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1、增材制造行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)高速增長(zhǎng)
(1)全球增材制造市場(chǎng)快速增長(zhǎng)
經(jīng)過(guò)約三十年發(fā)展,全球增材制造市場(chǎng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展期。根據(jù) WohlersAssociates,2006 年,全球增材制造行業(yè)產(chǎn)值不足 10 億美元,2020 年至 2023 年期間全球增材制造行業(yè)產(chǎn)值從 2020 年的 127.6 億美元增長(zhǎng)至2024 年的 219 億美元, 2024 年同比增長(zhǎng) 11.10%。
2020 年受公共衛(wèi)生事件影響年同比增速短暫下滑至 7.51%,但后續(xù)開(kāi)始回升,全球增材制造市場(chǎng)整體回暖。2024 年,全球增材制造設(shè)備及服務(wù)(包括增材制造設(shè)備銷售及升級(jí)、維護(hù)、人員培訓(xùn)等)的產(chǎn)值達(dá) 60 億美元,占全球增材制造市場(chǎng)的 27%。增材制造服務(wù)(包括增材制造零部件打印服務(wù)、增材制造相關(guān)咨詢服務(wù)等)產(chǎn)值為 101 億美元,同比增長(zhǎng) 11.6%。
Wohlers Associates 預(yù)測(cè)全球增材制造行業(yè)持續(xù)保持快速增長(zhǎng)速度,2026 年產(chǎn)值將達(dá)到 362 億美元;2032 年產(chǎn)值將達(dá)到 1027 億美元。Wohlers Associates 同時(shí)指出,2021 年全球增材制造產(chǎn)業(yè)不到全球制造業(yè)總產(chǎn)值的 0.1%,預(yù)測(cè)未來(lái)增材制造產(chǎn)業(yè)會(huì)超過(guò)制造業(yè)的 5%。增材制造產(chǎn)業(yè)未來(lái)仍具有較大發(fā)展?jié)摿Α?br />
(2)全球工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備銷量攀升
增材制造設(shè)備可分為工業(yè)級(jí)和桌面級(jí)(Wohlers Associates 將工業(yè)級(jí)打印機(jī)認(rèn)定為售價(jià) 5,000 美元以上的打印設(shè)備)。工業(yè)級(jí)設(shè)備傾向于大規(guī)模和高性能的增材制造,具備高精度、大尺寸、高強(qiáng)度和高效率等特點(diǎn),可廣泛運(yùn)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展,隨著增材制造產(chǎn)業(yè)化的不斷推進(jìn),工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備發(fā)展勢(shì)頭良好,行業(yè)內(nèi)設(shè)備制造商紛紛加速增材制造產(chǎn)業(yè)布局,未來(lái)工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)張。近年來(lái),全球增材制造設(shè)備制造商的數(shù)量增長(zhǎng)迅速。
2023 年,工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備公司已達(dá) 328 家,同比增長(zhǎng) 14.7%,但年銷售超過(guò) 100 臺(tái)工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備的公司僅有 40 家,行業(yè)內(nèi)部差距明顯。2024 年,全球工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備銷售總量達(dá)到 18,773 臺(tái),數(shù)量略微下降,主要系設(shè)備均價(jià)上升 34.11%,達(dá)到31.69 萬(wàn)美元,市場(chǎng)更加細(xì)分發(fā)展,同時(shí)中國(guó)市場(chǎng)在工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備領(lǐng)域表現(xiàn)出較強(qiáng)的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,隨著資本成本的降低,以及增材制造技術(shù)在批量生產(chǎn)中的運(yùn)用愈發(fā)廣泛,工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)將最為迅猛。
(3)金屬增材制造市場(chǎng)增長(zhǎng)強(qiáng)勁,市場(chǎng)想象空間寬廣
金屬增材制造是一種通過(guò)金屬材料直接制造金屬零件的增材制造技術(shù),隨著技術(shù)的成熟和市場(chǎng)的發(fā)展,金屬增材制造原材料從單一材料走向復(fù)合材料,促進(jìn)金屬增材制造的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展,同步帶動(dòng)了金屬增材制造設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模的穩(wěn)定增長(zhǎng)。隨著金屬增材制造技術(shù)的不斷成熟、金屬增材制造設(shè)備的普及和滲透、新技術(shù)和材料的研發(fā)迭代、以及下游應(yīng)用的拓展、場(chǎng)景使用的需求擴(kuò)大,金屬增材制造技術(shù)將持續(xù)實(shí)現(xiàn)更高效、智能的生產(chǎn)模式,市場(chǎng)規(guī)模將保持較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)。
2019 年至 2024 年,工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備的平均售價(jià)從 9 萬(wàn)美元上升至 31.69萬(wàn)美元,金屬增材制造設(shè)備的平均售價(jià)接近 50 萬(wàn)美元,主要系設(shè)備向大型化發(fā)展,設(shè)備單價(jià)持續(xù)上升所致。目前,全球金屬增材制造設(shè)備銷量相較于非金屬增材制造設(shè)備而言較少,單臺(tái)價(jià)值更高,其增長(zhǎng)速率更快。全球工業(yè)級(jí)金屬增材制造設(shè)備出貨量持續(xù)增長(zhǎng),市場(chǎng)需求表現(xiàn)強(qiáng)勁。
根據(jù) Wohlers Associates,2023 年,全球工業(yè)級(jí)金屬增材制造裝備銷售量為 3,793 臺(tái),同比增長(zhǎng) 24.40%。在非金屬增材制造設(shè)備表現(xiàn)疲軟的同時(shí)全球金屬增材制造設(shè)備仍展現(xiàn)了更快的發(fā)展趨勢(shì)。
根據(jù) Voxel Matters Research 顯示,2023 年全球金屬增材制造市場(chǎng)的總收入達(dá)到 28.5 億美元,同比增長(zhǎng) 26%,在 2024 年繼續(xù)實(shí)現(xiàn)了 25%的增長(zhǎng)。其中市場(chǎng)增長(zhǎng)最快且占比最大的金屬增材制造是粉末床熔融技術(shù)。根據(jù) CONTEXT 報(bào)告,2024 年第二季度,粉末床熔融(PBF)依舊是最為熱門且表現(xiàn)最優(yōu)的技術(shù),占金屬設(shè)備營(yíng)收的 85%,出貨量的 78%;第三季度占新工業(yè)金屬打印機(jī)市場(chǎng)的 74%。
(4)中國(guó)增材制造行業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,具有發(fā)展?jié)摿?br />
我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)相對(duì)于歐美國(guó)家起步較晚,增材制造作為高端制造技術(shù)的指引者備受業(yè)界重視,國(guó)家客觀科學(xué)地規(guī)劃布局,陸續(xù)推出相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策,為我國(guó)增材制造行業(yè)的發(fā)展提供了有力支持,有助于推動(dòng)增材制造行業(yè)進(jìn)入長(zhǎng)期快速增長(zhǎng)通道。
隨著我國(guó)工業(yè)化轉(zhuǎn)型升級(jí)、政策體系完善、相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈成熟,我國(guó)在增材制造領(lǐng)域已進(jìn)入快速增長(zhǎng)通道。當(dāng)前我國(guó)增材制造已日趨成熟,在打印技術(shù)發(fā)展、尺寸、精度等方面已接近世界先進(jìn)水平。增材制造頭部企業(yè)快速布局增材制造業(yè)務(wù)產(chǎn)業(yè)化,增材制造應(yīng)用程度不斷深化,在各行業(yè)均得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,市場(chǎng)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。我國(guó)增材制造行業(yè)已發(fā)展數(shù)十年,目前已進(jìn)入持續(xù)產(chǎn)業(yè)化階段。
我國(guó)最早的研究始于 1990 年,大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段:1990-2010 年初始研發(fā)探索期、2011-2017 年初步商業(yè)化、2018-2020 年商業(yè)化逐步深入、2020 年-至今持續(xù)產(chǎn)業(yè)化階段。我國(guó)傳統(tǒng)非金屬增材制造企業(yè)成立較早,2014-2016 年隨著下游需求增長(zhǎng)迎來(lái)第一波發(fā)展,隨后桌面級(jí) 3D 打印機(jī)龍頭通過(guò)出海確立領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
相對(duì)于傳統(tǒng)非金屬增材制造企業(yè)創(chuàng)業(yè)門檻相對(duì)較低,金屬增材制造技術(shù)難度大。2014-2015 年,國(guó)內(nèi)各家企業(yè)陸續(xù)推出自主開(kāi)發(fā)的 SLM 路線的金屬增材制造設(shè)備,并隨后攻克多激光增材制造設(shè)備,并逐漸向著米級(jí)大設(shè)備進(jìn)行突破。隨著材料供應(yīng)成熟以及多激光大型設(shè)備逐步落地,符合航空航天等客戶的下游應(yīng)用端需求,整體供應(yīng)鏈成熟帶來(lái)的規(guī)模效應(yīng)、成本下降逐漸擴(kuò)寬了金屬增材制造的下游應(yīng)用領(lǐng)域。
中國(guó)在增材制造產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)重要位置。根據(jù) Wohlers Associates,2023 年全球工業(yè)級(jí)增材設(shè)備商有 328 家,其中中國(guó)有 44 家,排名第二,僅次于 63 家的美國(guó)。增材制造設(shè)備累計(jì)裝機(jī)量同步提升。從市場(chǎng)端看,北美、歐洲和亞太地區(qū)增材制造設(shè)備累計(jì)裝機(jī)量占到全球 90%以上,基本形成美歐主導(dǎo),亞太追趕的態(tài)勢(shì),其中美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)三國(guó)的累計(jì)裝機(jī)量排名位列前三。2024 年中國(guó)工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備安裝量占全球工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備安裝總量的 11.5%,位居第二,僅次于工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備的最大安裝國(guó)美國(guó),占比 31.0%。
根據(jù)思瀚產(chǎn)業(yè)研究院,2022 年中國(guó)增材制造市場(chǎng)規(guī)?蛇_(dá) 330 億元,同比增長(zhǎng)約 52.4%;預(yù)計(jì) 2023 年市場(chǎng)規(guī)?蛇_(dá) 410 億元,2024 年突破 500 億元。近四年我國(guó)增材制造市場(chǎng)平均增長(zhǎng)率約為 30%,遠(yuǎn)超行業(yè)全球增速。我國(guó)增材制造行業(yè)正處于快速產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè),到 2025 年我國(guó)增材制造市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò) 630 億元,2021 年-2025 年復(fù)合年均增速 20%以上。
根據(jù) 2024 增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇暨增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)論壇,我國(guó)增材制造在產(chǎn)業(yè)發(fā)展、全球合作和技術(shù)突破等方面取得的長(zhǎng)足進(jìn)步,在增材制造領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)中,我國(guó)設(shè)備制造商占比最高,但行業(yè)正加速走向綜合化。中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書長(zhǎng)李方正的報(bào)告,2023 年我國(guó)增材制造企業(yè)總營(yíng)收突破 400 億元,同比增長(zhǎng) 25%,近五年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 27%,顯著領(lǐng)先全球平均增速(12%)。
根據(jù)中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的預(yù)測(cè),至 2027 年,我國(guó)增材制造市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)千億元級(jí)別。目前,國(guó)內(nèi)增材制造行業(yè)在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)已處于全球第一,整體規(guī)模名列世界第二。根據(jù)聯(lián)盟最新統(tǒng)計(jì),2023 年規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量約 200 家,具備百臺(tái)以上服務(wù)設(shè)備的企業(yè)超過(guò) 10 家。未來(lái)增材制造將更多扎根民用領(lǐng)域,為加快我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)輸入持續(xù)動(dòng)力。根據(jù) Wohlers Report,從細(xì)分產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)來(lái)看,我國(guó)增材制造行業(yè)中專用設(shè)備、服務(wù)、零部件和材料等各個(gè)環(huán)節(jié)市場(chǎng)規(guī)模占比分別約為 53.20%、26.00%、12.40%和 5.90%,增材制造設(shè)備作為產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié),市場(chǎng)規(guī)模占比超過(guò)一半。
2、下游應(yīng)用多元化且應(yīng)用場(chǎng)景程度加深,市場(chǎng)空間具有驅(qū)動(dòng)性
增材制造作為一種通過(guò)數(shù)字模型進(jìn)行逐層打印的新型制造方式,已成為傳統(tǒng)工業(yè)制造技術(shù)的重要補(bǔ)充,在中小批量生產(chǎn)制造、工業(yè)領(lǐng)域定制化和柔性生產(chǎn)、尺寸、高精度和高性能零部件的直接制造,以及個(gè)性化產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
工信部公布的 2023 年度增材制造典型應(yīng)用場(chǎng)景名單,涉及 27 個(gè)工業(yè)相關(guān)的典型應(yīng)用場(chǎng)景,11 個(gè)醫(yī)療相關(guān)的典型應(yīng)用場(chǎng)景,3 個(gè)文化體育相關(guān)的典型應(yīng)用場(chǎng)景,和 1 個(gè)建筑相關(guān)的典型應(yīng)用場(chǎng)景?梢钥闯,下游應(yīng)用領(lǐng)域橫向拓寬,除了主要在航空航天應(yīng)用以外,已陸續(xù)在消費(fèi)電子、低空經(jīng)濟(jì)、機(jī)器人等各個(gè)新興領(lǐng)域逐漸開(kāi)始試點(diǎn)。
航空航天因其起步早、需求量大、資源集中度高等特性一直占據(jù)高位,但絕對(duì)數(shù)值上有所下降。增材制造行業(yè)目前處于中期產(chǎn)業(yè)化階段的快速成長(zhǎng)期,在航空航天領(lǐng)域需求持續(xù)放量的基礎(chǔ)上,已經(jīng)完成了從 0 到 1 的突破,未來(lái)將更多考慮從 1 到 N 的拓展,應(yīng)用場(chǎng)景豐富度增加,結(jié)構(gòu)分布也或有較大的轉(zhuǎn)變空間。
隨著其他下游領(lǐng)域市場(chǎng)的成熟和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,將成為推動(dòng)增材制造行業(yè)快速增長(zhǎng)的新支撐點(diǎn)。行業(yè)應(yīng)用廣闊,且行業(yè)應(yīng)用程度不斷加深,市場(chǎng)空間具有較高的成長(zhǎng)性。雖然增材制造的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)相較傳統(tǒng)制造方式存在閾值,在技術(shù)條件等保持不變的前提下,隨著生產(chǎn)規(guī)模的增加,增材制造的邊際成本下降相對(duì)傳統(tǒng)制造方式更緩慢。
隨著技術(shù)的持續(xù)迭代,目前增材制造設(shè)備和粉末的成本降低疊加生產(chǎn)效率的提升,推動(dòng)增材制造規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)曲線向下移動(dòng),不斷提高最大生產(chǎn)規(guī)模閾值,進(jìn)而促進(jìn)增材制造技術(shù)打破原型制造的局限,步入批量生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展快速成長(zhǎng)期。航空航天、醫(yī)療健康、模型制造、汽車制造等領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始批量應(yīng)用,商業(yè)航天、消費(fèi)電子、低空經(jīng)濟(jì)、機(jī)器人等新興領(lǐng)域?qū)υ霾闹圃旒夹g(shù)的應(yīng)用亦已開(kāi)始蓬勃發(fā)展,單一滲透率有望提升。
(1)航空航天和國(guó)防領(lǐng)域是增材制造規(guī)模擴(kuò)張的基石
在航空航天領(lǐng)域,航空航天領(lǐng)域零部件成本較高,且相對(duì)于其他行業(yè)對(duì)零部件的功能敏感性更高,價(jià)格敏感性更低。增材制造的輕量化、快速設(shè)計(jì)-驗(yàn)證-制造和高材料利用率的優(yōu)勢(shì),和航空航天場(chǎng)景需求相匹配,可以在零部件全生命周期得到應(yīng)用。在軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)和航天大背景下,航空航天領(lǐng)域作為我國(guó)增材制造的主要應(yīng)用領(lǐng)域,未來(lái)仍將提供持續(xù)的市場(chǎng)增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力,是我國(guó)增材制造市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張的重要基石,滲透率有待進(jìn)一步提升。
目前,增材制造在航空航天裝備領(lǐng)域主要應(yīng)用于飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星等精密零部件的設(shè)計(jì)與制造等方向,應(yīng)用零部件的范圍和品種逐步拓展,滲透率逐漸提高。同時(shí),在擴(kuò)展航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的過(guò)程中,下游客戶不斷對(duì)零部件的高可靠性、穩(wěn)定性、一致性、大型化、輕量化、復(fù)雜構(gòu)件制造以及成本降低和效率提高不斷提出新的需求,從而反推增材制造進(jìn)行技術(shù)迭代和持續(xù)升級(jí),增材制造的多激光一致性、搭接穩(wěn)定性以及成本偏高問(wèn)題得到逐步攻破,促進(jìn)了設(shè)備的升級(jí)換代和材料成本的下降,從而不斷推動(dòng)增材制造在該領(lǐng)域的產(chǎn)值規(guī)模擴(kuò)張。
(2)其他下游領(lǐng)域已進(jìn)入工業(yè)化試用階段,下游應(yīng)用領(lǐng)域不斷開(kāi)拓
在汽車制造領(lǐng)域,汽車制造領(lǐng)域從設(shè)計(jì)端走向批量生產(chǎn),汽車零部件增材制造的批量生產(chǎn)有望從高端車型向下鋪開(kāi)。電動(dòng)汽車時(shí)代為中國(guó)增材制造帶來(lái)機(jī)遇,近年來(lái),我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展迅猛,市場(chǎng)份額居國(guó)際領(lǐng)先地位。電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)周期非常緊張,而增材制造在研發(fā)階段,具有快速制造各種原型的優(yōu)勢(shì)。此外,打印的零件可以充分進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,或者直接采用參數(shù)化的生成式設(shè)計(jì),可以制造出性能更優(yōu),重量更輕的零件。
在新能源汽車跨越式發(fā)展的同時(shí),汽車用戶對(duì)定制化生產(chǎn)的需求更高,增材制造可以輕松實(shí)現(xiàn)高柔性和高復(fù)雜性的生產(chǎn),擁有無(wú)與倫比的靈活性。此外其他工業(yè)領(lǐng)域如船舶、城軌、電力設(shè)備、機(jī)械都具備市場(chǎng)空間。目前下游國(guó)內(nèi)外車企均已對(duì)增材制造開(kāi)展較大規(guī)模布局,其中寶馬汽車公司的“增材制造工業(yè)化和數(shù)字化”(IDAM)項(xiàng)目搭建的兩條生產(chǎn)線已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)年產(chǎn) 5 萬(wàn)零件的產(chǎn)能,并且同時(shí)運(yùn)行,幾乎不需要人工介入。
根據(jù) PrecedenceResearch 的最新報(bào)告顯示,全球汽車 3D 打印市場(chǎng)規(guī)模將在 2034 年突破 256.1 億美元。未來(lái)動(dòng)力部件將在整體市場(chǎng)中占比最高。在工業(yè)模具領(lǐng)域,模具制造或?qū)⒊掷m(xù)打開(kāi)新市場(chǎng)。模具制造行業(yè)正逐步通過(guò)通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合集成應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)高效化、自動(dòng)化及智能化的升級(jí),全面提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力、生產(chǎn)過(guò)程控制能力。
未來(lái),增材制造有望進(jìn)一步在模具的成本端下降,能縮短模具生產(chǎn)周期,為終端產(chǎn)品增加了更多的功能性如隨型水冷等,優(yōu)化工具更符合人體工學(xué)并提升最低性能,實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的定制化,提升注塑模具的生產(chǎn)效率以及模具壽命等。隨著增材制造在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用推進(jìn),模具市場(chǎng)或迎來(lái)更大發(fā)展空間。根據(jù) 3D 打印技術(shù)參考,一旦制作出大型金屬測(cè)試模具,設(shè)計(jì)過(guò)程中的機(jī)加工調(diào)整一次可能會(huì)花費(fèi) 10 萬(wàn)美元,或者完全重做模具可能會(huì)花費(fèi) 150 萬(wàn)美元。
據(jù)上海證券報(bào) 2023 年 9 月 27 日?qǐng)?bào)道,上海浦東臨港的特斯拉超級(jí)工廠生產(chǎn)的特斯拉 ModelY 車型的后底板總成系統(tǒng),已經(jīng)成功采用一體化壓鑄技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速鑄型。相比傳統(tǒng)方式,車身系統(tǒng)節(jié)省重量超 10%,成本降低了 40%。在消費(fèi)領(lǐng)域,鈦合金輕量化和高強(qiáng)度適用于 3C 電子領(lǐng)域。小米、三星、OPPO、華為等 3C 大廠紛紛推出鈦合金材質(zhì)打造零部件的產(chǎn)品。
隨著 3C 電子逐漸向高端化發(fā)展,未來(lái)鈦合金運(yùn)用將愈發(fā)廣泛。鈦合金增材制造在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用成熟,技術(shù)生產(chǎn)端不存在困難,目前的局限在于大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中高昂的生產(chǎn)成本,隨著材料端和設(shè)備端價(jià)格下降,未來(lái)增材制造在 3C 端的滲透率將有望增加。其他方面,如人形機(jī)器人領(lǐng)域因輕量化需求和復(fù)雜結(jié)構(gòu)繁多,且目前處于研發(fā)的快速迭代期,增材制造具備大大縮短研發(fā)周期、快速原型制造能力、輕量化等特點(diǎn),在研發(fā)和小批量階段具備顯著優(yōu)勢(shì),能夠?qū)崿F(xiàn)研發(fā)端切入。
在教育科研領(lǐng)域,增材制造技術(shù)在各高校和研究機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,不僅可以提高教學(xué)效率、豐富教學(xué)手段,幫助學(xué)生和研究人員更好地理解和掌握各種知識(shí)和技能,創(chuàng)造力和想象力,為教育方式和學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)提供更多可能性,如提供復(fù)雜零部件性能研究、自行設(shè)計(jì)模型產(chǎn)品、多材料研究、數(shù)字化雕塑、建筑設(shè)計(jì)、遙感測(cè)繪、樣品復(fù)制等。
在醫(yī)療健康領(lǐng)域,因需求個(gè)性化帶來(lái)增材制造的批量應(yīng)用空間;谌梭w存在個(gè)體差異而傳統(tǒng)制造醫(yī)療器械多為標(biāo)準(zhǔn)化樣式或尺寸的現(xiàn)狀,增材制造憑借可個(gè)性化定制的特點(diǎn)在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用逐步廣泛,尤其是在人體結(jié)構(gòu)的三維宏觀幾何輪廓及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)較為關(guān)注的領(lǐng)域,它能提供醫(yī)學(xué)影像無(wú)法比擬的三維實(shí)體,有助于實(shí)現(xiàn)特定?扑璧膫(gè)體化、精準(zhǔn)化治療,主要應(yīng)用方向包括制造醫(yī)療模型、手術(shù)導(dǎo)板、外科/口腔科植入物、康復(fù)器械等,以及生物增材制造人體組織、器官等。商業(yè)航天、消費(fèi)電子、低空經(jīng)濟(jì)、機(jī)器人等新興領(lǐng)域?qū)υ霾闹圃旒夹g(shù)的應(yīng)用已開(kāi)始蓬勃發(fā)展,步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展快速成長(zhǎng)期。
在商用航天領(lǐng)域,國(guó)外企業(yè)相對(duì)論空間的人族一號(hào)(Terran 1)火箭 85%均為 3D 打印,首次向全世界展示了全3D 打印的火箭可以承受最惡劣的軌道發(fā)射條件;而國(guó)內(nèi)企業(yè)天兵科技液體火箭首發(fā)成功,深藍(lán)航天將于今年二季度執(zhí)行首次入軌發(fā)射及垂直回收驗(yàn)證計(jì)劃;在消費(fèi)電子領(lǐng)域,鈦合金由于減材制造難度較高,其與 3D 打印的結(jié)合成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。
國(guó)外手表廠商 Barrelhand 和 3D 打印設(shè)備商 Materialise 開(kāi)展合作,采用 SLM 增材制造工藝制作鈦合金手表殼;榮耀發(fā)布的折疊屏手機(jī) MagicV2 鉸鏈的軸蓋采用鈦合金 3D 打印工藝,成為鈦合金 3D 打印工藝首次在手機(jī)上的大規(guī)模應(yīng)用。
在低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域,增材制造技術(shù)在“輕量化&續(xù)航”要求較高的飛行汽車生產(chǎn)中應(yīng)用場(chǎng)景廣泛,小鵬匯天應(yīng)用了鉑力特生產(chǎn)的金屬 3D 打印卡鉗及卡鉗支架,在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了 30%以上的減重優(yōu)化目標(biāo)。在機(jī)器人領(lǐng)域,3D 打印助力輕量化及復(fù)雜結(jié)構(gòu)生產(chǎn),在人形機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。特斯拉 Optimus 的新一代靈巧手展示了機(jī)器人在末端執(zhí)行與感知能力上的突破,而 3D 打印技術(shù)在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。博理科技推出了用于機(jī)器人的 3D 打印多層建構(gòu)化蜂窩復(fù)合材料,該材料具高彈性等多特性,在減震、輕量化、散熱性方面表現(xiàn)卓越。
3、技術(shù)不斷迭代發(fā)展,綜合打印性能進(jìn)一步提升
增材制造作為新興工藝,重要性逐漸得到提高,行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。未來(lái)綜合打印性能有望進(jìn)一步提升,并朝著向著多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、國(guó)產(chǎn)化率提升等趨勢(shì)發(fā)展。
(1)適用材料豐富性發(fā)展
每種技術(shù)路線使用的材料各有不同,增材專用粉材性能指標(biāo)要求較高,對(duì)生產(chǎn)成品影響較大。
我國(guó)增材制造原材料中金屬占比超過(guò)國(guó)際水平。根據(jù)艾瑞咨詢,2022 年中國(guó)增材制造原材料市場(chǎng)中,金屬占比約為 39%,根據(jù) Wohlers Associates,2022 年全球金屬在原材料的占比約為 18.2%。以金屬為例,根據(jù)《Metal AdditiveManufacturing》,傳統(tǒng)制造方式可用鐵合金超過(guò) 1,000 種,但能用于增材制造的鐵合金非常稀少;而對(duì)于鋁合金,傳統(tǒng)制造方式和增材制造可使用材料之比約為600:12。
可打印材料種類不足限制了增材制造在下游產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用空間。另外,單一材料也在向復(fù)合材料發(fā)展,不僅賦予了材料多功能性特點(diǎn),而且拓寬了增材制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著高端裝備對(duì)構(gòu)件性能要求的不斷提升,增材制造逐漸從單一材料結(jié)構(gòu)向多材料結(jié)構(gòu)突破。
(2)高效率與高精度發(fā)展
打印效率和打印精度是增材制造技術(shù)需要解決的平衡點(diǎn),如何在保證精度的前提下盡可能提升打印效率是當(dāng)前增材制造技術(shù)提升的重點(diǎn)方向,也是提高產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和滲透率的重要影響因素,有利于增材制造在產(chǎn)業(yè)端形成實(shí)際效用,為更多需求進(jìn)行賦能,進(jìn)一步打開(kāi)在制造業(yè)的潛在市場(chǎng)空間,助力制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。目前現(xiàn)有效率提高常用手段是:多激光、高功率、大層厚等。在大型設(shè)備上通常采用多激光配置,以此來(lái)提高成形效率,但同時(shí)對(duì)拼接精度提出了更高要求。
(3)設(shè)備朝著大尺寸發(fā)展
增材制造工藝已經(jīng)廣泛用于大尺寸構(gòu)件的制造,滿足大尺寸零部件一體化制造及復(fù)雜零部件高效益批量制造需求。當(dāng)前下游航空航天領(lǐng)域?qū)τ诔笮土慵拇蛴⌒枨笥l(fā)強(qiáng)烈,同時(shí),大尺寸設(shè)備也適用于多批次的批量化生產(chǎn),因此進(jìn)一步發(fā)展大尺寸設(shè)備支持一體化成型制造是當(dāng)前增材制造裝備的發(fā)展趨勢(shì),受益于下游需求推動(dòng),目前增材制造裝備成型尺寸已經(jīng)步入“米”級(jí)時(shí)代。
打印幅面受限于光學(xué)系統(tǒng),大尺寸搭配多激光成為趨勢(shì),同時(shí)光學(xué)系統(tǒng)和設(shè)備的拼接精度、穩(wěn)定性和一致性受到挑戰(zhàn)。因此在大尺寸設(shè)備中,解決設(shè)備的穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行,減少故障率和停機(jī)率,保障打印的精度和質(zhì)量,具有重大意義。
(4)智能化與自動(dòng)化發(fā)展
目前,機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可應(yīng)用于增材制造領(lǐng)域。對(duì)于增材制造而言,機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用范圍主要包括材料成分設(shè)計(jì)、加工參數(shù)優(yōu)化與工藝窗口預(yù)測(cè)、過(guò)程監(jiān)控與質(zhì)量改進(jìn),以及材料性能預(yù)測(cè)等,有利于推進(jìn)研發(fā)進(jìn)程,優(yōu)化工藝參數(shù),或提高系統(tǒng)的適配性。根據(jù)中國(guó)航天報(bào),2022 年 1 月,中國(guó)航天科工三院 159 廠自主研發(fā)的增材制造智能生產(chǎn)線突破現(xiàn)有的增材制造單機(jī)離散生產(chǎn)模式,首次將智慧物流、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與增材制造技術(shù)融合運(yùn)用,粉末供應(yīng)、物料運(yùn)輸及任務(wù)調(diào)度實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化,單機(jī)設(shè)備利用率與綜合產(chǎn)能大幅提升。未來(lái)增材制造將進(jìn)一步與智能工廠結(jié)合,推動(dòng)工業(yè)制造規(guī)模化進(jìn)程。
(5)國(guó)產(chǎn)化率提高
目前我國(guó)增材制造設(shè)備商對(duì)于激光器與振鏡存在不同程度的進(jìn)口依賴情況,國(guó)內(nèi)增材制造設(shè)備廠商紛紛開(kāi)始布局國(guó)產(chǎn)化。激光器方面,以工業(yè)激光器中占比過(guò)半的光纖激光器來(lái)看,目前,中低功率的光纖激光器基本完成了國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程,中高功率的激光器有待進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)與性能提升。振鏡方面,國(guó)產(chǎn)掃描振鏡在我國(guó)增材制造設(shè)備廠商中已經(jīng)占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額,有望實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。預(yù)計(jì)未來(lái)國(guó)內(nèi)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力將進(jìn)一步提高,市場(chǎng)份額將增加。
我國(guó)在制造工藝、裝備、材料的供給方面已形成優(yōu)勢(shì),國(guó)產(chǎn)裝備向著大而精方向發(fā)展,如生物醫(yī)藥、醫(yī)療器械制造、大型高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的增材制造、空間增材制造等,前沿技術(shù)將會(huì)持續(xù)創(chuàng)新,未來(lái)整體的供給能力將會(huì)得到全面的提升。
4、產(chǎn)業(yè)鏈上下游進(jìn)一步整合
目前,我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,產(chǎn)品設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與國(guó)外相當(dāng),未來(lái)幾年增材制造市場(chǎng)仍將處于快速增長(zhǎng)階段。增材制造的核心專利大多被設(shè)備廠商掌握,因此在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位,未來(lái),產(chǎn)業(yè)鏈上下游將進(jìn)一步進(jìn)行整合或?qū)⒊蔀橼厔?shì)。根據(jù)工信部發(fā)布的典型應(yīng)用場(chǎng)景名單,可以看出產(chǎn)業(yè)鏈趨向于協(xié)同發(fā)展,場(chǎng)景項(xiàng)目單位中粉末供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商的合作更加協(xié)同,有利于進(jìn)一步促進(jìn)下游應(yīng)用場(chǎng)景的開(kāi)拓。
借鑒海外龍頭發(fā)展歷程,以 3D Systems 等為代表的增材設(shè)備龍頭多向上游布局打印材料、光學(xué)零件、軟件等領(lǐng)域,以提高自身產(chǎn)業(yè)鏈地位,未來(lái)市場(chǎng)參與者將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的自主研發(fā)與掌控。國(guó)際增材巨頭通過(guò)并購(gòu)重組進(jìn)一步鞏固產(chǎn)業(yè)鏈地位,近年來(lái),頭部企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局在逐漸擴(kuò)張、優(yōu)化與整合,加強(qiáng)戰(zhàn)略布局,提升整體競(jìng)爭(zhēng)力,如尼康收購(gòu)德國(guó)金屬增材制造商 SLM Solutions,Stratasys 完成對(duì)科思創(chuàng)增材制造材料業(yè)務(wù)的收購(gòu),3D systems 收購(gòu) SLS 增材制造商 WeMatter,通用汽車收購(gòu)特斯拉砂型增材制造供應(yīng)商 TEI,隱形正畸巨頭隱適美收購(gòu)增材制造設(shè)備廠商 Cubicure 等。
此外,增材制造下游主要系工業(yè)級(jí)應(yīng)用需求,已處產(chǎn)業(yè)化階段,航空航天、汽車制造、醫(yī)療健康應(yīng)用最廣泛,其他應(yīng)用領(lǐng)域已進(jìn)行試點(diǎn)推廣,產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源將進(jìn)一步打通。
更多行業(yè)研究分析請(qǐng)參考思瀚產(chǎn)業(yè)研究院官網(wǎng)《增材制造行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研與發(fā)展趨勢(shì)報(bào)告》,同時(shí)思瀚產(chǎn)業(yè)研究院亦提供行研報(bào)告、可研報(bào)告(立項(xiàng)審批備案、銀行貸款、投資決策、集團(tuán)上會(huì))、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、園區(qū)規(guī)劃、商業(yè)計(jì)劃書(股權(quán)融資、招商合資、內(nèi)部決策)、專項(xiàng)調(diào)研、建筑設(shè)計(jì)、境外投資報(bào)告等相關(guān)咨詢服務(wù)方案。
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