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1 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 3D 打印 有望从导入期进入快速成长期 行业 前瞻研究系列 行业深度研究 | 金属非金属新材料 证券研究报告 2021 年 05 月 28 日 行业评级 超配 前次评级 评级变动 首次 近一年行业走势 相对表现 1 个月 3 个月 12 个月 金 属 非 金 属新材料 2.72 10.42 35.99 沪深 300 4.28 0.03 38.42 分析师 李伟峰 S0800520100001 相关研究 -1% 7% 14% 21% 28% 35% 42% 49% 2020-05 2020-09 2021-01 金属非金属新材料 沪深 300 Tabl e_Title 核心结论 Table_Summary 3D 打印 制造技术革命性创新： 自 1986 年 3D 打印技术 概念 提出， 区 别于传统减材 、等材 制造 ， 3D 打印 通过 快速成型技术 ， 生产上 具 有 优化 产品 结构、节约 原 材料和节省能源 等优点 ， 极大地提升制造效 率 ， 同时 实现“设计引导制造” 理念 。 经过 30 多年的技术 迭代 与产 业化， 3D 打印 已广泛应用 于 航空航天、医疗器械、建筑、汽车、能 源、珠宝设计等领域。 政策扶持助力 3D 打印，标准体系规范行业发展 ： 作为革命性制造技 术， 3D 打印获得全球主要 经济体 政策与资本扶持， 虽然中国 3D 打印 产业起步较晚，但 对于 行业 的 扶持 政策发力迅速 ， 中国制造 2025 等一系列产业政策描绘 增材制造行业的发展路线图 。 同时在行业标准 体系上，各个国家均对 3D 打印行业出台相应标准体系，规范行业发 展方向。 3D 打印行业 有望 从导入期进入快速成长期。 自 2013 年至 2020 年， 全球 3D 打印 产值增长近 4.2 倍，到 2020 年达到 126 亿美元。 预计 2020-2026年 间 将保持 20%的年均复合增幅， 到 2026年有 望 达到 372 亿 美元 。 2016 年 -2019 年， 中 国的 3D 打印产值增长一倍， 2019 年 产业规模为 157.5 亿元，较 2018 年增加 31.1%。 2020 年 -2025 年 ， 中国打印行业产值有望从 208 亿增长到 635 亿元，年均复合增速 20% 以上 。 3D 打印经历产品新、质量差 、 专攻研发与技术改进的“负盈 利”导入期，目前部分技术较为成熟、销量攀升、市场份额扩大，符 合成长期的特征。根据波特的行业生命周期理论，我们 判断 3D 打印 行业正处于技术导入期至快速 成长 期转变过程 。 高端制造需求 将 成为 3D 打印应用蓝海。 随着核心专利的退出， 3D 打 印 市场的活力已经得到激发， 同时 以金属、新材料为原料的 3D 打印 技术将成为行业布局重点 ， 预计航空航天、汽车工业、医疗齿科三大 领域将是 3D 打印未来重点应用领域。 投资建议： 我们判断 3D 打印行业将从技术导入期进入快速成长期， 在此过程中， 下游 航空航天、汽车工业、生物医疗行业应用 有望率先 迎来爆发点。建议关注布局 3D 打印全产业链铂力特、以及布局 3D 打 印 金 属 粉 末 原 材 料 的 楚 江 新 材 （ 002171.SZ ） 、 银 邦 股 份 （ 300377.SZ） 、亚太科技 （ 002540.SZ） 。 风险提示： 新冠疫情反复、项目建设不及预期、行业竞争加剧。 行业深度研究 | 金属非金属新材料 2 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 索引 内容目录 一、 3D 打印 制造技术革命性创新 . 6 1.1、 3D 打印技术改变传统制造生产模式 . 6 1.2、 3D 打印技术：基础技术日趋成熟、新技术不断涌现 . 8 1.3、 3D 打印材料：金属材料、复合材料成为未来发展趋势 . 12 二、政策扶持助力 3D 打印，标准体系规范行业发展 . 14 2.1、发达国家争相出台政策扶持 3D 打印技术发展 . 14 2.2、中国起步虽晚，但政策发力迅速 . 16 2.3、行业标准不断细化，促进 3D 打印规范化发展 . 16 三、 3D 打印有望从导入期进入快速成长期 . 17 3.1、全球 3D 打印年均增幅 20%，预计 2026 年规模突破 370 亿美元 . 17 3.1.1、 3D 打印 设备占主导地位，全球竞争加剧 . 18 3.1.2、中国 市场超速发展，有望保持 30%的年均增长率 . 19 3.2、行业由导入期步入成长期，迎来快速增长阶段 . 21 四、航空航天、汽车、医疗有望成为 3D 打印应用蓝海 . 22 4.1、核心专利到期释放新机会，新一轮专利抢占开启 . 22 4.1.1、核心 专利退出，激发市场活力 . 22 4.2、资源并购整合加剧、新模式出现 . 23 4.3、航空航天、汽车、医疗器械有望成为 3D 打印应用蓝海 . 24 4.3.1、航空航天： 3D 打印应用日趋成熟 . 25 4.3.2、汽车工业： 3D 打印助力汽车轻量化 . 28 4.3.3、生物医疗： 3D 打印使个性化医疗成为现实 . 30 五、全球主要增材 制造公司 . 32 5.1、 3D Systems（ DDD.N） . 32 5.2、 STRATASYS（ SSYS.O） . 33 5.3、 SLM Solutions（ AM3D.DF） . 35 5.4、 EOS (EOS.AX) . 37 5.5、 Vjet（ VJET.O） . 39 5.6、 Materialise（ MTLS.O） . 41 5.7、 Nano dimension (NNDM.O) . 43 5.8、先临三维（ 830978.NQ） . 43 5.9、银邦股份（ 300377.SZ） 飞而康快速制造 . 44 5.10、楚江新材（ 002171.SZ） 湖南顶立科技 . 45 5.11、南风股份（ 300004.SZ） 南方增材科技有限公司 . 46 5.12、联泰科技 . 47 行业深度研究 | 金属非金属新材料 3 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 5.13、亚太科技（ 002540.SZ） 霍夫曼金属打印科技有限公司 . 48 5.14、铂力特（ 688333.SH） . 48 5.15、 Desktop Metal . 52 5.16、光韵达（ 300227.SZ） . 52 5.17、爱康医疗（ 1789.HK） . 53 5.18、总结 : 国内企业盈利优势显著 . 55 六、风险提示 . 57 图表目录 图 1：减材制造与增材制造对比图 . 6 图 2： 3D 打印大事件 . 8 图 3： 3D 打印各技术发明时间及主要使用公司 . 8 图 4： SLA 技术图解 . 11 图 5： SLM 技术图解 . 11 图 6： FDM 技术图解 . 11 图 7： 3DP 技术图解 . 11 图 8：预计 2026 年全球 3D 打印市场规模将达 到 372 亿美元 . 18 图 9： 2019 年全球 3D 打印细分产业规模与占比 . 18 图 10： 2019 年全球 3D 打印设备安装分布 . 19 图 11： 2019 年全球 3D 打印产值区域结构占比 . 19 图 12：中国 3D 打印市场规模 . 19 图 13： 2025 年国内 3D 打印市场规 模将达到 635 亿元 . 20 图 14： 2017-2022 中国 3D 打印产品细分市场产值（亿元） . 20 图 15： 2019 年中国 3D 打印材料市场结构 . 21 图 16： 2019 年中国 3D 打印服务细分产业结构 . 21 图 17： 3D 打印行业发展阶段判断 . 21 图 18：专利申请分布图 . 22 图 19：全球专利申请量前 10 名单位 . 23 图 20： 2019 年全球 3D 打印机在各工业中的应用占比 . 25 图 21： GE 航空发动机增材制造大事件 . 26 图 22： MTU 公司制定的整体叶盘修复过程 . 27 图 23： 3D 打印双反射面天线原型 . 27 图 24： 3D 打印的 遥测和指挥天线支撑结构 . 27 图 25： 3D 打印的仿生发动机气缸盖 . 29 图 26： 3D 打印的 钢合金活塞 . 29 图 27： 3D 打印的 Fractal 纯电动概念车内饰 . 29 图 28： 3D 打印的 宝马 Mini 内饰定制件 . 29 图 29： 3D 打印的碳纤维管材 . 30 行业深度研究 | 金属非金属新材料 4 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 图 30： 3D 打印的跑车汽车底盘 . 30 图 31： 3D 打印金属基生物材料的人体展示图 . 30 图 32： 3D 打印牙齿矫正 模型 . 31 图 33： 3D Systems 主要时间线 . 32 图 34： 3D Systems 2015-2020 营收情况图 . 33 图 35： 3D Systems 2015-2020 年净利润情况图 . 33 图 36： 3D Systems 2015-2020 年利润率情况 . 33 图 37： 2020 年初至今 3D Systems 股价变化 . 33 图 38： STRATASYS 2015-2020 年营收情况图 . 35 图 39： STRATASYS 2015-2020 年年净利润情况图 . 35 图 40： STRATASYS 2015-2020 年利润率情况 . 35 图 41： 2020 年初至今 STRATASYS 股价变化 . 35 图 42： SLM Solutions 2015-2020 年营收情况图 . 36 图 43： SLM Solutions 2015-2020 年净利润情况图 . 36 图 44： SLM Solutions 2015-2020 年利润率情况 . 37 图 45： 2020 年初至今 SLM Solutions 股价变化 . 37 图 46： EOS 3D 打印设备 . 38 图 47： EOS 2015-2020 年营收情况图 . 39 图 48： EOS 2015-2020 年净利润情况图 . 39 图 49： EOS 2015-2020 年利润率情况 . 39 图 50： EOS 股价变 化 . 39 图 51： Vjet 2015-2019 年营收情况图 . 40 图 52： Vjet2015-2019 年净利润情况图 . 40 图 53： Vjet 2015-2019 年利润率情况 . 41 图 54： 2020 年初至今 Vjet 股价变化 . 41 图 55： Stratasys 和 Materialise 技术制作的病人左心耳模型 . 42 图 56： 3D 打印软件 Mimics 成像 . 42 图 57： Materialise 2015-2019 年营收情况图 . 42 图 58： Materialise 2015-2019 年净利润情况图 . 42 图 59： Materialise 2015-2019 年利润率情况 . 43 图 60： 2020 年初至今 Materialise 股价变化 . 43 图 61：先临三维 2015-2020 年营收情况图 . 44 图 62：先临三维 2015-2020 年 净利润情况图 . 44 图 63： 先临三维 2015-2020 年利润率情况 . 44 图 64：飞而康 2012-2018 年营业总收入及增速 . 45 图 65：飞而康 2012-2018 年净利润及增速 . 45 图 66：顶立科技 2015-2020 年营业总收入及增速 . 46 图 67： 顶立 科技 2015-2020 年净利润及增速 . 46 图 68：南方科技 2013-2020 年营业总收入及增速 . 47 行业深度研究 | 金属非金属新材料 5 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 图 69： 南方科技 2013-2020 年净利润及增速 . 47 图 70：联泰科技 2013-2018 年营业总收入及增速 . 48 图 71： 联泰科技 2013-2018 年净利润及增速 . 48 图 72：霍夫曼 2015-2020 年营业总收入及增速 . 48 图 73： 霍夫曼 2015-2020 年净利润及增速 . 48 图 74： 2016-2020 年铂力特主营业务收入情况（单位：百万元） . 50 图 75：全球 3D 打印行业龙头研发费用占比 . 50 图 76：光韵达 2015-2020 年营收情况图 . 53 图 77： 光韵达 2015-2020 年净利润情况图 . 53 图 78：爱康医疗 2015-2020 年营收情况图 . 55 图 79： 爱康医疗 2015-2020 年净利润情况图 . 55 图 80： 爱康医疗 2015-2020 年利润率情况图 . 55 表 1：历次工业革命的技术系统分析 . 6 表 2：传统制造工艺与 3D 打印区别 . 7 表 3： 3D 打印技术与应用领域 . 12 表 4： 3D 打印材料与应用领域 . 12 表 5： 3D 打印材料与相应技术 . 12 表 6：世界各国 /地区对于 3D 打印政策扶持一览 . 15 表 7：我国 3D 打印政策梳理 . 16 表 8：国内外 3D 打印行业标准大事记 . 17 表 9： 3D 打印技术多个核心专利已到期 . 23 表 10： 2020 年中国 3D 打印收购、大型融资事件 . 24 表 11： 3D 打印 技术在航空航天领域的其他应用 . 28 表 12： 尼龙碳 12 纤维与市场同类参数对比 . 34 表 13： EOS 公司主要服务领域及应用 . 38 表 14：铂力特发明专利历年分布情况（单位：件） . 51 表 15：铂力特实用新型专利分布 . 51 表 16： 2018 年铂力特五大客户分布 情况 . 52 表 17：爱康医疗主要 3D 打印产品及用途 . 54 表 18：全球 3D 打印公司市值（截至 2021 年 1 月 31 日）、 2020 年营业收入、 2020 年净利润 对比 . 56 行业深度研究 | 金属非金属新材料 6 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 一、 3D打印 制造技术革命性创新 1.1、 3D打印技术改变传统制造生产模式 增材制造 (Additive Manufacturing， 简称 AM) 俗称 3D 打印技术 ， 有别于传统减材制造 ， 是一种快速成型技术 ， 通过对模型数字化立体扫描、分层处理 ， 借助于类似 打印机的数字 化制造设备 ， 利用材料不断叠加形成所需的实体模型。目前已经广泛应用到航空航天、医 疗器械、建筑、汽车、能源、珠宝设计等领域，美国时代周刊将增材制造列为“美国 十大增长最快的工业”，英国经济学人杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起 推动实现第三次工业革命”，改变未来生产与生活模式，改变制造商品的方式，并改变世 界的 经济格局，进而改变人类的生活。 表 1： 历次工业革命的技术系统分析 工业革命 特点 理论基础 能源 /动力装置 制造范式 生产管理 /质量控制 第一次（ 1750-1850） 机械化 蒸汽机 原始等材、减材 单台机器生产 第二次（ 1850-1950） 电气化 基于确定性和标准化的机械还 原论机械还原论 石化电力 /内燃机、电 动机 现代减材、等材 基于流水线的大规模生产 第三次（ 1950-2020） 数字化 控制论 +系统论 喷气动力、核动力 现代减材、等材 基于计算机的自动化生产 第四 次 （ 2020-2080？） 智能化 系统论 +控制论 +信息论 可再生能源 /基于可控 核聚变的动力装置 基于增材制造的工艺融 合 基于工业互联网智能工厂 资料来源： 3D 科学谷、西部证券研发中心 与传统制造技术（减材制造）相比， 3D 打印不需要事先制造模具，不必在制造过程中去 除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，具有“去模具、减废料、 降库存”的特点。在生产上可以优化结构、节约材料和节省能源，极大地提升了制造效率。 该技术适用于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设 计与制造等，同时也适用于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程。 3D 打印另一个显著的优点是，区别于传统加工技术理念“制造引导设计”，其可以实现“设 计引导制造”，完全实现创意驱动，制造出符合特定消费者需求的产品。 图 1： 减材制造与增材制造对比图 资料来源： UFC Marketing、 西部证券研发中心 行业深度研究 | 金属非金属新材料 7 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 表 2：传统制造工艺与 3D 打印区别 对比 传统制造工艺 3D 打印 加工原理 将原材料固定在设备上，使用工具减少或者去除原材料从而 成型。例如：车削、铣削。或者设计模具，浇铸材料成型。 对打印的模型进行数字化设计、模型切片、逐层叠加材料。 例如：选择项激光烧结，选择性激光熔融 材料 切割的过程产生大量废料，不完整的余料价值折损 ， 材料利 用率低。 根据模型切片形状一层层添加材料。按需耗材，节约材料 。 模具 模具设计耗费大量时间，且有模具失败重新设计的耗时风险 不需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具和支撑结构，节 约时间 制件结构 传统工艺整体制造是采用螺栓连接和铆接。拼接结构接缝多， 零件多，装配复杂。 整体结构直接成件，减少零件数量、降低结构重量，接缝少， 密封性好。装配简单，提高生产效率。 制件性能 部件从夹具上取下后，易变形弯曲。 直接成型，不存在部件弯曲变形的问题 产品设计 制造引导设计，根据工艺切割、模型制作的可行性进行产品 设计。 设计引导制造，可进行大胆进行曲面、腔型设计，不用考虑 工艺切割、模型制作难易程度。 零件修复 重新测量适配尺寸，制造新零件并替换 在损坏件基础上添加材料进行修补 资料来源： Toolbox、西部证券研发中心 上个世纪八十年代，增材制造技术开始在欧美国家爆发式增长， 3D 打印技术应用 最早可 追溯到 1986 年 由美国 Charles Hull 开发 的 立体光固化 (SLA)技术 。接下来的 20 年内，多 项 3D 打印技术专利如：分层实体制造法（ LOM） 、熔融沉积成型 (FDM)相继问世 ，同时欧 美逐渐形成一批具有创新能力的 3D 打印公司， 3D Systems、 Stratasys、 SLM solution 等。由于 3D 打印技术在欧美国家起步较早，经历 30 多 年的发展， SLA（立体光固化） 、 SLS（选择性激光烧结）等技术已经相对成熟。在高温金属材料、设备研发 制造 方面相对 完善。 进入 21 世纪以来，增材制造技术各细分领域有了进一步的发展，诸如数字光处理（ DLP）、 多头喷射技术 (PloyJet)等被研发出来。特殊的 3D 打印材料、 3D 打印设备也应运而生。目 前，世界各国的 3D 打印行业大体已经形成了涵盖原材料、零件、工艺、设备、服务的完 整产业链，部分重点企业已由单一的设备制造商升级为从设计到终端零件制造的综合解决 方案提供商。 行业深度研究 | 金属非金属新材料 8 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 图 2： 3D 打印大事件 资料来源： 3D Hubs、 西部证券研发中心 1.2、 3D打印技术： 基础技术 日趋 成熟、新技术不断涌现 3D 打印技术最初由 Charles Hull 在 1986 年在被称为立体光固化 (SLA)过程中开发出来， 随后又发展出选择性激光烧结（ SLS）、选择性激光熔化（ SLM）、微喷射粘结技术（ 3DP） 等技术。 进入 21 世纪以来， 3D 打印技术有了新的突破与发展，在大类技术的细分下催生 出许多满足特定行业需求的小类技术 。如 SLA 技术：数字光处理（ DLP）、多头喷射技术 (PloyJet)， SLM 技术 ：直接金属激光烧结（ DMLS） 。 图 3： 3D 打印各技术发明时间及主要使用公司 资料来源： 3D Hubs、 西部证券研发中心 1984-1989年 1984年： Charles Hull 研发出首 项 3D打印技术 SLA 1986年： LOM技术形成、 3D Systems公司成立 1988年： FDM技术形成 1989年： SLS技术形成、 Stratasys与 EOS公司成立 1990-2010年 1992年： 3DP技术形成， 3D Systems公司制造出了第一台立体 光固化成型机器 2002年： 3D打印出首个人体器官 肾脏 2006年：第一台 SLS打印机诞生 2009年： MakerBot生产的 3D打印 机套件进入市场 2011-至今 2011年： Materialise公司首次提 供金银首饰打印服务 2012年： 3D打印巨头 Stratasys和 Objet合并 2013年：中国首创用 3D打印造飞 机钛合金大型主承力构件 2016年： GE收购两大 3D打印巨头 Concept Laser和 Arcam 发明者： Charles Hull（ 1984） 主要公司：美国 3D Systems、联泰科技 立体光固化成型法 （ SLA） 发明者： Michael Feygin（ 1986） 主要公司：美国 Helisys 分层实体制造法 （ LOM） 发明者： Scott Crump （ 1988） 主要公司：美国 Stratasys/3Dsystems 熔积成型法 （ FDM） 发明者： C.R.Dechard（ 1989） 主要公司：美国 3D Systems、华曙高科 选择性激光烧结 （ SLS) 发明者： Emanual Sachs（ 1993） 主要公司：美国 Zcorporation 微喷射粘结技术 （ 3DP） 发明者： Dieter Schwarze（ 1995） 主要公司：德国 SLM Solutions、铂力特 选择性激光熔化 (SLM) 发明者： Arcam AB公司（ 1997） 主要公司：瑞典 Arcam AB公司选区电子束熔炼技术（ EBM） 发明者： Objet公司（ 2000） 主要公司：以色列 3D Systems聚合物喷射技术（ Polyjet3D） 行业深度研究 | 金属非金属新材料 9 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 1.2.1、 选择性激光烧结（ SLS) 其原理是，激光选择地逐层烧结固体粉末（材料除了主体金属粉末外还需要添加一定比例 的熔点较低的粘结剂粉末，粘结剂粉末一般为熔点较低的金属粉末或是有机树脂等），同 时将烧结成型的粉末叠加至已固化的粉末层上，最终形成所需形状的零件。这种技术依赖 的核心器件是红外激光器，能源工作环境为氩气或氮气气氛。具有制造工艺简单、生产效 率较高、成型材料种类多、材料利用率高、成品用途广泛、无需考虑支撑系统等优势。缺 点是由于粘接剂的作用，实体存在孔隙，力学性能差，需要高温重熔再加工。此外，当产 品存储时间过长时，会因为内应力释放而变形，表 面质量一般。运营成本较高，设备费用 较贵。 1.2.2、 选择性激光熔化 (SLM) 该技术与 SLS 技术主要区别在于 SLM 通过激光器对金属粉末直接进行热作用， 不依赖粘结 剂粉末， 金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终 获得所 设计结构的金属 零件 。 SLM 技术为了更好的融化金属需要使用金属有较高吸收率的激光束，所以一般使用 的是 Nd-YAG 激光器（ 1.064 微米）和光纤激光器（ 1.09 微米）等波长较短的激光束。 优 点是 SLM 技术使用纯金属粉末 ， 成型的金属零件致密度可达接近 100%； 抗拉强度等机械性 能指标优于铸件，甚至可达到锻件水平；致密度 力学性能与成型精度上都要比 SLS好一些。 另一种技术 选区电子束熔炼技术（ EBM） 与 SLM 技术相似，不同之处是 EBM 利用高速 电子束流的动能转换为热能作为热源来进行金属熔炼， 工作环境为真空 。电子束做热源， 相比于激光可实现 更高的熔炼温度，且炉子功率和加热速度可调，能熔炼难熔金属，并且 能 将不同的金属熔合。但是也存在金属收得率较低、比电耗较大、严格真空要求等缺点。 1.2.3、 定向能量沉积 (DED) 这项技术工作原理类似 SLM，由激光或其他能量源在沉积区域产生熔池并高速移动，材料 以粉末或丝状通过喷嘴直接喷射到高功率激光器的焦点上，熔化后逐层沉积，形成所需零 件。相比于 SLM 技术 的优势之处在于，第一，该技术 允许激光头和工件更灵活地移动，从 而增加设计自由度 。第二，在 DED 设备运行中， 惰性气体直接从激光头流出并包围粉末流 和熔池 ， 不依赖于充满惰性气体的压力室， 3D 打印加工过程可以立即开始 ，大大压缩了生 产准备时间 。 第三，能生产大型零件，且 不需要任何支撑结构 。缺点在于熔化过程不如 SLM 精确 ， 成品部件通常必须进行再加工 。 1.2.4、 微喷射粘结技术（ 3DP） 3DP 技术 与 SLS 工艺类似，采用 陶瓷、石膏 粉末成形。 不同之处在于， 材料粉末不是通过 激光器 烧结 固体粉末 连接起来的，而是 通过粘接剂 打印头沿 零件 截面路径喷射透明或者彩 色粘结剂并将粉末凝固，其他位置的粉末作为支撑，之后再铺设一层粉末，循环该过程直 至 打印完成 。 3DP 技术主要依赖的核心器件是粘接剂打印头，优点在于成型材料范围广， 能耗小，设备体积小。但是缺点也显而易见，粘接剂粘接的零件强度较低，需要后处理， 产品疏松多孔。 以色列 Objet 公司研制 的 Polyjet3D 技术与 3DP 类似，不过喷射的不是粘合剂而是光敏聚 合成型材料。目前， Polyjet3D 技术已经成为美国 Stratasys 公司的亮点。首先，多种 基础 材料 可在 机外混合， 组合可 得到性能更为优异的新材料 。其次，产品 精确度可达 16 微米 行业深度研究 | 金属非金属新材料 10 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 的分辨率， 可 获得流畅且非常精细的部件与模型 。最后，该技术 用途 广泛， 可适用于不同 几何形状、机械性能及颜色部件 的打印 ， 例如： Polyjet Matrix 技术还支持多种型号 、 多种 颜色材料同时喷射。 1.2.5、 熔积成型法（ FDM） 其工作原理是将丝状原材料（一般为热塑性材料）通过送丝机送入热熔喷头，然后在喷头 内加热熔化，熔化的热塑材料丝通过喷头挤出，挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动， 挤出半流动的热塑材料沉积固化成精确的实际部件薄层，覆盖于已建造的零件之上，这样 逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。 该项技术主要依赖微细喷嘴（直径一般为 0.2 0.6mm） 以及 加热器 （ 保持半 流动成型材 料的温度刚好在熔点之上 1 )。其优点是 1、无需激光器等贵重原件，成本低、速度快。 2、对使用环境没有限制，可以放在办公室或者家庭环境使用，维护简单、体积小无污染 3、材料易更换、强度韧性较高，极大地缩短了产品开发周期， 从而能够快速响应市场变 化 ， 满足顾客的个性化需求 。但是也存在零件精度低以及难以形成 复杂构件 和大型零件等 缺陷。 1.2.6、 分层实体制造法（ LOM） 这种方法以片材（如纸或塑料薄膜等）为原材料，根据计算机扫描得出的零件横截面，通 过激光裁剪，将背面涂有热熔胶的片材按零件的轮廓裁剪，之后将裁剪好 的片层叠加至已 裁好的片层上，利用热压装置将其粘结在一起，然后再进行下一层零件横截面的裁剪、粘 合，最终形成实体零件。 LOM 技术主要依赖热熔胶的性能，具有模型支撑性好，废料易剥离，制件尺寸大，成本 低，效率高等优点。缺点是抗拉强度和弹性差，不能制造中空件；受制于材料影响，利用 LOM 技术打印的零件易吸湿膨胀，表面有台阶纹。 1.2.7、 立体光固化成型法（ SLA） SLA 技术的原理是，在计算机控制下，紫外激光按零件各分层截面数据对液态光敏树脂表 面逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层，一 层层固化直到整个零件制作完毕。该技术主要依赖紫外激光器和适合的光敏材料。 一方面， 液态 树脂材料成型 ， 固化方式由点到线，由线到面，制作的产品 精度较高，表面 质量较好。 另一方面， 树脂类材料 本身存在一些缺陷，例如： 强度，刚度，耐热性有限， 不利于长时间保存 ， 树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会产生应力或引起形变 。虽然 SLA 技术发展较早，目前较为成熟，但是 SLA 设备造价 依旧 高昂，维护和使用成本高 ， 而且 需要设计工件的支撑结构。 行业深度研究 | 金属非金属新材料 11 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 图 4： SLA 技术图解 图 5： SLM 技术图解 资料来源： cnproto、 西部证券研发中心 资料来源： 公开资料整理 、 西部证券研发中心 图 6： FDM 技术图解 图 7： 3DP 技术图解 资料来源： 3dfocus、 西部证券研发中心 资料来源： 3dfosus、 西部证券研发中心 国际标准化组织 辖下 增材制造技术委员会 发布 ISO/ASTM 52900： 2015 标准 将增材技术 分为 7 大类，分别是：立体光固化（ SLA）、粘结剂喷射 (3DP)、定向能量沉积 (DED)、薄 材叠层（ LOM）、材料挤出 (FDM)、材料喷射（ PloyJet）、粉末床熔融（ SLM、 SLS、 EBM）。 由以上对市场上常见的 3D 打印方法总结可得，不同的增材制造技术通常存在材料、能量 源、成型方法的差异。而增材 制造 技术的选择依赖下游行业的制件用途 ， 金属增材制造 技 术 一般运用在航天航空领域，而非金属增材制造 技术 用途更加广泛，主要运用在工业工艺 设计的其他领域：如汽车家电、医学器械、文创用品等。 行业深度研究 | 金属非金属新材料 12 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 表 3： 3D 打印技术与应用领域 类别 工艺技术名称 应用领域 金属材料增材制造 激光选区熔化（ SLM） 复杂小型金属精密零件、金属牙冠、医用植入物 激光近净成形（ LENS） 飞机大型复杂金属构件 电子束选区熔化（ EBSM） 航空航天复杂金属构件、医用植入物 电子束熔丝沉积（ EBDM） 航空航天大型金属构件 非金属材料增材制造 光固化成形（ SLA） 工业产品设计开发、创新创意产品生产、精密铸造用蜡模 熔融沉积成形（ FDM） 工业产品设计开发、创新创意产品生产 激光选区烧结（ SLS） 航空航天用工程塑料零部件、汽车家电等铸造用砂芯、医用手术导 板与骨科植入物 三维立体打印（ 3DP） 工业产品设计开发、铸造用砂芯、医疗植入物、医疗模型、创新创 意产品、建筑 材料喷射成形（ PloyJet） 工业产品设计开发、医疗植入物、创新创意产品生产、铸造用蜡模 资料来源： CNKI、 西部证券研发中心 1.3、 3D打印材料：金属材料、复合材料成为未来发展趋势 3D 打印材料是 3D 打印技术发展的重要物质基础，材料是 3D 打印发展的重要制约因素。 根据 Wohlers Associates Inc 发布的 2019 年 3D 打印下游 应用 行业 统计显示 ，汽车工业 占比最大，为 16.4%；消费 电子 以及 航空航天 以 15.4%和 14.7%占据第二、第三位。根据 下游领域制件品的特性，金属、复合材料需求空间大，有望成为 3D 打印材料的“ 引爆 点”。 表 4： 3D 打印材料与应用领域 材料分类 领域 工程塑料 汽车、家电、电子消费品、航空航天、医疗器械 光敏树脂 汽车、家电、电子消费品 橡胶 消费类电子产品、医疗设备以及汽车内饰、轮胎、垫片 金属 飞机发动机压气机部件，以及火箭、导弹和飞机的各种结构件 陶瓷 航空航天、汽车、生物 其他 动漫玩偶 /药物、人工器官 /生物器官 /食品材料 资料来源： Joye3D、 西部证券研发中心 一般 3D 打印 所用的原材料都是专门针对 3D 打印设备和工艺而研发的，与普通的金属材 料、塑料、石膏、树脂等有所区别，其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等。可 从材料属性的角度出发对增材制造技术进行归类：如立体光固化（ SLA）采用液态光敏树 脂材料；分层实体制造法（ LOM）需要纸、塑料膜等片状材料，而选择性激光烧结（ SLS） 和选择性激光熔化（ SLM） 则以 金属、陶瓷粉末材料 为主。 表 5： 3D 打印材料与相应技术 成型材料 3D 打印成型技术 热塑性塑料 FDM 纸、金属膜、塑料薄膜 LOM 石膏、陶瓷粉末 3DP 液态光敏树脂 SLADLPPloy Jet 金属、合金、热塑性、陶瓷等粉末 SLSDMLSSLMEBM 资料来源： Joye3D、 西部证券研发中心 行业深度研究 | 金属非金属新材料 13 | 请务必仔细阅读报告尾部的重要声明 西部证券 2021 年 05 月 28 日 1.3.1、 金属材料 重工业产品通常依赖耐高温耐腐蚀的金属材料， 3D 打印 为了满足重工业产品的需求， 最 早研发、投资最多 在 金属 粉末 。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、钴铬合金、不锈钢和铝合 金材料等，此外还有用于打印首饰用的金、银等贵金属粉末材料。 钛合金得益于 强度高、耐蚀性好、耐热性高 ， 广泛 应 用于飞机 发动机 冷端 压气机部件以及 火箭、导弹和飞机的各种结构件制作。此外， 不锈钢 粉末以其耐腐蚀性而得到广泛应用， 3D 打印的不锈钢模型具有较高的强 度，而且适合打印尺寸较大的物品。 目前， 欧美等国已经 实现了小尺寸不锈钢、高温合金等零件的激光直接成形，未来高温合 金、钛合金材质大型金属构件的激光快速 成形是 主要的技术攻关方向。 1.3.2、 工程塑料 工程塑料指被 用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度 及抗老化性均优的塑料。工程塑料是当前应用最广泛的一类 3D 打印材料，常见的有 ABS 类材料、 PC 类材料、尼龙类材料等 。 PC-ABS 材料是一种应用最广泛的热塑性工程塑料 。其 具备了 ABS 的韧性和 PC 材料的 高强 度及耐热性，大多应用于汽车、家电及通信行业。使用该材料 制作的样件强度比传统 制作的部件强度高出 60%左右， 工业上通常 使用 PC-ABS 材料 打印出概念模型、功能原 型、制造工 具及最终零部件等热塑性部件。 PC-ISO 是一种通过医学卫生认证的白色热塑性 材料，具有很高的强度，被广泛应用于药 品及医疗器械行业，用于手术模拟、颅骨修复、牙科等专业领域。 1.3.3、 光敏树脂材料 光敏树脂一般为液态，其在 一定波长的紫外光照射下能立刻引起聚合反应完成固化 ，可用 于制作高强度、耐高温、防水材料。 Somos 19120 材料为粉红色材质，是一种铸造专用材料，成型后可直接代替精密铸造的 蜡膜原型，避免开发模具的风险， 具 有低留灰 率 和高精度等特点 . Somos Next 材料 为白色材质， 是一种 类 PC 新材料，韧性非常好，基本可达到选择性激 光烧结 （ SLS） 制作的尼龙材料性能，而精度和表面质量