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报告出品方：民生证券
以下为报告原文节选
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1 增材制造优势独特，下游应用广泛
1.1 增材制造共分七种工艺
所谓 3D 打印是快速成型技术的一种，又称增材制造，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。 增材制造主要有七种工艺，分别为粉末床熔融、定向能量沉积、立体光固化、粘结剂喷射、材料挤出、材料喷射和薄材叠层。由于不同技术在不同的产业应用中具备独特的技术价值和发展空间，目前增值制造呈现多种路线共存的局面。其中，粉末床熔融工艺加工而成的终端零件具备良好的力学性能和尺寸精度，成为工业应用领域中主流的增材制造技术。
SLM 技术是采用激光有选择地分层熔化烧结固体粉末，在制造过程中，金属粉末加热到完全融化后成形。其工作原理为：被打印零部件提前在专业软件中添加工艺支撑与位置摆放，并被工艺软件离散成相同厚度的切片，工艺软件根据设定工艺参数进行打印路径规划。实际打印过程中，在基板上用刮刀铺上设定层厚的金属粉末，聚焦的激光在扫描振镜的控制下按照事先规划好的路径与工艺参数进行扫描，金属粉末在高能量激光的照射下其发生熔化，快速凝固，形成冶金结合层。当一层打印任务结束后，基板下降一个切片层厚高度，刮刀继续进行粉末铺平，激光扫描加工，重复这样的过程直至整个零件打印结束。
粉末材料选择性激光烧结（SLS，Selective Laser Sintering）技术是先将一层粉末材料平铺在已成型零件的表面上，并加热至恰好低于该粉末的烧结点温度。 然后，通过控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升到熔化点，进行烧结，并与下面已成型的部分实现粘结。完成一层后，工作台下降一层厚度，再铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型的制造过程。上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，逐渐形成三维原型零件。
电子束熔化技术（EBM）其工艺过程与 SLM 非常相似，但两者有一些区别。 不同之处在于 EBM 采用电子束作为能量源，而 SLM 使用激光。EBM 的电子束输出能量通常比 SLM 的激光输出功率大一个数量级，并且扫描速度也比 SLM 快得多。由于这种高能量输出，EBM 在构建过程中需要对造型台整体进行预热，以防止成型过程中温度过高，产生较大的残余应力。 电子束选区熔化技术（EBSM）是一种高能高速的快速制造技术，类似于激光选区烧结和激光选区熔化工艺。将所设计零件的三维图形按一定的厚度切片分层，得到三维零件的所有二维信息；在真空箱内以电子束为能量源，电子束在电磁偏转线圈的作用下由计算机控制，根据零件各层截面的 CAD 数据有选择地对预先铺好在工作台上的粉末层进行扫描熔化，未被熔化的粉末仍呈松散状，可作为支撑；一层加工完成后，工作台下降一个层厚的高度，再进行下一层铺粉和熔化，同时新熔化层与前一层熔合为一体；重复上述过程直到零件加工完后从真空箱中取出，用高压空气吹出松散粉末，得到三维零件。这种以电子束为能量源的粉床增材制造技术，具有能量利用率高、无反射、功率密度高、扫描速度快、真空环境无污染等优点，可以实现活性金属材料的直接洁净快速制造。
近净成形技术是一种成形技术，指的是零件经过成形后，仅需少量或不再需要加工，就可以直接用作机械构件。首先，高功率激光通过聚焦后形成一个较小的光斑作用于基体并在基体上形成一个较小的熔池。然后，粉末运输系统将金属粉未通过喷嘴汇集后输送到熔池中，粉末经熔化，凝固后形成一个致密的金属点。最后，随激光在零件上的移动，逐渐形成线和面最后通过面的累加形成三维金属零件。
光固化立体成型技术（SLA）是一种早期实用的快速成形技术，使用特定波长和强度的激光聚焦在光固化材料表面，逐层固化构建三维实体。SLA 将所设计零件的三维计算图像数据转换成一系列很薄的模型截面数据，然后在快速成型机上，用可控制的紫外线激光束，按计算机切片软件所得到的每层薄片的二维图形轮廓轨迹，对液态光敏树脂进行扫描固化，形成连续的固化点，从而构成模型的一个薄截面轮廓。下一层以同样的方法制造。该工艺从零件的底薄层截面开始，一次一层连续进行，直到三维立体模型制成。一般每层厚度为 0.076~0.381mm，最后将制品从树脂液中取出进行最终的硬化处理，再打光、电镀、喷涂或着色。
三维印刷（3DP）工艺类似于 SLS 工艺，使用粉末材料（如陶瓷粉末、金属粉末）进行成型。不同之处在于，3DP 工艺不是通过烧结连接材料粉末，而是通过喷头使用粘结剂（如硅胶）在材料粉末上“印刷”零件的截面。然而，由于使用粘结剂进行连接，零件强度较低，因此需要进行后处理。具体的工艺过程如下：首先，上一层的粘结完成后，成型缸下降一个距离（等于层厚的 0.013～0.1mm）。然后，供粉缸上升一定高度，推出一定量的粉末，并通过铺粉辊将其推到成型缸，然后将其铺平并压实。接着，喷头在计算机控制下，根据下一组建造截面的成型数据，有选择地喷射粘结剂来建造层面。在铺粉时，多余的粉末会被集粉装置收集起来。 这样反复进行送粉、铺粉和喷射粘结剂的过程，最终完成一个三维粉体的粘结。没有被喷射粘结剂的地方仍为干粉，在成型过程中起到支撑作用，且在成型结束后相对容易去除。
FDM（熔积法）是一种快速成形技术，通常使用高温将材料熔化成液体，通过压印头的挤压固化，从而形成三维物体。FDM 机械装置主要由喷头和送丝器、运动机构、加热工作室、工作台等五个部分组成。材料分为模制材料和支撑材料。 热塑料丝通过挤出头被挤出，并沉积成正确的实际零件薄层，逐层堆积到最终的实体模型和零件。喷嘴根据预输入的数据移动，驱动丝杠运行，控制喷嘴按照预定轨迹移动。成形平台上的热熔流体凝固成形，完成整个打印过程。例如，线材通过传动装置被送入加热管，热熔的流体在 190℃-210℃的加热管中熔化，然后从喷嘴挤出，并根据步进电机的控制在成形平台上逐层凝固成形。
PolyJet 即聚合物喷射技术，其成型原理类似 3DP 技术，但喷射的不是粘合剂而是光固化树脂，喷射完成后通过紫外光照射固化成型。PolyJet 采用阵列式喷头，甚至可以同时喷射不同材料，实现多种材料、多色材料同时打印。其具体打印过程是：1）喷头沿 X/Y 轴方向运动，光敏树脂喷射在工作台上，同时 UV 紫外光灯沿着喷头运动方向发射紫外光对工作台上的光敏树脂进行固化，完成一层打印。 2）之后工作台沿 Z 轴下降一个层厚，装置重复上述过程，完成下一层的打印。3）重复前述过程，直至工件打印完成。4）去除支撑结构。
LOM（层叠制造，Laminated Object Manufacturing）工艺使用薄片料如纸、塑料薄膜等，将热熔胶涂覆在片材表面。在加工过程中，热压将片材与下面已成型的工件粘结在一起。然后，使用 CO2 激光器在新粘结层上切割出零件截面轮廓和外框，并在截面轮廓与外框之间切割出上下对齐的网格。完成激光切割后，工作台带动已成型的工件下降，与带状片材（料带）分离。供料机构转动收料轴和供料轴，使新层移到加工区域，然后工作台上升到加工平面。再使用热压棍热压，使工件的层数增加一层，高度增加一个料厚。然后在新层上切割截面轮廓。如此重复直至零件的所有截面都粘结、切割完成，得到分层制造的实体零件。在这种快速成型机上，截面轮廓被切割和叠合形成制品。所需的工件被废料小方格包围，去除这些小方格后即可得到三维工件。 1.2 轻量化、复杂结构优势明显，增材制造市场快速增长
3D 打印能够实现复杂结构及轻量化设计，具有独特优势。相较于传统精密加工，金属 3D 打印通过分层制造、逐层叠加的方式，能够实现内部的复杂构件成形，提升材料利用率。同时，金属 3D 打印技术的应用可以优化复杂零部件的结构，在保证性能的前提下，将复杂结构经变换重新设计成简单结构，从而起到减轻重量的效果，3D 打印技术也可实现构件一体化成形，从而提升产品的可靠性。
全球 3D 打印市场快速增长，预计 2030 年市场规模达到 853 亿美元。受益于 3D 制造在高端制造产业转型过程中的独特优势，随着 3D 制造的工艺的逐渐成熟和成本的逐渐下降，3D 制造市场实现高速发展。根据 Wohlers Associates 统计数据显示，2021 年全球增材制造产值为 152.44 亿美元，同比增长 19.5%，十年复合增长率为 23.5%。其中，2021 年增材制造设备销售收入 31.74 亿美元。根据 Wohlers 预测，到 2025 年增材制造收入规模较 2020 年将增长 2 倍，达到298 亿美元（2021-2025 年 CAGR=18.2%），到 2030 年将增长 5.6 倍，达到853 亿美元（2025-2030 年 CAGR=23.4%）。全球工业级增材制造设备销量从2012 年的 6 千余台增长至 2021 年的 2.6 万余台，年复合增长率 14.45%。从设备种类来看，高分子 3D 打印设备由于具有成本优势目前仍占据主要份额，2021年金属 3D 打印设备销量为 2100 余台，而高分子 3D 打印设备则达到 2.38 万台。
中国工业增材制造设备全球第二大市场，研发持续投入。根据 Wohlers Associates，截至 2021 年末中国工业增材制造设备安装量市场占比 10.6%，仅次于美国。2017-2020 年，中国 3D 打印产业规模逐年增长趋势，2020 年中国 3D打印产业规模为 208 亿元，同比增长 32.06%。根据前瞻产业研究院预测，到 2025年我国 3D 打印市场规模将超过 630 亿元，2021-2025 年复合年均增速 20%以上。从专利授权数量看，2013 年起我过 3D 打印行业专利数量快速提升，2020 年专利授权量达到 12199 个。
欧美仍为 3D 打印主要市场，增材设备厂商 CR4 为 36.6%。截至 2021 年，美国仍为增材制造设备的最大市场，占当年安装量 33.1%。从增材制造设备厂商的市场份额来看，目前增材设备行业仍主要以欧美厂商为主，Stratasys 仍维持最高的市场份额，达到 12%；Stratasys、Formlabs、3D Systems 市场份额超 30%。
2 设备是核心竞争力，激光器振镜对外依赖
2.1 制造费用占成本约 60%，原材料占比约 20%
增材制造（Additive Manufacturing）即 3D 打印，是指以三维模型数据为基础，通过材料堆积的方式制造零件或实物的工艺。不同于传统制造业通过切削等机械加工方式对材料去除从而成形的“减”材制造，3D 打印通过对材料自下而上逐层叠加的方式，将三维实体变为若干个二维平面，相较于传统的切削加工等方式制造复杂度更低。此外，3D 打印基本不受零件形状的限制，特别在制造内部结构复杂的、传统加工无法完成一体制造的产品方面，具备突出优势。增材制造的上游包括原材料、硬件及软件。其中，3D 打印原材料可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料以及生物材料等几类，是影响 3D 打印产品质量的重要因素之一。
我们以铂力特的金属 3D 打印定制化产品为例，其生产成本中，制造费用占成本约 60%，20%以上为原材料成本，剩下为直接人工。其中，制造费用主要为生产设备的折旧费用、非核心生产环节的外协加工费用及生产过程中使用的惰性气体的费用；直接材料主要包括金属/非金属粉末，电子电器元器件、激光器、钣金件等。
2.2 设备性能决定 3D 打印企业核心竞争力
3D 打印设备性能是 3D 打印企业的核心技术，其核心功能模块包括工业软件、控制系统，以及光学能量系统、 机械及运动系统、风场系统等。全球金属 3D 打印设备主要参与企业包括华曙高科、EOS、SLM Solutions、铂力特，高分子 3D印设备主要参与者包括华曙高科、EOS、HP、3D Systems。关于设备核心关注指标包括最大成形尺寸、振镜最大扫描速度、光学定焦技术、运控软件能力等。
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精选报告来源：报告派
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