3D打印机

摘要：进入二十一世纪，特别是2012年以来，全球掀起了3D打印技术热潮，各类3D打印材料及设备逐步完善，工程应用范围逐步拓宽，3D打印机发展迅猛。伴随着3D打印机的快速发展，其市场化应用覆盖了航空、航天、医疗、汽车、机械、化工、能源等众多领域，可制造的材料从非金属、钛合金、铝合金、钢、金属间化合物到高温合金，甚至拓展至陶瓷材料和复合材料。目前，我国在高性能复杂大型金属承力构件增材制造等部分技术领域已达到国际先进水平，成功研制出光固化、选区激光烧结、选区激光熔融、激光近净成形、熔融沉积成形、电子束熔化成形等适用于多种场景的3D打印机，市场应用领域有望进一步扩大。

一、定义及分类

3D打印机指利用打印头、喷嘴或其他打印技术，通过逐层堆积材料来制造三维物体，被广泛应用于产品设计、原型制作、零件制造等领域，具有高效、灵活、精确等优点。常见的3D打印机按材料及成型方式不同可分为选择性激光烧结（SLS）3D打印机、立体平板印刷（SLA）3D打印机、熔融沉积式（FDM）3D打印机、三维印刷(3DP) 3D打印机、数字光处理（DLP）3D打印机等五种类型。

二、商业模式

1、采购模式

3D打印机企业生产经营采购的物料包括设备所需零部件、外协结构件或机加工件、高分子粉末所需原材料、3D打印金属粉末等，原材料种类复杂且更新迭代速度较快，因此企业主要采用“以产定购+合理库存”的采购模式。同时，为保障原材料品质及稳定供应，企业通常根据物料采购计划，优先在已合作的合格供应商名录中选择供应商开展询价，并择优拟定最终合作对象。

2、生产模式

3D打印机企业主要采取“以销定产+安全库存”的生产模式，即以具体的销售订单、销售预测以及企业内部的生产需求制定生产计划。此外，3D打印设备产品涉及的结构件或机加工件较多，且属于非标产品，企业基于经济效益考虑，通常将部分结构件或机加工件委托给外协单位完成。外协生产模式下，由企业负责提供结构件或机加工件的加工图纸，由外协受托方进行加工并负责生产加工所需原材料。

3、销售模式

3D打印机企业通常采取直销与经销相结合的销售模式。直销模式主要聚焦航空航天、汽车、医疗、模具、教育等产业化大客户，承接大批量销售订单并提供行业解决方案，实现重点行业的高市场占有率。经销模式下，企业与合格经销商签订经销合同，由经销商牵头与科研院所、制造创新企业等机构达成合作，进行充分的市场覆盖。此外，部分企业还通过经销模式打开国际市场，为全球客户提供专业化、本地化的专业设备以及技术支持。

三、行业政策

1、主管部门和监管体制

我国对3D打印机采取政府宏观调控和行业自律管理相结合的管理体制，政府部门及行业协会对3D打印机进行宏观管理和政策指导，企业的生产经营和具体业务管理以市场化方式进行。3D打印机行政主管部门主要为国家工业和信息化部及国家发展与改革委员会，行业协会主要包括全国增材制造标准化技术委员会、全国特种加工机床标准化技术委员会、中国增材制造产业联盟，以及地方性增材制造协会等。

2、行业相关政策

3D打印机融合了信息网络技术、先进材料技术、数字制造技术，颠覆了传统的思维方式和制造模式，对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，催生大量新产业、新业态、新模式，成为我国抢占科技创新与先进制造业发展制高点的重要竞争力之一。我国高度重视3D打印机的发展，为贯彻落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，2021年，工信部会同国家发改委、教育部、科技部、财政部等部门印发《“十四五”智能制造发展规划》，提出开发应用增材制造、超精密加工等先进工艺技术，推动先进工艺、信息技术与制造装备深度融合，带动激光/电子束高效选区熔化装备、激光选区烧结成形装备等通用智能制造装备加速研制和迭代升级。随着我国自主工业体系建设的推进、设备国产化要求的日益增强，国产3D打印机生产技术得到有效改进。

四、发展历程

1859年，法国雕塑家弗朗索瓦·威廉姆申请了多照相机实体雕塑专利，首次设计出一种多角度成像的方法来获取物体三维图像，3D打印核心制造思想被首次提出，随后步入漫长的理论建立阶段，直至20世纪80年代得以发展和推广。1980年，日本名古屋市工业研究所的久田秀夫发明了利用大桶光敏聚合物成型的三维模型增材制造方法，并于1980年5月申请了与该技术有关的第一项专利，但未将该技术实现商业化。1986年，美国研发出LOM分层实体制造技术。同年，美国成立了世界上第一家生产3D打印设备的公司，所采用的技术在当时被称为“立体光刻”，3D打印机正式进入工业化生产时代。1993年，中国第一家3D打印公司正式成立，推动国内3D打印机高速发展。进入21世纪，3D打印机进入批量生产以及创新研发阶段，生产成本、产品售价开始下降。2016年，我国成立了全国增材制造标准化技术委员会，在国家层面上开展3D打印技术标准化工作，推进产业规范化发展。2020年5月，我国成功完成首次“太空3D打印”，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验，推动国内3D打印机走向新的发展阶段。

五、行业壁垒

1、设备及技术壁垒

3D打印机属于先进制造设备，涉及高精度、高稳定性的打印技术、各种特殊材料、以及高度优化的打印算法，对生产设备的强度、精密性、耐腐蚀性、耐高温等均有较高的要求。同时，还要求企业掌握从原材料到成品制造的完整技术体系，从而形成较高的技术壁垒。新进入行业的企业生产设备使用以及技术成熟度较低，远跟不上3D打印机更新速度，难以在短时间内达成规模生产。

2、市场壁垒

我国3D打印机起步相较于发达国家较晚，规模化制造技术以及产业链发展不够完善，国际知名企业依托品牌及技术优势，迅速拓展中国市场，抢占中高端市场份额。随着国产品牌日益崛起，国内3D打印机市场进一步扩大，吸引众多中小企业进入，占据大部分市场份额。新进入企业无论是资金规模还是品牌影响力均不及成熟企业，仅凭借压缩成本及价格优势无法立足市场。

3、客户准入壁垒

3D打印机下游应用领域涵盖航空航天、医疗器械、电子信息等高技术行业，其对供应商技术水平、产品质量以及服务水平要求较高，3D打印机生产企业通常需要经过严格的产品检验、试用环节才能被客户认可。且因打印设备技术水平较高，下游客户更倾向于选择市场知名度较高的3D打印机品牌。目前，行业内成熟企业与客户建立了稳定的合作关系，对于行业新进入者来说，难以在短时间内取得下游客户的充分信任。

六、产业链

1、行业产业链分析

3D打印机产业链上游为设备生产所需零部件、应用软件以及各类打印原材料，包括激光器、振镜系统、工业软件、增材制造材料等。激光器、振镜系统为3D打印机的核心硬件，多数采购自美国、德国等，存在依赖进口的情况。此外，行业内大部分3D打印机制造企业的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。但随着国产振镜和激光器的研制成功及性能提升，以及我国完全自主知识产权工业软件系统的不断开发，目前已实现部分3D打印机关键零部件的进口替代。

产业链下游涵盖航空航天、汽车、电子设备、医疗、教育等领域。下游产业大多具备设计复杂、加工成本高等特点，3D打印的制造方式极大缩短模型设计以及产品制作周期，从而提升生产效率，为高新技术产业带来便利。在国家工业化生产不断改革、信息化发展速度加快的背景下，下游产业技术提升、智能化生产需求持续上升，为3D打印机的应用提供广阔的空间。中国3D打印机行业产业链如下图所示：

3D打印机行业产业链

激光器

大族激光科技产业集团股份有限公司

珠海光库科技股份有限公司

武汉金运激光股份有限公司

深圳市创鑫激光股份有限公司

振镜系统

金海创科技有限公司

北京金橙子科技股份有限公司

深圳市大族思特科技有限公司

深圳市天传奇电子科技有限公司

增材制造材料

中航迈特粉冶科技（北京）有限公司

苏州英纳特纳米科技有限公司

西安赛隆金属材料有限责任公司

广东银禧科技股份有限公司

上游

西安铂力特增材技术股份有限公司

深圳市极光创新科技股份有限公司

上海联泰科技股份有限公司

飞而康快速制造科技有限责任公司

中游

航空航天

汽车

电子设备

医疗

下游

2、行业领先企业分析

（1）西安铂力特增材技术股份有限公司

西安铂力特增材技术股份有限公司成立于2011年，一家专注于工业级金属增材制造（3D打印）的国家级高新技术企业，为客户提供金属增材制造全套解决方案，业务涵盖金属3D打印设备的研发及生产、金属3D打印定制化产品制造、金属3D打印原材料的研发及生产、金属3D打印结构优化设计开发及工艺技术服务等，构建了较为完整的金属3D打印产业生态链，整体实力在国内外金属增材制造领域处于领先地位。2023年企业生产经营规模扩大，并持续开拓新的市场和应用领域，3D打印定制化产品和自研3D打印设备的营业收入均实现增长。2023年前三季度，企业营业收入7.42亿元，同比增长42.5%。

2020-2023年前三季度铂力特营业收入

（2）深圳市极光创新科技股份有限公司

深圳市极光创新科技股份有限公司成立于2009年，是中国首批3D打印机研发及制造企业。主要产品包括桌面级FDM系列3D打印机、工业级SLA系列3D打印机、LCD光固化系列3D打印机、SLM金属3D打印机、3D打印耗材、以及3D打印一体化服务等多样化3D打印数字服务体系，综合实力始终处于业界领先水平，是中国3D打印行业最具影响力的创新型高科技企业之一。2023年极光创新推出了新的工业级3D打印设备，实现了工业级激光线成型、工业级金属技术的突破，面向航空航天航海、汽车制造、工业手板等领域全面发展。2023年上半年，企业3D打印机收入为762.45万元，毛利率为15.86%。

2021-2023年上半年极光创新3D打印机收入及毛利率

七、行业现状

进入二十一世纪，特别是2012年以来，全球掀起了3D打印技术热潮，各类3D打印材料及设备逐步完善，工程应用范围逐步拓宽，3D打印机发展迅猛。目前，伴随着3D打印机的快速发展，其市场化应用覆盖了航空、航天、医疗、汽车、机械、化工、能源等众多领域，可制造的材料从非金属、钛合金、铝合金、钢、金属间化合物到高温合金，甚至拓展至陶瓷材料和复合材料。其中，航空航天、汽车、消费及电子产品仍是3D打印机的主要应用领域，2022年分别占比16.8%、15.6%、14.6%。3D打印机商业化应用发展较晚，我国在经历了初期产业链分离、原材料不成熟、技术标准不统一与不完善及成本昂贵等一系列问题后，3D打印机市场呈现高速增长态势。同时，我国在高性能复杂大型金属承力构件增材制造等部分技术领域已达到国际先进水平，成功研制出光固化、选区激光烧结、选区激光熔融、激光近净成形、熔融沉积成形、电子束熔化成形等适用于多种场景的3D打印机，市场应用领域有望进一步扩大。

八、发展因素

1、有利因素

（1）行业生态体系加速成型

随着行业的发展和应用的深入，围绕3D打印设备、软件、材料、工艺等相关方向逐步形成了行业生态体系，包含3D打印机的研发、生产，材料的研发、制备，以及去除、回收等工艺及装备，后续加工、精加工、热处理等后处理，与传统加工技术及装备的结合，辅助设计软件、工程处理软件、仿真模拟软件、智能处理软件、云管理平台以及工业化生产和调度的制造执行系统等，各方面充分协同，形成了更系统化的解决方案，推动产业一体化发展。

（2）潜在市场需求持续释放

近年来，3D打印机的应用已在航空航天、汽车、医疗、模具等多个行业领域内取得了重大进展，并逐步扩展到个性化穿戴、服装等与个体联系紧密的领域，3D打印机的应用场景仍具有巨大潜力。未来，随着3D打印机产品在更多领域进一步深度普及，潜在需求被进一步释放，行业将获得更广阔的增量市场。

（3）行业应用不断深化

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。随着3D打印机技术的进步，行业开始摆脱应用难、成本高的限制，成为现代制造的重要工艺。此外，部分工业领域开始采用多台3D打印机作为生产工具来提供批量化的生产服务，与传统制造融为一体，缩短产品生产周期，降低生产成本和提高产品生产效率。

2、不利因素

（1）规模化生产制造成本较高

3D打印技术具有制造复杂结构、一体化、轻量化等优势，但受制于产品生产原材料价格昂贵以及国际生产技术垄断，使得3D打印机生产成本居高不下。我国3D 打印机企业规模相对较小，在资金实力、知名度、业务体量等方面有所欠缺，无法承担批量化生产的成本消耗，导致国内企业产能提速受限，行业规模效应尚不突出。

（2）市场集中度较低

相对于北美和欧洲等发达地区，我国3D打印机企业相对分散，且普遍存在创新能力低、研发投入少等问题，导致国内企业仍以“价格战”抢占市场份额，低端市场竞争日益激烈，高端市场存在空白，难以形成产业集群效应。市场集中度低、恶性竞争循环、企业高质量发展意识淡薄使我国3D打印机市场优质资源流失，行业技术瓶颈难以突破，对行业发展产生不利影响。

（3）原材料供应限制

尽管国内工业生产技术得到有效提升，机械设备零部件生产已基本实现国产化替代。但3D打印机产品属于新兴产业，所使用的核心零部件激光器、振镜目前多采购自美国、德国等发达国家，且零部件高端市场被少数国外企业垄断，零部件供应易受到国际形势变化的影响。此外，我国现有的3D打印材料大多为塑料、树脂、金属粉末等，而对于一些高性能材料，如陶瓷、玻璃、复合材料等的应用仍不成熟，从而限制了3D打印机在某些特定领域的应用。

九、竞争格局

3D打印机发展历程相对较短，全球技术体系和产业链条尚处于完善阶段，产业发展由几家国际巨头主导，包括EOS、SLM Solutions和3D Systems，这些企业拥有较强的技术实力和品牌影响力，依托技术创新、高知名度等优势在市场中占据较大份额。目前，我国3D打印机企业已有万余家，不同企业在3D打印技术方面拥有不同的专利和技术优势，形成了差异化竞争格局。一些企业专注于特定的应用领域或特定的打印材料，具有较强的市场竞争力，如西安铂力特增材技术股份有限公司、深圳市极光创新科技股份有限公司、湖南华曙高科技股份有限公司等，属于行业发展第一梯队。部分企业地域性特征突出，依托其所在区域知名度以及营销网络优势实现规模化经营，包括上海联泰科技股份有限公司、飞而康快速制造科技有限责任公司、广东智维立体成型科技有限公司等企业。

中国3D打印机行业竞争梯队

十、发展趋势

在新一轮科技革命和产业变革中，全球创新版图正在重构，传统制造业正处于转型阶段。3D打印机已经从发展初期的原型和模具制造扩展到终端零部件生产，在零部件创新设计、一体化制造、异型复杂结构件制造、个性化批量制造方面显现出巨大优势。未来，各类关键技术不断突破、生态体系日趋完善，3D打印机的应用也逐步从试验验证阶段走向大规模应用推广阶段。3D打印技术作为融合了信息网络技术、先进材料技术、数字制造技术的一项全新智能制造技术，随着光固化、金属粉末烧结等新的打印技术被开发出来，未来将向更高效率、更高质量、更低成本、更智能化方向发展。