2025年3D打印行业专题报告：引领先进制造新纪元，3D 打印技术（Three Dimensional print）即三维快速成型打印技术，是一种新型增材制 造方式。区别于传统的“减材制造技术”3D 打印通过数字化模型离散目标实体模型，再 通过材料层层堆叠方法，逐渐累积出一个目标三维实体的技术。该技术在不使用传统复杂 的刀具或模具的情况下，使用熔融材料堆叠成具有复杂的传统工艺难以实现的结构，相较 于传统切削加工铸造技术，具有节约材料、耗时短、提高设计自由度等优势，被誉为“第 三次工业革命”的核心技术之一。 3D 打印机是 3D 打印的核心设备，在 3D 打印过程中起到实体模型获取、3D 打印数据资 料生成、控制 3D 打印材料堆叠等作用。具体工作流程是：①通过计算机三维建模或三维 扫描技术获取实体模型；②使用计算机分层软件将实体模型分层产生数据资料，再将数据 文件传输 3D 打印机；③打印机根据指令驱动打印喷头/激光器按照预定预设路径进行挤出 材料/激光烧结，形成固化平面层，如此循环往复，逐渐堆叠成目标实体。
1.1. 3D 打印技术持续迭代+应用持续拓展+产业链环节逐步延伸至批量化
1980 -1990 年为技术孵化期：光固化成型 SLA 技术，分层实体 LOM 技术、熔融沉积 成型 FDM 技术、选区激光烧结技术(SLS)等技术的出现奠定了 3D 打印行业发展技术基 础，后续成为 3D 打印行业主流加工工艺，代表性 3D 打印公司（3D Systems、EOS、 Stratasys）在这一阶段成立。
1990-2000 年为商业化起步阶段：主流技术工艺（FDM、SLS）等第一代 3D 打印设 备陆续推出，行业市场以销售设备作为起点开始逐步建立。与此同时，3D 打印技术 仍持续推陈出新，LENS 激光净成形技术和 SLM 技术均在此时期诞生。
2000-2012 年为商业化应用逐步渗透+桌面 3D 打印机快速流行+商业模式探索创新 阶段：1）商业化应用逐步渗透+第一代 3D 打印设备基本进入升级周期；2）桌面 3D 打印机流行：2005 年创立的开源 3D 打印机项目 RepRap 带动了桌面 3D 打印机的流 行，也诞生了优秀的桌面级 3D 打印公司如 Makerbot 和 Ultimaker 等；3）商业模式 探索创新：3D 打印交易平台 Shapeways 成立。
2013-2015年行业先后进入短期投资过热+投入冷静期+兼并整合期：2012 年英国《经 济学人》提出 3D 打印将会推动第三次工业革命，同时 3D 打印核心技术 FDM 部分原 始专利进入失效期降低了企业进入 3D 打印门槛，大量桌面级 3D 打印设备进入市场， 2013 年开始的短期投资过热后行业开始进入投入冷静期+兼并收购整合期。
2016 年至今为发展快车道时期：1）下游应用不断拓宽与深入，主要包括航空航天、 医疗、汽车、食品等行业，不断取得新突破；2）龙头企业兼并收购+以惠普为代表的 新进入者入场竞争，市场日趋多元化；3）终端零部件加工应用逐步渗透：3D 打印逐 步由原型制造走向中小规模批量化生产制造环节。
3D 打印技术多向开花，材料+技术工艺决定产品性能+应用。3D 打印经过了 40 多年的发 展历程，目前涵盖多种材料+技术工艺类型，能够适配不同行业及终端产品应用需求。 3D 打印材料是 3D 打印技术重要的物质基础，主要分为金属和非金属两类。3D 打印材料 的性能在很大程度上决定了成形零件的综合性能。3D 打印发展至今，其材料种类已然高 度丰富，从材料类别来看，3D 打印材料可以分为金属与非金属两大类。一般而言，使用 金属材料的成品强度高、延展性良好、制备成本高，能够广泛用于航空航天、模具制造、 汽车等领域。而非金属材料主要包括光敏树脂、陶瓷材料等，其中工程塑料以成本低廉的 特性广泛应用于消费端产品，光敏树脂材料则是以成品精度高的特性而广泛应用于精细零 件的生产。
3D 打印材料+下游应用需求差异化背景下，多种加工技术工艺路线并存，金属打印 SLS&SLM 和非金属打印 FDM&SLA 为主流工艺路线D 打印领域的工艺 系统，其中应用最典型与成熟的有金属打印的 SLS 和 SLM，非金属打印的 FDM 和 SLA。 SLS 是目前研究较多的碳化物和氮化物的 3D 打印方法，DTM 公司和 EOS 也在 SLS 工艺领 域投入大量研究工作。SLM 工艺的出现克服了 SLS 技术制造金属零件工艺过程复杂的问题， 不仅成本较低，而且具有较强的生产灵活性，能够更好地适配航空航天、医疗等行业苛刻 的性能要求。FDM 则凭借成本低廉的工程塑胶+无需激光器等重要零部件，是消费级 3D 打印常用的工艺。SLA 是目前 3D 打印技术中发展和推广最快的技术，制件精度高、表面 质量及性能较好。
传统精密加工与增材制造技术将长期共存。二者均是制造业的重要组成部分，两种技术各 有所长，能够互补地为制造业提供精细化、自动化、高效化的加工方案。增材制造行业整 体发展时间较短，技术成熟度仍不能和传统精密加工技术相比，在可加工材料、加工精度、 表面粗糙度、加工效率、加工批量等方面仍与传统精密加工技术存在差距。同时由于单台 设备价格和耗材单价售价较高，应用范围不如传统精密加工技术广泛，仍处于产业化应用 的初步阶段。但根据思瀚产业研究院报告，增材制造也凭借其特殊的技术原理和特点，有 着无可比拟的优势：①缩短新产品研发周期，无需传统工具夹具，可在单个设备上快速生 产，加速产品研发迭代；②能够实现更为复杂的结构，通过叠层制造突破传统加工的形状 局限性；③实现一体化、轻量化设计，通过优化零部件的结构起到减重的效果；④减少不 完整的余料价值折损，提高材料利用率，减少用料成本；⑤基于 3D 打印快速凝固的工艺 特点，使得内部组织为细小亚结构，提高产品的力学性能。
在新一轮科技革命和产业变革中，传统制造业正在经历快速转型，增材制造从发展初期的 原型和模具制造扩展到终端零部件生产，拓宽下游应用边界，在复杂化、一体化、个性化 批量制造方面显示出巨大的优势，技术工艺、材料不断突破与完善，行业生态日趋成熟。
金属 3D 打印凭借其优良的结构与性能，有望成为增材制造领域增长最快的技术。尽管当 前金属耗材占比仍略低于应用最广的塑料，但金属 3D 打印凭借其更高的打印效率、更佳 的产品性能、更紧迫的工业转型需求而处于行业扩张阶段，SmarTech 预计到 2031 年，金 属 3D 打印技术每年将生产超过 750 亿美元的组件。从技术/设备端看，使用金属材料的 3D 打印设备需求渐长，2022 年在聚合物 3D 打印设备出货量降低的情况下仍逆势上升，成为 设备市场增长的贡献力量；对于这种新兴技术而言，金属 3D 打印仍面临科学、技术上的 各种挑战，比如金属 3D 打印中存在不同的加工条件和复杂的热循环、微观结构的特征和 缺陷或将影响成品的属性及性能、金属 3D 打印设备对零件几何形状的限制、后期处理的 研究仍处于初级阶段等。未来，为了能够充分发挥金属 3D 打印技术的作用，将在制造工 艺、设备、材料、优化设计等全领域发力，金属增材制造技术将往高性能、高精度、高效 率、低成本、更大的加工尺寸范围和更广泛的材料适用性方向发展，以实现金属 3D 打印 在更多条件下的应用。
关注点加工➡面加工打印模式的切换带动的批量化生产应用。3D 打印技术原理在 2000 年 以前基本奠定，但是整体行业应用受限于成本&速率&质量的限制没有进入批量生产环节， 多用于原型制造、模具等小批量个性化加工环节，其中重要的限制因素在于 3D 打印技术 主要采用逐体素点加工的方式实现，点加工的方式极大程度上限制了加工速度，使得批量 化零件生产应用受限，同时点加工的生产模式使得高加工精度和高加工速度无法同时满足。 我们认为应该重点关注点加工模式➡面加工模式的切换，如 LCD 光固化方式等，看好技 术创新带动的打印模式变化驱动的 3D 打印批量化应用。
4D 打印采用能够响应外部环境(即电场、磁场、温度、湿度、PH 等)变化的智能材料，或 者采用特定的打印工艺，使打印部件对外界刺激做出响应并使其几何尺寸和内部结构发生 变化。4D 打印可以通过自身智能结构的直接制造简化结构的复杂性降低结构的重量。 4D 打印的核心是智能材料。智能材料就是指具有感知环境（包括外环境和内环境）刺激， 对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施并进行适度响应的智能特征的材料。智能 材料的主要特点是：1）具有感知功能：能够检测并识别刺激强度，这些刺激包括光、电、 应力、热、化学、应变、核辐射等；2）能够响应外界变化：具有自驱动功能且反应比较 灵敏；3）能够按照预设定的方式选择并且控制响应过程。
2030 年市场规模全球 3D 打印市场空间有望达到 883 亿美元。根据 Wholers 数据，3D 打 印自诞生 30 多年以来，该领域包括产品和服务在内的全球收入 1994-2023 年复合增长率 约为 17%。根据从事增材制造行业研究的机构 Wohlers Associates 统计显示，全球增材制 造产值（产品和服务）从 2015 年的 51.65 亿美元增长到 2023 年的 200 亿美元左右， 2015-2023 年 3D 打印市场规模 CAGR 约为 18.46%。按需数字制造提供商 Protolabs 预测， 2030 年全球 3D 打印市场空间有望达到 883 亿美元。就国内市场而言，增材制造业的市场 规模不断扩大，2023 年产业规模达到 367 亿元，同比增长 14.69%，前瞻产业研究院预计2024-2029 年中国 3D 打印产业规模将持续高速增长，但规模增速将有所回落，预计 2029 年中国 3D 打印设备市场规模将超 1200 亿元，2024-2029 年 CAGR 约为 19.5%。
3D 打印最初主要用于原型制造，小规模定制生产应用程度逐步加深。3D 打印技术由于可 以高效的生产样件，因此早期主要被用于原型制造，然而随着技术的不断进步，打印速度 越来越快、打印尺寸越来越大、成本越来越低，3D 打印技术开始走上了小规模定制生产 的道路。
原型制作是 3D 打印最早的应用，能够极大程度上简化传统工艺的“设计-模具-生产”流 程，直接从设计到生产，能够快速呈现设计构思，并及时反馈结果，大大缩短研发周期。
3D 打印快速模具制作可与注射成型、真空成型或硅胶成型等传统制造工艺相结合，助力 改进生产流程，从而提高生产流程的灵活性、敏捷性、可扩展性和成本效益。传统模具设 备制造流程：模具图纸—工艺分析—加工设计-机床选择—仿真加工—修改—机床加工。 传统模具制造体现一定的局限性：1）传统模具设备对技术人员的知识与技能要求较高， 人工操作工艺流程较繁琐，且不同规格零部件设计复杂，越繁琐的工艺流程和零部件越难 以操作；2）传统模具设备技术功能类别单一，多个工序流程才能完成一个零部件的设计， 且改动零部件模型便会导致一系列辅助工序跟着变化，耗材甚多；3）传统模具设备大多是减材制造技术为主，材料利用率较低。3D 打印模具具体工艺流程：模具 CAD 设计—添 加支撑—确定工艺参数—3D 打印—取件—去除支撑—机械加工及其它处理。3D 打印模具 技术中，三维数字模型在计算机辅助软件内可转化为实物造型，迅捷、便利且精确，可以 打印复杂的模具型腔。对操作人员的技术要求较低，节省了大量冗杂的中间制造环节，在 缩短生产周期的同时还提升了工作效率。因此将 3D 打印快速模具制作整合到开发流程中， 加快产品开发速度，实现快速迭代，并提高上市产品质量。
目前主要用于中大规模定制&小批量高端制造，后续关注有结构一体化应用需求+原材料 成本高&加工难度大+有定制化需求的终端部件中 3D 打印的应用拓展。3D 打印在成本、 速率上的限制极大程度上限制了其在终端零部件批量化生产的应用。目前 3D 打印在大规 模定制上应用已经具有一定优势，我们认为 3D 打印后续应该重点关注：1）零部件结构复 杂度高，用传统加工方式加工工序多或者需要多零部件组装，3D 打印可以实现一体化应 用；2）原材料成本高+传统加工制造难度大，3D 打印减少的原材料成本能够覆盖增加的 制造成本；3）定制化需求高，不同产品之间存在一定差异性。
从加工技术工艺类型看，我们重点关注 MJF 等具备面加工属性的 3D 打印技术应用。低成 本、高效率的生产是 3D 打印应用于零部件大规模批量化生产的前提，惠普推出的 MJF 技 术通过 3D 打印材料的平铺+熔合剂&细节剂打印&固化实现面加工，相比于传统的 SLA 等 3D 打印技术有明显的打印速率优势。惠普 MJF 技术应用于汽车行业多家龙头企业（大众、 福特、通用、日产）的零部件生产，2021 年 9 月 14 日，惠普宣布全球的惠普 3D 打印机 已经累计经生产了 1 亿个零件。目前 MJF 技术仅支持尼龙等材料的 3D 打印，后续 3D 打印材料&熔合剂&细节剂的拓展有望支持更多的零部件批量化打印生产的应用。
增材制造目前已被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域，并且不断拓宽应用边界。根 据 Wohlers Report 2024 报告显示，2023 年全球 3D 打印主流应用领域前三有汽车领域 （14.4%）、消费品（14.0%）、医疗/牙科（13.7%）。
3.3.1. 消费电子：3D 打印在折叠屏铰链上的应用标志着消费电子制造进入“精密增材时代”
3D 打印在消费电子的开发设计环节优势明显。消费电子指的是供消费者日常使用的电子 设备，近年在技术不断创新、市场竞争激烈等因素推动下，全球消费电子产品创新层出不 穷，渗透率不断提升，消费电子已然形成庞大的产业规模，根据 Statista 的数据，2021 年 全球消费电子市场规模约为 1.11 万亿美元，其中涉及 3D 打印应用的 17.99 亿美元，渗透 率约为 0.1%，3D 打印的应用仍有一定的上升空间。目前 3D 打印在消费电子行业主要应用 集中在产品设计和开发环节，即原型制造与模具开发。在这方面，3D 打印的优势在于： ①3D 打印为消费电子产品设计提供更大的可行性，消费电子产品追求设计创新，产品外 观造型要求较高，使用传统技术制作往往会限制设计空间，3D 打印则可以满足设计师对 复杂结构和性能应用的要求，可以完成功能测试验证及最终制造。②3D 打印使得开发环 节更为经济高效，3D打印可以提供多种不同性能的材料，搭配不同3D打印工艺加工制作， 通过 3D 模型的快速成型技术，可以在极短的时间内呈现多样化产品细节，产品设计和建 模可以同步进行，缩短产品的开发周期，满足消费电子行业对产品的开发需求。③3D 打印可以实现原型/功能验证，通过生产出与成品相同材料制造出来的原型，进行产品的功能 测试。
3D 打印在深耕电子产品原型制造环节的同时，或将探及更多终端产品的设计乃至制造。 目前在终端产品环节，3D 打印仍然无法取代传统的制造模式，这主要是由于消费电子具 有标准化、大规模生产的特点，3D 打印技术在零件制造部分尚无法满足加工速度和经济 性的要求。但是未来随着 3D 打印能够复杂产品的优势释放（几何特征+多材料结合），3D 打印或能将智能感应器“植入”打印过程中，形成智能化产品，这将是 3D 打印渗透消费 电子终端产品制造的一条发展路径。以 Optomec 的 3D 电子打印机为例，利用其专有的气 溶胶喷射工艺，通过将这些 3D 结构直接喷印在天线、传感器、半导体芯片、医疗设备或 工业零部件等结构上，在一台设备上即可制造出功能性 3D 电子组件，这种直接的数字方 法优化了制造工艺，减少了生产步骤和材料用量，有望在经济性上与传统批量生产缩小差 距。 荣耀和 OPPO 等厂商在折叠屏铰链中对 3D 打印技术的应用，推动了 3D 打印技术在消费 电子领域的发展。3D 打印铰链有着许多的优点，首先是材料因素，钛合金的强度是普通 不锈钢的两倍，而其密度仅为钢的 60%，非常符合折叠屏手机对“轻量化+高强度”的需 求。其次，3D 打印能够制造传统工艺无法实现的异形结构，如中空翼板，这不仅优化了 铰链的力学性能，还能减少零件数量，降低组装复杂度。最后，成本下降也是一个关键因 素，钛合金粉末的价格已经降至 0.3-0.4 元/g，同时生产过程中的良率得到了显著提升， 这使得 3D 打印钛合金铰链的商业化变得更加可行。2023 年，荣耀 Magic V2 首次将钛合 金 3D 打印铰链技术引入折叠屏手机领域，通过轴盖部件的轻量化设计，推动机身闭合厚 度降至 9.9mm，成为当时最薄折叠旗舰。2025 年，OPPO Find N5 进一步突破，采用全球 最薄 0.15mm 钛合金 3D 打印铰链，实现机身厚度仅 8.93mm 的行业新纪录，成为可折叠 手机领域的新“最薄之王”。传统铰链制造工艺无法满足 Find N5 对薄度与精度的严格要 求，而 3D 打印钛合金技术能够以最小单位精确构建钛合金结构。除荣耀与 OPPO 外，多 个厂商也在加速布局钛合金 3D 打印技术。苹果在发布的第二代 Apple Watch Ultra 中，部 分钛金属机械部件采用了 3D 打印。三星和华为也正在测试钛合金铰链技术，预计将在 2025 至 2026 年间将其应用于产品。
2024 年 12 月，苹果公司发布了招聘“模型制作者-3D 打印专家”和“模型制作者-金属 3D 打印专家”的信息。 模型制作者-3D 打印专家：面向有一定经验的入门级 3D 打印专家，主要负责 3D 打 印模型的准备、打印、后处理以及 3D 打印设备的日常维护和故障排除。苹果对有 SLA （光固化立体印刷）和 SLS（选择性激光烧结）3D 打印经验的候选人更加青睐，并希 望应聘者有一定的 3D Sprint 和 NETfabb 编程经验。 模型制作者-金属 3D 打印专家：面向已经具备金属增材 3D 打印技术的专家，核心职 责是运用激光粉末床熔融（LPBF）和金属粘结剂喷射（MBJ）等技术，开发、优化并 扩展金属增材制造工艺。苹果希望候选人拥有至少 2 年的金属增材 3D 打印经验，并 且熟悉西门子 NX CAD、nTopology 等软件，以进行设计优化和拓扑优化。
航天航空长期为 3D打印市场的重点领域，2023年全球市场份额为 13.3%。根据QYResearch 的数据，2023 年全球航空航天 3D 打印市场销售额达到了 8.65 亿美元，预计到 2030 年将 达到 24.9 亿美元，年复合增长率(CAGR)为 16.6%。 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，主要应用于高强度、轻量化结构部 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。高 分子材料主要应用于耐冲击、耐热、阻燃性和抗老性要求的部件，常用 SLS 进行加工。目 前，增材制造的构件以安全性和可靠性已在国内外火箭、商用飞机、军机中有广泛应用， 如 GE 航空打印超 10 万个喷嘴头以及 Norsk Titanium 为波音公司提供经过 FAA 认证的科 技零件，这些应用既包括复杂结构也涉及大尺寸零件，未来增材制造航空航天零部件也将 持续往复杂化、批量化和整体化发展，满足空天零件对结构设计越来越精细微妙的要求。
增材制造行业在航空航天领域能较早实现落地，得益于其行业属性的适配性。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特点， 3D 打印技术具有如 下优点：①可以优化复杂零部件的结构，起到减重效果，显著降低飞机重量，提升燃油经 济性；②可以融合加工高熔点、高硬度的高温合金、钛合金等材料，强化零件的机械性能 和耐腐蚀性，适配航空航天对材料的严苛要求；③可以实现复杂结构件的制造，同时通过 3D 打印工艺实现单一零件中材料成分的实时连续变化，大幅提高航空航天业的设计创新能力；④航空航天对 3D 打印价格敏感度低，功能敏感性高，能够较好覆盖前期投入成本； ⑤航空航天的材料都很贵，采用 3D 打印方式节省的材料成本可以覆盖增加的制造成本。
3.3.3. 汽车：覆盖功能性零部件与整车制造，汽车领域成为 3D 打印新蓝海
汽车是 3D 打印第三大下游应用市场，主要覆盖汽车零部件&整车制造环节。根据 Wohlers 数据显示，2021 年的 3D 打印在汽车工业的应用市场规模占比 14.6%，为第三大市场。 目前 3D 打印汽车零部件主要应用于动力部件、汽车内饰、汽车后市场。目前已有传统厂 商使用 3D 打印生产汽车零部件，包括车身内饰、座椅、轮圈等，未来在新能源汽车领域 将有更多涉及动力系统、电子部件等对材料、形状有复杂要求的零部件，这给 3D 打印提 供切入的重要契机。根据 Precedence Research 的最新报告显示，2024 年全球汽车 3D 打 印市场规模预计为33.6 亿美元，将在2034 年突破256.1 亿美元，复合年增长率高达22.53%。 这种迅猛增长主要归因于对轻量化、个性化汽车零部件需求的激增，以及行业对可持续制 造技术的日益关注。 对于汽车零部件领域而言，3D 打印技术有着明显优势：①维修配件的灵活性：对于某汽 车部件需要及时更换，可以迅速利用 3D 打印机打印汽车零配件，有效解决尤其是进口设 备的维修问题；②满足日益增长的个性化定制：车主可以根据需求改变组件的颜色、尺寸 和光滑度；③缩短研发和生产周期：随着汽车零部件形状的日益复杂化，传统工艺的模具 制造周期长和耗费高，3D 打印可以满足模具生产中的复杂型腔和型芯，如汽车空调外壳 的生产，同时实现成本、工期的双重减少。
结构复杂+更新频繁使得 3D 打印有望渗透汽车工装市场大展身手。汽车工装为汽车整车 生产制造环节的辅助工具，如辅助后操舵室的组装、汽车门封条装配夹具等。一般而言新 车型的工装数量约为两千件，其中 80%为复杂的大型工装，同时跟随车型变化进行更改， 因此主机厂和零部件供应商需要在工装上年均耗资百亿人民币。结构复杂性+更新频繁性+ 生产维护成本高昂性使得 3D 打印的引入变得富有竞争力，以通用汽车为例，公司购买 17 台 Stratasys FDM 技术的打印设备以及碳纤维尼龙用于工装的生产，依托其工艺实现保护精密电子设备、降低传统金属工装的重量和制作时间、工序节约成本约 2 万美元。
3.3.4. 医疗：个性化为 3D 打印切入医疗行业的重要契机，牙科渗透率领先
“个性化”为 3D 打印技术与医疗行业搭建了深度绑定的桥梁。2023 年，全球医疗 3D 打 印市场规模约为 32.6 亿美元。基于人体存在个体差异而传统制造医疗器械多为标准样式或 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，按照类型可 以分为医疗模具、外科/口腔植入物、人体组织器官等医疗器械。据前瞻产业研究院初步估 算，2024 年全球医疗器械产业市场规模将达到 6176 亿美元，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较大空间。 牙科 3D 打印的热度正在飞速上升。根据 GLOBE NEWSWIRE 数据，全球牙科 3D 打印设备 市场预计将从 2024 年的 105 亿美元增长至 2033 年的 501 亿美元，在 2025-2033 年的预 测期内，复合年增长率为 19.0%。牙科 3D 打印的热度正在飞速上升，这主要得益于口腔 3D 打印颠覆了临床制取印模、翻制石膏模型等传统操作流程，既可以通过 3D 打印设备与 CBCT 等影像设备、扫描设备、设计软件之间无缝集成，也可以在矫正器、种植牙、可摘 义齿和牙科模型上定制化地介入制作。相比起传统形式，3D 打印技术能够凭借个性化定 制、快速制作以及降低成本的优势，嵌入口腔市场的持续繁荣当中，同时该应用领域也将 推动 3D 打印探索新的专用打印材料和技艺以加快切入齿科市场，加快与数字化影像地融 合以实现齿科数字化闭环。
3.3.5. 机器人：3D 打印市场规模迅速扩大，机器人零部件制造发挥重要作用
3D 打印的优势与机器人制造的需求相契合。①原型快速制作。工程师和研究人员能够迅 速地将设计的机器人部件从数字模型转化为实体物件，并立即进行性能测试。根据测试结 果，他们能够实时调整和优化设计，这不仅大幅加快了开发流程，还显著降低了研发成本。 ②复杂结构打印。3D 打印技术可以生产具有内部结构的部件，这些部件可以一步完成， 而无需额外成本。③轻量化设计。人形机器人的体重需要严格把控，若体重过重，则会加 重伺服电机的扭矩负担，难以满足驱动机器人行动的要求。通过 3D 打印技术制造的蜂窝 状结构，实现了材料的轻量化。例如，可以将拓扑晶格设计和多尺度结构集成到组件中以 减轻重量，从而提高机器人的机动性并降低能耗。
3D 打印使柔性机器人成为现实。3D 打印技术以前仅限于快速固化塑料，但新研究下也可 用于慢速固化塑料。瑞士苏黎世联邦理工学院和一家美国初创公司的研究人员使用最新激 光扫描技术，首次成功打印出一只机械手，其中包含由不同聚合物制成的骨骼、韧带和肌 腱。这项新技术使一次性 3D 打印具有弹性的特种塑料成为可能，为柔性机器人结构的生 产开辟了全新路径。
零部件和设备的现场打印+量身定制助力能源行业将成为 3D打印下一个重点应用的行业。 2021 年 3D 打印在能源领域的市场规模占比为 7%，正在处于技术渗透的初期，根据 Proto Labs 的调查发现，83%的油气公司正在考虑使用 3D 打印的按需制造业务支持其运营，世 界经济论坛预估 3D 打印技术将凭借其现场作业+按需生产为油气行业节省近 300 亿美元 的成本。目前，由能源巨头如壳牌、英国石油公司、通用等牵头尝试进行跨界融合，壳牌使用 3D 打印成功为墨西哥湾的 Stones 油气钻探站制作了浮标原型，将传统制造的数月工 期缩短至一个月；BP 在石油开采现场使用 3D 打印技术，在现场快速交付零件；GE 可再 生能源公司在其风电场现场打印风力涡轮机塔的底部，能够大大降低运输成本；此外 3D 打印厂商也在积极拓展能源的垂直领域应用，如 Orthogonal 在苏格兰阿伯丁设立办事处， 以便与在北海作业的油气公司开展 3D 打印合作，帮助其减少关键部件破损导致的停工时 间和碳足迹；Victrex 与油气商 Magma Global 合作打印出 Peek 管道用于数千米深海底的 石油运输，有助于减少海底石油和天然气系统的生产成本。
整体来看，3D 打印能够为能源领域提供快速原型制造服务以及关键零件/设备的现场作业 服务，优势在于①零件交付时间短，能够避免长时间且成本高昂的停产，以确保能源供应 的稳定与降低运营成本，同时该行业的工厂往往位于偏远地区，现场部署 3D 打印机能够 有效减少供应链的整体碳足迹，削减运输成本；②制造更高效、性能更高的复杂零件，3D 打印可用于制造使用传统加工技术无法制造的复杂零件，帮助能源设备获得更好的性能。 未来 3D 打印将在能源高效利用上发力。尽管 3D 打印技术潜力巨大，但由于能源行业特 殊性，仍面临不少挑战，如油气行业所需设备或组件尺寸较大，油气生产环境中的高压条 件，对 3D 打印设备和现场机械零配件硬度和强度要求都比较高，对打印成品的精确度和 可靠性有较高的要求。3D 打印在能源领域的应用呈现上升发展趋势，未来有望继续扩大 在能源领域的应用范围，如助力清洁高效能源的发展，目前国外有相关实验室在进行研究， 如利用 3D 打印结构复杂性，使得发电机械设备的燃油喷嘴内能够形成迷宫一般复杂的流 道将燃油与空气高效混合，解放传统工艺对结构的限制，进一步提高零件的性能以及发电 的效率。
3D 打印技术的引入，将传统建筑业带入一个全新领域。3D 打印建筑技术最早是由美国学 者 Joseph Pegna 提出，按照预先设计的建筑模型和程序，用特制的打印“油墨”—建筑材 料—通过机器设备智能“打印”出来并逐层累加，从而达到建筑建设标准且具有实用功能 的建筑的技术。根据 Global Market Insights 的数据，全球 3D 打印建筑市场预计从 2023 年的 15 亿美元增长至 2032 年的 1039 亿美元，复合年增长率高达 59.6%。从建筑设计方式 来看，3D 打印可以分为装配式打印和整体式打印。与传统建筑工艺相比，3D 打印技术能 够满足复杂的多样化建筑外形，充分释放建筑家对外观与室内装饰的想象空间；同时 3D 打印能够降低建筑垃圾对城市的环境污染，通过回收建筑废料以及开发“油墨”研发，提 高建筑材料的利用率；最后 3D 打印具有施工周期短、施工安全、节约劳动力等明显优势。
未来 3D打印建筑将通过硬件+软件结合提高普及率。目前3D打印建筑在技术上仍有欠缺， 主要体现在 3D 打印建筑的整体性和抗震性，未来仍需要通过创新结构设计和新型材料的 研发方向拓展。同时，探索由若干个小机器人打印机在三维模型中协调执行复杂、庞大建 筑的打印任务，也是未来重点发展方向之一，这对提高打印精度有着强力的推动作用。在 技术的突破上推动行业评价体系和建筑规范标准的建立，有助于 3D 打印建筑的市场化进 一步落地。
在 3D 打印产业链中，上游为 3D 打印设备所需的零部件以及打印过程中所使用的原材料， 中游为各技术类型的 3D 打印设备，是竞争最为激烈的环节，下游为 3D 打印的广泛行业运 用，其中在工业制造、航空航天、汽车、建筑、医疗健康等领域最为广泛。
行业上游主要包括 3D 打印原材料、核心硬件以及软件。首先，3D 打印原材料是 3D 打印 材料技术重要的物质基础，它的性能很大程度上决定了成形零件的综合性能，种类可以分 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。其次，3D 打印所使用的 核心硬件包括振镜和激光器等，目前主要由国外厂商供应，国产振镜和激光器正在不断完 善性能，有望实现部分进口替代。最后，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，一般由第三方软件服务商供应，存在软硬件发展匹配欠缺的问题。
增材制造材料市场保持增长态势，所需的材料多样。在 2023 年，用于增材制造行业的原材料市场规模达到 36.47 亿美元，同比增长 11.87%，2016-2023 年全球增材制造原材料市 场规模年复合增长率为 22.07%。从原材料占比的情况来看，聚合物粉材、光敏树脂、聚合 物丝材和金属材料为主要原材料，分别占比 37.8%、20.0%、20.5%和 19.7%。 我国 2021 年的增材制造原材料市场规模为 64.4 亿元，同比增长 31.37%，2017-2021 增材 制造原材料市场年复合增长率为 24.4%。其中，钛合金、PLA 和尼龙是我国占比最高的使用 材料，分别占比 20.2%、15.2%和 14.1%。金属原材料市场规模同步增加，占比维持在 40%， 这主要系我国下游工业级 3D 打印对金属增材制造的需求持续保持旺盛增长趋势，未来金 属材料的使用比例有望持续扩大。
3D 打印材料市场格局分散，金属材料参与者主要为国外厂商。3D 打印材料是 3D 打印得 以实现的核心，细分类别广泛，吸引国内外材料供应商深耕特定材料市场，除专供材料的 厂商外，不乏如 3D Systems、铂力特等 3D 打印设备厂商也布局材料市场。形成国内外厂 商百花齐放的市场竞争格局。国际供应商包括 AP&C、德国 EOS、瑞典赫格纳斯、瑞典山 特维克、索尔维 Solvay 等，国内的厂商也正奋起直追，如中航迈特、威拉里。当前国内使 用的金属材料多为国外进口，主要供应商包括加拿大粉末制造商泰克纳、美国 Praxair Surface Technologies（高温合金金属粉末）、EOS 等。我国仍然存在专用材料市场上金属 粉末材料仍然处于材料种类偏少、品质较低、专用化程度不高、供给不足的弊端，与国外 水平仍存在差异，在金属粉末质量、一致性、波动性、粒径上仍有进步空间，导致金属 3D 打印专用材料目前仍依赖海外进口。非金属 3D 打印设备既包括工业级，也包括消费级/桌 面级，通常价值量低、设备及服务销售毛利率低于金属设备，但出货量和公司整体营收较 高，代表企业有美国的 Stratasys、美国的 3D Systems（消费级/桌面级）、比利时的 Materialise、 中国的创想三维（消费级/桌面级）等。
打印材料作为 3D 打印成型产品质量的核心，未来持续多元化发展。目前，全球增材制造 专用材料已达几百种，Stratasys，3D Systems，EOS，惠普等行业领军企业以及巴斯夫、 杜邦等材料企业纷纷布局专用材料领域，研发生产出新型高分子复合材料、高性能合金材 料、生物活性材料、陶瓷材料等专用材料，这是由于材料是激发增材制造技术潜能的关键 因素，是实现增材制造设计复杂性的基石。
4.1.2. 核心零部件：激光器+振镜成本成本占比~30%，国产替代空间大
3D 打印设备的核心硬件依赖进口。3D 打印设备中的激光器、振镜为通用型硬件产品，具 有专属技术与广泛市场领域，通常为第三方专业供应商生产。 从激光器来看，3D 打印设备上所配置的激光器主要为 3D 打印过程中提供热源。根据华曙 高科提供的公开数据推测，19/20/21 年采购的进口激光器占激光器采购总额比例分别为 82.88%、88.01%和 86.08%，这取决于设备配置的激光器个数与采购价格波动。中国的光纤 激光器市场最早是美国 IPG 和英国SPI联合垄断的市场，在2003 美国 IPG 公司进入中国后， 其与英国的 SPI 公司把控了国内 90%以上的光纤激光器市场。直到 2008 与 2013 年，武汉 科锐与深圳杰普特陆续推出了国产光纤激光器才打破了垄断的局面。截至到 2023 年，锐 科激光在国内光纤激光器行业的市占率已经达到了 27%，已经实现对 IPG 光子的超越1。
振镜为 3D 打印设备中另一核心元件，主要是用于控制激光按照规划的路径与工艺参数进 行扫描。19/20/21 年 3D 打印机中的振镜成本占比约为 14.25%/13.57%/14.99%，当前我国高 端振镜的国产率仅为 15%，市场主要由 Scanlab、Scaps 等国际厂商占领2，这主要是由于当 前国内企业在 3D 振镜联动加工、激光熔覆等技术方面仍与国际先进水平存在一定差距。 金橙子、八思量等国内企业正在积极突破振镜的技术瓶颈，金橙子推出的 INVINSCAN3D 振镜能够在技术性能上基本达到 Scanlab 相关产品的水平，随着后期在产品系列、市场资 源上的扩大投入，有望逐步打破海外厂商在 3D 打印设备振镜领域的垄断。
3D 打印软件作为必备工序，紧跟 3D 打印潮流得以发展。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，包括计算机辅助设计软件（CAD），辅以计算机辅助工 程方针 CAE、计算机辅助制造处理 CAM，制造工作流程&安全软件等（MES/ERP/PLM 等）， 为成品的精细化保驾护航。根据 Smartech 的数据，全球 3D 打印软件市场规模将从 2022 年的 12 亿美元攀升至 2031 年的 62 亿美元。
在行业竞争格局上，若干关键技术由海外厂商长期垄断： 1） CAD：电脑辅助设计（CAD）是指运用电脑软件制作并模拟实物设计，展现新开发商 品的外型、结构、彩色、质感等特色的过程。随着技术的不断发展电脑辅助设计不仅 仅适用于工业，还被广泛运用于平面印刷出版等诸多领域。它同时涉及到软件和专用 的硬件。全球 CAD 市场规模的 60%由四巨头，法国达索系统公司、美国 Autodesk、德 国西门子公司和美国参数技术公司四家占领。 2） CAE：CAE 指工程设计中的计算机辅助工程，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产 品的结构力学性能，以及优化结构性能等，把工程（生产）的各个环节有机地组织起 来，其关键就是将有关的信息集成，使其产生并存在于工程（产品）的整个生命周期。 而 CAE 软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、非线性问题；分析结构（固体）、 流体、电磁等。目前我国 CAE 市场仍由国外厂商占主导地位。根据 IDC 数据，Ansys、 西门子和达索系统在 2022 年中国 CAE 软件市场排名前三，市场份额分别为 16.81%、 14.68%、7.88%，其他典型服务商包括澳汰尔、上海索辰、云道智造、中船奥蓝托、英 特仿真、前沿动力、安怀信、天洑、霍莱沃、云庐科技、中望软件等，也有不俗的市 场表现。
3D 打印软件朝着功能集成化、一体化的方向发展。在不断提升核心 CAD 软件技术性能的 同时，一方面开发更多集 CAD、CAE、CAM 等辅助软件于一体的综合软件，另一方面将持 续将打印准备软件集成到 3D 打印软件链的其他区域中，整合从设计到生产的工作流程中 所涉及的各种功能。
4.2. 中游：3D 打印产业的核心桥梁，设备先行，服务打开远期增量市场
3D 打印行业中游是产业链的重要桥梁，以产品技术迭代响应下游反馈与传递上游需求。 3D 打印行业中游包括 3D 打印设备及设备技术服务，3D 设备厂商、3D 打印服务提供商是 主要参与者。作为产业链的核心主体，设备厂商自主研发和销售+代理销售 3D 打印设备， 打印服务提供商涵盖业务较广，其中包含快速原型制造和 3D 打印制造工厂等增材制造服 务，还有零件设计服务、流程优化服务、数字化软件定制服务等。 3D 打印设备与服务市场是行业的重心，是行业产业链营收的主要来源。从市场规模上看， 全球 3D 打印设备的市场规模在 2023 年达到 76.3 亿美元，同比增长 4.66%；中国 3D 打印 设备的市场规模在 2023 年为 201.85 亿元，同比增长 34.43%，势头更为迅猛。2023 年全球 3D 打印服务的市场规模为 124 亿美元，同比增长为 15.56%，2023 年我国 3D 打印服务的 市场规模为 77.07 亿元，同比-12.86%，我国 3D 打印服务市场仍然具有较大发展潜力。从 应用结构来看，全球 3D 打印市场服务类占比较高，2023 年全球 3D 打印服务类市场比例 为 61.91%，国内 3D 打印设备类占比较高，2023 年中国 3D 打印设备类市场比例为 72.37%。
1） SLA 设备：SLA 设备使用光敏树脂和紫外激光来构建零部件，激光束在液态树脂表面 构建图形并将其粘结到下面的图层上。构建完成后打印的部件使用溶液进行清洗以去 除残留湿树脂，然后将其放在 UV 干燥炉中完成固化流程。
非金属光固化反应技术迭代路径：SLA➡DLP➡LCD： ①SLA：采用激光固化树脂，对于打印尺寸限制很少，但是打印速度、精度和细节， 不如 DLP 和 LCD 好，通常适合尺寸比较大、大规模生产的场景，核心零部件为激光光 源和振镜； ②DLP：利用 UV 投影器将产品截面图形投影到液体光敏树脂表面，使被照射的树脂逐 层感光固化，相比于 SLA 采用点曝光的方式，DLP 采用面曝光的方式，可以提高打印 速度，同时在精度和表面质量上也会优于 SLA，DLP 方式核心零部件是 DMD（被美国 TI 德州仪器垄断）； ③LCD：使用 LCD 液晶的偏转产生图像，精度和表面质量优于 DLP，但是受制于功率 打印速度较慢。
2） SLS 设备：SLS 采用逐层构建构造零件的方式，通过激光束融合扫描固定的形状。具体 工作流程是：1）打印：将 3D 打印材料平铺在成一个薄层，将粉末预热，激光扫描 3D 模型的一个横截面，将粉末加热到材料的熔点从而使得粉末颗粒机械得以融合在一起， 完成一层的扫描后将平台下降一层的高度（50~200um）继续重复横截面的扫描直至 零件的完成；2）冷却：3D 打印完成后，零件需要在打印机内部稍微冷却然后在打印 机外部冷却从而确保零件有最佳的机械性能并且避免变形；3）后处理：去除零件分离 清除多余的粉末。
3） FDM 设备：FDM 设备是将熔化的丝材逐层沉积在构建平台上制备 3D 零件。具体工作 流程是将一卷热塑性长丝材料装入打印机，一旦喷嘴达到设定温度打印机就会通过挤 出头和喷嘴将细丝送入，挤压头连接到一个三轴系统（允许 XYZ 三个方向移动），打 印机将熔化的材料挤成细丝沿着设计确定的路线逐层沉积，一旦沉积材料会冷却固化， 当打印机完成一层时，构建平台下降继续循环进行新一层的打印直至整个零件的完成。
4） MJF 设备：HP MJF 3D 打印机采用逐层构造零件的方式。打印机有两个垂直方向的 打印头，一个用于涂覆 3D 打印材料，一个用于印刷功能剂并且熔合打印区域。具体 工作流程是 1）在工作区域涂覆上 3D 打印材料薄层；2）施加能量控制 3D 打印材料 薄层的温度；3）选择性地打印熔合剂，将颗粒融合在一起；4）选择性地打印细节剂， 从而调节边缘细节处的融合作用；5）对 3D 打印材料薄层施加能量将选择的区域进行 融合。惠普展示了 3 分钟以内不同原理制作齿轮的时间，相同时间内生产的齿轮个数 分别为：FDM（30 个）、激光烧结（70 个）、MJF（1000 个），相比于激光烧结技 术（SLS）和 FDM 技术，惠普的 MJF 技术在打印速度方面优势明显。
按照用途划分，3D 打印设备可以分为工业级 3D 打印和消费级 3D 打印设备（桌面 3D 打 印机器）。
② 价：根据 wohlers 2022 年报告，2021 年全球工业级 3D 打印设备/系统均价为 93404 美元，与 20 年基本持平。从历史价格趋势来看，工业级 3D 打印设备价格经历先下降 后上升的趋势。2001-2010 年价格呈现下滑趋势，2010 年之后平均售价开始反弹，主 要是由于用于高端制造的金属 3D 打印设备占比提升（工业级金属打印设备售价明显 高于非金属 3D 打印）+售价低的工业级 3D 打印设备被消费级 3D 打印设备替代。
③ 竞争格局：全球 3D 打印机设备竞争激烈，老牌厂商 Stratasys、3D Systems 等巨头凭 借早期的专利优势和技术积累，拥有较高的市场份额和客户认知度，同时仍有不少新 进入者在迅速崛起。国内设备厂商逐步从代理走向自产，通过技术提升与客户积累， 联泰科技、华曙高科、铂力特等国产厂商在国内市场份额相对靠前。
2） 桌面 3D 打印机：受益于起源于英国巴斯大学的 Reprap3D 行动，硬件软件开源属性 带动了桌面 3D 打印机（消费级 3D 打印机）的流行。根据 KBV Research 数据，2022 年全球消费级 3D 打印机市场规模达到 25.03 亿美元，到 2028 年预计达 71 亿美元， 年复合增长率 19.2%。
2024 年我国 3D 打印进出口总值达 98.24 亿元，创下年度历史新高，同比增长 30.31%，继 续保持强劲的市场竞争力。其中，出口总值为 93.71 亿元，增长了 35.40%；进口总值为 4.53 亿元，下降 26.70%。海关数据显示，2024 年中国 3D 打印设备的出口总金额为 81.63 亿元， 同比增长 32.75%；总出口数量达到 377.77 万台，同比增长 7.88%。同时，设备进口总金额 为 2.88 亿元，同比下降 37.80%；进口设备总数量为 4600 台，同比下降 28.76%。此外，3D 打印零件的出口总额为 12.08 亿元，同比增长 56.48%；进口总额为 1.65 亿元，同比增长 6.45%。
从进出口产品结构来看： 出口产品结构：2024 年，“使用塑料或橡胶材料的增材制造设备”的出口金额最大， 达到 76.03 亿元，占总出口额的 81.13%。出口第二多的设备是“使用金属材料的增材 制造设备”，其总出口额为 3.71 亿元；出口数量为 6449 台，低于 2023 年的 9648 台。 这一趋势也与 CONTEXT 的报告相吻合，显示工业级 3D 打印机在 2024 年处于低迷状 态。 进口产品结构：2024 年“用塑料或橡胶材料的增材制造设备”进口金额为 1.67 亿元， 占总进口额的 36.87%，进口机器数量为 4425 台。而“用金属材料的增材制造设备”的进口总额为 0.72 亿元，进口机器数量为 36 台。
3D 打印服务长期以来是行业增长的主要驱动力。目前全球主要 3D 打印服务可以根据业务 内容分为：原型设计服务提供商、3D 打印批量生产厂商、3D 打印硬件服务商、3D 打印服 务网络提供商等。从市场格局来看，全球 3D 打印服务市场较为成熟与多元，2023 年独立 提供 3D 打印服务的提供商收入占比为 73.4%（即不包括综合服务商，综合服务商为包含 2 个以上业务的厂商）。从竞争格局来看，2021 年全球 3D 打印服务收入前三的企业分别是 美国的 Stratasys、比利时的 Materialise、美国的 Quickparts 等，其中 Stratasys 的服务收入 达到 1.89 亿美元。
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