3D打印高分子粉末材料行业市场深度分析及发展规划咨询

3D打印高分子粉末材料行业市场深度分析及发展规划咨询 一、 可持续生产是3D行业重要的发展方向 近年来，国家逐渐重视对环境的保护，行业发展顺应政策趋势逐步做出改变。此前，传统的制造工艺在设计时很少考虑到环境问题，大约有三分之一的碳排放都与产品的生产和物流有关。而3D打印能很好的减少制造行业所生产的废弃物、二氧化碳等排放，加之当前轻量化的推出，有利于3D行业在汽车、飞机等方面的应用。工程师和设计师将在产品的整个生命周期中重新思考设计，以实现零件的结构一体化，通过生产复杂几何形状的轻量化零件来减少材料消耗和浪费，从而进一步减轻车辆和飞机的重量，提高燃油效率，从而减少温室气体排放和能源消耗，而且，随着越来越多的制造商将数字文件传输到本地生产，而不是通过在遥远的地方运输货物来交付，运输将大大减少，从而进一步降低成本、能耗、废物和排放。 二、 3D行业打印发展情况 （一）3D打印定义 根据国标《增材制造术语》（GB/T35351-2017），增材制造（AdditiveManufacturing；AM）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。三维打印（3Dprinting）是指利用打印头、喷嘴或其他打印技术，通过材料堆积的方式来制造零件或实物的工艺，此术语通常作为增材制造的同义词，又称3D打印。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，大幅降低了制造的复杂度。 （二）增材制造技术工艺 增材制造技术包含多种工艺类型，国标《增材制造术语》（GB∕T35351-2017）根据增材制造技术的成形原理，将增材制造工艺分成七种基本类别，具体分类情况：粉末床熔融（PowderBedFusion）、定向能量沉积（DirectedEnergyDeposition）、立体光固化（VATPhotopolymerization）、粘结剂喷射（BinderJetting）、材料挤出（MaterialExtrusion）、材料喷射（MaterialJetting）和薄材叠层（SheetLamination）。 增材制造技术发展至今，其各主要工艺及技术因具备不同的特点，在不同的产业应用中具备独特的技术价值和发展空间，在航空航天、汽车、医疗、消费及电子产品等领域取得了长足的发展，形成了多种技术路线共存的局面。 随着科技和增材制造行业的发展，增材制造技术的应用场景由早期的零件原型的快速制备，拓展到能够直接制造终端零件应用至使用场景当中，实现由快速原型向快速制造的转变。增材制造的终端零件性能高度依赖于其制备的设备类型和工艺参数，粉末床熔融工艺因其特定的加工方式而使得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。其中，以激光作为能量源的选区激光熔融（SLM）和选区激光烧结（SLS）工艺因稳定性和技术成熟度较高，在直接制造终端零件的应用场景中具备较突出的价值和优势。 选区激光熔融（SLM）技术使用金属粉末，可选择金属材料范围广泛，包括钛合金、铝合金、高温合金、铜合金、钴铬合金、不锈钢、高强钢、模具钢、难熔金属等，所成型零件表面质量好，内部金相组织致密度高，具有快速凝固的组织特征，具备强韧的机械性能，性能超过铸件接近锻件水平，甚至部分性能可超过锻件水平，能够实现较高的打印精度和极端复杂结构的制造，能够很好地满足终端功能件使用要求。同时该成形技术可实现复杂产品的敏捷制造，加大程度缩短产品研发制造周期，材料利用率高，设计自由度更高，可实现集成化设计、拓扑优化设计、点阵设计等先进设计手段，综上特点使该技术成为近年来工业级金属增材制造领域的主流技术之一，广泛应用于航空航天、模具、汽车、医疗、科研教育等领域。 选区激光烧结（SLS）技术的优势在于在成形过程中，无需考虑支撑系统，成形结构复杂程度高，能够直接成形高性能的尼龙、TPU等高性能工程塑料，甚至是特殊属性的特种塑料，材料利用率高，成品用途广泛。成型零件具有较好的机械性能、耐热性能等，能够根据工程应用需求直接使用于终端产品。制造效率高，小批量快速制造优势显著。 随着技术的不断发展，选区激光烧结（SLS）技术的成形效率和成形尺寸持续提升，成本稳步下降，特别是Flight等突破性技术的问世，使得选区激光烧结（SLS）技术规模化的生产应用场景得以不断延伸和拓展。总体而言，选区激光熔融（SLM）与选区激光烧结（SLS）工艺，技术成熟度高，具有取材范围广、制备产品力学及机械性能优良、成形精度高、材料利用率高、可成形结构复杂程度高等显著优势，与工业领域终端产品直接制造及批量产业化生产的需求契合度高，是工业领域主流的增材制造技术之一。 增材制造技术和传统精密加工技术均是制造业的重要组成部分，目前增材制造加工与传统精密加工相比还存在加工精度、表面粗糙度和可加工材料等方面的差距，但增材制造其全新的技术原理和特点，在多种应用场景具备使用优势：1）可快速加工成形结构复杂的零件。3D打印的原理是将三维工件切片以获得二维的轮廓信息，通过叠层的方式实现产品成形。这种加工方式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。3D打印能够贴合设计引导制造的创意驱动，生产出符合特定消费者需求的产品，从而实现自由制造。2）缩短产品研发周期。3D打印无需传统工具夹具和多重处理，可在单个设备上快速制造出所需零件，加速产品研发迭代。3）材料利用率高。传统加工切割的过程会产生大量废料，存在不完整的余料价值折损，材料利用率低，3D打印根据二维轮廓信息逐层添加材料，按需耗材，材料利用率显著高于传统加工模式，是一种新型环保的绿色制造方式。4）制造模式优化。3D打印技术免去了提前制造模具、雇佣众多生产人员，使用庞大机床和复杂的锻造工艺等步骤，便可直接从计算机图形数据中生成复杂结构的产品，具有去模具、减废料、降库存的特点。在生产上能够优化结构、节省材料和能源，大幅提高生产效率，降低生产成本，助力实现无人化工厂。目前，3D打印在工业制造领域取得了长足的进展，在航空航天、汽车、医疗等领域都有丰富的应用场景，但在大批量制造方面，传统精密加工技术相比3D打印在效率和成本上更具优势。3D打印与传统加工方式将长期并存，共同为制造行业提供精细化、自动化、高效化的加工方案。 三、 需求持续扩容，未来3D打印行业发展潜力巨大 众所周知，科技创新在各行各业的发展中都起到至关重要的作用，3D打印行业也是如此。随着全球3D技术的发展和推广，对3D打印材料行业的需求不断增加，3D打印行业技术的特殊性对材料行业的依赖性较大，使得3D打印材料行业的市场参与者逐渐增多，行业利润有所增加，3D打印材料的技术壁垒也将进一步增加，可见，行业仍需加大研发投入力度，以扩大3D打印行业的应用领域。预计未来十年，全球3D打印产业将仍处于高速增长期，而中国在不断突破技术壁垒的过程中，产业持续增长，进入大规模产业化时期。在航空航天、汽车、航海、核工业以及医疗器械领域对金属3D打印的需求旺盛，应用端呈现快速扩展趋势。未来，3D打印技术的应用已经从简单的概念模型向功能部件直接制造方向发展，行业发展潜力巨大。 四、 全球3D打印行业发展现状 （一）全球增材制造产值情况 3D打印起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。其中选区激光烧结技术（SLS）由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C．R．Dechard教授提出，于1986年申请美国专利（US4863538A），并授权给DTM推出全球第一台商品化的SLS设备；德国弗劳恩霍夫激光技术研究所提出了选区激光熔化技术（SLM），并于1996年申请了德国专利（DE19649865C1），后由德国EOS商业化。随后的三十年里，增材制造技术不断创新，应用领域持续拓展，产业规模不断扩大。 根据从事增材制造行业研究的美国咨询机构WohlersAssociates，Inc．统计数据显示，2020年受疫情影响，全球增材制造产值127．58亿美元（其中产品收入53．03亿美元，3D打印服务市场规模74．54亿美元），同比2019年增长7．51%，受疫情影响增速有所放缓。2021年全球增材制造产值（包括产品和服务）152．44亿美元，同比2020年增长19．50%，其中增材制造相关产品（包括增材制造设备销售及升级、增材制造原材料、专用软件、激光器等）产值为62．29亿美元，同比增长17．50%，其中设备销售收入31．74亿美元；增材制造相关服务（包括增材制造零部件打印、增材制造设备维护、技术服务及人员培训、增材制造相关咨询服务等）产值为90．15亿美元，同比增长20．90%。 经过30多年发展，增材制造产业正从起步期迈入成长期，整体来看近年来呈现快速增长趋势。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，到2030年将增长5．6倍，达到853亿美元。近年来，随着增材制造技术的发展，应用领域越来越广，增材制造行业进入快速成长期。新产品的研发制造驱动着市场增长，越来越多领域正转变成增材制造生产，如航空航天、医疗器械、以及消费（如眼镜、鞋）等领域。随着这些领域使用增材制造比例的增加，将推动增材制造市场走上新的台阶，航空航天、医疗健康、消费品、汽车等行业将是增材制造未来增长的主要领域，将给增材制造市场提供巨大的发展空间。根据《GlobalAdditiveManufacturingMarket，Forecastto2025》报告显示，从2015年到2025年，全球汽车行业、垂直医疗设备的3D打印收入将分别以34%和23%的复合增速增长，假设2020到2029年全球汽车行业、垂直医疗设备的3D打印收入仍保持同样的增长速度，则预计未来十年全球汽车行业、垂直医疗设备的3D打印市场价值将分别到达991．75亿美元和480．22亿美元，年均99．18亿美元和48．02亿美元。 （二）全球工业级增材制造设备情况 根据WohlersAssociates，Inc统计数据显示，全球工业级增材制造设备销量（指面向工业且销售售价在5，000美元或更高的机器）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%。工业级增材制造可广泛运用于传统产业转型升级和战略性新兴产业发展，随着增材制造技术的逐渐成熟和成本的不断降低，市场需求和发展潜力巨大。 （三）全球金属增材制造设备情况 根据WohlersAssociates，Inc．统计数据显示，全球金属增材制造设备的销售量从2012年的200余台增长至2021年的2，300余台，十年来增长1，086．63%，年复合增长率31．63%。整体来看，得益于金属增材制造技术的成熟和金属增材制造设备的普及，近年来全球工业级金属增材制造设备销量稳步增长。 （四）全球高分子增材制造设备情况 根据WohlersAssociates，Inc．统计数据显示，全球工业级高分子增材制造设备的销售量从2012年的7，500余台增长至2021年的23，800余台，年复合增长率13．57%，全球工业级高分子增材制造设备销量稳步增长。 （五）全球增材制造专用原材料情况 增材制造专用材料的品类和品质决定增材制造产品及服务的质量。现有增材制造专用材料包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和生物材料四大类。根据WohlersAssociates，Inc．统计数据显示，全球增材制造专用原材料销售金额从2012年的4．17亿美元增长至2021年的25．98亿美元，年复合增长率22．54%。 五、 3D打印材料行业市场概况 3D打印材料是3D打印行业的物质基础，3D打印材料的技术水平对整个3D打印行业的发展至关重要。2020年，全球3D打印材料中占比最高的为光敏聚合物和塑料粉末，均为30%;金属3D打印材料的市场规模约为3．83亿美元，占增材制造材料整体的18．2%，市场规模同比增长15．2