重大,；2）金屬增材制造可通過拓撲設計,，在保證性能的前提下最大化降低零件質量；3）增材制造能夠大幅降低材料損耗率,，節(jié)約材料成本,；4）金屬增材制造能夠大幅縮短零件交付周期；5）增材制造設計靈活,，所需零部件少,，能夠大幅降低產(chǎn)品交付周期；5）金屬增材制造在輕量化制造,、零件整合,、縮短交付周期方面具有傳統(tǒng)制造工藝無可比擬的優(yōu)勢。
醫(yī)學領域已廣泛應用增材制造技術,，醫(yī)用植入物和醫(yī)療器械制造已在臨床上大規(guī)模應用,，前景廣闊。增材制造技術可被用于生產(chǎn)特制的醫(yī)療器械,，從而可以為患者量身定制最終產(chǎn)品,，并以非常低的成本實現(xiàn)。如今設計和打印個性化的醫(yī)用植入物和假肢已成為標準方法,。增材制造技術已被廣泛用于制造牙科零件,、創(chuàng)傷醫(yī)用植入物和整形外科醫(yī)療器械。全球3D打印醫(yī)療器械市場預計將從2021年的22.9億美元增長到2022年的27.6億美元,，復合年增長率(CAGR)為20.4%,。預計到2026年，該市場將以13.0%的CAGR,，增長到44.9億美元,。

增材制造技術在汽車行業(yè)應用廣泛,，預計未來3D打印零件能接近百億規(guī)模。金屬增材制造在汽車行業(yè)的應用經(jīng)歷了從概念模型打印,，到功能模型打印,，到功能部件制造，最后向打造整車方向的方向發(fā)展的過程,。目前汽車行業(yè)增材制造已覆蓋汽車設計,、零部件開發(fā)、內(nèi)外飾應用等場景,。預計2029年汽車市場僅通過3D打印成品零件就可產(chǎn)生90億美元的收入,，較2019年增長8倍，CAGR達到20.64%,。

增材制造技術在模具領域的運用廣泛,，前景廣闊。3D 打印已廣泛應用于復雜模具,、嫁接模具以及隨形冷卻模具等領域,，CNC 加工是在制造模具時最常用的技術。雖然它能夠提供高度可靠的結果,，但同時也非常昂貴和費時,。所以很多模具制造企業(yè)也開始尋找更加有效的替代方式，3D 打印技術就是一個很好的替代方式,。3D 打印模具涵蓋了多個優(yōu)點,，包括：1）模具生產(chǎn)周期縮短；2）制造成本降低,；3） 模具設計的改進為終端產(chǎn)品增加了更多的功能性如隨型水冷等,；4）優(yōu)化工具更符合人體工學和提升最低性能；5）定制模具幫助實現(xiàn)最終產(chǎn)品的定制化,，提升注塑模具的生產(chǎn)效率以及模具壽命,。

風險提示：軍工訂單不及預期。國內(nèi)金屬增材打印行業(yè)下游客戶集中于軍工行業(yè),，收入最終主要來源于國家的國防裝備支出,。軍工行業(yè)屬于特殊的經(jīng)濟領域，主要受國際環(huán)境,、國家安全形勢,、地緣政治、國防發(fā)展水平等多種因素影響,。若未來國際形勢出現(xiàn)重大變化,，導致國家削減國防開支若軍工訂單不及預期則可能影響到行業(yè)企業(yè)的營收。

產(chǎn)業(yè)政策風險,。增材制造行業(yè)系國家重點扶持的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),，國家產(chǎn)業(yè)政策對該行業(yè)的發(fā)展起到了積極的引導作用。如果未來政府對行業(yè)支持政策發(fā)生變化導致財政稅收優(yōu)惠,、政府補助及科技扶持等政策縮減甚至取消,，將會對行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營造成不利影響。

技術迭代風險,。隨著增材制造技術的發(fā)展,，應用領域的擴大，技術的升級迭代加快,，不同技術之間的競爭加劇,，技術創(chuàng)新和新產(chǎn)品開發(fā)仍是行業(yè)競爭的關鍵。若企業(yè)無法保持技術先進性則可能導致競爭力下降,。
供應鏈風險,。國內(nèi)增材制造領域振鏡、激光器等核心零部件進口依賴嚴重,，若因地緣政治導致進口受限,，且短期內(nèi)無法國產(chǎn)化替代，則可能影響到企業(yè)產(chǎn)品的交付,。