新材料：金属3D打印行业分析.docx

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1、新材料：金属3D打印行业分析一、3D打印：提高材料利用率、兼顾复杂结构与高性能的新工艺3D打卬，又称增材制造（AdditiveManufacturing,AM）,是对于传统工业生产的一种变革性方法。传统的减材制造工艺是指利用已有的几何模型工件，用工具将材料逐步切削、打磨、雕刻，最终成为所需的零件。而3D打印恰恰相反，通过借助于3D打印设备，对数字三维模型进行分层处理，将金属粉末、热塑性材料、树脂等特殊材料一层一层地不断堆积黏结，最终叠加形成一个三维整体。3D打印作为一项新兴技术，已在航空航天、汽车、生物医疗、电子、建筑等领域有所应用。与传统制造工艺相比，3D打印具有可成形复杂结构、产品研发和实

2、现周期短、成功率高、生产成本低、材料利用率高、产品强度高重量轻等优势。根据西安粕力特增材技术股份有限公司2023年度向特定对象发行股票证券募集说明书，3D打印技术的比较优势具体如下：（1）缩短新产品研发及实现周期。3D打印工艺成形过程由三维模型直接驱动，无需模具、夹具等辅助工具，可以极大的降低产品的研制周期，并节约昂贵的模具生产费用，提高产品研发迭代速度。（2）可高效成形更为更杂的结构。3D打印的原理是将复杂的三维几何体剖分为二维的截面形状来叠层制造，故可以实现传统精密加工较难实现的复杂构件成形，提高零件成品率，同时提高产品质量。（3）实现一体化、轻量化设计。金属3D打印技术的应用可以优化亚杂

3、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。（4）材料利用率较高。与传统精密加工技术相比，金属3D打印技术可节约大量材料，特别是对较为昂贵的金属材料而言，可节约较大的成本。（5）实现优良的力学性能。基于3D打印快速凝固的工艺特点，成形后的制件内部冶金质量均匀致密，无其他冶金缺陷；同时快速凝固的特点，使得材料内部组织为细小亚结构，成形零件可在不损失塑性的情况下使强度得到较大提高。及1:金属3D打印技术与传统精密加工技术的比校M目金属3D打卬技术伶绛精密加工枝米技术原理“增”材制造“减”材制

4、造（分层制造、逐层叠加）（材料去除.切削、组装）技术手段S1M.1SF等磨削,超精细切剂.精佃磨削与林光等适用场合小枇量、复杂化.轻量化.定制化.功能一体化零部件制造批量化，大规模制造，但在复杂化本部件制造方面存在局限使用材料金属粉末.金属丝材等（受限）几乎所有材料（不受限）材料利用率高,可继过95%圾,材料混费产品实现周期短相对校代草件尺寸精度0.1mm（相对于传统精密加工而言偏及校大）0.1-10m（超精密加工箱度共至可达纳米级）Ra2m-Ra10m之间RaO.1m以下（A面光洁程度较低J（A面光洁度较高，县至可达彼面效果）数据来源：的力特2023年度向挣定对象发行股票证券票集说明书，广发

5、证苏发展研究中心二、为什么开始用：产品升级，牵引新材料、新结构应用新工艺我们认为，新工艺应用的背景，在于产品升级周期，牵引对新材料、新结构的要求。（一）民用伴随产品升级周期，新材料在高端产品领域渗透率逐步提升例如，伴随消费电子性能和应用升级需求，钛合金凭借强度大、质量轻和耐腐蚀的优异性能已逐步应用在高端智能产品中。消费电子通常具有小巧轻便、操作简单和节能设计等优点。随着各类消费电子产品渗透率逐步提升，性能和应用升级成为行业下一步发展的主要方向，其中新材料的使用是重点方向之一。电子产品金属结构件一般以不锈钢和铝合金为主，但重量不占优势，铝合金虽有轻量优势，但硬度不够。而钛合金的强度高于不锈钢，重

6、量却只有同体积不锈钢的一半。因此，钛合金凭借其强度大、质量轻和耐腐蚀的优异性能，目前已在逐步应用在高端消费电子产品。例如，根据贝哲斯咨询钛合金未来将在消费电子领域持续渗透，国内抛磨设备厂商有望受益，从苹果的专利储备和已经发布的APPIeWatChUItra配备上看，使用钛合金制作手机中框有可能成为苹果下一代手机的重要创新点之一。钛合金在消费电子领域的应用有望进一步渗透，截至2023年12月，苹果公司已累计获得钛合金材料相关专利8项，亚马逊、X1OONG.RokidAir等厂商都推出了使用钛合金的AR设备。（二）装备性能升级需求，复杂度提升，新工艺成为传统工艺互补选择据美国国防部官网2023年1

7、0月28日新闻，美国国防部网站发布了一项最新的制造技术提案，计划使用增材制造技术来设计和制造能够在极端条件下运行的高超音速武器和车辆系统。据该新闻，美国国防部指出，目前，传统的制造工艺无法满足先进高超声速武器所需的复杂结构零件的制造要求，GAMMA-H（GrowingAdditiveManufacturingMaturityforAirbreathingHypersonic）计划将有助于推动增材制造工艺的应用与发展，以满足现代高超声速空气助燃系统所需的推进和温度要求。国防部制造技术项目办公室副主任凯文德弗里斯表示，我们需要使用增材制造工艺制造的材料来突破极限，科学已经证明这是可以做到的，但应用

8、还不够广泛。GAMMAH1+划将鼓励继续采用这一突破性的技术。”三、为什么可以用：性能领先，降成本、增效率是规模应用前提在追求高性能的航空航天实现规模化应用，或在一定程度上证明3D打印结构件性能已具有相对优势。2023年11月16日共青团中央公众号发布战机零部件是3D打印的？”罗阳青年突击队“研制一文，该文指出航空工业沈飞在新研的机型上3D打印件已经实现批量装机，我国3D打印制造技术或已实现在飞机上规模化应用。产品升级周期如果是让金属3D打印开始用，那么成本降低与效率提升，则是实现“可以用”的前提。（一）金属粉末材料价格、设备价格、零部件国产化，为降本关键路径成本降低路径方面，原材料价格、设备

9、价格下降，以及核心零部件国产化等，是提高行业渗透率的关键，并且正在发生。原材料价格方面，市场供应量增加、规模优势显现，价格呈快速下降趋势，驱动3D打印结构件成本降低。据钳力特2023年年报，其3D打印定制化产品营业成本结构方面，直接材料占营业成本比重为27%,占比低于制造费用（60%）,高于直接人工（12%）。据S1M打印金属零件成本分析与预测模型（陈未，浙江大学硕士学位论文，2019年），在优化S1M打印金属零件可变成本方面，金属粉末的单价及利用率是主要驱动因素，粉末单价的20%价格下降可节省6.42%的可变成本，金属粉末20%的利用率上升可以节省5.35%的可变成本。据钳力特向特定对象发行

10、股票申请文件的审核问询函的回复(豁免版)(修订稿)，2023年至2023年，公司自制3D打印粉末销售价格呈现下降趋势，但同时毛利率仍保持增长，同期销售价格由2023年的144.48万元/吨，降低至2023年的78.19万元/吨，同期该业务毛利率反而从30.81%,提升至38.98%。主要原因为：一方面，公司自制粉末报价参考国内市场3D打印粉末平均价格水平变动，高品质金属3D打印粉末，尤其是航空级、医用级别的高质量粉末市场最初由国外厂商垄断，进口粉末单价高。公司生产的3D打印粉末性能指标能够满足粉末需求方的要求，因此粉末售价较高，随着国内3D打印粉末厂商的增加，市场粉末供应量上升，粉末平均价格水

11、平下降，公司销售的粉末价格随之下降；另一方面，随着公司自制粉末逐步形成规模成本优势，2023年起，公司通过主动降价进一步开拓市场，提升公司粉末市场知名度和占有率。图2:S1M打印金属零件可变参数对打印成本的灵敏度分析口成本,20%设备康修成本(120%)操作员工时首(120)购买费用(t1%)粉末单价(20%)金星杼末利用率120%)-rzrajF二设备价格方面成本下降、性能提升。伴随技术端成熟、规模效应，以及参与者增加，3D打印工业设备销售价格近年稳中有降，降低下游客户的使用成本；但与此同时，设备效率不断提升，客户的使用满意度进一步增加，成本下降曲线更为陡峭。据Woh1erSAssociat

12、es发布的Woh1ersAssociates2023，2023年全球工业增材制造系统销售平均单价为93404美金，2023年为IOo510美金、2019年为98105美金，呈下降趋势。工业增材设备一般价格较高，针对价格敏感型下游客户，设备制造商可采用国产零部件代替进口零部件，从而降低成本以满足其成本效益方面的考虑。据华曙高科发行人及保荐机构回复意见，从性能来看，国产激光器与进口激光器在输出功率、光束质量等方面不存在显著差异，在长期稳定性方面，进11激光器在功率衰减、故障率等方面表现优于国产激光器；国产振镜在扫描速度和延时时间方面略逊于进口振镜，在镜片可承受激光功率方面与进口振镜存在一定差距，在

13、控制精度和温漂性能方面国产和进口振镜表现接近。进口零部件和国产零部件虽然在技术指标方面存在一定差异，但通常核心零部件在增材制造设备中的使用未达到其极限性能值，据公司首轮问询披露数据显示，国产振镜和激光渊整体成本较低，以主要设备型号D+产品为例，采用进口和国产激光器的设备每台销售成本分别为53.28万元和50.76万元，因此国产零部件替代有利于设备厂商降低成本，形成成本和价格优势。（二）激光器数量增加、扫描速率提高、铺粉方式、工艺规划促效率提升效率提升方面，激光器数量增加、激光扫描系统速率提高、铺粉方式升级、工艺规划软件升级等，均是提高金属3D打印设备生产效率的重要路径.1 .单台设备激光器数量

14、增加是提高打印效率的重要路径之二激光器数量增加，3D打印设备的生产效率有望实现快速改善，更适合批量化生产。据伯力特公众号2023年9月推送，聚焦制造业对生产效率的高要求，B1T-A450设备配置六激光，与市面上同体量设备所配置的四激光相比，整机设备的单光投入降低约30%,打印效率提升约30%o以满版分水器为例，整版可一次性成形40个零件，成形时间由72小时缩短至了50小时。B1T-A450配置的45OmmX45Omm幅面使得单版可以批量产出更多的零件，且单个零件的产出效率和产出成本也会更低；同时更大的成形幅面可以适配更多工业大尺寸零件，例如大尺寸的注塑模，鞋模等。激光器数量是反映金属3D打印设

15、备生产效率的指标之一，多激光器设备伴随技术升级销售占比逐步增加。据华曙高科发行人及保荐机构回复意见，公司多激光器设备销售数量逐步提升，从单激光逐步扩展到八激光，技术升级与单价逐步提升。2 .硬软件能力提升，振镜扫描速度提高，生产效率提升。振镜最大扫描速度是影响打印效率的核心因素之一，最大扫描速度越快，可有效减少激光扫描跳转时间，生产效率越高。据华曙高科招股书，与同行业可比公司相比，其高分子3D打印设备的最大成形尺寸、激光器数量、振镜最大扫描速度和最大激光功率各项关键技术指标均居于首位，设备的成形效率达到国际领先水平。图7:华曙高科在高分子3D打印设备关键技术指标与国外其他对比情况指标华零高科同行业竞争对手说明发行人指标先进性水平惠普(HP)KOS3DSystem%最大成形尺寸(mmmmXmn1)1000-500450380-284380700380S80550-550-750帼面越大，可成形零件尺寸越大,数量越多国际软先激光器数ft(个)4/21激光数量越多成形效率越高国际先进激光浅种类Qw光纤激光器可选/Cob藏光器CoS激光器光纤激光器打印精度和效率更高国际领先振能最大打描速度(s)20/12.7