中信建投：金属增材制造赛道投资机遇

来源：韬扬军工高端制造沙龙
作者：中信建投军工团队


金属增材制造工艺原理主要分为粉末床熔融（PBF）和定向能量沉积（DED）两类，当前PBF应用最广泛，DED市场份额逐步提升。作为新兴工艺，增材制造具有传统的减材制造不具备的优势，因此其逐渐被人们重视，各国纷纷出台产业政策扶持，行业进入快速发展期。其未来发展趋势也逐渐明了，金属增材制造将向着多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、国产化率提高、渗透率提高、增减材一体化、无支撑、系统级制造等趋势发展。

1金属增材制造：方兴未艾，星辰大海（上）

核心观点
增材制造的主要应用场景为：小批量、复杂化、轻量化、定制化、功能一体化零部件制造。金属增材制造工艺原理主要分为粉末床熔融（PBF）和定向能量沉积（DED）两类，当前PBF应用最广泛，DED市场份额逐步提升。作为新兴工艺，增材制造具有传统的减材制造不具备的优势，因此其逐渐被人们重视，各国纷纷出台产业政策扶持，行业进入快速发展期。其未来发展趋势也逐渐明了，金属增材制造将向着多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、国产化率提高、渗透率提高、增减材一体化、无支撑、系统级制造等趋势发展。

增材制造—先进制造业技术，传统制造业重要补充
增材制造（Additive Manufacturing, AM, 俗称“3D打印”）是具有颠覆性的先进制造技术。增材制造以三维数字模型为基础，将材料通过分层制造、逐层叠加的方式制造出实体零件。其优势在于短研发周期、复杂结构制造、轻量化、高材料利用率、强力学性能等。反之金属增材制造在可加工材料种类、加工精度、表面粗糙度、加工效率方面逊于传统精密加工，在大规模生产上成本处于劣势，因此增材制造的主要应用场景为：小批量、复杂化、轻量化、定制化、功能一体化零部件制造。

金属增材制造技术以PBF、DED为主要路线

金属增材制造工艺原理主要为粉末床熔融（PBF）和定向能量沉积（DED）两大类别。前者适用于精密成型，后者适用于高效率大尺寸应用场景。当前PBF应用最广泛，DED市场份额逐步提升。2021年PBF和DED分别在金属增材制造市场中占据83.8%和9.1%的市场份额，预计到2026年PBF与DED市场份额分别下降至74%和8.6%。且金属增材制造成熟度及产业化水平最高的技术路线主要集中在PBF、DED，其中L-PBF（基于激光的PBF，以SLM为代表）在产业中应用最为广泛，E-PBF（基于电子束的PBF，以EBM为代表）排名第二。

SLM是目前应用最广泛的金属增材制造技术，广泛用于制造航空航天、汽车模具等领域的精密零部件。SpaceX使用SLM技术制造二代龙飞船引擎室，解决了复杂结构制造、缩短火箭发动机交货期、降低制造成本。

电子束熔融技术(Electron Beam Melting）是新兴的先进金属增材制造技术，已广泛应用于快速原型制作、快速制造、工装和生物医学工程等领域。EBM技术应用助力航空航天零部件生产发展，减轻发动机零部件重量，提高燃油效率，并且有效提高增材制造技术在航空航天领域的渗透率。

激光近净成形技术是无需后处理的金属直接成形方法，也是DED中研究和应用最广泛的技术。该技术不仅能直接打印出三维金属零件，还能在已有零件上进行打印。因此在制造或修复高附加值的产品，比如航空发动机或机床部件中得到广泛应用。LENS(激光近净成型)技术能够实现梯度材料、复杂曲面修复，在大型器件的修复上正不断地发挥作用，是链接传统制造与3D打印的桥梁。

电子束熔丝沉积成形技术（Electron Beam Wire Deposition, EBWD）是以电子束作为激活源的前沿DED技术，具有速度快、成本低、打印尺寸大等优点。Sciaky公司推出的EBAM技术实现了沉积速率大幅提升。

电弧增材制造技术（Wire and Arc Additive Manufacture, WAAM）使用电弧作为激活源，是一种成本极大降低的大尺寸高效率金属增材制造技术。WAAM打印精度较低，但是打印尺寸较大。WAAM的特点让其很适合以高价值的材料制造中等复杂程度的大尺寸零件。

金属增材:向着多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、国产化率提高、渗透率提高、增减材一体化、无支撑、系统级制造等趋势发展

作为新兴工艺，增材制造具有传统的减材制造不具备的优势，因此其逐渐被人们重视，各国纷纷出台产业政策扶持，行业进入快速发展期，未来金属增材发展趋势如下：

1）多材料：多材料包括可打印材料的多样化以及多材料混合打印两个方面；

2）高效率与高精度：金属增材制造效率有待进一步提升，打印效率和打印精度是增材制造技术两个难以兼顾的目标，未来希望能在高精度制造的情况下实现高效率增材制造；

3）大尺寸：进一步增大可打印尺寸是当前增材制造装备的发展趋势，目前增材制造打印件成形尺寸已经步入“米”级时代；

4）智能化：增材制造工艺需要进行质量控制，需要高度训练有素的技术人员来启动、监测和拆除组件，未来需要实现增材制造的智能化与自动化；

5）国产化率提高：由于我国的3D打印设备公司对于软硬件存在不同程度的进口依赖，因此推进核心器件（主要指：激光器、振镜以及工业软件）国产化至关重要；

6）渗透率提高：加强金属 3D 打印定制化产品在一般工业领域渗透，提高3D打印可运用场景，并使其在已经引入增材制造的下游领域中增加3D打印的使用占比；

7）增减材一体化：增减材复合制造技术结合了增材近净成形和减材保证精度的优点，适合高精度复杂型面及具有内孔内腔零件的一体化制造和修复再制造；

8）无支撑3D打印：支撑结构的存在会降低模型的表面质量，且去除支撑需要的后处理会提高成本，无支撑3D打印能降低材料浪费以及提高模型质量；

9）系统级制造：系统级制造就是指对于整个系统部件基于增材制造设计制造，而不单单只通过3D打印技术打印出个别零部件。由于增材制造相比于传统工艺能够更好的制造复杂构件，且系统级制造应用越来越多，其已经成为增材制造技术的一大趋势。

风险提示：军工订单不及预期。国内金属增材打印行业下游客户集中于军工行业，收入最终主要来源于国家的国防装备支出。军工行业属于特殊的经济领域，主要受国际环境、国家安全形势、地缘政治、国防发展水平等多种因素影响。若未来国际形势出现重大变化，导致国家削减国防开支若军工订单不及预期则可能影响到行业企业的营收。

产业政策风险。增材制造行业系国家重点扶持的战略新兴产业，国家产业政策对该行业的发展起到了积极的引导作用。如果未来政府对行业支持政策发生变化导致财政税收优惠、政府补助及科技扶持等政策缩减甚至取消，将会对行业生产经营造成不利影响。

技术迭代风险。随着增材制造技术的发展，应用领域的扩大，技术的升级迭代加快，不同技术之间的竞争加剧，技术创新和新产品开发仍是行业竞争的关键。若企业无法保持技术先进性则可能导致竞争力下降。

供应链风险。国内增材制造领域振镜、激光器等核心零部件进口依赖严重，若因地缘政治导致进口受限，且短期内无法国产化替代，则可能影响到企业产品的交付。

2、金属增材制造：方兴未艾，星辰大海（中）

核心观点
全球增材制造市场规模高速增长，整个增材制造市场从疫情期间回暖，增速稳定。金属增材制造市场增速领跑增材制造行业。各国政府争相出台扶持政策争夺产业高地。金属增材制造产业链完备，增材制造设备制造是整个产业链的核心主体。增材制造下游主要系工业级应用需求，已处产业化阶段，航空航天、医疗、汽车应用最广泛。

国内外金属增材制造产业快速扩张

全球增材制造市场规模高速增长，整个增材制造市场从疫情期间回暖，增速稳定。全球增材制造行业产值从2003年的5.29亿美元增长至2022年的180亿美元，CAGR达19.58%。2020年受疫情影响年同比增速短暂下滑至7.51%，但2021年快速回升19.49%。预计2025年将达298亿美元，2030年预计将达853亿美元。
金属增材制造市场增速领跑增材制造行业。2021年全球金属增材制造市场规模达25亿欧元，，从需求侧测算预计2026年将达到75.8亿欧元，CAGR达到25%，从供给侧测算预计2026年将达到78.1亿欧元，CAGR达26%，领先增材市场平均增速。全球增材制造市场正从非金属打印转向金属打印，增材制造行业应以万亿美元规模的金属零件制造市场为目标。

中国增材制造产业规模快速扩张。截至2021年末中国增材制造设备累计装机量占全球比重约10.6%，位列世界第二。中国增材制造产业产值从2017年的96亿元增长至2020年的208亿，同比增长32.06%，CAGR达29.40%。且预计2025年我国增材制造市场规模将超过630亿元，2021年-2025年CAGR超20%。

各国政府争相出台扶持政策争夺产业高地。美国在最新的《美国增材制造标准化路线图草案V3.0》注释了目前增材制造领域内相关的已发布和开发中的标准，并提供了解决增材制造标准和规范差距的建议，其中包括必要的前期研究和开发指南以推进标准化进程。欧洲早在2014年的《Horizon2020》就将增材制造列为关键实用技术之一，而我国的《2025中国制造》、《“十四五”智能制造发展规划》等重要文件中亦将增材制造列入规划之中。

金属增材制造产业链完备，核心环节创造价值大
金属增材制造产业链完备。增材制造产业上游包括原材料、零部件、三维扫描设备和三维软件等企业，中游以增材制造设备生产厂商为主，大多亦提供打印服务业务及原材料供应，下游行业应用覆盖航空航天、汽车、工业、消费电子、医疗、教育等多个领域。由于金属增材制造技术的成本较高，增材制造设备在制造技术的研发应用和提供产品服务方面起到决定性作用，因此真正掌握打印生产能力或设备制造能力的中游厂商在行业中占主导地位。

上游：增材专用粉材要求高，软硬件国产化率低
与传统冶金用金属粉末相比，增材专用金属粉材性能指标要求较高，生产工艺有明显区别。增材制造采用的金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低，目前应用于 3D 打印的金属粉末材料主要有钛合金、高温合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等。目前国内的金属 3D 打印材料已基本满足国产设备及国内下游增材制造需要，设备生产厂商一般与第三方材料厂商合作研究开发各类金属材料熔融工艺，少量 3D 打印服务的厂商会同时自主生产金属 3D 打印材料。

我国工业级增材制造装备的核心光学硬件严重依赖进口。增材制造设备所需核心元器件包括振镜、激光器，其中激光器主要从美国、德国进口，振镜主要从德国进口，都存在严重的依赖进口的情况。增材制造主要采用500W等中低功率激光器，中国中功率光纤激光器国产化率保持稳定且多保持在60%上下，实现了大部分的国产化替代。进口振镜在行业内应用历史较久，性能成熟稳定，知名度相对更高，而国产振镜的技术成熟度相比进口振镜还存在一定的差距。激光器市场基本被 Trumpf、IPG 等 3-4 家国外企业占有，扫描振镜市场则主要被德国 Scanlab 公司占有。
行业内大部分 3D 打印设备制造企业的 3D 打印设备工业软件系统系向第三方采购，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竞争力。国内比较有名的工业软件服务商为安世亚太、Voxeldance，国外行业知名软件厂商有Altair 公司、Materialise 公司、Hexagon 公司。

中游：打印设备为产业链核心主体，铺粉技术路线主导行业应用
增材制造设备制造商研发、生产打印设备提供给下游客户使用，并且根据客户反馈不断更新迭代，向上游传递市场需求，推动产业链水平提升。工业级打印机技术壁垒高，资本投入大，一直以来发展较为缓慢，但当前工业级增材制造产业受到国家政策大力支持，整个市场目前已开始呈现快速增长形势。金属增材制造设备制造主要厂商有EOS、SLM Solutions、铂力特、华曙高科、易加三维等。

增材制造设备制造是整个产业链的核心主体。增材制造设备制造商研发、生产打印设备提供给下游客户使用。其中工业级打印机技术壁垒高，资本投入大，发展较为缓慢，但当前工业级增材制造产业受到国家政策大力支持，整个市场目前已开始呈现快速增长形势，从2017年开始，金属工业级增材制造设备销售量出现井喷式增长，从2016年的983台增长到2017年的1768台，18A/19A/20A/21A的销售量分别为2297/2327/2169/2390台，均保持了每年2000台的销售量。

3D打印服务主要通过3D打印设备为客户提供打印服务及各类衍生的技术服务。全球增材制造产业链中服务收入占比接近六成，3D打印服务仍然是增材制造中游中增长最迅速，最稳定的。2021 年全球增材制造市场规模（包括产品和服务）达到 152.44 亿美元，同比增长19.5%，2017-2021 年的年复合增长率为 20.06%。其中，产品收入为 62.29 亿美元，同比增长 17.5%，服务收入为 90.15 亿美元，同比增长 20.9%。

下游：工业级广泛应用，航空航天系最大应用行业
增材制造下游主要系工业级应用需求，已处产业化阶段，航空航天、医疗、汽车应用最广泛。航空航天/医疗/汽车系全球增材制造的前三大下游客户群体，市场占比分别从17A的18.9%/11.3%/16.0%变化到21A的16.8%/15.6%/14.6%，整体占比变化不大，航空航天与医疗有小幅度的增长。主要变化来自于17A下游的工业领域占比最广泛达到20%，而到21A，增材制造在该下游的占比下降严重。

增材制造在航空装备领域应用前景广。预计未来十年中国航空制造业将为增材制造带来近千亿的市场价值。2019 年中国航空制造业市场价值约 698 亿美元（约合 4,886 亿元人民币），预测未来十年（2020 年~2029 年）中国航空制造业的价值年均复合增速为 10%，则未来十年中国航空制造业市场价值约 9.05 万亿元，年均 9,054.33 亿元，假设未来十年增材制造在航空制造业占据的份额提升至 1%，据此可计算出未来十年中国航空制造业为 3D 打印带来的市场价值约 905.43 亿元，年均约 90.54 亿元。

航空航天领域广泛使用增材制造在于其具有的多种优势。1）轻量化对于航空航天领域意义重大；2）金属增材制造可通过拓扑设计，在保证性能的前提下最大化降低零件质量；3）增材制造能够大幅降低材料损耗率，节约材料成本；4）金属增材制造能够大幅缩短零件交付周期；5）增材制造设计灵活，所需零部件少，能够大幅降低产品交付周期；5）金属增材制造在轻量化制造、零件整合、缩短交付周期方面具有传统制造工艺无可比拟的优势。
医学领域已广泛应用增材制造技术，医用植入物和医疗器械制造已在临床上大规模应用，前景广阔。增材制造技术可被用于生产特制的医疗器械，从而可以为患者量身定制最终产品，并以非常低的成本实现。如今设计和打印个性化的医用植入物和假肢已成为标准方法。增材制造技术已被广泛用于制造牙科零件、创伤医用植入物和整形外科医疗器械。全球3D打印医疗器械市场预计将从2021年的22.9亿美元增长到2022年的27.6亿美元，复合年增长率(CAGR)为20.4%。预计到2026年，该市场将以13.0%的CAGR，增长到44.9亿美元。

增材制造技术在汽车行业应用广泛，预计未来3D打印零件能接近百亿规模。金属增材制造在汽车行业的应用经历了从概念模型打印，到功能模型打印，到功能部件制造，最后向打造整车方向的方向发展的过程。目前汽车行业增材制造已覆盖汽车设计、零部件开发、内外饰应用等场景。预计2029年汽车市场仅通过3D打印成品零件就可产生90亿美元的收入，较2019年增长8倍，CAGR达到20.64%。

增材制造技术在模具领域的运用广泛，前景广阔。3D 打印已广泛应用于复杂模具、嫁接模具以及随形冷却模具等领域，CNC 加工是在制造模具时最常用的技术。虽然它能够提供高度可靠的结果，但同时也非常昂贵和费时。所以很多模具制造企业也开始寻找更加有效的替代方式，3D 打印技术就是一个很好的替代方式。3D 打印模具涵盖了多个优点，包括：1）模具生产周期缩短；2）制造成本降低；3） 模具设计的改进为终端产品增加了更多的功能性如随型水冷等；4）优化工具更符合人体工学和提升最低性能；5）定制模具帮助实现最终产品的定制化，提升注塑模具的生产效率以及模具寿命。

风险提示：军工订单不及预期。国内金属增材打印行业下游客户集中于军工行业，收入最终主要来源于国家的国防装备支出。军工行业属于特殊的经济领域，主要受国际环境、国家安全形势、地缘政治、国防发展水平等多种因素影响。若未来国际形势出现重大变化，导致国家削减国防开支若军工订单不及预期则可能影响到行业企业的营收。

产业政策风险。增材制造行业系国家重点扶持的战略新兴产业，国家产业政策对该行业的发展起到了积极的引导作用。如果未来政府对行业支持政策发生变化导致财政税收优惠、政府补助及科技扶持等政策缩减甚至取消，将会对行业生产经营造成不利影响。

技术迭代风险。随着增材制造技术的发展，应用领域的扩大，技术的升级迭代加快，不同技术之间的竞争加剧，技术创新和新产品开发仍是行业竞争的关键。若企业无法保持技术先进性则可能导致竞争力下降。
供应链风险。国内增材制造领域振镜、激光器等核心零部件进口依赖严重，若因地缘政治导致进口受限，且短期内无法国产化替代，则可能影响到企业产品的交付。