3D打印行业上下游关系
编辑：深吟秋 来源：思瀚产业研究院 华曙高科    2023-04-11

3D 打印行业上游为原材料及零件，包括 3D 打印原材料、核心硬件和软件等，中游为设备制造和打印服务，下游则包括航空航天、汽车、医疗、消费及电子产品等应用领域。

（1）行业上游

1）3D 打印原材料

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。3D 打印原材料目前主要可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料以及生物材料等几类。

其中，粉末床熔融工艺相关的 3D 打印原材料包括金属粉末材料和高分子粉末材料等，基本情况如下：

①金属粉末材料

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。

②高分子粉末材料

SLS 工艺技术目前使用最广泛的原材料为 PA 粉末类材料。近年来，行业内出现多种新型高分子增材制造粉末材料，各类材料在成形质量和稳定性等方面的表现各有差异。

2）核心硬件

增材制造所使用的核心硬件包括振镜和激光器等。目前，该等核心硬件多数采购自美国、德国等，存在依赖进口的情况，但随着国产振镜和激光器的研制成功及性能提升，目前已实现部分进口替代。

3）软件

3D 打印相关软件包括 3D 打印设备工业软件系统以及应用软件。应用软件可由产业链上中下游主体及专业软件供应商基于技术应用需求开发提供，如辅助设计软件、工程处理软件、仿真模拟软件、智能处理软件等。设备工业软件系统是指控制 3D 打印设备制造运行全环节的整体控制系统，是整个 3D 打印设备的核心中枢。

目前，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行业竞争力。

（2）行业中游

增材制造行业中游包括 3D 打印设备及设备技术服务。其中 3D 打印设备是中游、也是整个产业链的核心主体。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。增材制造设备制造商研发、生产 3D 打印设备供下游用户使用，并根据下游用户反馈不断进行技术的创新与更新迭代，并同步向上游传递创新与市场需求，不断推动着整个产业链的水平提升。增材制造服务提供商主要通过 3D 打印设备为客户提供打印服务及其他各类衍生技术服务。

（3）行业下游

增材制造目前已被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域，并逐渐被尝试应用于更多的领域中。根据 Wohlers Report 2022 报告显示，2021 年增材制造主要应用于航空航天、汽车、消费及电子产品、医疗/牙科、学术科研等领域，占比情况如下：

1）航空航天领域

在航空航天领域，由于零部件形态复杂、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，突破了传统制造技术对结构尺寸、复杂程度、成形材料的限制，提供了变革性的技术途径，应用场景日趋多样化。

航空航天领域用于 3D 打印的材料主要包括高性能金属材料和高分子材料。高性能金属材料中钛合金、铝合金和镍基高温合金的应用最为广泛，钛合金主要应用于高强度、轻量化结构部件，铝合金主要应用于轻量化结构部件，镍基高温合金主要应用于高强度热端部件，通常以粉末床熔融技术和定向能量沉积技术为主进行加工，常见包括 SLM、LENS 等。

高分子材料主要应用于有耐冲击、耐热、阻燃性和抗老化性要求的部件，常用 SLS 进行加工。在复杂部件的研制阶段，3D 打印技术可节省反复工艺试验的时间，提高速度的同时降低成本；在零件制造阶段，3D 打印技术可用于实现复杂内部结构，提高零件性能；此外，3D 打印技术还可用于制件修复，延长设备使用寿命、减少经济损失。

利用 3D 打印可以制作出符合设计标准和使用要求的高精密零件，为提高航天器的整体性能提供积极帮助。欧洲航天局（ESA）、美国国家航空航天局（NASA）、SpaceX和RelativitySpace均使用增材制造技术生产火箭点火装置、推进器喷头、燃烧室和油箱，美国 GE、波音（Boeing）、法国空客（Aribus）、赛峰（Safran）使用增材制造技术生产商用航空发动机零部件、军机机身部件、飞机风管、舱内件等。同时，增材制造的构件也已在国内航空航天领域广泛应用，先后成功参与了天问一号、实践卫星、北斗导航系统等数十次发射和飞行任务。

3D 打印技术已成为提高航天设计和制造能力的关键技术，应用规模近年来增长迅速，未来市场空间巨大。

2）汽车制造领域

伴随 3D 技术的创新升级，其在汽车制造领域的应用将逐渐深入，从概念模型打印到功能模型打印，目前逐步应用于功能部件制造，并向打造整车方向拓展。汽车制造领域 3D 打印，主要应用已覆盖汽车设计、零部件开发、内外饰应用等方面，主要技术为 SLS、SLM 等。

在设计方面，3D 打印技术的应用可以实现无模具设计和制造，帮助企业缩短产品概念模型的设计及制作周期，帮助整车厂和零配件厂商优化设计，同时，可以在安全性测试环节打印部分非关键部件作为替代，加速产品验证流程，有助于企业实现快速小批量定制，降低成本并缩短产品上市时间，此外，3D 打印可以在设计阶段引导零件轻量化、一体化、个性化、功能化方面的创新；在制造方面，3D 打印技术可提升零件的制造效率和生产质量，实现零件轻量化制造和降低质量的位移途径，进行复杂结构模具的加工，加强对制造精度的控制，同时，增材制造一体化成形技术允许将多个零件整合为一个零件，可减轻复杂关键部件的重量；在维修方面，3D 打印技术可以进行门把手、轮毂、汽缸、变速器和其他基础部件的制作，从而保证了维修的效率和经济收益。

汽车行业是最早使用 3D 打印技术的行业之一，在 3D 打印技术应用中占据重要位置，随着近年来汽车保有量和产量的上升，汽车行业巨大的市场规模将持续为 3D 打印技术的应用提供广阔的空间。

3）医疗领域

基于人体存在个体差异而传统制造医疗器械多为标准化样式或尺寸的现状，3D 打印凭借可个性化定制的特点在医疗领域内应用逐步广泛，主要应用方向包括制造医疗模型、手术导板、外科/口腔科植入物、康复器械等（主要材料包括塑料、树脂、金属、高分子复合材料等），以及生物 3D 打印人体组织、器官等。

3D 打印技术在口腔医学中已逐渐成熟应用于义齿打印、矫正器制作、预演手术模型制作、手术导板制作等，有助于提高精度和效率，降低手术风险。

3D 打印技术在骨科植入方面也发展迅速，目前开始采用金属 3D 打印技术生产全膝关节植入物、髋臼杯、脊柱植入物等，金属 3D 打印技术有利于模拟人体骨骼的层状结构，通过多孔设计可以更好地与人体组织融合，促进骨骼生长，此外 3D 打印技术亦为植入物设计带来了更高设计自由度。随着未来经济水平和精准医疗要求的不断提升，3D 打印技术在医疗行业的发展将拥有巨大空间。

4）其他行业领域

消费品领域：消费品领域范围广泛，3D 打印技术有助于加速消费品行业产品设计、优化和迭代，提升并丰富产品性能，如为运动员量身定制轻量化、个性化运动设备等。

模具领域：3D 打印已广泛应用于鞋模及随形冷却模具等领域，优化冷却水路设计，不受水路复杂程度的限制，提升模具的冷却效率和生产效率。

电子电器领域：3D 打印技术在产品的研发和生产阶段，如装配和功能验证、外观及性能测试、人体工程学、快速手板、批量制造等方面，都能提供较大的帮助，降低研发和时间成本，提高产品利润。