產(chǎn)業(yè)觀察：2021年增材制造行業(yè)現(xiàn)狀、競(jìng)爭(zhēng)格局及趨勢(shì)分析
時(shí)間：2022-11-07 16:32 來(lái)源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院 作者：admin 閱讀：次
一、增材制造綜述
3D打印也叫增材制造，是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的減材制造方式（通過(guò)刀具去除材料的加工方式），增材制造（3D打印）具備很多優(yōu)勢(shì)：1、縮短生產(chǎn)制造的時(shí)間，提高效率；2、提高原材料的利用效率；3、完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)以提升產(chǎn)品性能。目前增材制造已形成基礎(chǔ)技術(shù)較成熟、新技術(shù)不斷創(chuàng)新的技術(shù)體系，材料部分的創(chuàng)新也層出不窮，逐漸成為航空航天、汽車、消費(fèi)電子、醫(yī)療等領(lǐng)域的熱門(mén)技術(shù)。
從工作原理來(lái)看，3D打印是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過(guò)軟件將其離散分解成若干層平面切片，由數(shù)控成型系統(tǒng)利用激光束、熱熔噴嘴等方式將材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。獨(dú)特的制造工藝，使得制造一個(gè)形狀復(fù)雜物品并不比一個(gè)簡(jiǎn)單物品消耗更多的時(shí)間、成本或技能。原材料主要包括金屬增材制造材料、無(wú)機(jī)非金屬增材制造材料、有機(jī)高分子增材制造材料以及生物增材制造材料等幾類。
從行業(yè)發(fā)展歷程來(lái)看，增材制造技術(shù)起源于美國(guó)。1940年，Perera提出了切割硬紙板并逐層粘結(jié)成三維地形圖的方法，直到20世紀(jì)80年代末，3D打印制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了根本性發(fā)展。1988年美國(guó)科學(xué)家Hull獲得光固化技術(shù)的發(fā)明專利，并成立了全球首家增材制造公司3D Systems。21世紀(jì)開(kāi)始，隨著工藝、材料和裝備的日益成熟，增材制造技術(shù)的應(yīng)用范圍由模型和原型制造進(jìn)入產(chǎn)品快速制造階段，在航空航天等高端制造領(lǐng)域得到規(guī)模應(yīng)用。
二、增材制造行業(yè)相關(guān)政策梳理
2016年國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，提出發(fā)展增材制造等技術(shù)，次年科技部公布《“十三五”先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》，將增材制造作為重點(diǎn)任務(wù)發(fā)展，3D打印成為國(guó)家重點(diǎn)資助領(lǐng)域。2018年國(guó)內(nèi)擁有約90多家涉及3D打印業(yè)務(wù)的公司，近半數(shù)企業(yè)為2016年后進(jìn)入市場(chǎng)。目前，我國(guó)在SLM等主流金屬3D打印技術(shù)和設(shè)備制造上，已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。
三、3D打印產(chǎn)業(yè)鏈
3D打印上游主要包括3D打印所需的原材料、3D打印設(shè)備所需的軟硬件；中游為3D打印設(shè)備及服務(wù)；下游為打印產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，包括航空航天、機(jī)械制造、消費(fèi)電子、汽車行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等。
3D打印原材料主要分為金屬粉末和非金屬粉末。金屬粉末制造過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注純凈度、顆粒度、均勻度、球化度和含氧量。目前主流的金屬粉末材料包括鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金等。非金屬粉末材料主要包括尼龍、PLA、ABS塑料、樹(shù)脂等。
四、增材制造行業(yè)現(xiàn)狀分析
1、全球市場(chǎng)
從全球市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，2021年全球增材市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了152.44億美元，較2020年增長(zhǎng)了19.49%。2015-2021年增材市場(chǎng)規(guī)模年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了19.77%。根據(jù)最新增材制造行業(yè)數(shù)據(jù)，3D打印市場(chǎng)在2022Q1第一季度增長(zhǎng)到了30億美元，比去年同期增長(zhǎng)了27%。預(yù)計(jì)2025年增材制造收入規(guī)模將達(dá)到298億美元，2021-2025年CAGR為18.24%；2030年增材制造收入規(guī)模將達(dá)到853億美元，2025-2030年CAGR為23.41%。
從金屬增材制造市場(chǎng)來(lái)看，據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2019年全球金屬3D打印市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到33億美元，包括3D打印設(shè)備、材料和服務(wù)，預(yù)計(jì)在2024年達(dá)到110億美元。2019-2024年CAGR達(dá)27.23%，要明顯快于全球增材市場(chǎng)平均增速。
從細(xì)分產(chǎn)品來(lái)看，3D打印原材料占比17.04%，打印裝備占比22.42%，3D打印服務(wù)占比40.09%，其他占比19.64%。3D打印服務(wù)占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他細(xì)分產(chǎn)品。
下游應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，增材制造被廣泛用于航空航天、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年全球增材制造服務(wù)產(chǎn)值規(guī)模達(dá)到62.35億美元，較2020年增長(zhǎng)18.3%。其中，航空航天占比16.8%，是3D打印產(chǎn)品最重要的服務(wù)領(lǐng)域。其他應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)療占比15.6%，汽車14.6%，消費(fèi)類/電子產(chǎn)品占比11.8%，科研機(jī)構(gòu)占比11.1%，政府/軍事占比6%，能源7%，建筑4.5%，其他12.6%。航空航天領(lǐng)域、醫(yī)療和汽車是3D打印產(chǎn)品最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。
2021年增材制造材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到25.98億美元，較2020年增長(zhǎng)23.4%。其中，金屬原材料占比18.2%，光敏樹(shù)脂占比25.2%，聚合物絲材占比19.9%，聚合物粉材占比34.7%。2021年增材制造裝備銷售總額達(dá)到34.17美元，較2020年增長(zhǎng)13.4%。其中，金屬打印機(jī)市場(chǎng)份額為36.1%，非金屬打印機(jī)市場(chǎng)份額為63.9%。
3D打印也叫增材制造，是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的減材制造方式（通過(guò)刀具去除材料的加工方式），增材制造（3D打印）具備很多優(yōu)勢(shì)：1、縮短生產(chǎn)制造的時(shí)間，提高效率；2、提高原材料的利用效率；3、完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)以提升產(chǎn)品性能。目前增材制造已形成基礎(chǔ)技術(shù)較成熟、新技術(shù)不斷創(chuàng)新的技術(shù)體系，材料部分的創(chuàng)新也層出不窮，逐漸成為航空航天、汽車、消費(fèi)電子、醫(yī)療等領(lǐng)域的熱門(mén)技術(shù)。
從工作原理來(lái)看，3D打印是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過(guò)軟件將其離散分解成若干層平面切片，由數(shù)控成型系統(tǒng)利用激光束、熱熔噴嘴等方式將材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。獨(dú)特的制造工藝，使得制造一個(gè)形狀復(fù)雜物品并不比一個(gè)簡(jiǎn)單物品消耗更多的時(shí)間、成本或技能。原材料主要包括金屬增材制造材料、無(wú)機(jī)非金屬增材制造材料、有機(jī)高分子增材制造材料以及生物增材制造材料等幾類。
增材制造材料的類別及應(yīng)用領(lǐng)域
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從行業(yè)發(fā)展歷程來(lái)看，增材制造技術(shù)起源于美國(guó)。1940年，Perera提出了切割硬紙板并逐層粘結(jié)成三維地形圖的方法，直到20世紀(jì)80年代末，3D打印制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了根本性發(fā)展。1988年美國(guó)科學(xué)家Hull獲得光固化技術(shù)的發(fā)明專利，并成立了全球首家增材制造公司3D Systems。21世紀(jì)開(kāi)始，隨著工藝、材料和裝備的日益成熟，增材制造技術(shù)的應(yīng)用范圍由模型和原型制造進(jìn)入產(chǎn)品快速制造階段，在航空航天等高端制造領(lǐng)域得到規(guī)模應(yīng)用。
增材制造行業(yè)發(fā)展歷程
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二、增材制造行業(yè)相關(guān)政策梳理
2016年國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，提出發(fā)展增材制造等技術(shù)，次年科技部公布《“十三五”先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》，將增材制造作為重點(diǎn)任務(wù)發(fā)展，3D打印成為國(guó)家重點(diǎn)資助領(lǐng)域。2018年國(guó)內(nèi)擁有約90多家涉及3D打印業(yè)務(wù)的公司，近半數(shù)企業(yè)為2016年后進(jìn)入市場(chǎng)。目前，我國(guó)在SLM等主流金屬3D打印技術(shù)和設(shè)備制造上，已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。
中國(guó)增材制造行業(yè)戰(zhàn)略計(jì)劃及相關(guān)資助情況梳理
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三、3D打印產(chǎn)業(yè)鏈
3D打印上游主要包括3D打印所需的原材料、3D打印設(shè)備所需的軟硬件；中游為3D打印設(shè)備及服務(wù)；下游為打印產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，包括航空航天、機(jī)械制造、消費(fèi)電子、汽車行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等。
3D打印原材料主要分為金屬粉末和非金屬粉末。金屬粉末制造過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注純凈度、顆粒度、均勻度、球化度和含氧量。目前主流的金屬粉末材料包括鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金等。非金屬粉末材料主要包括尼龍、PLA、ABS塑料、樹(shù)脂等。
3D打印產(chǎn)業(yè)鏈
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四、增材制造行業(yè)現(xiàn)狀分析
1、全球市場(chǎng)
從全球市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，2021年全球增材市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了152.44億美元，較2020年增長(zhǎng)了19.49%。2015-2021年增材市場(chǎng)規(guī)模年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了19.77%。根據(jù)最新增材制造行業(yè)數(shù)據(jù)，3D打印市場(chǎng)在2022Q1第一季度增長(zhǎng)到了30億美元，比去年同期增長(zhǎng)了27%。預(yù)計(jì)2025年增材制造收入規(guī)模將達(dá)到298億美元，2021-2025年CAGR為18.24%；2030年增材制造收入規(guī)模將達(dá)到853億美元，2025-2030年CAGR為23.41%。
2015-2030年全球增材制造行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模及增速
注：2025E、2030E增速為年均復(fù)合增長(zhǎng)速度。
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從金屬增材制造市場(chǎng)來(lái)看，據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2019年全球金屬3D打印市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到33億美元，包括3D打印設(shè)備、材料和服務(wù)，預(yù)計(jì)在2024年達(dá)到110億美元。2019-2024年CAGR達(dá)27.23%，要明顯快于全球增材市場(chǎng)平均增速。
2019-2024年全球金屬增材制造市場(chǎng)規(guī)模及增速
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從細(xì)分產(chǎn)品來(lái)看，3D打印原材料占比17.04%，打印裝備占比22.42%，3D打印服務(wù)占比40.09%，其他占比19.64%。3D打印服務(wù)占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他細(xì)分產(chǎn)品。
2021年中國(guó)增材制造行業(yè)細(xì)分產(chǎn)品規(guī)模占比情況
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下游應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，增材制造被廣泛用于航空航天、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年全球增材制造服務(wù)產(chǎn)值規(guī)模達(dá)到62.35億美元，較2020年增長(zhǎng)18.3%。其中，航空航天占比16.8%，是3D打印產(chǎn)品最重要的服務(wù)領(lǐng)域。其他應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)療占比15.6%，汽車14.6%，消費(fèi)類/電子產(chǎn)品占比11.8%，科研機(jī)構(gòu)占比11.1%，政府/軍事占比6%，能源7%，建筑4.5%，其他12.6%。航空航天領(lǐng)域、醫(yī)療和汽車是3D打印產(chǎn)品最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。
2021年增材制造的重要應(yīng)用領(lǐng)域及其市場(chǎng)份額占比
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2021年增材制造材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到25.98億美元，較2020年增長(zhǎng)23.4%。其中，金屬原材料占比18.2%，光敏樹(shù)脂占比25.2%，聚合物絲材占比19.9%，聚合物粉材占比34.7%。2021年增材制造裝備銷售總額達(dá)到34.17美元，較2020年增長(zhǎng)13.4%。其中，金屬打印機(jī)市場(chǎng)份額為36.1%，非金屬打印機(jī)市場(chǎng)份額為63.9%。
2021年全球增材制造行業(yè)原材料種類及占比情況
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