增材制造發展復盤： 從早期階段用于科研教育的少量模板制造，到成長階段在消費級家用打印機中用于少量產品的生產，再到快速發展階段兩航等領域年產千件、萬件級別的產品推出，增材制造走過了一條從陌生到認知，從幼稚到成熟的批量化、產業化之路；

實現年產幾萬到上百萬件的跨越： 盡管增材制造在各行業開花結果，但觀察具體應用，因此將其分為三類，修復性需求、個性化需求以及小批量需求，而從年產萬件的小批量需求走向年產上百萬甚至上千萬件的大批量需求，則需要具備三個重要的要素，即低成本、高效率和一致性；

(資料圖)

三大要素缺一不可： 要實現以上三大要求，需要在設備、工藝和材料方面有所改進——降本方面，降低設備和粉末價格、提高打印效率、產能利用率以及良率提升均有較好的效果；提高效率方面，流水線作業、提高光源數量以及增加打印層厚對效率有較大幅度的提升；一致性方面，從粉末到設備到打印服務的標準體系建立以及工廠無人化將有效解決產品大規模生產一致性問題。

從單件仿制修復到百件樣品試制，從萬件小批量供應到百萬件穩定一致產品交付，增材制造在突破自身工藝瓶頸的同時也在不斷擴大自身潛在替代空間，隨著在民用市場批量應用的出現，行業天花板將進一步打開。

一、批產之路

縱觀產業發展，我們可以發現，一項新技術的出現往往伴隨著幾個階段：

一、 萌芽期

新技術在萌芽期往往表現出與傳統技術完全不同的特殊性，但同樣，相較于傳統技術存在較多的問題，如穩定性、成本、安全性等等，因此該階段的主要參與者是各大高校的實驗室、巨頭企業的研究院以及國家政府部門的研究所等。由于試驗階段的技術不計成本，因此該階段是新技術誕生的沃土。

二、 成長期

不是所有新技術都能迎來茁壯的成長，也許只有少數獲得了行業巨頭的關注，帶來了需求。巨量的資金投入到該領域，一方面是為了加速新技術的迭代，更重要的原因是為了使得新技術獲得產業化。能夠產業化的技術才有實際的商業價值，而大部分的技術都在產業化落地層面出現了問題而半途夭折。由于歐美國家在創新層面有較大優勢，因此該階段一般是海外引進的技術，由國內企業孵化落地，產業鏈國產化率較低。

三、 低谷期

發展是曲折的，在走向產業化的道路上，新技術一般會面臨短期過熱的局面，人們對于新技術的期望過高導致大量的資金和人力投入，而產出相對較低。隨后，新技術在發展早期相對不成熟、應用偏窄等問題逐步浮現，帶動產業出清。在出清過程中，昂貴的進口設備和材料成為了降本的阻礙，因此國內企業開始嘗試國產化，國產化率穩步提升。盡管行業面臨需求下降、供給出清等不利因素，但同時也積蓄了力量，順利度過寒冬期的企業在成本控制、客戶渠道以及技術實力上具有較大優勢，因此在行業復蘇階段將率先受益。

四、 發展期

行業經歷了寒冬期的迷茫后，終于在部分領域找到了合適的應用，該階段的企業迎來了快速發展。在此階段，下游需求高速增長，全產業鏈產能快速擴張、資本開支高增之下，相關公司業績陸續兌現，一二級投融資活動開始活躍。同時，國產化率進一步提高，帶動產業鏈相關企業技術快速發展。

五、 成熟期

成熟期階段基本的行業及公司競爭格局已經確定，技術路線成熟，因此存量玩家傾向于通過建立較高的護城河以及打壓行業整體利潤的方式將新進入者擋在門外。同時由于行業高速增長階段已經過去，行業內公司的毛利率回歸到一個正常階段，靜待下一輪技術迭代的出現。

我們認為增材制造行業大致也經歷過上述階段，同時在產業規模不斷擴容、國產化率提升以及技術成熟成本降低的過程中， 增材制造可以直接生產的產品規模也從一開始修復性、定制化的幾件或者幾百家逐步發展為小規模、批產化的上千甚至上萬件：

早期3D打印價格較高，但具有無模具的優勢，需求主要集中在單件定制、修復零部件等領域，該領域的需求呈現出低頻、少量的特點，因此市場空間較小、技術成熟度較低、尚未實現規模生產。在我國該階段的企業管理者多為高校教授、海外歸國華人等一批具有前瞻性創業者；

隨著技術的發展，3D打印逐漸呈現成其高復雜性、輕量化等特點，并在設計人員中逐步得到認知，3D打印使得工藝可實現性不再是限制設計人員創新能力的枷鎖，隨著設計單位對部件結構的再設計和性能優化，增材制造成為了某些武器裝備性能提高的必選項。由于武器裝備采購數量在數千件到上萬級別，而此時的增材制造技術經過多年發展，實現了兼顧效率和成本，因此在航空航天領域，增材制造實現了快速的增長；

從定制化、修復性的需求到小規模、批產化的需求，增材制造行業在供給側和需求側均實現了突破。 供給側層面，產業鏈從粉末到設備到服務的全流程完善，參與者從海外巨頭過渡到國產廠家，核心零部件國產化替代加速以及激光頭數量從單光到多光倍增—— 多方優化之下，3D打印供給方滿足了規模生產的技術、效率和成本條件； 而需求側層面，下游客戶設計端對于增材制造技術的接受度逐步提高，武器裝備輕量化、高性能的要求帶來了對于類似增材制造等新工藝的需求增長，同時航空航天領域需求的爆發也為增材制造的高速增長奠定了基礎—— 3D打印需求方做好了對接產業變革的準備。 自此，3D打印走過了一條認知度逐步提升、技術逐步成熟的批產之路。

1.1按照生產規模分類

以往人們在對增材制造進行分類時往往按照技術路線、應用領域等進行分類，而尚未從生產規模的角度進行分類，主要原因是在此之前尚未形成規模化的批產應用，主要是單件修復或者是模具，而 航空航天領域需求的爆發證明了增材制造不再是單純的修復抑或是定制化需求的小眾行業，而是真正能實現規模化生產的行業；

隨著技術進步、效率提高以及成本降低，解決了產品一致性問題的增材制造技術將逐步從數萬件的量產規模向數百萬件量產規模的產品邁進。 盡管當前節點來看，在齒科領域已經有年產千萬級的應用，但尚未形成推廣效應，分析原因主要是由于兩點，1）齒科產品較小，產品一致性要求不高，打印設備主要是小型設備，且集中度較低，因此星星之火未能燎原；2）齒科的應用主要思路是使用3D打印替換了原先的工藝，并未從設計端真正改變行業。因此要真正意義上在制造業中出現成規模的百萬件級別的應用，必須在設計端、制造環節以及終端應用形態上真正獨立于傳統工藝。

1.2三大要求鑄就核心競爭力

由于年產百萬甚至千萬件級別的應用大多為民用領域，因此對應用的后端檢測并不會像航空航天那樣要求每件產品都需要檢測，往往通過抽樣等方式完成。 而涉及到民用年產百萬件級別的應用，主要有三大要求，即低成本、高效率和一致性 ——其中低成本主要指相對于傳統工藝，3D打印的設計、加工以及后端熱處理和檢測的成本要持平甚至低于傳統制造，當然部分領域也可以是通過再設計等方式實現全生命周期的平價；而高效率指的是3D打印需要具備大規模生產所必須的產能，因此對于設備集群化作業要求較高；最后，一致性指的是打印多個零部件最終成型的誤差較小，這就要求設備打印精度和穩定性較高。民用領域的諸多要求使得3D打印在推廣過程中必須解決上述問題才得以實現從萬件到百萬件的跨越。而龍頭企業憑借自身在長期實踐中的數據庫和經驗積累，更容易解決上述問題，因此將在民用領域鑄就核心競爭力。

二、實現大批量生產的可能路徑

根據我們前期對于行業的理解以及產業鏈調研的情況，將就降低成本、提高效率以及產品一致性解決三個方面來談一談可能的實現路徑。

2.1降低成本

成本是制造業的核心，根據我們此前在增材制造深度報告中的成本拆解可知， 制造費用、粉末成本和人工成本是構成增材制造成本的主要內容，由此我們將從這三個角度探討如何降低成本：

制造費用報價通常是以單位機時費用和打印時間決定。 單位機時費用取決于設備的成本和折舊年限——1）隨著設備中核心零部件的批量化生產和國產化趨勢，設備價格較早年間歐美企業壟斷時期已經降低較多；2）為滿足同一結構大批量生產的需求，專用的亞結構打印設備將出現，從而有效的壓縮設備成本；3）折舊和維護相關成本隨著設備穩定性提升有所下降，未來有望保持平穩。打印時間方面，打印效率和打印工作量與之有關，打印效率此處不詳述，而打印工作量本質上是打印工件的粉末用量以及其復雜度雙重決定的，拓撲優化在去除多余的結構的同時也增加了復雜度，但最終經過拓撲優化后的模型的平均打印時間有所下降；

粉末成本是決定原材料的重要部分，其主要取決于單位粉末的價格和總體用量。 單位粉末價格方面，是否能夠大批量生產、出粉率以及制粉設備的成本是關鍵——1）由于目前粉末年產量較少、出粉率仍有提升空間，因此成本上有潛在優化的空間；2）而制粉設備的折舊將隨著國產率提升、大規模制粉設備的出現，呈現下降的趨勢。總體用量方面，經過優化后粉末用量有所降低，同時支撐結構、良品率的情況也會影響到總體粉末用量，因此是未來重點優化的對象。近期行業內已經出現30度以下無支撐打印的案例，從而大大降低了粉末消耗；

人工成本也是在打印過程中不可避免的因素。 通過智能化、數字化可以有效的提升無人化管理能力，同時過程中的實時在線監測也可以很好的在降低不良率的同時減少人員成本。行業內的頭部公司均提出了自己的無人化工廠解決方案，隨著客戶設備集群的出現，黑燈工廠方案將擁有落地的可能。

總而言之，打印的成本項與諸多因素有關，分拆下來有多個因素與成本中各項目均有關系，如良品率與制造成本、材料成本及人工成本均有較強相關性，而這也成為了不同打印服務廠商競爭力高低的重要指標。

2.2 提高效率

效率是制造業繼成本之下第二重要的因素。效率的提升對3D打印行業尤其重要，此外，由于增材制造行業制造單位多為單個設備，規模效應不那么顯著，因此下游客戶對于產能要求較高，通過提升效率可以有效的降低成本的同時滿足客戶產能的需求。目前影響打印時長的主要是鋪粉時間和送粉時間。

鋪粉時間的縮短主要依靠鋪粉策略以及流水線作業。 目前產業內已經完成了雙向鋪粉技術的普及，但是具有自主定制軟件能力的公司已經開始研究變速鋪粉的策略，通過變速鋪粉可根據零件輪廓智能調節鋪粉速度，從而達到鋪粉速度和鋪粉質量的平衡。此外流水線作業是近年來行業內提出的新型打印方式，將打印、鋪粉等環節分離，采用多工位加工的方式，從而實現設備的連續生產。

送粉時間事實上是粉末的沉積效率問題，提高光源數量、打印層厚等是行業主要的解決思路。

光源數量層面 ，增材制造行業自2017年開發出多激光打印策略后，每增加一個激光頭設備的打印效率就增加了20-50%，這也帶來了自2017年至今行業內以“大”為強的軍備競賽—— 以鉑力特為例，理論沉積速度由S210的最高15cm3/h提升至S1000的最高300cm3/h，效率提升20倍 。但隨著激光頭數量的增多，行業內發現光源干涉、風場控制、接縫搭接等問題帶來了設備和打印成本的陡增，同時超大設備、10激光頭以上的效率邊際提升正快速收斂。因此在民用領域，行業不約而同的將目光投向了“400-500尺寸”（此處指400mm*400mm*400mm——500mm*500mm*500mm腔體尺寸）的中型設備，憑借出色的成本和效率平衡，我們預計該型號設備將成為行業內的熱銷機型；

此外，行業內也出現了一些面激光打印等新型打印方式，面激光打印又稱區域打印技術，傳統的激光選區熔化技術使用的是點光源，而區域打印技術則是將光源以脈沖光束（約數百萬個點光源）的形式投射到工作平面，從而實現粉末的快速燒結。 相較于傳統的方式，打印速度大幅提升，能夠在實現快速打印的同時保持較高的分辨率。 當然，由于搭接過程非連續，因此容易產生誤差，該項技術尚未實現產業化。相信在技術得到突破后，打印效率將迎來質的飛躍；

打印層厚方面 ，目前行業內頭部玩家已經開始研究超大層厚打印。盡管加大層厚會一定程度上降低打印零部件的精度，同時對激光功率要求較高，但通過對高功率激光器高精度控制以及粉末飛濺問題的解決，在部分民用領域已經將單層打印厚度從50μm提升至140μm，提升幅度較高。在提升層厚的同時，也對設備的控制精度、高功率激光器穩定性等方面提出了要求。 隨著層厚提升，鋪粉和送粉時間均得到了有效的減少。

2.3

一致性解決

一致性問題是3D打印技術走向增材“制造”的核心，早期的3D打印技術優勢在于快速原型設計，這也意味著需求往往來自于一次性生產，而非真正的“批量制造”。在邁向產業化的過程中，客戶無法接受低良品率、一致性差以及高昂的成本，因此產業經歷了漫長且痛苦的工業化，終于實現了從工藝品邁向小批量工業品，在兩航領域得到了應用。在兩航領域，每一件打印的產品都需要搭配試棒，用于檢測產品在打印過程中的性能，而往往檢測成本接近于制造的成本。但民用領域無法接受高昂的檢測成本，通常采用抽樣檢測的方式來確保產品的合格率， 因此要從小批量的工業品邁向大批量的工業品甚至大宗商品，一致性的解決成為了核心 ：

1) 一致性首先體現在材料標準體系的建立 。由于目前增材制造行業尚未形成標準的材料體系，往往第三方粉末無法通用，且各自有牌號等相關專利，這使得粉末的互換性較差，目前的打印服務企業大多采用自產或者專利授權加工等方式獲得粉末，但仍存在原材料一致性較低的問題，未來隨著粉末標準的統一以及粉末企業的整合并購，粉末一致性問題將得到逐步的解決；

2) 一致性同時要求設備本身足夠優秀 。打印設備是生產的基本單位，對于產品產出的一致性影響較大，頭部企業在設備的穩定性、打印精度及搭接誤差方面有較深理解，同時通過不斷迭代優化形成了know-how的工藝路線，從而滿足了客戶對于設備穩定性、一致性的要求；

3) 其次，一致性要求打印服務企業對打印過程有自己的理解 。打印服務涉及到建模、切片、打印和后處理，具有豐富打印經驗的企業在拓撲優化、支撐設計、切片方法、過程監測以及后處理等方面有自己獨特的數據庫經驗和工藝參數理解。要解決打印成品的一致性問題離不開相關企業團隊豐富的打印經驗；

4) 最后，構筑無人化工廠可以有效減少人為因素干擾 。打印過程中裝粉、打印、清粉、檢測、后處理等工序均采用人工方法，主觀因素較強，因此在生產過程數字化、無人化之后，人為因素干擾將被最大程度消除，從而保證產品交付的一致性。

三、估值錨的切換，打開行業天花板

估值高峰已過，業績兌現成為市場關注焦點 ：隨著增材制造行業快速發展，一二級市場關注日益提高，投資者對于相關企業提出了更高的要求，例如盈利性、信息披露、社會責任等多個方面。而隨著公司在市場的影響力逐步擴大，二級市場對于行業的了解加深，方方面面的表現也會對公司的自身估值產生影響。未來市場會重點關注業績的兌現情況，對于相關公司估值的容忍度將逐步降低；

兩航領域已跨越從0到1階段，大步邁向新征程 ：目前增材制造行業在航空航天領域已經逐步走過了從0到1的過程，行業內已經初步形成了增材制造技術是航空航天高端制造的主流技術之一的共識， 隨著在研件向批產件的轉化和滲透率的提升，行業正大步邁向從1到N的快速增長期。

民用領域方興未艾，給予足夠耐心 ：囿于民用領域對價格、產能和大規模生產的較高要求，行業在民用領域的應用尚未形成規模。萌芽期的增材制造行業要走出襁褓尚需回答三個問題：成本還能降多少？效率還能提多少？一致性能不能保證？盡管三個問題的解決非一朝一夕之功，但仍希望市場給予足夠耐心，同時產業應該與客戶深度合作，在幫助客戶解決問題的同時提升自己。相信終有一天，蝴蝶破繭而出之時，3D打印的天花板將被打開。

四、關注要點

下游需求不及預期 ：由于增材制造屬于新工藝，市場尚需開拓，且尚未得到廣泛的客戶認知，因此存在成本過高、下游客戶認知度不足等因素導致的下游需求不及預期的風險；

技術路線顛覆風險 ：由于增材制造產業發展尚不成熟，因此技術路線較多，盡管公司針對情況進行了多路線的多元化布局，但仍存在技術路線被新工藝新技術顛覆的風險；

募投項目投產不及預期 ：打印設備制造場地多為鋼結構廠房，建設難度和建設周期不長，但仍存在項目建設進度受各種因素擾動而不及預期的風險；

核心零部件國產化替代進程不及預期 ：公司盡管已經具備一套國產化替代的解決方案，但核心零部件的國產化仍需下游客戶的認可以及國產供應商的技術水平的不斷提升，因此存在核心零部件國產化進程不及預期的風險；

市場競爭加劇風險 ：盡管增材制造行業是know-how工藝，對于經驗和數據庫依賴度較高，存在馬太效應和品牌效應，但隨著競爭對手的增多，存在競爭格局惡化，毛利率下降等風險。

本文數據來源如無特別說明均來自Wind資訊。

來源：軻言新材，作者 鄧軻、王勇杰 。

轉載：3D打印技術參考

關鍵詞：