金属增材制造行业深度：新时代新工艺，先军后民踏上新征程-20230411-中航证券-66页_12mb

金属新材料行业深度报告总结

核心内容

金属增材制造，又称3D打印，是一种通过逐层堆叠完成零部件加工的快速成型工艺。其在高复杂零部件、轻量化和短生产周期等方面具有显著优势。随着国内外产业政策和技术路线图的扶持，金属增材制造已进入技术成熟度曲线的第四阶段，即快速成长期。

主要观点

• 技术优势：金属增材制造在结构复杂、轻量化、一体化设计和高效率方面表现突出，尤其适用于航空航天、医疗、模具及热交换器等领域。
• 产业链发展：金属增材制造已形成从软件服务到粉末制备、设备组装和打印服务的完整产业链，竞争格局呈现“犬牙交错”状态，设备制造是核心环节。
• 成本下降趋势：随着材料和设备成本的下降以及打印效率的提升，金属增材制造的成本有望持续降低，推动其应用范围扩大。
• 行业趋势：设备大型化、打印中心的出现以及国产替代成为行业三大趋势，标志着金属增材制造从军用向民用扩展。
• 市场空间广阔：根据预测，未来二十年金属增材制造在航空航天、民用航空发动机、医疗等领域的潜在市场空间分别达到1107亿元、614亿元、1967亿元等。

关键信息

1. 增材制造技术原理与分类

• 工艺原理：以计算机三维设计模型为蓝本，通过逐层堆叠的方式完成实体产品的制造。
• 技术路线：
  • 选区熔化（SLM、SLS、EBM）：适用于中小型零部件，对激光能量密度和控制精度要求较高。
  • 直接能量沉积（WAAM、LSF、EBFF）：适用于超大型或大中型零部件，对环境要求较低。
• 材料：主要包括金属粉末（如钛合金、高温合金、铝合金等）、非金属材料（如聚醚醚酮、陶瓷等）以及细胞组织等。

2. 工艺优缺点

• 优点：
  • 可快速加工结构复杂的零部件。
  • 缩短产品研发周期，无需模具。
  • 材料利用率高，可回收利用。
  • 实现一体化、轻量化设计。
  • 提高供应链柔性，降低库存风险。
• 缺点：
  • 在加工精度、表面质量、效率等方面仍与精密加工存在差距。
  • 部分技术路线尚不成熟，仍需进一步优化。

3. 技术成熟度曲线

• 金属增材制造技术在航空航天领域的应用已进入第四阶段（成长期），具备较高的市场接受度和产业应用价值。

4. 行业发展历史

• 早期阶段（1984年以前）：3D打印技术从摄影技术发展而来，1984年法国工程师申请了立体光刻工业专利，随后由查尔斯·胡尔商业化。
• 发展阶段（1984-2006年）：SLA、FDM、SLS、3DP、EBM、SLM等主流技术相继出现。
• 成长阶段（2006年至今）：国内增材制造企业如铂力特、华曙高科等逐步进入产业化阶段，技术逐渐成熟。

5. 产业政策

• 国内政策：包括《增材制造标准领航行动计划》、《“十四五”国家重点研发计划重点专项》等，推动增材制造的标准化和产业化。
• 海外政策：美国和欧洲等国家纷纷推出增材制造技术路线图和相关计划，如AM Forward，旨在提升中小企业竞争力和供应链安全性。

6. 竞争格局

• 产业链结构：上游为原材料及核心硬件（如振镜、激光器）；中游为设备制造商和打印服务提供商；下游为航空航天、汽车、医疗等领域。
• 竞争壁垒：
  • 技术壁垒：涉及粉末烧结和冷却、振镜定位、晶格结构形成等。
  • 认证资质壁垒：航空航天领域对保密性和可靠性要求高，形成较高的客户渠道壁垒。
  • 人才壁垒：需要大量有经验的增材制造工程师。
  • 先入壁垒：头部企业凭借技术积累和品牌优势，形成较强的市场地位。

7. 行业趋势

• 设备大型化：增材制造设备逐步向大尺寸发展，如铂力特的BLT-S1000设备，成形效率显著提升。
• 打印中心出现：以主机厂为核心，带动打印中心的建设，实现“小核心、大协作”模式。
• 国产替代趋势：随着国产核心零部件的突破，增材制造设备和材料逐步实现国产化，降低对外依赖。

投资建议

• 关注龙头设备企业：如铂力特，具有全产业链优势，深度布局航空航天领域。
• 关注多元化布局企业：如华曙高科，具备金属和非金属打印技术优势。
• 关注核心零部件替代企业：如金橙子，有望在国产化替代进程中突破。

风险提示

• 核心关键部件依赖进口风险：如振镜和激光器仍需依赖进口。
• 技术路线替代风险：未来可能有其他技术路线替代现有技术。
• 市场竞争加剧风险：随着行业的发展，竞争将更加激烈。
• 下游需求不及预期风险：市场需求变化可能影响行业发展。
• 市场风险偏好波动风险：二级市场对增材制造行业的关注度可能波动。
• 募投项目不及预期风险：部分企业的募投项目可能无法达到预期效果。

图表目录

• 图1：增材制造技术
• 图2：全球金属粉末营收情况
• 图3：金属增材制造技术路线图
• 图4：蜂窝点阵结构
• 图5：Aeon1发动机
• 图6：Aeon1与传统火箭发动机比较
• 图7：法国赛峰一体化成型发动机外壳
• 图8：不同工艺对比
• 图9：技术成熟度曲线
• 图10：世界上第一台3D打印机SLA-1
• 图11：世界上第一台3D打印机SLA-1
• 图12：电影《十二生肖》中使用3D打印
• 图13：增材制造大事记
• 图14：1998年增材制造技术路线图
• 图15：1998年和2009年路线图区别
• 图16：增材制造标准框架
• 图17：国内政策情况
• 图18：海外政策情况
• 图19：3D打印金属粉末
• 图20：SLM设备内部结构
• 图21：增材制造产业链图
• 图22：增材制造主要参与者及重要环节
• 图23：不同路线技术特点
• 图24：铂力特设备情况
• 图25：华曙高科产销量情况
• 图26：华曙高科前五大客户情况
• 图27：铂力特代理收入情况
• 图28：振镜价格
• 图29：激光器价格
• 图30：拓扑优化对打印结构的改变
• 图31：拓扑优化流程闭环
• 图32：历史相关成本建模
• 图33：增材制造模型成本结构
• 图34：铂力特3D打印定制化产品成本拆分
• 图35：敏感性分析
• 图36：成本下降预测
• 图37：增材制造打印成本与传统工艺对比
• 图38：增材制造全球市场规模
• 图39：中国增材制造产业营收情况
• 图40：全球工业级增材制造设备销售量
• 图41：全球金属增材制造设备销售量
• 图42：增材制造下游主要应用及优势
• 图43：2021年下游领域价值量占比
• 图44：航空航天产品及具体用途
• 图45：卫星市场空间测算
• 图46：导弹方向舵
• 图47：微重力环境下3D打印样件
• 图48：Terran1全3D打印鼻锥
• 图49：级间解锁装置保护板
• 图50：1950年以来旅行人次与人口比例
• 图51：太空旅行潜在市场空间
• 图52：各代飞机典型机型情况
• 图53：拓扑优化零件
• 图54：防热承载一体化结构
• 图55：铝合金加强框一翼梁整体件
• 图56：防热承载一体化结构
• 图57：C919中央翼缘条
• 图58：空客机舱隔板
• 图59：增材制造在国内民用航空领域的潜在市场空间预测
• 图60：全球军用无人机市场规模预测及增速
• 图61：攻击11无人机
• 图62：BLT-S1000应用案例
• 图63：GE燃油喷嘴
• 图64：a-CT7终端总成结构
• 图65：增材制造在中国民用航空发动机领域的潜在市场空间预测
• 图66：全球骨科医疗器械市场规模变化
• 图67：国内骨科植入物销售额
• 图68：骨科植入物3D打印工艺流程
• 图69：骨科植入物3D打印髋臼杯
• 图70：强生脊椎3D打印植入物
• 图71：3D打印的金属牙冠
• 图72：3D打印医疗器械团体标准
• 图73：国内模具行业下游需求占比
• 图74：历年国内模具行业总产值
• 图75：原始加工条件下的设计
• 图76：使用3D打印后的全新设计
• 图77：米其林雕塑系列轮胎模具
• 图78：胶底模具
• 图79：中国换热器市场
• 图80：铂力特股权结构图
• 图81：全产业链生态图
• 图82：股权结构图
• 图83：增材制造技术路线分类
• 图84：主要客户（万元）
• 图85：分业务收入及营收增速
• 图86：公司产销量（台）、产能利用率及产销率
• 图87：激光振镜系统
• 图88：激光伺服系统
• 图89：激光设备产量

总结

金属增材制造作为一种新兴工艺，具有显著的技术优势和广阔的应用前景。在政策扶持、技术进步和市场需求增长的推动下，行业已进入成长期，未来有望实现快速发展。随着国产化替代和设备大型化的推进，增材制造将在航空航天、医疗、模具和热交换器等多个领域发挥重要作用。投资方面，建议关注具有全产业链优势和核心技术能力的龙头企业，如铂力特、华曙高科等，同时警惕核心部件依赖进口、技术替代、市场竞争加剧等潜在风险。