制造业升级带动3D打印市场快速增长

2018年10月，GE举行仪式庆祝完成第30,000个增材制造的航空发动机燃油喷嘴生产，标志着3D打印作为一种零部件批量生产技术得到了充分的验证。GE推出的先进涡轮螺旋桨发动机（ATP）中，三分之一以上部件采用3D打印，将855个独立部件减少到12个，发动机减重5%，功率提升10%，燃油消耗减少20%。

一. 3D打印在小批量、复杂件相比传统制造具有明显优势
3D打印又称“增材制造”技术，属于快速成型技术的一种。3D打印技术先使用计算机软件设计三维模型，运用分层加工、迭加成形的原理，通过将粉末、液体片状（将液体分层形成多层片状结构）等离散材料逐局堆积，形成一个三维实体。3D打印的技术特点决定了产品的数量和复杂度对打印件的成本影响较小（图1），在小批量、个性化和传统工艺加工困难的复杂件上具有成本优势，随着打印原材料价格不断下降和打印速度的提升，3D打印逐步在高附加值领域替代传统制造工艺。

 
图1：3D打印与传统制造对比
（资料来源：华控行研部编制）

二. 2020年全球市场规模超过200亿美金，行业保持高速发展
前瞻产业研究院针对3D打印行业市场规模的统计数据显示，全球3D打印市场规模由2012年的23亿美金增加到2016年的60.6亿美金，CAGR约为20%。在目前市场需求和行业发展的推动下，2020年，全球市场规模有望超过220亿美元。ARK、Wohlers等机构也对未来的市场规模进行了预测（图2），综合来看，2020年，3D打印全球市场规模将超过200亿美金，CAGR达到35％。

 
图2：各机构市场规模预测
（资料来源：华控行研部编制）

三、工业级金属3D打印高速成长，航空航天、汽车、生物医疗仍是主要应用领域

从3D打印的分类上来说，按照ASTM《增材制造技术标准术语》规定可以分为材料挤出、材料喷射、粘合物喷射、薄片层叠、光固化、粉末床融合和定向能量沉积七种打印方式。其中前五种打印方式的原材料主要为塑料、陶瓷、树脂等，统称为非金属打印或塑料打印；后两种打印材料一般为各种金属及合金材料，统称为金属打印。
工业级金属3D打印机的增速明显高于非金属。根据调研公司Context的统计数据，2018年第一季度工业级3D打印机出货量同比增长22%，其中非金属3D打印机同比增长18%，金属3D打印机同比增长30%。根据Wohles的预测，到2020年，金属3D打印机仍将保持30%以上的增速。
3D打印目前主要应用于航空航天、汽车机械、生物医疗等高附加值产业（图3），尤其航空航天和生物医疗行业具有小批量、个性化、结构复杂的特点，更加适合3D打印技术的应用。

 
图3：3D打印在不同领域的市场占比
（资料来源：华控行研部编制）

四. 3D打印向汽车全生产周期渗透，市场空间广阔

汽车行业为3D打印带来广阔的市场空间和盈利能力。保守估计，即使3D打印在未来汽车的研发、生产环节占比很小，仅有1%，其在汽车领域的市场规模仍将超过百亿美元。3D打印小批量、定制化的特点为企业带来较好的盈利能力，例如粉末床熔融3D打印服务的毛利率普遍高于60%，部分产品甚至可以达到80%。
国内汽车制造企业正在引入3D打印补充传统制造技术。中国汽车工程协会的市场调研显示，国内三分之一的企业使用过3D打印技术，尚未使用的企业30%以上会在未来五年内引进3D打印，主要应用于设计验证与原型制造以及复杂零部件生产。
3D打印技术已经贯穿汽车生产的整个生命周期。在设计验证过程中，3D技术已经得到普遍应用。国内某汽车厂商分析：在发动机缸盖前期设计中，传统方式周期需要75天，模具费用高达100万人民币；而采用3D打印砂芯再浇筑的制作方式，周期仅需30天，制作费用仅5万人民币左右。3D打印在生产阶段主要用于高端限量车的生产，如兰博基尼、日产等；某国际厂商测算其采用的某发动机部件在年产量不超过1400套时，3D打印具有明显成本优势。
 
五. 3D打印随形冷却模具优势突显，撬动千亿级市场
根据中商产业研究院统计，2018年中国模具行业销售总额将超过2000亿人民币。模具广泛应用于产品的批量生产，在机械、电子、汽车、航空航天等领域，60%-80%的零部件需要依靠模具加工成型。模具制造水平不仅是衡量一个国家制造水平高低的重要指标，而且很大程度上决定了该国产品的质量、效益和新产品开发能力。根据麦肯锡的预测，到2025年，3D打印在全球模具制造领域市场潜力将达到3600亿人民币，其中30-50%将是注塑模具。
3D打印随行冷却模具可以大幅提高注塑产品质量和生产效率。注塑产品在我们日常消费品中非常常见，根据中国模具工业协会数据，塑料模具在整个模具行业中占比最大，约占45%。在注塑过程中，当温度较高时零件变形较大，必须对模具温度进行调节，传统模具中冷却水道只能加工成简单直孔，冷却效率低，限制了生产效率。通过3D打印技术，可以实现模具内部的复杂冷却水道（图4），大幅提高了冷却效率，提升了注塑制品的生产效率。模具企业雷尼绍通过3D打印的随形冷却注塑模具，将注塑时间由80s减少到40s，生产速度提高了1倍。

 
图4：3D打印随形冷却模具