20160119-华融证券-3D打印专题研究系列报告之九_3D打印在航空航天和国防领域的应用和展望_16页_1mb

3D打印在航空航天和国防领域的应用与展望总结

核心内容

3D打印技术在航空航天和国防领域应用广泛，且近年来发展迅速。该技术不仅能够实现复杂结构制造、满足轻量化需求、提升强度和耐用性，还能大幅节省成本，成为推动行业发展的关键技术之一。尽管目前仍面临材料、成本和结构完整性等限制，但随着技术的不断进步，其在航空航天和国防领域的应用前景广阔。

主要观点

• 应用规模增长迅速：2014年，3D打印在航空航天业和国防工业的市场份额分别为14.8%和6.6%，预计未来6年将保持33.9%和30%的平均增速。
• 应用领域多样化：包括直接制造、设计验证和维修三个主要方向，其中直接制造是未来主要发展趋势。
• 技术优势显著：
  • 可制造复杂结构，提升设计和创新能力；
  • 轻量化设计显著降低燃油消耗；
  • 金属材料具有优异的物理性能，提升强度和耐用性；
  • 材料利用率高，节省时间和成本。
• 应用限制明显：
  • 材料种类有限；
  • 成本高昂；
  • 结构完整性需长时间验证。

关键信息

一、3D打印在航空航天和国防领域的应用

1. 市场规模和增速

• 全球3D打印市场规模在2014年为41亿美元；
• 航空航天业应用占比14.8%，国防工业占比6.6%；
• 航空航天业3D打印应用增速高于医疗/齿科行业，已升至第四位；
• 预计2020年航空航天业3D打印市场规模将达34亿美元，年均增速33.9%。

2. 应用领域

• 直接制造：用于机身结构件、发动机零部件等；
• 设计验证：用于结构件和零部件的性能测试；
• 维修：用于高价值易损件的修复，提升再利用率和节省成本。

3. 应用优势

• 复杂结构制造：实现传统工艺难以完成的几何结构；
• 轻量化设计：降低飞机重量，提升燃油经济性；
• 提升强度和耐用性：使用如Inconel718和Ti6Al4V等高性能合金；
• 节省成本：材料利用率高，省略模具工序，大幅降低生产成本。

4. 应用限制

• 材料：金属材料种类有限，限制技术应用；
• 成本：设备和材料成本高昂；
• 结构完整性：需要长时间验证，确保安全性。

二、应用案例

1. 航空发动机燃油喷嘴

• 通用电气（GE Aviation）使用3D打印技术制造LEAP系列发动机燃油喷嘴；
• 每台发动机需要19个喷嘴，采用3D打印后零件数量减少至3个；
• 材料为钴铬合金，重量减少25%，寿命延长至原来的5倍。

2. 再制造技术用于国防装备

• 美国Optomec公司的LENS技术用于修复涡轮发动机扇叶等高价值部件；
• 修复后性能可等同或高于新品，节省大量维修成本；
• 我国在坦克发动机再制造方面取得进展，大修周期延长一倍。

3. 战斗机结构件

• 北京航空航天大学王华明团队掌握激光成形钛合金技术；
• 中国已能制造优于美国的钛合金结构件，成本仅为传统工艺的1/20；
• 用于先进战机，钛合金构件占比超过20%，重量可减少40%。

4. 3D打印无人机

• Aurora Flight Sciences公司与Stratasys合作，制造全球首架3D打印喷气式无人机；
• 3D打印缩短制作周期，提升设计自由度；
• 无人机设计中可灵活控制重心，简化组装流程。

5. 3D打印太空车

• NASA使用3D打印技术制造火星探险车，70个零件由Stratasys打印；
• 3D打印技术能快速制造复杂结构，降低成本和重量；
• 应用于太空探索和战场物资制造，具有革命性潜力。

三、未来展望

1. 打印大型部件

• 波音计划使用3D打印制造机翼；
• 王华明团队已成功制造C919主风挡窗框和中央翼条；
• 未来将广泛应用于大型结构件制造。

2. 发动机零部件

• 通用电气在GE9X发动机研发中使用3D打印技术；
• 未来将有更多发动机零部件采用3D打印技术。

3. 太空探索和战场

• 3D打印技术有望实现太空物资就地制造，降低运输成本；
• Made in Space和ESA已实现零重力打印和月球基地建设计划；
• 战场可现场打印装备，提升作战灵活性和效率。

4. 无人机+3D打印

• 无人机可搭载3D打印设备，实现“无人航空母舰”概念；
• 用于灾难救援和军事任务，具有广阔前景。

相关研究与报告

• 本系列报告涵盖3D打印概览、技术类型、行业应用等；
• 引用数据来源包括Wohlers Association、ICF International等；
• 报告由华融证券3D打印研究团队撰写，包含分析师张迪、丁思德和联系人何健康。

投资评级与免责声明

• 报告提供投资评级定义，包括公司与行业评级；
• 张迪、丁思德具有证券投资咨询执业资格；
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