D打印行业深度报告：传统技术的革新，打印世界的力量

报告出品方：华创证券

以下为报告原文节选

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一、3D 打印：从“减材”到“增材”，行业长坡厚雪

（一）从“减材”到“增材”，传统制造技术的革新

3D 打印，又称“增材制造”（AdditiveManufacturing；AM），是指以三维模型数据为基础，通过材料堆积的方式制造零件或实物的工艺。不同于传统制造业通过切削等机械加工方式对材料去除从而成形的“减”材制造，3D 打印通过对材料自下而上逐层叠加的方式，将三维实体变为若干个二维平面，大幅降低了制造的复杂度。3D 打印改变了产品的设计制造过程，被视为诸多领域科技创新的“加速器”，对传统制造业起到较大推动和变革，将助力航空航天、国防、汽车、生物医疗等领域核心技术的突破和跨越式发展。

3D 打印可快速加工成形结构复杂的零件，实现“自由制造”。“化繁为简”是 3D 打印的优势之一，尤其在复杂、大型结构加工工艺方面具有明显的优势。3D 打印的原理是将三维工件切片以获得二维的轮廓信息，通过层层叠加的方式实现产品成形，是一种“自下而上”的工艺方式，这种方式基本不受零件形状的限制，特别在制造内部结构复杂的、传统加工无法完成一体制造的产品方面，具备突出优势，因此，3D 打印能够生产出符合特定需求的复杂产品，从而实现“自由制造”。

3D 打印相较于传统制造可具有成本低、研发周期短等优势。成本端：传统机械制造通常是通过批量生产单一产品来降低成本，生产的主要成本可分为物料成本，开模成本、机器折旧，耗材成本和人工成本几方面，而 3D 打印则是通过一台设备生产多种类产品，通过生产多种类产品来降低生产成本，简化了生产过程，降低了生产装配成本和耗材成本。
效率端：3D 打印无需开模、无需传统机械多重处理，可在单个设备上快速制造出所需零件，加速产品研发迭代，提高效率。

由于我国 3D 打印起步较晚，在 2010 年之前的 3D 打印专利申请数量较少，2010 年之后随着各大科研院所和高校积极参与研究、各大公司积极布局 3D 打印业务，专利申请数量增长较快，虽然 2020 年以来，我国 3D 打印行业专利授权数量有所下降，但是绝对指标数量仍较大。

3D 打印仍只是传统制造业的重要补充，短期内并不足以颠覆传统制造业。3D 打印技术和传统精密加工技术均是制造业的重要组成部分，目前 3D 打印加工与传统精密加工相比还存在加工精度、表面粗糙度和可加工材料等方面的差距，但是 3D 打印优势也非常明显，是传统机械制造的有力补充，3D 打印和传统机械加工方式将长期并存，但 3D 打印因其全新的技术原理、独特的工艺特点，在多种应用场景具备明显的优势，3D 打印工艺渗透率有望稳步提升。
（二）国家战略性新兴产业，政策支持力度大

国家对 3D 打印支持力度大，助力制造业转型升级。我国相关部门发布了许多有关 3D 打印方面的政策以引导行业发展。2017 年，国家发改委发布的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》将 3D 打印列为战略性新兴产业重点产品和服务。2020 年，国家标准化管理委员会、工信部、科学技术部、教育部、国家药品监督管理局、中国工程院六部门联合印发了《增材制造标准领航行动计划（2020-2022 年）》。近些年，国家相关部门又发布了《“十四五”智能制造发展规划》、《“十四五”国家重点研发计划重点专项 2022 年度项目申报指南》等政策文件支持行业发展。

（三）主要集中于小规模、定制化的 B2B 模式

目前 3D 打印主要集中于小规模、定制化的 B2B 商业模式。不同于常见的 2D 打印商业模式，3D 打印的应用目前集中在 B 端，而直面 C 端的投资较大且较分散，因而成本较大，大规模铺开还需要技术迭代、降低成本，应用场景也需要进一步挖掘。在 B 端方面，3D 打印在航空航天、医疗、模具等领域已处于初步产业化阶段，工业级应用范围较广且在持续渗透，未来的前景可期、市场空间大。

二、上游：产业链中的高壁垒环节，高端环节国产替代需求大

3D 打印产业链上游为原材料及零件，包括 3D 打印原材料、核心硬件和软件；中游为制造设备和打印服务；下游应用领域则包括航空航天、医疗、消费及电子产品等。
（一）原材料：打印材料是 3D 打印的基础

3D 打印材料主要分为金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料三大类金属粉末：金属粉末在工业领域应用较多，市场空间广阔。金属粉末有钛合金、高温合金、镍铬合金、铜铝合金等，可以生产形状复杂，个性化的零部件，并且可以显著缩短工件的生产周期，提高材料的利用率，产品附加值高，增长潜力大，所以被广泛应用于航空航天，医疗器械等场景。

有机材料：种类多，用量大，高端应用场景有待开发。3D 打印用有机材料主要包括光敏树脂和热塑性塑料，其具有价格低廉、易于加工的特点，是 3D 打印相对比较成熟的材料，目前广泛应用于文创用品，模型手板加工等领域。

无机非金属材料：3D 打印工艺中常用的有砂型材料和陶瓷材料。由于国内粘结剂喷射和陶瓷光固化等工艺起步较晚，因此大多数的砂型材料和部分陶瓷材料的研究主要围绕工艺性验证开展。现阶段，对应工艺的大多数材料还处于攻关状态，而 SiC 陶瓷以及磷酸三钙陶瓷等材料的研究已进入复合强化阶段。

2021 年全球 3D 打印材料产业规模达到 25.98 亿美元。根据 Wohlers Associates，2012-2021年，全球 3D 打印专用原材料销售金额从 4.17 亿美元增长至 25.98 亿美元，复合增长率为 22.54%。2021 年，金属 3D 打印原材料销售金额达到 4.74 亿美元，同比增长 23.5%，金属 3D 打印专用材料的研发日趋活跃。

（二）核心零部件：3D 打印设备的重要器件

激光器：激光 3D 打印的能量源

激光器是产生激光的核心部件，输出的激光功率大小、稳定性、光束质量等直接影响下游加工设备的品质，整个产业链也是围绕激光器的生产及应用展开的。激光器是激光的发生装置，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔等组成。泵浦源为激光器的激发源，增益介质指可将光放大的工作物质，谐振腔为泵浦光源与增益介质之间的回路。在工作状态下增益介质通过吸收泵浦源提供的能量，经谐振腔振荡选模输出激光。

激光器可按照增益介质、输出波长、运转方式、泵浦方式、输出功率、调制技术分类：（1）按增益介质分类：可分为固体、气体、液体激光器等。（2）按输出波长分类：可分为红外、紫外、深紫外激光器等。（3）按运转方式分类：主要可以分为连续激光器和脉冲激光器，连续激光器可在较长一段时间内连续输出激光，脉冲激光器根据脉宽可分为长脉冲（毫秒、微秒）、短脉冲（纳秒）、超短脉冲（皮秒、飞秒）激光器。（4）按泵浦方式分类：主要可以分为光泵浦、电泵浦、化学泵浦激光器等。（5）按输出功率分类：主要可以分为大（3-6KW）、中（1-3KW）、小（0-1KW）功率激光器等。（6）按调制技术分类：主要可以分为调 Q 技术、缩膜技术、主震荡功率放大技术（MOPA）等。

产业链下游主要应用激光的三大特征：激光能量、激光信息、激光显示。其中激光焊接、激光切割、激光打标等应用激光能量特征，激光 3D 打印主要应用这一特征；激光测量、激光雷达等应用激光信息特征；激光投影、激光电视等应用激光显示特征。
2021 年全球激光器市场规模超 180 亿美元。激光器是激光加工装备的核心部件，激光器技术水平成为影响激光加工装备的技术水平的关键因素。根据《2022 中国激光产业发展报告》，全球激光器市场规模从 2017 年的 130.7 亿美元增长至 2021 年的 184.8 亿美元，CAGR 为 9.05%。

3D 打印采用的激光器种类包括紫外激光器、光纤激光器以及 CO2 激光器等，其中光纤激光器应用最广泛。CO2 激光器的本身输出波长很长，金属材料的吸收率较低，因此早期金属打印用的 CO2 激光器功率动辄几千瓦，体积也较大。SLA 3D 打印机采用紫外激光器进行固化，激光器所发射的激光束照射下快速固化形成所需要的产品。光纤激光器拥有结构简单、转换效率高、光束质量好、维护成本低、散热性能好等优点，使得近年来其在工业激光器市场中占比逐渐提升。

国内光纤激光器竞争比较激烈，中低功率激光器基本已实现国产替代。根据凯普林招股说明书，在国内市场从功率角度来看，中低功率激光器已基本实现国产替代，近些年竞争也较为激烈，而高功率激光器国产化相对不高，叠加客户对激光器品质提出更高要求，因而对价格敏感性相对更低。

扫描振镜：3D 打印设备的核心元器件之一

扫描振镜主要由反射镜片、驱动电机、聚焦系统以及控制系统组成。激光束被扩束以后，需要在工作面上将其聚焦成细小的高能量光斑，并以一定的轨迹和速度均匀移动，使一定平面图形的粉末熔化，完成二维加工过程，这个过程通过扫描振镜来实现。

我国扫描振镜市场规模较小，高端振镜依赖进口，高精密、定制化成未来发展方向。据华经产业研究院统计，2014-2022 年，我国振镜生产企业数量由 10 家以内增长至超过 20家。其中，头部厂商包括大族激光、世纪桑尼、金海创、智博泰克等企业，但产品主要集中在中低端，高端市场由美国 CTI、德国 Scanlab 和 Raylase 等国外企业占据。在高精度标刻、划线、钻孔领域，国产振镜与国外厂商仍有较大差距。未来国产振镜企业将有望逐步增强高精密、定制化振镜生产能力，提升高端市场占比，进一步增强盈利能力。

高端振镜控制系统依然由国外厂商主导。激光加工控制系统按照主流技术路线可划分为激光振镜控制系统及伺服控制系统等。伺服电机控制主要应用于大幅面金属切割，强调切割厚度及速度，重点应用于金属板材或管材切割领域。激光振镜控制系统适用精密加工处理、小幅面加工领域，围绕高速、高精特点发展，已覆盖激光标刻、激光打孔、激光切割和激光焊接等激光加工应用场景；目前，在中低端控制系统领域已经基本实现国产化；在高端应用领域，目前主要由德国 Scaps、德国 Scanlab 等国际厂商主导。

3D 扫描仪：3D 打印应用的重要辅助设备之一

3D 扫描可以利用物体的三维数据建立三维建模程序，进而得到三维物体。高精度三维扫描与 3D 打印并不是相互独立、界限清晰的技术门类，两种技术的相互融合也正在加速，助力 3D 打印实现良好的终端应用。比如高精度三维扫描在激光熔覆中的作用有：一是，为修复提供数据支持，通过高精度三维扫描仪获取缺损特征的三维数据，进行逆向设计，规划修复方案，修复路径及工艺参数等；二是，进行全尺寸检测，激光熔覆后，通过非接触式三维扫描快速获得合格性检测结果。

我国 3D 扫描仪市场蓬勃发展，市场需求稳定增长。根据共研网数据，我国 3D 扫描仪需求量明显大于产量，需求缺口主要来源于进口，庞大的市场需求，促使我国 3D 扫描仪市场规模不断扩大；2016-2021 年，我国 3D 扫描仪市场规模从 2.51 亿元增长至 8.39 亿元，复合增长率为 27.29%，预计 2022 年我国市场规模达 9.81 亿元。

（三）软件系统：3D 打印设备核心中枢

3D 打印相关软件包括模型设计软件、数据处理软件以及设备控制软件。3D 打印技术的生产过程为：首先，通过 Pro/E、SolidWorks 等模型设计软件，三维建模生成具有一定尺寸、形状的三维模型，完成后将此三维模型保存为能被切片软件所识别的文件类型；然后，利用切片软件对模型作进一步调整，调整完成后用切片软件进行切片，此过程将三维立体模型转化为极多个二维平面模型；最后，再对每个二维模型进行分析并进行打印头的运动路径规划，打印头完成的这些路径将铺成一个完整的二维平面。目前，行业内大部分 3D 打印设备厂商的工业软件系统系需向第三方采购，软件性能提升依赖并受制于软件服务商，限制了设备性能和材料性能的应用，难以快速响应客户软件方面的需求。
因此，拥有完全自主知识产权 3D 打印设备工业软件系统将有助于设备制造企业提升行业竞争力。

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