国防军工：金属增材制造：方兴未艾 星辰大海(上)

核心观点

增材制造的主要应用场景为：小批量、复杂化、轻量化、定制化、功能一体化零部件制造。金属增材制造工艺原理主要分为粉末床熔融（PBF）和定向能量沉积（DED）两类，当前PBF应用最广泛，DED 市场份额逐步提升。作为新兴工艺，增材制造具有传统的减材制造不具备的优势，因此其逐渐被人们重视，各国纷纷出台产业政策扶持，行业进入快速发展期。其未来发展趋势也逐渐明了，金属增材制造将向着多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、国产化率提高、渗透率提高、增减材一体化、无支撑、系统级制造等趋势发展。

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摘要

增材制造—先进制造业技术，传统制造业重要补充增材制造（Additive Manufacturing, AM, 俗称“3D 打印”）是具有颠覆性的先进制造技术。增材制造以三维数字模型为基础，将材料通过分层制造、逐层叠加的方式制造出实体零件。其优势在于短研发周期、复杂结构制造、轻量化、高材料利用率、强力学性能等。反之金属增材制造在可加工材料种类、加工精度、表面粗糙度、加工效率方面逊于传统精密加工，在大规模生产上成本处于劣势，因此增材制造的主要应用场景为：小批量、复杂化、轻量化、定制化、功能一体化零部件制造。

金属增材制造技术以PBF、DED 为主要路线

金属增材制造工艺原理主要为粉末床熔融（PBF）和定向能量沉积（DED）两大类别。前者适用于精密成型，后者适用于高效率大尺寸应用场景。当前PBF 应用最广泛，DED 市场份额逐步提升。2021 年PBF 和DED 分别在金属增材制造市场中占据83.8%和9.1%的市场份额，预计到2026 年PBF 与DED 市场份额分别下降至74%和8.6%。且金属增材制造成熟度及产业化水平最高的技术路线主要集中在PBF、DED，其中L-PBF（基于激光的PBF，以SLM 为代表）在产业中应用最为广泛，E-PBF（基于电子束的PBF，以EBM为代表）排名第二。

SLM 是目前应用最广泛的金属增材制造技术，广泛用于制造航空航天、汽车模具等领域的精密零部件。SpaceX 使用SLM技术制造二代龙飞船引擎室，解决了复杂结构制造、缩短火箭发动机交货期、降低制造成本。

电子束熔融技术(Electron Beam Melting）是新兴的先进金属增材制造技术，已广泛应用于快速原型制作、快速制造、工装和生物医学工程等领域。EBM 技术应用助力航空航天零部件生产发展，减轻发动机零部件重量，提高燃油效率，并且有效提高增材制造技术在航空航天领域的渗透率。

激光近净成形技术是无需后处理的金属直接成形方法，也是DED 中研究和应用最广泛的技术。该技术不仅能直接打印出三维金属零件，还能在已有零件上进行打印。因此在制造或修复高附加值的产品，比如航空发动机或机床部件中得到广泛应用。LENS(激光近净成型)技术能够实现梯度材料、复杂曲面修复，在大型器件的修复上正不断地发挥作用，是链接传统制造与3D 打印的桥梁。

电子束熔丝沉积成形技术（Electron Beam Wire Deposition, EBWD）是以电子束作为激活源的前沿DED技术，具有速度快、成本低、打印尺寸大等优点。Sciaky 公司推出的EBAM技术实现了沉积速率大幅提升。

电弧增材制造技术（Wire and Arc Additive Manufacture, WAAM）使用电弧作为激活源，是一种成本极大降低的大尺寸高效率金属增材制造技术。WAAM 打印精度较低，但是打印尺寸较大。WAAM 的特点让其很适合以高价值的材料制造中等复杂程度的大尺寸零件。

金属增材:向着多材料、高效率、高精度、大尺寸、智能化、国产化率提高、渗透率提高、增减材一体化、无支撑、系统级制造等趋势发展

作为新兴工艺，增材制造具有传统的减材制造不具备的优势，因此其逐渐被人们重视，各国纷纷出台产业政策扶持，行业进入快速发展期，未来金属增材发展趋势如下：

1）多材料：多材料包括可打印材料的多样化以及多材料混合打印两个方面；

2）高效率与高精度：金属增材制造效率有待进一步提升，打印效率和打印精度是增材制造技术两个难以兼顾的目标，未来希望能在高精度制造的情况下实现高效率增材制造；

3）大尺寸：进一步增大可打印尺寸是当前增材制造装备的发展趋势，目前增材制造打印件成形尺寸已经步入“米”级时代；

4）智能化：增材制造工艺需要进行质量控制，需要高度训练有素的技术人员来启动、监测和拆除组件，未来需要实现增材制造的智能化与自动化；

5）国产化率提高：由于我国的3D 打印设备公司对于软硬件存在不同程度的进口依赖，因此推进核心器件（主要指：激光器、振镜以及工业软件）国产化至关重要；

6）渗透率提高：加强金属 3D 打印定制化产品在一般工业领域渗透，提高3D 打印可运用场景，并使其在已经引入增材制造的下游领域中增加3D 打印的使用占比；

7）增减材一体化：增减材复合制造技术结合了增材近净成形和减材保证精度的优点，适合高精度复杂型面及具有内孔内腔零件的一体化制造和修复再制造；

8）无支撑3D 打印：支撑结构的存在会降低模型的表面质量，且去除支撑需要的后处理会提高成本，无支撑3D 打印能降低材料浪费以及提高模型质量；

9）系统级制造：系统级制造就是指对于整个系统部件基于增材制造设计制造，而不单单只通过3D 打印技术打印出个别零部件。由于增材制造相比于传统工艺能够更好的制造复杂构件，且系统级制造应用越来越多，其已经成为增材制造技术的一大趋势。

风险提示

军工订单不及预期。国内金属增材打印行业下游客户集中于军工行业，收入最终主要来源于国家的国防装备支出。军工行业属于特殊的经济领域，主要受国际环境、国家安全形势、地缘政治、国防发展水平等多种因素影响。若未来国际形势出现重大变化，导致国家削减国防开支若军工订单不及预期则可能影响到行业企业的营收。

产业政策风险。增材制造行业系国家重点扶持的战略新兴产业，国家产业政策对该行业的发展起到了积极的引导作用。如果未来政府对行业支持政策发生变化导致财政税收优惠、政府补助及科技扶持等政策缩减甚至取消，将会对行业生产经营造成不利影响。

技术迭代风险。随着增材制造技术的发展，应用领域的扩大，技术的升级迭代加快，不同技术之间的竞争加剧，技术创新和新产品开发仍是行业竞争的关键。若企业无法保持技术先进性则可能导致竞争力下降。

供应链风险。国内增材制造领域振镜、激光器等核心零部件进口依赖严重，若因地缘政治导致进口受限，且短期内无法国产化替代，则可能影响到企业产品的交付。

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