2021年金屬增材制造行業(yè)細(xì)分應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模前景預(yù)測(cè)及投資戰(zhàn)略指導(dǎo)規(guī)劃研究

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金屬增材制造產(chǎn)品及方案主要應(yīng)用于航空、航天、能源動(dòng)力、軌道交通、電子、汽車、醫(yī)療齒科及模具等行業(yè)領(lǐng)域的零部件制造以及增材制造的裝備、服務(wù)。

金屬增材制造行業(yè)發(fā)展環(huán)境：3D打印被視為引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心技術(shù)之一，發(fā)展前景廣闊。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平提高，消費(fèi)者更加追求個(gè)性化的需求，3D打印將與機(jī)器人、人工智能等技術(shù)一起，提高制造業(yè)生產(chǎn)線的柔性化程度，以更低成本生產(chǎn)定制產(chǎn)品，推動(dòng)制造業(yè)生產(chǎn)方式由大規(guī)模生產(chǎn)向個(gè)性化定制轉(zhuǎn)變。

近年來，3D打印技術(shù)受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，3D打印技術(shù)已成為美國(guó)增長(zhǎng)最快的工業(yè)之一。造就如此現(xiàn)狀的原因正是西方發(fā)達(dá)國(guó)家在3D打印技術(shù)上投入大量的人力、物力和財(cái)力，研發(fā)出更加豐富的打印原料，促使這一技術(shù)日趨成熟，精度不斷提高，而且成本越來越低。隨著這一技術(shù)在國(guó)外的大熱，我國(guó)也開始重視3D打印技術(shù)的研發(fā)，并在不斷研發(fā)中取得了可喜的成就。伴隨著3D打印技術(shù)的快速成長(zhǎng)和3D打印技術(shù)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的滲透。增材制造技術(shù)進(jìn)入到了產(chǎn)業(yè)化階段。

目前國(guó)家以及各地方對(duì)3D打印相當(dāng)重視，未來3D打印行業(yè)將會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的趨勢(shì)，且競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈。中國(guó)增材制造技術(shù)在經(jīng)歷了初期產(chǎn)業(yè)鏈分離、原材料不成熟、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一與不完善、以及成本昂貴等問題后，在增材制造技術(shù)方面與國(guó)際持平，增材制造裝備甚至某些方面性能優(yōu)于國(guó)外水平，但依然面臨增材制造專用粉末材料不成體系，增材制造標(biāo)準(zhǔn)缺乏，增材制造裝備及產(chǎn)品應(yīng)用推廣難度大等問題。總體來說，我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)化存在規(guī)模小、應(yīng)用程度不高的問題。推動(dòng)3D打印在工業(yè)領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。要從提升創(chuàng)新能力、推進(jìn)行業(yè)應(yīng)用、打造產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、深化國(guó)際合作等多方面功夫，強(qiáng)化專用材料、工藝、裝備等產(chǎn)業(yè)鏈短板。

中金企信國(guó)際咨詢公布的《2021-2027年中國(guó)金屬增材制造市場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略研究報(bào)告》

增材制造金屬粉末材料行業(yè)現(xiàn)狀：目前大多實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但缺乏增材制造工藝性驗(yàn)證，以及零部件考核應(yīng)用研制，因此需要大量試驗(yàn)累積數(shù)據(jù)，來促進(jìn)應(yīng)用推廣。但是新型、高品質(zhì)粉末材料如耐更高溫度高溫合金粉末、輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金、鎂合金等還依賴進(jìn)口，甚至某些先進(jìn)材料國(guó)外對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖、禁運(yùn)等。因此，自主創(chuàng)新、獨(dú)立研發(fā)依舊是增材制造技術(shù)發(fā)展的核心。

增材制造裝備方面，國(guó)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)裝備國(guó)產(chǎn)化，與國(guó)外同類型裝備對(duì)比，成形尺寸、精度等優(yōu)于國(guó)外裝備，但是整體穩(wěn)定性還有不足，專業(yè)軟件、激光器、振鏡等核心器件仍未完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。需要集整個(gè)國(guó)內(nèi)行業(yè)力量進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)，提升裝備自主可控以及穩(wěn)定性能力。

增材制造工藝技術(shù)方面，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)需要針對(duì)增材制造特征開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件一體化、輕量化等目的；工藝優(yōu)化涉及成形過程仿真模擬技術(shù)、增材制造成形機(jī)理、金屬材料物理化學(xué)特性以及熱加工技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)；零部件檢測(cè)涉及材料組織力學(xué)性能分析，無損檢測(cè)技術(shù)分析等，因此增材制造行業(yè)具有一定技術(shù)門檻，但其良好的行業(yè)前景以及技術(shù)基礎(chǔ)，確保其極具發(fā)展?jié)摿ΑＮ磥肀厥翘魬?zhàn)與機(jī)遇并存，只有不斷的創(chuàng)新改革，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，快速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，搶占市場(chǎng)，才能在未來快速產(chǎn)業(yè)化浪潮中保持領(lǐng)先地位。

行業(yè)技術(shù)前景：金屬增材制造是增材制造技術(shù)最重要的一個(gè)分支。是以金屬粉末/絲材為原料，以高能束（激光/電子束/電弧/等離子束等）作為刀具，以計(jì)算機(jī)三維CAD數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用離散－堆積的原理，在軟件與數(shù)控系統(tǒng)的控制下將材料熔化逐層堆積，來制造高性能金屬構(gòu)件的新型制造技術(shù)。金屬增材制造主要分為粉末床成形以及同步材料送進(jìn)成形。粉末床又主要包括選擇性激光燒結(jié)技術(shù)、激光選區(qū)熔化成形技術(shù)（SLM）以及電子束選區(qū)熔化技術(shù)（EBSM）。同步材料送進(jìn)成形包括激光立體成形技術(shù)（LSF）、電子束熔絲沉積技術(shù)（EBFF）以及電弧增材制造技術(shù)（WAAM）。

其中，激光選區(qū)熔化技術(shù)以逐層掃描堆積為原理，具有精度高、復(fù)雜結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)顯著，但由于成形方式導(dǎo)致，其成形幅面受限，目前國(guó)內(nèi)外可成形尺寸主要在800mm以下。但隨著航空航天領(lǐng)域?qū)Υ蟪叽缇軜?gòu)件的需求，國(guó)內(nèi)外均在致力于大尺寸、多激光激光選區(qū)熔化成形裝備及工藝技術(shù)研究。國(guó)外，德國(guó)EOS公司的3D打印機(jī)在歐洲市場(chǎng)的占有率超過40%，EOSM400-4的成形尺寸為400mm×400mm×400mm，其采用4激光系統(tǒng)，單個(gè)激光器功率可達(dá)400W，由此實(shí)現(xiàn)4激光高效的工業(yè)化成形應(yīng)用。德國(guó)ConceptLaser公司2017年推出了XLine2000R，其成形尺寸可達(dá)800×400×500mm。該裝備采用雙激光系統(tǒng)，單個(gè)激光器功率可達(dá)1000W，使用兩臺(tái)激光器在不同的位置同時(shí)對(duì)金屬粉床進(jìn)行熔融，有助于增加成形速度。德國(guó)激光選區(qū)熔化Solutions公司專注于選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，這一技術(shù)上有著多項(xiàng)專利，居于領(lǐng)先地位。SLM800最大成形尺寸可達(dá)500×280×850mm，配備4個(gè)400W或700W的激光器。2020年11月SLMSolutions發(fā)布信息3D打印設(shè)備SLM-NXGXII600，該設(shè)備配備了12個(gè)1千瓦的激光器和一個(gè)6600mm×600mm×600mm的成型艙室。NXGXII600比SLM280單激光設(shè)備快20倍。此設(shè)備主要用于大尺寸零件的批量化生產(chǎn)。

2020年鉑力特開展了2個(gè)型號(hào)大尺寸成形裝備研制，大尺寸四光束裝備BLT-S600，其成型尺寸為600mm×600mm×600mm，以及大尺寸多光束激光選區(qū)熔化裝備BLT-S800，其成形尺寸為800mm×800mm×600mm。在報(bào)告期內(nèi)，完成了四光束裝備BLT-S600穩(wěn)定性優(yōu)化、批量化生產(chǎn)研制任務(wù)，該型號(hào)裝備已對(duì)外發(fā)售；BLT-S800完成首套裝備總裝集成、調(diào)試運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行時(shí)間1000小時(shí)以上，達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

激光選區(qū)熔化工藝技術(shù)方面，突破航空飛機(jī)大尺寸、薄壁、復(fù)雜鈦合金結(jié)構(gòu)件成形技術(shù)，零件滿足設(shè)計(jì)要求，性能優(yōu)于鍛件，持續(xù)進(jìn)行工藝優(yōu)化，提升成形精度；突破航天發(fā)動(dòng)機(jī)用新型高溫合金成形工藝技術(shù)，成形組織致密，無縮孔、可見裂紋等缺陷，在航天領(lǐng)域獲得應(yīng)用；突破高強(qiáng)鋁合金成形工藝技術(shù)，成形組織致密，無縮孔、可見裂紋等缺陷，性能高于500MPa，進(jìn)行500mm包絡(luò)尺寸的薄壁、點(diǎn)陣夾層結(jié)構(gòu)件成形試驗(yàn)，成形精度達(dá)0.2mm/100mm。突破鈦鋁合金、銅合金、鎂合金等新型材料成形工藝。

激光立體成形（LSF）技術(shù)以逐層掃描堆積為原理，具有成形效率高、成形尺寸大、無需模具、成形精度較精密等特點(diǎn)，在大尺寸復(fù)雜構(gòu)件快速制造領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)顯著。增材制造基于自身數(shù)字化與智能化結(jié)合成形模式，已初步形成智能制造的生產(chǎn)模式，在未來隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，智能工廠將與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造結(jié)合，形成風(fēng)險(xiǎn)可辨、未來可測(cè)、生產(chǎn)流程可控的智能化綜合運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)是增材制造的新模式，從而實(shí)現(xiàn)從定制化向批量化、制造化向服務(wù)化以及向制造無人化的過程轉(zhuǎn)化。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì):由于增材制造技術(shù)能快速制造出各種形態(tài)的結(jié)構(gòu)，對(duì)傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響，成為了制造業(yè)最具代表性和最受的顛覆性技術(shù)之一。在各國(guó)政府和市場(chǎng)的共同推動(dòng)下，增材制造熱點(diǎn)應(yīng)用爭(zhēng)相出現(xiàn)、前沿技術(shù)研發(fā)速度不斷加快。

受全球疫情影響，2020年3D打印市場(chǎng)發(fā)展雖然放緩，但仍然保持了正向的小幅增長(zhǎng)，全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到127.58億美元，比2019年增長(zhǎng)了7.5，卻低于2019年21.2的增長(zhǎng)率。此次疫情影響范圍廣泛，各個(gè)工業(yè)企業(yè)為控制現(xiàn)金流，采取削減支出，大幅裁員等方式用對(duì)疫情帶來的沖擊，其中以業(yè)內(nèi)兩家公司Stratasys和3Dsystems最為典型。同時(shí)很多增材制造企業(yè)轉(zhuǎn)向低成本非頂級(jí)品牌打印機(jī)，以此來控制成本，提高盈利能力。這也意味著，業(yè)內(nèi)其他設(shè)備制造商正在崛起。

對(duì)比2019和2020年打印機(jī)制造商數(shù)量，美國(guó)總量保持47家不變，排名第一；德國(guó)27家，增加了2家，排名第二，中國(guó)制造商總量減少7家降至25家，排名第三。2020年，3D打印服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模約為74.54億美元，這一數(shù)值相當(dāng)于整個(gè)3D打印行業(yè)的規(guī)模的58.4，這意味著3D打印服務(wù)業(yè)已經(jīng)成為整個(gè)行業(yè)的重要推進(jìn)力量。

美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）實(shí)施了“開放式制造項(xiàng)目”，推動(dòng)3D打印成為國(guó)防制造領(lǐng)域的主流技術(shù)，美國(guó)海軍在2016年成功測(cè)試了首個(gè)使用3D打印的導(dǎo)彈部件；美國(guó)國(guó)家增材制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)（現(xiàn)名“美國(guó)制造”）發(fā)布“增材制造技術(shù)線路圖”，將設(shè)計(jì)、材料、工藝、價(jià)值鏈和增材制造基因組設(shè)定為關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，美國(guó)航天發(fā)動(dòng)機(jī)近1/3的零件采用了增材制造技術(shù)。

歐盟“增材制造標(biāo)準(zhǔn)化支持行動(dòng)”計(jì)劃發(fā)布了增材制造標(biāo)準(zhǔn)化路線圖，空客公司采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)了超過1000個(gè)飛機(jī)零部件。俄羅斯托姆斯克理工大學(xué)（TPU）設(shè)計(jì)的首枚外殼由3D打印制造的CubeSat納米衛(wèi)星Tomsk—TPU—120被送往國(guó)際空間站，英國(guó)南安普頓大學(xué)利用增強(qiáng)型ABS塑料打印出成本僅為數(shù)千美元的小型無人機(jī)，韓國(guó)也開展了3D打印創(chuàng)客培訓(xùn)計(jì)劃，積極搶占3D打印的技術(shù)制高點(diǎn)。

我國(guó)早在2015年《中國(guó)制造2025》提出了大力發(fā)展核心基礎(chǔ)零部件、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料和產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，即3D打印技術(shù)。2016年國(guó)務(wù)院《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出打造增材制造產(chǎn)業(yè)鏈，研發(fā)增材制造專用材料；搭建增材制造工藝技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，提升工藝技術(shù)水平；研制推廣主流增材制造工藝裝備；加快研制配套核心器件和嵌入式軟件系統(tǒng)，提升軟硬件協(xié)同創(chuàng)新能力，建立增材制造標(biāo)準(zhǔn)體系；在航空航天、醫(yī)療器械、交通設(shè)備、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域大力推動(dòng)增材制造技術(shù)應(yīng)用，加快發(fā)展增材制造服務(wù)業(yè)。2017年工信部聯(lián)合國(guó)家發(fā)改委、教育部等11部門印發(fā)《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017—2020年）》（以下簡(jiǎn)稱《行動(dòng)計(jì)劃》），等計(jì)劃，保障我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)保持高速發(fā)展，提高3D打印技術(shù)、在重點(diǎn)制造業(yè)領(lǐng)域獲得規(guī)模化應(yīng)用，建設(shè)完善生態(tài)體系基，全球布局初步實(shí)現(xiàn)。《增材制造標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航行動(dòng)計(jì)劃（2020-2022）年》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、工信部等6部委于2020年2月提出構(gòu)建和完善增材制造標(biāo)準(zhǔn)體系，到2022年，增材制造專用材料、工藝、設(shè)備、軟件、測(cè)試方法、服務(wù)等領(lǐng)域的“領(lǐng)航”標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量達(dá)到80-100項(xiàng)。加強(qiáng)增材制造國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作，推動(dòng)2-3項(xiàng)我國(guó)優(yōu)勢(shì)增材制造技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)指定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，制造國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化率達(dá)到90。總體來說，我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)獲得大量國(guó)家支持，并取得快速發(fā)展，目前與國(guó)外相比，在金屬3D打印技術(shù)及裝備方面與國(guó)外持平，甚至某些領(lǐng)域優(yōu)于國(guó)外，但是尚存在產(chǎn)業(yè)規(guī)模不大，新型高性能材料待開發(fā)，核心器件依賴進(jìn)口，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系不健全，協(xié)同推進(jìn)機(jī)制有待完善，應(yīng)用廣度深度有待加強(qiáng)等問題。

因此，未來增材制造產(chǎn)業(yè)將重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)短板，健全產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，深化應(yīng)用推廣等方向。