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3D打印发展空间广阔,高端制造等多轮驱动

2025-12-16 13:30
青山财观
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3D打印是快速成型技术的一种,又称为增材制造技术(AM)。3D打印以数字化控制的方式将材料逐层累积,来实现三维物件构建,在复杂结构的快速制备、微观结构的精确控制、打印材料的高利用率等方面具备明显优势。在消费电子、航天、工业、消费类场景得到越来越广泛应用。

目前金属3D打印技术在可加工材料、加工精度等方面与传统的精密加工技术存在一定差距,但其创新的制造方式拥有传统精密加工无法比拟的优势:

缩短新产品研发及实现周期:3D打印工艺成形过程由三维模型直接驱动,无需模具、夹具等辅助工具,可以极大的降低产品的研制周期,并节约昂贵的模具生产费用,提高产品研发迭代速度。

高效成形复杂结构:3D打印将复杂的三维几何体剖分为二维的截面形状来叠层制造,可实现传统精密加工较难实现的复杂构件成形,提高零件成品率和质量。

实现一体化、轻量化设计:金属3D打印技术可用于优化复杂零部件结构,将复杂结构重新设计成简单结构,对零部件进行减重;3D打印技术也可实现构件一体化成型,从而提高产品可靠性。

材料利用率较高:与传统精密加工技术相比,金属3D打印技术可节约大量材料,从而节约成本。

实现优良的力学性能:基于3D打印快速凝固的工艺特点,成形后的制件内部冶金质量均匀致密,无其他冶金缺陷;同时快速凝固的特点,使得材料内部组织为细小亚结构,成形零件可在不损失塑性的情况下使强度得到较大提高。

数十年来,集中化工厂生产模式支撑了标准化产品的大规模供应,但这种模式正越来越受到消费者需求结构性转变及全球供应链动态的挑战。消费者的偏好正在转向高度个性化和定制化的产品,传统工厂系统因其僵化而难以适应这种需求。

分布式制造作为一种新范式也因此逐步获得关注,分布式制造强调分布式、小批量的柔性生产,具备更快的响应速度和更强的适应性。3D创意行业的新兴技术大幅降低了个体创作者及小型制造商的进入门槛,从而实现了分布式、按需及小批量制作。随着分布式制造模式的不断成熟,3D创作正从少数人掌握的专业化能力,演变为大众皆可获取的基础能力,迎来全民参与的新时代。

2023年全球3D打印市场规模达200亿美元,2024年将进一步扩大至219亿美元,2034年有望达到1150亿美元。中国市场方面,根据数据统计,2024年中国3D打印市场规模约为423亿元,预期2025年将增长至457亿元。

3D打印行业上游为原材料及零部件,包括3D打印原材料、核心硬件和软件等,3D打印原材料是影响3D打印产品质量的重要因素之一,是3D打印技术发展的物质基础;中游为设备制造和打印服务,参与主体包括增材制造设备制造商、增材制造服务提供商、各类代理商等;下游则包括航空航天、汽车、医疗、消费及电子产品等,并逐渐被尝试应用于更多的领域中。

从下游应用分布情况来看,3D打印已被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域,目前,航空航天占比最多,达16.7%。其次分别为医疗、汽车领域、消费及电子产品、学术科研,占比分别为15.5%、14.5%、11.9%、11.2%。

钛合金、PLA和尼龙为目前主要3D打印材料3D打印是通过设备逐层增加材料来制造三维产品,因此材料是3D打印最重要的物质基础。目前我国材料使用中非金属占据主要部分,金属材料约占据40%。而细分到具体材料角度,钛合金是3D打印使用占比最高的材料,达20%。未来随着3D打印的不断渗透,各类高性能、复合材料的应用占比有望进一步提高。

消费电子

(一)钛合金轻量化应用契合消费电子发展趋势,苹果积极推进

钛合金重量轻且强度高,适用于消费电子轻量化发展趋势。钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右,仅为钢的60%,一些高强度钛合金超过了许多合金结构刚的强度,因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料,可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。

2025年iphoneAir首次采用3D打印的方式加工type-C口。2025年所有AppleWatchUltra3和钛金属款AppleWatchSeries11的表壳均采用3D打印工艺,使用100%航空航天级再生钛金属粉末制造。作为行业引领者,苹果推进3D打印有望引导安卓系厂家跟进。

(二)折叠屏带来消费电子3D新需求

折叠屏大屏、复杂结构特性带来3D打印增量需求,铰链等环节应用钛合金趋势明显。

铰链是折叠屏手机的关键零部件,在折叠屏手机中辅助屏幕完成展开或收纳。由于手机两个平面弯曲半径不同,外平面会长于内平面,而折叠机要求折叠后两个平面长度保持平整,需要转轴能够根据折叠的角度做伸缩配合。转轴铰链既要做到轻薄,又要把连接、散热等百余个元件嵌入,还需要保障可靠性。

2025年2月20日,OPPO正式推出其新一代折叠屏旗舰手机FindN5,其核心创新——钛合金天穹铰链引发行业震动。据中国粉体网报道,这款铰链的翼板与外转轴中框采用铂力特金属3D打印技术制造,最薄零件仅0.15mm,刷新消费电子领域钛合金精密制造纪录。

高端制造

(一)3D打印技术逐步渗透航空航天领域

由于航空航天领域零部件形态复杂、传统工艺加工成本高及轻量化要求等因素,增材制造已发展成为提升设计与制造能力的一项关键核心技术,其利用逐层堆积的原理,能够实现任意复杂构件成形与多材料一体化制造。

航空航天领域采用的3D打印的材料主要包括钛合金、铝合金等高性能金属材料和高分子材料,通常以SLM、LENS等粉末床熔融技术和定向能量沉积技术为主进行加工。蓝箭航天的朱雀三号即采用了3D打印技术,其发动机天鹊12A需在高温燃气主导的极端交替工况下保持稳定运转,这对零部件的性能与精度提出极为严苛的要求,3D打印技术不仅成功攻克了传统工艺难以加工的微细流道技术难题,更通过拓扑优化实现了“减重增韧”的双重突破,大幅提升了零件的综合性能。

(二)3D打印助力核聚变极端工况下的产业突破

核聚变对部件性能、结构复杂度、工况适应性提出“极致要求”的高端领域,传统制造工艺受限于材料加工难度、结构成型约束与性能一致性控制,长期面临“卡脖子”瓶颈。3D打印(增材制造)凭借“近净成型、复杂结构一体化、特种材料适配”的核心优势,正从“技术探索”走向“规模化应用”,成为破解极端工况部件制造难题、推动高端产业商业化落地的关键支撑,其产业价值在核聚变领域尤为突出。

英国原子能管理局(UKAEA)相信3D打印技术在未来核聚变领域将发挥重要作用,可降低精密制造成本。UKAEA已在其中央支持设施(CSF)启用两台3D打印机器,采用互补方法制造聚变机器组件。

3D打印增材制造特点有望在消费电子、高端制造(商业航天、核聚变等)迎来广泛发展空间,设备、零部件国产化、材料降本有望进一步加速产业进程,带来产业链投资机会。

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大族激光(002008)

公司前瞻布局3D打印设备,整合了整套3D打印方案,主要产品包括金属粉末/丝材3D打印设备等产品。3D打印件凭借着低损耗、高精度和环保等优点,有望逐步应用在AI终端、散热器等加工制程环节。

铂力特(688333)

公司专注工业级3D打印,构建完整金属3D打印产业链。

华曙高科(688433)

公司致力于为全球客户提供金属(SLM)增材制造设备和高分子(SLS)增材制造设备,并提供3D打印材料、工艺及服务,且公司金属3D打印设备全球装机量超过700台。

南风股份(300004)

公司完成了南方增材的收购并对其增资,明确其作为3D打印业务核心载体的定位,进一步扩大了南方增材3D打印服务业务的生产规模,增强其在消费、汽车、军工、航空航天等行业的市场影响力。

英诺激光(301021)

在3D打印领域,公司的中低功率固体纳秒紫外激光器可作为光固化快速成型技术的光源发生器,作用于液态光敏树脂。2023年应用于3D打印的激光器收入占比已达到10%-13%。

华工科技(000988)

公司已推出3D打印激光加工装备,实现了从材料到光源、装备、粉末处理系统等技术的自主可控,并持续迭代。

有研粉材(688456)

出资设立新公司有研增材,产品领域涉及3D打印粉末、软磁粉末、MIM粉末、高温钎焊粉末及高温合金粉末等,设计产能共计2500吨/年,其中增材制造金属粉体材料设计产能500吨/年。

       原文标题 : 3D打印发展空间广阔,高端制造等多轮驱动

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