降低用砂成本的三种方法

首先是砂的国产化、本地化。国内沈阳铸造研究所、长江造型材料等单位做了大量的工作，使得吨砂的价格从2000多降到了1000多，并被多家企业用于生产。

其次是砂回收利用，即砂回用。通过将未粘接的废砂回收、筛分并和新砂混合后用于打印，可以节省50%左右的耗砂量，同时节约了固废处理费用。

维捷的VX2000干砂工艺是其典型代表，它可以回用95%以上已预混固化剂的未粘接废砂，这使其单位砂型的材料成本和国产设备持平，帮助用户极大地节约了成本。

第三类方法是砂再生。在传统铸造生产中，对于粘接成型的砂型砂芯，一般先破碎，然后采用机械法或热法再生。由于3D 打印工艺对砂的技术要求更高，一般推荐热法再生。根据维捷的经验，如果3D 打印工艺闭环使用再生砂+回用砂，可降低吨砂材料使用成本到500元以下（包括3D 打印硅砂和陶粒砂），和传统铸造吨砂成本相当，这为3D打印砂型工艺的量产打开了关键之门。

 热法再生砂的优势

• 热法回收率高，取决于所用原砂和回收工艺参数，一般可以达到95%以上。
• 3D打印砂热法回收后，由于砂型已经铸造相变过，铸造过程热膨胀系数小，可以大大减少脉纹的产生。
• 3D打印砂在热法回收中碰撞摩擦磨去尖角变得更为圆润，角型系数降低，单位表面积减少。相同的强度，热法回收砂打印需要的粘接剂数量减少，砂型发气量降低。
• 大大减少了固废产生量，更加科学环保。

 热法再生砂工艺

• 破碎：筛分对存在块状形态的废砂进行破碎，然后筛分，将大颗粒杂质分离除去；
• 磁选：将筛分了的废砂进行磁选，将铁磁性物质，从废砂中分离除去；
• 焙烧：将磁选后的废砂送入焙烧炉进行焙烧，将残存的硫、磷等有机物烧掉，全过程的固态液态气态物质排放，符合安全环保标准要求；
• 分级筛分：将焙烧冷却后得到的精处理砂进行分级筛分，获得铸造工艺需要不同粗细级别的再生砂。

 热法再生砂3D打印应用情况

维捷中国联合天津致勤，在3年多的时间里，对3D打印砂热法再生技术进行了多个批次，多种材料（硅砂和陶粒砂），多种粒度分布（GS15、GS19），近500吨砂型的打印（含砂回用）、热法再生、打印（含砂回用）的闭环测试，取得了较为理想的结果。以下是部分测试数据。

l 原砂和热法回收砂性能对比 l

从测试数据可以看出，高温再生后灼烧减量为零；砂再生后，目数分布主要集中在140目；相比原砂更细一点。

l 热法再生砂打印砂型性能检测 l

通过照片可以看到热法再生砂打印的样品细节清晰，边角锐利。检测报告可见，热法再生砂砂型的强度相比原砂砂型强度相当；粘接剂加入量更低；砂型发气量也更低。

l 热法再生砂铸件（附照片）l

l 热法再生的成本 l

l 设备投入：280万左右
l 每吨砂再生成本：400元以内

 voxeljet-维捷经验

使用再生砂能有效降低3D打印用砂成本。根据维捷的经验，如果3D打印工艺闭环使用再生砂+回用砂，可降低吨砂材料使用成本到500元以下（包括3D 打印硅砂和陶粒砂），和传统铸造吨砂成本相当。

热法再生系统适用于3D 打印硅砂、陶粒砂。

再生砂角型系数更小。产生相同的强度，需要的粘接剂更少，发气量更低。

用热法再生砂打印的砂型，热膨胀系数低，可铸造性更好；尤其是铸铁、铸钢零件，可替代部分陶粒砂的使用。

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3D打印带来的数字化，让人类第一次能够产生真正的经济净收益门槛：通过将客户行为与生产者行为同步，以需求为导向，从生产过剩转向需求驱动的生产。

3D打印是一种带有鲜明数字化特征的技术，这意味着增材制造能够改变产品的生产方式是本质性的，不仅可以实现个性化，还可以实现功能化导向的制造。

通用汽车3D打印汽车组件
© 通用汽车

无疑，3D打印要成为一种主流的制造技术之一，必须要在制造业主赛道汽车零件制造领域“站稳脚跟”，而3D打印在汽车领域的应用要实现落地，存在着多方面的挑战，这一点，3D科学谷在《3D打印产业化机遇与挑战白皮书》中有过详细的剖析。汽车行业需要利用增材制造的具体优势来提升产品设计，但是当谈到用于经济性的生产，以便将产量从小批量的十几个增加到至少每年100万个。在行业能够打破这个百万产能障碍之前，3D打印对于进入到汽车的生产线方面很容易陷入到“死胡同”发展状态。

汽车3D打印路线图
© 3D科学谷白皮书

然而，相比于经济型汽车的量产规模来说，豪华车的制造需求却成为3D打印突破汽车零件制造方面“死胡同”发展状态的绝佳“破冰”点。

通用汽车的豪华车是其实践3D打印产业化的绝佳“落脚点”，根据TCT亚洲展的报道，早在2021年，凯迪拉克就宣布CT4-V Blackwing和CT5-V Blackwing将成为通用汽车首批采用3D打印部件的量产车。这些部件包括手动换挡旋钮上的一个徽章、一个电线束支架和两个HVAC管道，均以降低成本和提高效率的方式生产。这对通用汽车来说是一个重要的里程碑，借着豪华汽车的“破冰点”，通用汽车希望加快3D打印终端部件的量产。

 敏捷创新

通用汽车转型的核心是成为一家敏捷的创新型公司，而3D打印将在这一过程中发挥至关重要的作用。3D打印是通用汽车“制造4.0”或“智能制造”的一部分，通用汽车定价34万美元的凯迪拉克 CELESTIQ，据称是“有史以来技术最先进的凯迪拉克”，被描述为“手工制作的全电动超豪华旗舰”汽车。 不仅如此，这辆车还包括一百多个 3D 打印生产组件。

未来工厂
© 3D科学谷白皮书

凯迪拉克CELESTIQ集成了115个金属和塑料3D打印零部件，包括金属激光粉末床熔融（LPBF）3D打印方向盘、3D打印车窗开关、把手、装饰件和结构安全带D型环。毫不奇怪，这款新型小批量汽车代表了通用汽车 3D 打印生产零件最广泛的集成。

虽然通用汽车在其业务中使用了多种增材制造工艺，但有一些特定工艺确实非常适合该公司的生产应用：金属粘结剂喷射、金属LPBF粉末床激光熔融3D打印以及惠普的Multi Jet Fusion多射流喷射增材制造工艺，这其中惠普是通用汽车全方位的合作伙伴。

惠普个性化与3D打印事业部全球总裁Didier Deltort表示，可持续性、数字化和个性化是增材制造的关键因素，使企业领导者决定规模化3D打印。这其中，你需要将不可能作为驱动力，解决制约3D打印产业化方面有关产品质量的两个关键挑战：Predictability（质量的可预测性）与Repeatability（质量的可重复性）。离开这两个关键点的解决方案，追求卖多少台设备是没有任何意义的。

 多样化的3D打印技术

l 粘结剂喷射3D打印技术

据3D科学谷了解，CELESTIQ 中的装饰金属部件主要是使用粘结剂喷射3D打印技术制成的，该技术使通用汽车能够获得更好的成本动态。

© 3D科学谷白皮书

通用汽车发现3D打印所替换制造的零件实际上是由许多不同组件组成的，3D打印实现的制造自由度能够重新设计该零件并将五个零件整合为一个零件。通用汽车使用的钢材非常坚固且致密，因此通过3D打印还能够集成一些空心特征以降低质量。简而言之，通用汽车在不断寻找他们最初没有想到的使用增材制造的方法来提高零件的性能和可制造性。

© 通用汽车

l 激光粉末床金属熔融3D打印技术

CELESTIQ方向盘采用激光粉末床金属熔融3D打印技术制成，通用汽车选择使用这种工艺是因为激光粉末床金属熔融3D打印技术的尺寸保真度和尺寸容量。这些方向盘零件尺寸比较大，当前激光粉末床金属熔融3D打印技术（ LPBF技术）可以轻松满足零件尺寸加工的需求。此外，LPBF技术实现通用汽车所需的组件保真度， 方向盘背面具有各个不同方向的特征，3D打印节约了制作模具的成本。

l 塑料3D打印技术

在塑料增材制造方面，通用汽车发现如果3D打印构建室对于零件来说太小，那么就必须进入二次加工，例如装配，从尺寸角度和联合性能角度以及视觉质量角度来看，这会带来许多不同的挑战。当然后处理的需求也是金属增材制造的一个挑战。对于通用汽车来说，3D打印还必须在后处理方面做大量的工作。如今市场上有标准解决方案，但增加了成本并延长了物流链，这明显削弱了增材制造的优势，因此通用汽车也一直在寻找更好的解决方案。

l 砂型3D打印

在砂型3D打印结合铸造方面，通用汽车收购了 Tooling & Equipment International (TEI)，该公司负责帮助特斯拉开发“Giga Casting”技术，TEI常年与3D打印领域的voxeljet-维捷合作，还开发了用于生产单件大型车身零件的3D砂打印方法。

根据3D科学谷，随着3D打印与铸造的结合，铸造作为产品“诞生”的“源头”，其决定产品核心竞争力的价值将显现，这个行业不再被误读为“傻大笨粗”，而是成为企业发展核心竞争力的体现，因为3D打印可以从源头决定一个产品的创新程度，很多大型企业将改变将铸造外包给铸造厂的模式，而是将铸造将作为核心关键的一环纳入到企业内部的生产运营中，这个过程中或将发生铸造厂被并购的现象。

TEI擅长低压铸造，低压铸造是指铸型一般安置在密封的坩埚上方，坩埚中通入压缩空气，在熔融金属的表面上造成低压力（0.06～0.15MPa），使金属液由升液管上升填充铸型和控制凝固的铸造方法。这种铸造方法补缩好，铸件组织致密，容易铸造出大型薄壁复杂的铸件，无需冒口，金属收得率达95%。无污染，易实现自动化。但设备费用较高，生产效率较低。一般用于铸造有色合金。

当然，低压铸造是一门由来已久的技术，低压铸造是最早的反重力铸造技术，如今，低压铸造主要用于生产销合金、镁合金件，如汽车工业的汽车轮毂、内燃发动机的气缸体、气缸盖、活塞、导弹外壳、叶轮、导风轮等形状复杂、质量要求高的铸件。

通用汽车收购 TEI 表明其致力于以更经济、更高效的方式制造汽车。此举出台之际，特斯拉正计划推出一款售价 25,000 美元的电动汽车 (EV)，并计划在未来十年内生产数百万辆价格实惠的电动汽车。随着 TEI 被通用汽车收购，特斯拉将更多地依赖其在英国、德国的其他砂型3D打印铸造合作伙伴。

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那么在迈向实现具有经济效益的数字驱动的端到端的制造工艺链这条路上，2023年国际上有哪些进步？

本期，结合国际上AM杂志评选出的2023年增材制造十大故事以及基于对3D科学谷制造业专家网络及对所发布的信息阅读与反馈数据分析，3D科学谷从中选出和补充全球范围内有代表性的2023年增材制造十大事件与现象。

根据《趋势2030》，把跨时代的转变看作一个缓慢的过程大有裨益，每个微小的变革都让我们更接近于范式的转变，突然之间，物换星移。

 效率是增材制造与机加工、铸造、锻造竞争的关键

Seurat-修拉这家位于波士顿地区的增材制造工厂旨在以优于传统工艺的单位成本进行大批量金属零件生产。 为了实现这一目标，修拉正在使用内部开发的高通量激光粉末床熔融金属3D打印设备。2023年11月，Nvidia-英伟达的企业风险投资部门 NVentures 与著名的气候投资者 Capricorn 合作，为LAPBF-大面积脉冲激光粉末床熔化技术提供商Seurat提供9900万美元的C轮融资，根据 PitchBook 的数据，Seurat的融资后估值约为 3.42 亿美元。Seurat将这近1亿美元的融资用于部署本地3D打印工厂，助力制造业脱碳，在 NVIDIA 和 Capricorn 投资的支持下，Seurat 将加速其金属3D打印技术升级，从原型转向生产。

根据《创成式设计和增材制造重定义芯片光刻机晶圆台的热管理性能》一文，在下一代增材制造晶圆工作台部件的设计开发中，正在从人工设计向计算机生成（即创成式设计）和人工辅助设计（相对于计算机辅助设计）过渡。举例来说，3D打印可以最大限度地提高晶圆台的热均匀性，同时不引起系统中的流体压力下降。先进冷却策略的一个额外好处是缩短热稳定时间，提高生产效率。通过新颖的创成式设计方法（使用Diabatix的 ColdStream平台）可以自动生成最佳的自支撑冷却结构，降低了整体温差，将流体压力保持在系统要求的范围内，并使整个系统生产晶圆产品的周期缩短。

3D打印在半导体设备的应用
© 3D科学谷白皮书

 无缝衔接增减材

通过3D打印-增材制造工艺，可以特别灵活地制造复杂且个性化的零件。基于粉末床的激光熔化技术，或简称为L-PBF越来越多地被用于制造发动机部件或医疗植入物。但是，目前生产效率很低，尤其是涉及到机加工后处理的时候。那么是否存在更好的衔接方式，省时省力且更加精准高效呢？DMG MORI对构建板实施了简单但重大的改变，以简化小型3D打印零件的生产。 位于构建板内的独立可夹紧单元可轻松转移至 CNC 车床。

DMG MORI的“Pucks”系统还可以实现机器人自动化，这将无缝衔接3D打印与减材步骤， 随着用户投入生产，提高后处理效率变得尤为重要。

 更多的用于零件制造-能量沉积增材制造

根据3D科学谷全球战略合作伙伴-增材制造市场研究机构AMPower, 能量沉积增材制造技术之前的应用基本停留在零件修复方面，尤其是送粉的DED技术，自2021年出现的一个显著变化是能量沉积增材制造技术开始更多的用于零件制造用途。

© Norsk Titanium

能量沉积增材制造技术“增材工厂”的另一个例子是，Norsk Titanium 正在利用其快速等离子沉积 (RPD) 工艺扩大生产规模，这是一种定向能量沉积 (DED) 的送丝方法，能够生产具有类似锻造性能的 Ti6Al4V 零件。 除了扩大技术规模，为航空航天和半导体等行业提供高质量零件外，该公司还扩大了员工规模。

技术跳跃
© 3D科学谷白皮书

Norsk 的增长部分是由于对低成本钛零件的需求推动的，而无需锻造所需的模具投资使得3D打印具有独特的优势。 不过即使在这种基本上无人值守的过程中，扩大规模也需要同时增加人员配备。

 量产化3D打印切削刀具

金属3D打印技术在制造复杂的刀具外部结构以及内部冷却结构方面占有了一席之地，世界上著名刀具制造商已将金属增材制造工艺应用到个别类型刀具的生产中，从而实现刀具性能的提升，或实现传统制造工艺无法实现的特殊刀具。

根据3D科学谷的市场观察，目前在刀具制造中应用的3D打印技术主要有两种。一种是LPBF选区激光熔化3D打印技术，用于制造金属刀具特殊的槽形或者刀具内部复杂的冷却通道；一种是BJ粘结剂喷射技术。Kennametal肯纳金属在3D打印刀具方面的布局涵盖了这两种技术。

其中Kennametal肯纳金属于2021 年 9 月 13 日宣布推出 KAR85-AM-K，这是其用于金属增材制造的最耐腐蚀的碳化钨牌号。它可与 Kennametal 的粘合剂喷射 3D 打印功能结合使用，以生产完整的耐磨部件。通过 KAR85-AM-K，Kennametal 将 3D 打印的优势（例如更大的设计灵活性和更短的交货时间）与传统硬质合金的性能相结合，为石油和天然气、发电等领域的客户生产高性能零件。使用新等级制造的组件已经在与选定的客户进行现场试验。根据3D科学谷的市场观察，肯纳金属通过粘结剂喷射3D打印技术成就了结构更加复杂、带冷却内流道的硬质合金刀具。

肯纳金属将差异化的金属粉末与粘接剂喷射以及激光粉末床3D打印技术与打印后处理方面的制造专业知识相结合，以更快地生产成品部件和模具，从而减少停机时间并提高性能。

国内，升华三维在致力于高温合金、难熔金属等特种金属及特种合金零部件灵活定制设计制造的同时，正升级为面向钨部件高密度、大尺寸、规模化生产的卓越3D打印解决方案提供商。

此外，创成式设计还与刀具设计发生了美妙的结合，我们在市场上看到的很多3D打印所实现的“长相奇异”的结构让业界明白创成式人工智能设计软件可实现的大量复杂设计，这些设计的工作量通常是人类手动设计无法实现和承受的。

3D打印刀具
© 3D科学谷白皮书

© 肯纳金属

而这样的设计也被应用到了机床所用的切削刀具设计领域，举例来说，肯纳用于制造客车变速箱外壳的3D打印镗孔刀具，通过创成式设计创建的刀具针对轻量化进行了优化，轻量化对刀具的流程效率和设备使用寿命具有影响，在更轻的刀具使用情况下，加工中心能够更快地执行镗孔操作，并减少维护停机时间。

 铸件砂型3D打印技术实现能源转型

2023年，美国能源部拨款资助用于制造大型砂铸模具的voxeljet-维捷砂粘剂喷射3D打印机的开发和商业化，新的制造技术将为风能和水能领域生产大型发电机铸造组件，从而减少生产时间和成本。

根据GE，3D打印砂型模具带来许多好处，提高铸件质量，包括改善铸件表面光洁度、提高零件精度和一致性。此外，由于3D打印可以实现优化的设计从而减少加工时间，并节约其他材料成本。这种生产技术可以改变生产效率，允许在高成本国家进行本地化铸造生产，这对于希望最大限度地发挥海上风电进而带来地方经济发展效益的客户来说是一个关键的好处。

voxeljet-维捷负责开发和建造尺寸突破性的砂型3D打印机，用于增材制造10吨至60吨以上铸件的砂型，GE选择voxeljet-维捷作为其合作伙伴，该项目名称为先进铸造单元（ACC），获得了美国能源部 (DoE) 的 1,490 万美元联邦资助，用于大型砂型粘结剂喷射3D打印机的开发和商业化 ，美国能源部对该项目的支持旨在加速美国向清洁能源的过渡。

voxeljet-维捷的3D打印设备在制造非常大、非常复杂的产品设计的时候为用户创造的附加值。那些原来通过传统制造工艺制造时耗时长，组装复杂，制造成本昂贵的产品，在通过3D打印技术来制造时变得轻松、高效。

 美国加州呈现3D打印积聚效应

当一个区域产业的规模经济、技术水平都提高之后，这个区域就会成为该产业的主要集聚地，形成规模效应和集聚效应。根据3D科学谷的市场观察，加州已经聚集了众多3D打印技术提供商及应用端。这里不仅仅有硬件，还有软件及人工智能解决方案；这里不仅仅有火箭3D打印集群，还有卫星3D打印集群；不仅仅有金属3D打印，还聚集了花样繁多的其他3D打印技术甚至包括碳纤维3D打印，电池3D打印等等。

前沿、突破性创新、软件驱动、产业化，根据3D科学谷，这几点是加州3D打印集群中的各个或大或小的企业的共同特点。

加州有NASA的喷气推进实验室，是航空航天技术探索的前沿高低，就在2022 年初，由美国宇航局NASA位于南加州的喷气推进实验室领导的冷可操作月球可展开臂 (COLDArm) 项目成功地将特殊齿轮集成到机械臂的部件中，该机械臂计划在未来几年投入到月球任务中。这些大块金属玻璃 (BMG) 齿轮集成到 COLDArm 的关节和执行器中，是通过改变游戏规则的开发大块金属玻璃（非晶态合金）齿轮项目开发的，可在低于华氏 280 度（负173摄氏度）的极端温度下运行。

加州有前沿的材料与应用研究，例如位于加州Malibu的HRL 实验室，是由波音公司和通用汽车公司所合作拥有的专业从事研究传感器和材料、 信息和系统科学、 应用电磁学和微电子的研究和发展实验室。早在2016年，HRL就公布了其开发出一种新技术，使用这种技术3D打印的超强陶瓷材料能够承受超过1400摄氏度高温，该技术处于全球性的前沿技术地位。2017年，HRL 实验室通过在增材制造材料中引入纳米颗粒成核剂的方式开发了3D打印高强度铝合金材料。

2023年，尼康宣布成立尼康先进制造公司，并将于 2023 年 7 月开始运营。这家以应用端为中心的新数字制造解决方案公司将 总部设在美国加利福尼亚州，作为尼康先进制造事业部的全球总部。与SLM Solutions形成竞争，3D打印企业Velo3D位于加州，这家3D打印届的后起之秀已经成功地获得了制造业中技术要求最高的合同之一，即向世界上最成功的私人火箭公司之一的SpaceX公司提供3D打印机。超音速飞机制造商Boom Supersonic和VELO3D于2019年建立合作，以制造复杂的飞机硬件来组建XB-1，并在VELO3D的Sapphire系统上进行了一系列鉴定试验。

商业航天3D打印，不仅仅老牌的实力企业SpaceX的总部位于加州，3D打印火箭独角兽公司 Relativity Space 也将总部设立于加州长滩超过9万平方米的超级工厂里。颠覆了 60 年的航空航天业，Relativity Space 从根本上简化了供应链，使该公司能够在不到 60 天的时间内用减少 100 倍的创新方式来打印其火箭。

加州还拥有众多的医疗3D打印创新公司，例如NuVasive，此前这家公司还创建了珊瑚状的脊柱植入物，由钛制成，精确地放在两块椎骨之间。通过模仿人体骨骼的多孔性和硬度，加速手术后的骨骼生长与康复。NuVasive的研究表明，采用正确的设计，钛可以塑造成更接近人体骨骼的形状和硬度。

塑料3D打印，加州不仅有Carbon这样的独角兽企业，还有Nexa3D的技术能够以令人信服的注塑性能、尺寸和规模制造能力实现高速和高分辨率3D打印的结合。

此前，加州的企业Arris Composites针对碳纤维复合材料3D打印产业化开辟了一条路径，其目的是实现下一代大众市场的连续纤维复合材料3D打印生产级应用。

加州还有一些新奇的3D打印技术，例如，规模化电动汽车电池的3D打印制造技术提供商Sakuu，Sakuu 新解决方案的突破性是其多重 AM增材制造技术。将粉末床和喷射材料沉积混合在一起，并在单层功能中使用完全不同的多材料。该工艺能够更轻松、更快速地创建具有内部通道和空腔的设备。

 Smart Fusion（闭环智能熔融技术）

2023年，EOS推出了Smart Fusion（闭环智能熔融技术），Smart Fusion可以实时自动调整激光功率，快速有效地解决潜在的制造问题。该技术通过测量粉末床所吸收的激光能量，并使用先进的算法进行调整，可以有效避免甚至消除支撑结构。这不仅节省了时间，而且通过减少后处理和减少材料用量，降低了每个零件的单件制造成本（CPP）。

通过不断监控焊接过程并收集实时数据，Smart Fusion 技术可以识别需要优化能量输入的区域。通过其反馈回路控制机制，可以立即进行调整，以确保精确调节输送到粉末床的能量。此功能可以防止关键区域过热，从而提高3D打印过程中跟焊接有关的质量问题、减少缺陷并增强零件的整体性能。

其他方面的因素，包括粉末粒度分布、工艺异常和加工过程中的飞溅等等，可能会引入变异性并影响3D打印部件的质量。借助EOS的Smart Fusion技术，可以实时检测和纠正这些偏差，从而减轻其对增材制造过程的影响。在 EOS 制造控制软件 EOSPRINT 中，可以单独调整和优化超过 160 个工艺参数，以实现完美的构建过程。通过过程控制软件，可以监控和纠正所有这些基本本质的技术，确保在正确的时间提供正确的能量，这是完全创新的。

 铝制火箭喷管

2023年10月，NASA马歇尔太空飞行中心进行了3D打印喷管的热火测试，该喷管由新型铝合金 6061-RAM2 制成，可承受巨大的温度梯度。 这种喷管比传统喷管更轻，为可携带更多有效载荷的深空飞行奠定了基础。

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NASA的铝合金喷管是一种新的突破，由于铝对极热的耐受性较低且在焊接过程中容易破裂，因此此前，铝通常不用于火箭发动机零件的增材制造。该项目获得了NASA空间技术任务理事会 (STMD) 的资助，目的是专注于推进轻质、增材制造的铝制火箭喷管。喷管设计有小的内部通道，使喷管保持足够凉爽以防止熔化。

NASA和Elementum 3D首先开发了名为 A6061-RAM2 的新型铝合金，用于构建喷管，另一个商业合作伙伴RPM Innovations (RPMI)，通过 LP-DED 激光粉末定向能量沉积工艺制造 RAMFIRE 喷管。这种新型合金可以在制造能够承受高结构载荷的轻型火箭部件方面发挥重要作用。

NASA对材料开发的一个明显推动作用是：通过集成计算材料工程 (ICME) 和高性能应用的工艺开发来持续进行增材制造合金优化。

 人族火箭成功发射背后的铜合金燃烧室

2023年3月，Relativity Space的人族Terran 1 火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空，照亮了夜空。这是首次发射由3D打印部件制成的测试火箭，作为增材制造的一种形式，3D 打印是增强能力和降低成本的关键技术。Terran 1 火箭带有九个由铜合金制成的增材制造发动机燃烧室，其高温接近 6,000 华氏度。

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根据3D科学谷，Terran 1首飞的意义在于证明了Relativity Space的颠覆性创新价值：

- 改变了供应链。以往火箭制造很长的供应链，将供应商的需求降为全部自己3D打印制造几乎所有零件。零件数量减少100倍；
- 改变了研发，研发速度提升10倍；
- 人工智能用于制造，Relativity的3D打印本质是人工智能算法驱动的智能制造。

而在这一切的颠覆性创新价值背后，还离不开NASA的技术支持：在克利夫兰的美国宇航局NASA格伦研究中心创建了这个被称为 GRCop 的铜基合金系列，旨在用于高性能火箭发动机的燃烧室。

3D科学谷了解到GRCop 是铜、铬和铌的组合，这种材料专门针对高强度、高导热性、高抗蠕变性进行了优化，这在高温应用中允许更大的应力和应变，具备良好的低周疲劳性能，可以防止材料在高温下失效。

 全球首款连续发射成功的液氧甲烷运载火箭

3D打印技术正在催生火箭制造的新赛道，已成为火箭制造过程中的中流砥柱技术。商业航天进入发展快车道，也将极大的刺激3D打印，尤其是金属3D打印技术的应用发展。

2023年7月12日9时00分，蓝箭航天朱雀二号遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空，进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。2023年12月9日07时39分，朱雀二号遥三液氧甲烷运载火箭从酒泉卫星发射中心升空，将三颗卫星送入预定轨道，任务取得圆满成功。朱雀二号成为全球首款连续发射成功的液氧甲烷运载火箭，其技术状态成熟度和稳定性得到了进一步验证。

朱雀二号是中国首型以液氧甲烷为推进剂的中型液体火箭，由国内商业航天企业蓝箭航天自主研制。液氧甲烷发动机成为未来世界各国发展的主要方向之一，绿色环保，有利于火箭重复使用。
其中，铂力特作为蓝箭航天的长期合作伙伴，铂力特围绕“让制造更简单，世界更美好”的使命，整合十余年的技术研发、配合研制、工程化应用经验，针对复杂结构、高品质、组合制造、特殊材料的大尺寸零件开发了多种工艺技术的制造解决方案，为朱雀二号的关键零部件的研制提供了全方位的金属增材制造技术支持。

蓝箭航天研发团队在零部件设计时引入增材制造思维，对零件结构进行了优化设计，减轻了零件重量。铂力特产品团队对零件的服役条件进行了充分分析，使用了高温合金、不锈钢等材料，并根据零件尺寸特征、力学性能等指标的要求，选用了铂力特BLT-S310、BLT-S400等金属3D打印设备进行了生产。

l 案例排名不分先后，欢迎在文后留言发表您心目中还有哪些事件值得成为2023全球增材制造现象！

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由于受限传统制造方法工艺可达性的约束，减重变得越来越难。而增材制造-3D打印技术为实现轻量化提供了全新途径。随着国内外卫星研制用户的深入应用，3D打印技术在实现复杂拓扑优化设计、点阵结构、一体化结构实现、高附加值零件制造、动力结构制造等方面发挥着独特优势。3D打印的应用也从制造轻量化的非主承力结构，迈入了通过3D打印点阵结构技术制造主承力结构的领域。

TCT 亚洲展览会是构建3D打印与增材思维的革新盛会，在TCT 亚洲展的众多参展企业中，不乏为卫星研制提供增材制造、三维扫描技术解决方案的优秀企业。近日，TCT 亚洲展主办方对其中部分有代表性的应用进行了盘点，本期3D科学谷将进行分享。

 01 铂力特参研
遥感卫星随天舟六号成功发射

星众空间、铂力特等众多企业协助研制、大连理工大学设计研制的“大连1号-连理卫星”12U高分辨率对地遥感卫星搭载飞船飞向太空。铂力特（2024 TCT展位号：7H15）负责卫星部署器框架的结构优化设计和打印生产工作。铂力特产品团队在分析了卫星服役环境和成形难点后，选用了AlSi10Mg铝合金，利用八激光BLT-S800设备一炉完成打印，实现了零件的快速研制。经检验，最终生产的零件关键部分的尺寸精度满足卫星“克服高低温、热真空、原子氧腐蚀等太空因素，保证卫星长期在轨存储与释放的可靠性”的工况需要。

通过工艺迭代，铂力特产品团队先后交付了初样和成品。此次发射是对中国航天工业的一次重大胜利，也标志着中国在遥感卫星领域的技术实力和创新能力得到了全球认可。铂力特的优秀设计和制造能力为这一成就作出了重要贡献。

部署器框架成形过程
© 铂力特

 02 打破固有思维

连续纤维增强3D打印卫星结构件

在类似的3D打印卫星案例中， 在今年5月公布了一项正在进行3D打印LizzieSat卫星项目，这颗卫星是Markforged（2024 TCT展位号：8C34）与航空航天公司Sidus Space合作开发。Sidus Space利用Markforged的Digital Forge平台，Boschi和团队重新设计了卫星的整个结构。采用Onyx FR-A (Markforged尼龙材料具有阻燃和可追溯性)，加上连续纤维增强，Sidus可以打印出强度与金属相当的部件，同时还减少了重量和交货时间。

据Sidus Space称，其飞行测试平台上使用Onyx FRA制作的3D打印原型，即使在国际空间站（ISS）外的太空中呆了一年，仍然完好无损，功能正常。

使用Markforged的Onyx FR-A与连续纤维增强的结构件

 03 金属3D打印助力
遥感三十五号卫星C星成功发射

2021年11月，我国在西昌卫星发射中心用长征二号丁运载火箭，采取一箭三星的方式，成功将遥感三十五号卫星A星、B星、C星发射升空。其中搭载的卫星C星上应用了24件上海云铸三维科技有限公司（2024 TCT展位号：8J85）研制的3D打印三通接头。该组产品采用蒙皮加晶格结构设计，通过钛合金3D打印一体成型，最终交付产品等效复合材料强度，并实现轻量化制造，优化后的三通接头重约83g/个，相比原设计115g/个，成功减重32g/个，全星累计减重超500g。

从产品设计优化、3D打印加工到后处理，云铸三维短期内便完成该组三通接头的研制交付，结构、功能等测试指标契合产品原定需求，部分测试结果甚至优于传统工艺所制造。

© 云铸三维

 04 先临天远
高精度三维扫描助力卫星研制

在卫星研制过程中，其产品大部分为非标零件，基本需要定制，例如，光学镜头的固定支架。在卫星的总装收拢中，需要以特定的支架来固定光学镜头，这是卫星研制的其中一环，较为重要，其对于卫星的成像能力会有影响。

在传统的定制开发下，需要测量镜头的关键尺寸，依据这些尺寸进行3D制图设计支架，设计完成后，找相应的生产厂商加工，整体来说耗时较长且制造成本较高。地卫二团队找到了一个更加高效的方案——采用先临天远（2024 TCT展位号：8D10）FreeScan UE系列三维扫描仪扫描光学镜头，获取镜头的完整数据，根据镜头的准确尺寸、实际形状，设计固定支架，以实现支架与镜头的良好匹配，实现光学镜头固定支架的定制化制作。

光学镜头三维扫描数据

国内商业航天的加速发展，将极大的刺激金属3D打印的发展，5月7-9日TCT亚洲展将邀请包括铂力特、华曙高科、HP、汉邦科技、维捷、中科煜宸、山东雷石、云铸三维、Markforged、鑫精合、峰华卓立、升华三维、英尼格玛、武汉易制、云耀深维等金属3D打印领域的领导品牌，携最新产品和应用案例亮相2024年TCT亚洲展。

一直以“应用驱动变革”作为理念的同期活动TCT亚洲峰会，2024年也将为大家继续带来航空航天论坛，将吸引来自航空航天领域的专家学者、商业航天领军企业等齐聚一堂，共同探讨增材制造在航空航天领域发展新趋势、分享技术新成果、研究增材制造助力航空航天事业发展新路径，为推动增材制造在航空航天领域的发展献计献策。

TCT Asia 2024

时间与地点

5月7日 09:00 – 17:30

5月8日 09:00 – 17:30

5月9日 09:00 – 15:00

国家会展中心（上海）7.1&8.1馆

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 无机通用工艺概述

l 无机粘接工艺

• 无排放和无气味铸造的环保工艺
• 基于碱混合物（水玻璃）的粘接
• 后固化强化零件
• 可回收游离砂

最令人振奋的是，冷无机IOB技术在投资和运行成本方面表现出明显的优势。与传统需要微波处理的热无机IOB技术不同，新的冷无机IOB技术无需微波炉，从而减少了投资和运营成本。这一技术的应用还为铸造业带来了环保的好处，因为在铸造过程中只会产生水蒸气，而不会排放有害气体。这不仅降低了环境污染，还改善了铸造工厂的工作环境。

l 热无机流程说明

l 冷无机流程说明

冷无机IOB技术的引入对铸造业采用无机粘合剂的铸芯和模具是一项重要的进展。维捷voxeljet的目标是提供创新的解决方案，不仅提高效率，还有助于促进金属铸造的可持续发展。

Ingo Ederer博士

维捷voxeljet首席执行官

这一冷无机IOB工艺技术以其高度的尺寸精度、细节分辨率和清晰的边缘锐利度而闻名，还具备能够3D打印大型模具和铸芯的能力。与传统的热无机IOB工艺不同，这项冷无机IOB技术只需要在打印后进行烘干，而这是在机器外部完成的，因此客户可以避免昂贵的工业微波设备投资和运营成本。该工艺基本上可用于voxeljet的所有设备平台。目前正在对 VX1000 和 VX1000S 打印机进行测试和提供。计划很快将其扩展到 VX2000。

l  热无机产品

产品外管优选薄壁件，抗弯强度可达到220-380N/cm²,产品内部残留水分不足0.2-0.4%，需要在相对湿度20-30%的环境存放。

l  冷无机产品

产品多选为体积庞大的零件，抗弯强度可达到200-250N/cm²,产品内部残留水分不足0.6-0.9%，需要在相对湿度20-30%的环境存放。

 热无机与冷无机技术对比

维捷voxeljet的战略目标是满足冷无机IOB技术不断增长的需求。无机粘合剂在铸造行业，尤其是汽车行业，得到越来越广泛的应用，特别是考虑到环境法规不断升级的背景下。维捷voxeljet致力于扩大在环保型三维打印工艺领域的领先地位，并通过这一战略定位为3D打印及其应用领域做出重大贡献。

冷无机IOB技术为铸造行业的原型设计和中等批量生产提供了一种更加高效和环保的解决方案，现已投入商业使用。这一创新将进一步推动铸造业的可持续发展，并将行业带来更多的机遇。

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此外，根据ACAM亚琛增材制造中心，通常在通过传统制造技术来生产零件时，产品越复杂，成本越高，企业则需要很昂贵的投资（包括新的模具，甚至是新的设备来实现）；而对于增材制造-3D打印技术来说，零件的复杂性与成本的相关性是独立的，零件几何形状的复杂性通常并不会带来额外的制造成本。这一特点成就了3D打印技术在汽车制造中的另一个应用维度——制造传统工艺难以实现的复杂零部件，为汽车制造商进行零部件设计优化提供新空间。

宝马集团在增材制造应用领域走在前列，宝马已在其穆尼黑工厂建立了金属3D打印全自动生产线。近日，宝马集团的合作伙伴voxeljet-维捷又揭示了其另外一条全自动增材制造生产线。据悉，该生产线是全球首条全自动砂芯增材制造量产3D生产线。宝马集团将在快速生产与实现优化设计两个维度上受益于增材制造-3D打印技术。本期，3D科学谷将进一步揭示宝马集团在该生产线中所应用的3D打印技术。

 全球首条全自动砂芯增材制造量产3D 生产线

2023年10月25日，德国voxeljet-维捷和罗拉门迪（Loramendi）公司展示了作为砂芯打印工业化 (ICP) 合作项目的一部分而共同开发的全球首条全自动砂芯增材制造量产3D生产线。以上视频介绍了该生产线在德国宝马集团兰茨胡特工厂的实施情况。

作为宝马集团最大的零部件工厂，兰茨胡特工厂拥有约3,500名员工，为其全球所有的汽车和发动机工厂供货，包括几乎所有的宝马、MINI和劳斯莱斯汽车，以及其摩托车品牌BMW Motorrad。

 最新一代VJET-X 3D打印机打印速度提高10倍

定制的低排放解决方案将voxeljet-维捷的高速VX1300-X (VJET-X) 3D打印机集成到全自动的前处理和后处理工作流程中，包括用于固化3D打印砂芯的工业微波炉。使用最新一代的VJET-X三维打印机，3D打印速度提高了十倍，铸造砂芯的无模化设计允许以前所未有的速度更换变体，而无需耗时的工装更换和生产停机。未使用的材料可在生产过程中100% 回收和再利用。

迄今为止, 宝马集团已在其位于德国兰茨胡特的工厂安装了五台用于轻金铸造的维捷 VX1300-X(VJET-X) 3D打印机，以生产高性能发动机。

© voxeljet-维捷

 全自动3D生产线
      汽车行业的重要里程碑！

宝马兰茨胡特工厂的全自动三维生产线不仅是voxeljet-维捷的一个重要里程碑，也是整个三维打印和汽车行业的一个重要里程碑，我们相信， voxeljet-维捷、罗拉门迪和宝马合作实现的这种定制的近零排放解决方案将成为行业标准。
Ingo Ederer 博士
voxeljet-维捷 创始人兼首席执行官

© voxeljet-维捷

 使用无机3D打印砂芯

      宝马得以改进发动机部件设计

voxeljet-维捷和罗拉门迪Loramendi正在共同推动铸造砂芯3D打印的工业化。无机3D打印砂芯的生产使宝马集团得以推进其发动机部件的设计。例如，通过使用3D打印技术生产水套-排气道组合芯，宝马B48发动机的气缸盖得到了显著改进。此外，3D打印技术还使宝马能够一体生产砂芯，减少了发动机部件的复杂设计，同时优化了发动机的效率和油耗。无机3D生产线还大大减少了铸造厂的排放，因为在铸造过程中只产生水蒸气。

© voxeljet-维捷

 voxeljet-维捷
      新一代粘合剂喷射3D打印技术

voxeljet-维捷开发了新一代粘合剂喷射3D打印技术具有更高的增材制造生产率和生产能力，可满足宝马的大规模生产需求。3D打印头选择性地粘合砂层以创建型芯，然后将其拆包、微波固化、清洁和检查，最后送入宝马既定的铸造流程。voxeljet-维捷已获得一项专利，并拥有10个专利和28 项专利申请，在美国、欧洲和其他地区保护这一专有方法。

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据悉，美国能源部拨款资助用于制造大型砂铸模具的voxeljet-维捷砂粘剂喷射3D打印机的开发和商业化，新的制造技术将为风能和水能领域生产大型发电机铸造组件，从而减少生产时间和成本。

GE风能发电
© GE

 化复杂为轻松

早在2021年，通用电气可再生能源（GE Renewable Energy）、弗劳恩霍夫IGCV研究所（Fraunhofer IGCV ）和voxeljet-维捷公司就宣布建立研究伙伴关系，开发大型铸造砂模3D打印机。该设备用来优化 GE Haliade-X 海上风力发电机关键零部件的生产。基于voxeljet-维捷公司核心的粘结剂喷射3D打印工艺，能打印直径为9.5米、重达60吨多的铸造用砂模。

根据GE，3D打印砂型模具带来许多好处，提高铸件质量，包括改善铸件表面光洁度、提高零件精度和一致性。此外，由于3D打印可以实现优化的设计从而减少加工时间，并节约其他材料成本。这种生产技术可以改变生产效率，允许在高成本国家进行本地化铸造生产，这对于希望最大限度地发挥海上风电进而带来地方经济发展效益的客户来说是一个关键的好处。

voxeljet-维捷负责开发和建造尺寸突破性的砂型3D打印机，用于增材制造10吨至60吨以上铸件的砂型，GE选择voxeljet-维捷作为其合作伙伴，该项目名称为先进铸造单元（ACC），获得了美国能源部 (DoE) 的 1,490 万美元联邦资助，用于大型砂型粘结剂喷射3D打印机的开发和商业化 ，美国能源部对该项目的支持旨在加速美国向清洁能源的过渡。

voxeljet-维捷的3D打印设备在制造非常大、非常复杂的产品设计的时候为用户创造的附加值。那些原来通过传统制造工艺制造时耗时长，组装复杂，制造成本昂贵的产品，在通过3D打印技术来制造时变得轻松、高效。

根据 Data Bridge Market Research 的数据，预计 2021 年全球风力涡轮机机舱市场价值将达到 66 亿美元，预计到 2029 年将超过 150 亿美元。

先进铸造单元（ACC）项目目标是3D打印大型砂模，用于铸造 GE Haliade-X 海上涡轮机机舱部件，目标是将生产这种大型部件的砂型模具所需的时间从大约十周减少到两周。

通过3D打印砂型制造技术有可能将水电总成本降低 20%，并将总的交货时间缩短四个月。 该项目还将对16 吨转子轮毂的生产进行优化，并开发转轮的机器人焊接工艺。 为了帮助确保 ACC 项目的成功实施，voxeljet-维捷正在提供培训，让当地了解这种 3D 打印制造技术的细节。

根据voxeljet-维捷首席执行官 Ingo Ederer 博士，清洁发电技术的开发和经济高效的制造需求量很大，因为它是应对和克服全球气候挑战的关键。增材制造，特别是voxeljet-维捷的大规模粘结剂喷射技术，是制造下一代风力涡轮机复杂零件的正确选择。

项目合作伙伴弗劳恩霍夫铸造、复合材料和加工技术研究所Fraunhofer IGCV负责铸造和材料技术问题，以及工艺过程数字化监控。目标是优化模具打印，以避免成本极高的误打印甚至误浇铸，节省粘结剂，并改善铸造过程中的机械和热行为。通过开发一种尽可能节约资源的工艺，从而帮助改善风力发电机制造中的环境平衡和成本平衡。

根据3D科学谷，voxeljet-维捷一直在驱动3D打印在量产领域的应用，其中在量产中的典型案例是维捷所实现的世界首条汽车关键零件生产领域的集成增材制造解决方案。通过与德国领先的汽车厂商合作，自动化3D打印复杂的砂模和砂芯，生产线不需要任何干预，所有的前后处理步骤都是自动化的。维捷的下一代打印引擎显着缩短了每层加工的时间，提高了生产灵活性，并允许高速制造具有更为复杂几何形状的砂型模具，从而提高最终产品的性能，并通过产品性能的提高来提高产品生命周期效益。

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根据未来智库，具体而言，一体压铸技术将取代传统汽车制造中最为耗时繁琐的冲压和焊装环节，使用 6000T 及以上 吨位的超大型压铸机，将原来需要组装的若干个铝合金零件，直接压铸成完整的大型零部件，标志着汽车制造工艺迎来颠覆性革新。

汽车3D打印发展路线图
© 3D科学谷白皮书

 一体压铸

根据 2019 汽车轻量化大会内容，若纯电动汽车整车重量降低 10%，则平均续航里程将增加5%-8%。所以通过轻量化方案提升新能源汽车续航里程成为热点技术路线。据悉，降低整车重量，特斯拉悄然取得突破，重心在如何设计和测试大型部件的巨型模具以进行大规模高压铸造生产，以及如何通过制造带有内部肋的空心副车架来减轻车体重量并提高耐撞性。这其中，3D打印砂模或将重塑汽车制造业。

根据未来智库，特斯拉一直在探索通过一体化压铸减少制造复杂性，降低成本，减轻车身重量。此前，2019 年 7 月，特斯拉公布新专利“汽车车架 的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法”，通过将不同凸压模具移动至铸造机中央的铸造区，实现不同部 件的铸造，在一台机器上完成绝大多数的车架铸造工作，这是一体压铸首次出现在大众视野中。

根据2020特斯拉电池日，特斯拉计划推动汽车车身一体化结构的设计，一体压铸下车体总成与电池包更好地结合，能够实现整体减重10%，续航里程增加14%，提效降本效果明显。

根据未来智库，传统汽车车身制造采用钣金冲压+焊接工艺，一辆车身由 500余个零部件组成，全车焊点共计4000-6000 个。2020年9月的电池日上，特斯拉宣布Model Y 将采用一体式压铸后地板总成，相比原来可减少 79 个零部件， 焊点大约由700-800个减少到50个。2022年4月开始交付 ModelY 的德州超级工厂也采用一体化压铸工艺，可将前后地板零部件数量从171个减少至2个，焊接点数量减少超1600个。此外，特斯拉计划采用车身前地板、CTC 电池包上盖与车身中地板、车身后地板替换由370个零件组成的整个下车体总成，有望进一步简化车身制造工艺。

 3D打印的机遇与挑战

据悉，特斯拉正在与voxeljet-维捷合作，当然，特斯拉并非是将粘结剂喷射3D打印砂型的技术引入到汽车行业的第一家企业，早在几年前，宝马就采用了这一3D打印技术制造S58发动机缸盖的铸造砂芯，以满足轻量化以及热管理性能的需求。根据3D科学谷，汽车是铸造最大的应用市场，而3D打印与铸造的结合可以说是具有从产品设计源头上颠覆汽车零部件设计的潜力。

汽车3D打印着力点
© 3D科学谷白皮书

根据3D科学谷，随着3D打印与铸造的结合，铸造作为产品“诞生”的“源头”，其决定产品核心竞争力的价值将显现，这个行业不再被误读为“傻大笨粗”，而是成为企业发展核心竞争力的体现，因为3D打印可以从源头决定一个产品的创新程度，很多大型企业将改变将铸造外包给铸造厂的模式，而是将铸造将作为核心关键的一环纳入到企业内部的生产运营中，这个过程中或将发生铸造厂和3D打印企业被汽车企业并购的现象。

不过，将3D打印的砂型用于汽车领域的大型部件制造是充满挑战的。相较于其他铸造工艺，高压铸 造生产效率较高，模具可反复利用，一次成型程度较高，可生产薄壁复杂铸件和高精度、高光洁度 铸件，但不可避免的是铸件内部气孔、铸件断面组织及力学性能变化较大。根据3D科学谷的了解，汽车底部的副车架通常是空心的，以减轻重量并提高耐撞性。目前，它们是通过将多个部件冲压和焊接在一起而制成的，中间留有空隙。

为了铸造具有空心的副车架作为一次超级铸造的一部分，特斯拉计划将由粘结剂喷射3D打印的实心砂芯放置在整个模具内。但是，尽管3D打印设计过程和实现大型框架的复杂性都带来了颠覆性，但仍有一个主要障碍需要清除：用于生产铸件的铝合金在砂模和金属模中表现不同，通常无法满足特斯拉的耐撞性和其他属性标准。

© 特斯拉

据消息人士称，铸造专家通过配制特殊合金、微调熔融合金冷却过程以及生产后热处理克服了这一问题。此外，消息人士称，特斯拉即将推出的小型车给了一个将电动汽车平台连为一体的绝佳机会，主要是因为它的车身底部更简单。

© 特斯拉

新技术的着陆点或许是在特斯拉正在开发的小型汽车上，这种车的设计前后没有大的“悬垂”，因为没有太多的设计，譬如引擎盖或后行李箱。在某种程度上，这种车就像一艘船，“船舱”是电池和底盘，两端附有“小翅膀”。

然而，如果特斯拉决定将车身底部铸造成一体，那么特斯拉仍然必须决定使用哪种千兆压力机，而这一选择也将决定汽车框架的复杂程度。知情人士称，为了快速冲压如此大型的车身部件，特斯拉需要新的更大的千兆压力机，其锁模力达到或超过16,000 吨，这将带来高昂的价格，并且可能需要更大的厂房。

© 特斯拉

然而，使用高夹紧力的压力机存在另外的问题，即它们无法容纳制造空心副框架所需的3D打印砂芯。知情人士表示，特斯拉可以通过使用不同类型的压机来解决这些障碍，这种压机可以将熔融合金缓慢注入，这种方法往往会生产出更高质量的铸件，并且可以容纳3D打印砂芯，但这个过程需要更长的时间。

© 特斯拉

根据《看如何提供新能源汽车交钥匙解决方案(3d打印&智能制造)》一文，3D科学谷制造领域特约专家胡劲宏曾分享过通过创新的3D打印砂型模具技术在3-5天内实现从模型到产品，也可以通过创新的工艺、夹具、刀具以及整线自动化设计，实现新能源车关键零部件的柔性、高效生产。

很显然，特斯拉通过3D打印将获得诸多优势，3D科学谷将对这一进展保持高度关注。

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 快速掌握市场变化

TCT亚洲展今年延续了亚太地区增材制造行业旗舰展的独家优势，携手国内外一众知名增材制造行业企业，不仅带来从三维扫描、工程软件、增材制造设备等端到端的创新解决方案创新产品，更是再接再厉，打造Material材料技术和Process配套设备两个特色主题区，旨在带动增材制造上下游产业在中国经济发展的新格局中挖掘更大商机。

来自铂力特、EOS、汉邦、Siemens、华曙高科、voxeljet-维捷、易加三维、中瑞科技、鑫精合、飞而康、惠普（HP）、巴斯夫Forward AM、Raise3D复志科技、通快、3D Systems、联泰科技、先临三维、欧瑞康、Polymaker、Artec、IPG、远铸智能、Materialise玛瑞斯、Oqton堃腾、中国钢研集团、镭明激光、闪铸三维、海天增材、eSUN、裕克施乐、Formlabs、宁波众远、中航迈特、拓博增材、威拉里、升华三维、中科煜宸、大族激光、西帝摩、峻宸集团、创想三维、思看科技、诺思贝瑞、摩方精密、融速科技、共享智能装备、清研智束、盈普三维、武汉易制、UltiMaker、NatureWorks、Optomec、Markforged（排名不分先后）等国内外市场领先品牌展示了最新的设备与软件、后处理和检测技术。

国际前沿技术与中国市场沟通的舞台

新产品与市场需求“碰撞”的舞台

探讨增材制造应用的舞台

作为国内3D打印行业资源配置平台和对外开放枢纽，TCT亚洲展为3D打印相关企业找技术、促合作、拓市场、拿订单。为专业观众提供兼具本土和国际化的全方位视野，快速掌握市场技术变化。

 同期活动，洞见趋势

在本届TCT亚洲展上除了洽谈商业合作、与好友聚会交流外，把握行业风向、了解行业趋势也是行业人士每年齐聚现场不可或缺的原因之一。展会同期举办TCT亚洲峰会、TECH STAGE和TCT INTRODUCING——三个类别的同期分别侧重应用、学术和产品等不同方向。

其中一直以“应用驱动变革”作为理念的TCT亚洲峰会，携手全球3D打印应用领域专家、企业代表，从医疗健康、航空航天、交通与工业、消费品等多个主题出发，多角度探讨3D打印技术应用相关话题，分享3D打印技术路径选择、材料设计、数字化方案、工艺创新等方面的新实践，帮助推进各个行业的应用深化。

英国科迅集团首席执行官上海万耀科迅董事长Duncan Wood在TCT亚洲峰会上开幕致辞

首日举行的TCT亚洲峰会-医疗健康论坛除了邀请到来自复旦大学、口腔正畸领先品牌士卓曼集团外，今年还特别联手上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科主任医师 王金武教授团队 参与亚洲峰会医疗健康论坛，举办生物打印器械技术前沿与临床转化研讨会。聚焦生物打印器械领域，邀请到医院临床医生、器械检测审评、行业调研投资专家等，分享生物打印与临床转化的应用研究与知识。

2023年TCT亚洲峰会-医疗健康论坛现场

Tech Stage科技讲台则是业内专家从“产学研”三个角度来解析当下的增材制造市场，探讨未来技术趋势。以多样的视角向世界传播全球增材制造行业趋势及大咖观点。今年，主办方特别策划AM高端对话，汇聚全球增材制造行业内具有影响力的企业高管，邀请到来自华曙高科的许小曙博士，江苏永年激光的颜永年教授，玛瑞斯的Bart Van der Schueren先生，以及巴斯夫Forward AM的Martin Back先生。

2023年AM高端对话现场

次日，TCT亚洲峰会—航空航天论坛，邀请了来自中国核动力研究设计院主任 何戈宁、中国航天科工二院首席专家 唐晔、北京动力机械研究所增材制造中心主任 马瑞，以及中国航空制造技术研究院研究员 陈新松，分享3D打印技术在过去一年的应用案例以及今后的应用趋势，助力各行业的应用深化。并且，结合自身丰富的实践经验和深入的研究，聚焦3D打印在航空航天领域的应用于发展，与大家分享近期的成果转化和应用的案例。

2023年TCT亚洲峰会—航空航天论坛现场

从技术用户角度出发，与来自全球各地的专家和从业者共赴汽车增材制造产业的TCT亚洲峰会—交通与工业论坛，邀请江铃汽车模具工程师 王志芳、季华实验室副主任 毕云杰、大众安徽汽车高级工程师 吴宏涛、以及APWORKS中国区负责人 雷鸣，共同探讨增材制造在汽车制造过程中的优势和挑战，以及其对整个汽车产业链的潜在影响。

2023年TCT亚洲峰会—交通与工业论坛现场

TCT科技讲台邀请了国内外众多知名高等院校、研究院的专家学者、研究员等担任演讲者，邀请来自浙江大学 邱建荣教授、上海交通大学 吴一所长、澳大利亚蒙纳士大学 黄爱军教授以及南洋理工大学 陈泽博士等。聚焦各个3D打印技术路线的研究进展与突破，具体包括生物3D打印、微纳3D打印、金属与玻璃3D打印、陶瓷3D打印等，同时也关注3D材料的制备技术研究及其在各个领域的应用潜力，例如增材制造制备纳米孪晶超高强钛合金，以及油气及岸外海事领域中基于定向能量沉积的镍铜合金增材制造应用等。

2023年TCT科技讲台现场

AM国际观察邀请了阔别多年再次回归TCT亚洲展舞台的Wohlers Associate的Joseph Kowen先生，以挑战与机遇——增材制造的今天、明天与未来为主题，纵观增材制造发展历史、分析市场现状及未来机遇发展。

同时，邀请了作为TCT亚洲展战略合作媒体—3D科学谷的创始人王晓燕女士，以3D打印行业发展趋势与战略思考出发点为主题，为现场观众分享增材制造要经历的发展台阶，以及目前全球的增材制造市场情况，包括金属和塑料3D打印设备，以及材料和零件制造服务。

2023年TCT亚洲峰会—— AM国际观察现场

 2024 共赴TCT亚洲展十周年

2024年TCT亚洲展将迎来十周年纪念。TCT 主办团队将继续整合TCT品牌在行业资源和专业知识等方面的优势，持续改进，共同拓展增材制造、3D打印在亚洲市场的业务。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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增材制造技术是颠覆性的先进制造技术，目前已广泛应用于航空航天、汽车、船舶、国防军工、医疗健康等众多领域，苹果、荣耀等品牌开始将其应用到手机零部件制造中。2022年全球市场规模180亿美元，预计到2030年将达到近千亿美元。

 01 增材制造优势和应用领域

增材制造（Additive Manufacturing,AM）又称3D打印，是基于三维模型数据，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，采用逐层叠加材料（逐层打印）的方式，直接制造与相应数字模型完全一致的实体或零件。增材制造是制造业有代表性的颠覆性技术，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，增材制造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，简化了生产流程，避免了生产周期长、成本高、难以生产复杂零件等缺点。

目前增材制造技术在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工 效率等方面与传统的精密加工技术相比，还存在较大的差距，但因其全新的技术原理和特点，在多种应用场景有使用优势，可作为传统精密加工技术的补充。以金属3D打印技术为例，与传统精密加工技术相比，其材料利用率可达到95%，而在我国航空锻件的材料利用率约为15-25%，相比之下，3D打印将大幅降低材料成本，具有“去模具、减废料、降库存”的特点，可以缩短新产品研发及实现周期，实现一体化、轻量化设计，也可以实现优良的力学性能。

表1 金属3D打印技术与传统精密加工技术对比

资料来源：铂力特招股说明书。

目前增材制造技术已经广泛应用到航空航天、汽车、船舶、国防军工、能源动力、轨道交通、石油化工、医疗健康、电子、模具、文化创意、建筑、文创等领域。根据从事增材制造行业研究的美国咨询机构Wohlers Associates发布的《Wohlers Report 2022报告》显示，2021年增材制造主要应用于航空航天、汽车、消费及电子产品、医疗/牙科、学术科研等领域，如下图所示。

图1 2021年全球增材制造应用领域

资料来源：Wohlers Associate《Wohlers Report 2022》，华曙高科招股说明书。

——航空航天应用。在航空航天领域，由于零部件形态复杂、传统工艺加工成本高及轻量化要求等因素，增材制造已发展成为提升设计与制造能力的一项关键核心技术，能够实现任意复杂构件成形与多材料一体化制造，突破了传统制造技术对结构尺寸、复杂程度、成形材料的限制，应用场景日趋多样化。欧洲航天局（ESA）、美国国家航空航天局（NASA）、SpaceX和Relativity Space均使用增材制造技术生产火箭点火装置、推进器喷头、燃烧室和油箱，美国GE、波音（Boeing）、雷神科技、法国空客（Aribus）、赛峰（Safran）使用增材制造技术生产商用航空发动机零部件、军机机身部件、飞机风管、舱内件等。同时，增材制造的构件也已在国内航空航天领域广泛应用，先后成功参与了天问一号、实践卫星、北斗导航系统等数十次发射和飞行任务，我国航天院所如航天一院、航天二院、航天五院、航天六院、中航商飞等均积极运用3D打印技术制造相关零部件。

——汽车领域应用。汽车制造领域的3D打印，主要应用于汽车设计、零部件开发、内外饰等方面。在设计方面，3D打印技术的应用可以实现无模具设计和制造，可以在设计阶段引导零件轻量化、一体化、个性化、功能化方面的创新。在制造方面，3D打印技术可提升零件的制造效率和生产质量，实现零件轻量化制造和降低质量的位移途径，进行复杂结构模具的加工，加强对制造精度的控制，同时，增材制造一体化成形技术允许将多个零件整合为一个零件，可减轻复杂关键部件的重量。在维修方面，3D打印技术可以进行门把手、轮毂、汽缸、变速器和其他基础部件的制作。

——医疗领域应用。3D 打印凭借可个性化定制的特点在医疗领域内应用逐步广泛，主要应用方向包括制造医疗模型、手术导板、外科/口腔科植入物、康复器械等（主要材料包括塑料、树脂、金属、高分子复合材料等），以及生物3D打印人体组织、器官等。目前在口腔医学中的应用逐渐成熟，主要运用于制造牙冠和牙桥等修复材料，包括义齿打印、矫正器制作等。在骨科植入方面也发展迅速，目前开始采用金属3D打印技术生产全膝关节植入物、髋臼杯、脊柱植入物等。听力学领域，主要运用于制造耳蜗和听骨链等助听器部件。心脏和神经系统方面，主要运用于制造心脏支架和脑植入物等。

——国防军工领域应用。3D打印技术在武器装备设计、制造以及维修保障等方面的应用逐渐普及，比如，可以使用3D打印技术生产战斗机等高端武器装备的复杂零部件，维修中短缺的零部件。在军事制造业生产模式上，除了按需便捷生产，3D打印技术还允许创建高级定制和专业化的设备。例如，士兵可以拥有定制的头盔、防弹衣等防护装备，可以在战场上快速为伤员打印假肢、关节，随时随地建造营房和防御工事等。

——消费电子等消费品领域应用。3D打印技术在产品的研发和生产阶段，如装配和功能验证、外观及性能测试、人体工程学、快速手板、批量制造等方面，有助于降低研发和时间成本。苹果预计下半年发布的Apple Watch Ultra智能手表的部分钛金属机械部件将采用3D打印工艺。未来在iPhone 15上有可能将中框结构件用钛合金替换之前的铝合金。荣耀近期发布的荣耀MagicV2折叠旗舰机，铰链的轴盖部分首次采用钛合金3D打印工艺。其他消费品领域，3D打印技术有助于加速产品设计、优化和迭代，提升并丰富产品性能，如为运动员量身定制轻量化、个性化运动设备等。

——模具领域应用。3D打印已广泛应用于鞋模及随形冷却模具等领域，优化冷却水路设计，不受水路复杂程度的限制，提升模具的冷却效率和生产效率。

 02 增材制造工艺路线

增材制造技术自诞生至今将近40年，目前多种技术路线并存。按照成型原理，增材制造主要有7种工艺，如下表所示。

表2 增材制造工艺类别及应用领域

资料来源：铂力特招股说明书等。

金属增材制造工艺原理主要为粉末床熔融和定向能量沉积两大类别，对应的金属3D打印技术都可以制造达到锻件标准的金属零件。粉末床熔融技术比较适合航空航天小批量、定制化的生产特点，是目前最广泛应用的增材制造技术之一。定向能量沉积技术的成熟度和设备自动化程度不及粉末床熔融技术，但是能实现修复功能，因此也具有不可替代性。具体工艺来看，目前激光选区熔化技术（SLM）是最常用的金属增材制造工艺，其生产效率高，可以在短时间内制造出致密度极高的金属零件；电子束选区熔化（EBSM）依托真空加工环境，更容易加工难熔的材料，但维护费用高，打印的零件尺寸受限，且需要有射线安全保护设备；电弧增材制造（WAAM）在大尺寸结构件制造中具有优势，但零件表面质量较差，需经过表面加工过后才能使用。

 03 增材制造产业链概况

增材制造产业链上游主要为原材料和零件，包括增材制造装备零部件、三维扫描设备、增材制造软件系统、专用材料生产工艺及设备等；中游为3D打印设备，多数厂商同时提供打印服务、原材料供应及系统解决方案；下游为各个行业应用。产业链如下图所示。

图2 增材制造产业链示意

资料来源：华曙高科招股说明书。

图3 增材制造产业链全景图

资料来源：信达证券《增材制造行业深度报告-3D打印：颠覆性技术，有望从1到100撬动千亿产业链-230712》。

——3D打印原材料。目前主要可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料以及生物材料等几类。金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低，目前应用于3D打印的金属粉末材料主要有钛及钛合金、高温合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等。SLS工艺技术目前使用最广泛的原材料为PA粉末类材料。近年来，行业内出现多种新型高分子增材制造粉末材料，各类材料在成形质量和稳定性等方面的表现各有差异。

图4 3D打印原材料类别及应用领域

资料来源：艾瑞咨询，招商证券《金属3D打印行业深度报告：传统技术的革新，高成长与高壁垒-230728》。

目前国内的金属3D打印材料已基本满足国产设备及国内下游增材制造需要，设备生产厂商一般与第三方材料厂商合作研究开发各类金属材料熔融工艺，少量3D打印服务的厂商会同时自主生产金属3D打印材料。不过，海外3D打印巨头如Stratasys和3D Systems在体量、积累和技术实力上远超国内企业，分别拥有数百种商业牌号的增材制造材料销售，其采用“捆绑销售”模式，导致我国进口高端增材制造材料数量长期居高不下。

——核心硬件。增材制造所使用的核心硬件包括振镜和激光器等。目前，该等核心硬件多数采购自美国、德国等，存在依赖进口的情况，但随着国产振镜和激光器的研制成功及性能提升，目前已实现部分进口替代。

——软件。3D打印相关软件包括3D打印设备工业软件系统以及应用软件。应用软件可由产业链上中下游主体及专业软件供应商基于技术应用需求开发提供，如辅助设计软件、工程处理软件、仿真模拟软件、智能处理软件等。目前，行业内大部分3D打印设备制造企业的3D打印设备工业软件系统系向第三方采购，软件性能提升依赖并受制于软件服务商，拥有完全自主知识产权3D打印设备工业软件系统将有助于设备制造企业提升行业竞争力。

——3D打印设备及服务。3D打印设备是中游、也是整个产业链的核心主体。可分为桌面级打印机和工业打印机，其中工业级打印机技术壁垒高，资本投入大，一直以来发展较为缓慢，但当前受到国家政策大力支持，市场呈现出快速增长形势。据铂力特公司公告，增材制造设备是牵动增材制造行业发展的关键之一，增材制造的核心专利大多被设备厂商掌握，因此设备厂商往往在整个产业链中占据主导地位。此外，重点设备厂商通过行业并购，整合上游3D打印软件、上游材料、3D打印服务等，成为集装备、材料、服务等多种业务为一体的综合解决方案提供商，进而提升对产业链的掌控能力。

从业务构成看，打印设备和打印服务占据增材制造行业主要市场份额。根据Wohlers Report 2022报告，2021年全球增材制造市场份额中，增材制造服务占比40.09%，打印装备占比22.42%，增材制造原材料占比 17.04%，增材制造服务市场份额占比远超出其他业务，如下图所示。

图5 2021年全球增材制造各业务占比

资料来源：Wohlers Associate《Wohlers Report 2022》。

  04 中国及全球市场情况

中国增材制造产业规模高速增长，超过全球增速。根据工信部数据，2012-2022年，我国增材制造产业规模自10亿元增长至320亿元，年复合增速为41.42%，预计2023年我国增材制造产业规模有望超过400亿元。据左世全《增材制造十年发展及展望》数据，我国增材制造产业规模有望于2027年超过千亿元。

图6 2019-2022年中国增材制造产业营业收入情况

资料来源：李方正、李博、郭丹《中国增材制造产业发展现状与趋势展望》。

从各环节企业的营收情况来看，根据工信部装备工业发展中心对50家行业企业的调研数据，调研企业在材料、零部件、装备、服务等各个环节占总营收的比重，分别为12.4%、5.9%、53.2%和26.0%，装备市场占比超过50%，仍处于市场主导地位，如下图所示。

图7 工信部调研企业产业链各环节营收比重

资料来源：李方正、李博、郭丹《中国增材制造产业发展现状与趋势展望》。50家调研企业对应2022年总营收为112.5亿元。

我国增材制造装备实现从进口为主到国产化替代的转变。十年来，我国增材制造一批重点工艺装备和核心器件实现国产替代，批量化供应能力和成本竞争优势显著。我国在高精度桌面级光固化增材制造装备、多材料熔融沉积增材制造装备持续保持领跑并畅销海外，米级多激光器激光选区熔化装备、多电子枪电子束熔化装备、大幅面砂型增材制造装备等自主开发装备相关核心指标达到国际先进水平，5轴增减材混合制造装备已实现商用。此外，我国完成了超高速激光熔覆头、电子枪等十多类关键部件的技术攻关和自主生产，其稳定性、可靠性得到不断改善，大族激光、锐科激光等企业自主研发的激光器、扫描振镜等零部件已应用到相关增材制造装备中。从出口情况看，2022年中国增材制造装备出口228.7万台（含消费级），较2019年增长59.7%；出口金额为36.6亿元，较2019 年增长近1倍。多家企业增材制造装备出口营收占企业主营业务的90%以上；消费级FDM 3D打印机出口量持续领先全球；各类装备已出口至全球40多个国家和地区。

增材制造技术应用实现从原型制造向直接制造的质变。十年来，增材制造技术的应用实现由快速制造原型样件逐步向直接制造最终产品质变。

● 航空航天领域。新一代战机、国产大飞机、新型火箭发动机、火星探测器等重点装备的关键核心零部件大量应用增材制造技术，解决了许多过去难以制造的复杂结构零件的成形问题，实现产品结构轻量化。

● 医疗领域。髋臼杯、脊柱椎间融合器等14款增材制造医疗植入物已获得NMPA认证，实现临床应用，拓展疾病治疗解决方案；时代天使运用增材制造技术实现口腔正畸牙模批量定制生产，解决传统机加工制造复杂的问题，满足患者个性化需求，全面提高中国口腔医疗水平。

● 铸造领域。宁夏银川建成世界首个万吨级铸造3D打印工厂，将增材制造技术应用于砂型铸造、熔模铸造等铸造工艺中，大大减少铸造加工流程,提升产品制造效率，实现对传统铸造的替代。

● 其他领域。大规模混合桥体、房屋等增材制造建筑在各地落成，高级手办、轻量化鞋品等深受消费者欢迎。

全球增材制造市场规模高速增长。根据2023年发布的《Wohlers Report 2023》报告，全球增材制造产品和服务的收入从2003年的5.29亿美元增长至2022年的180亿美元，2015-2022年CAGR为19.5%。2020年受疫情影响年同比增速短暂下滑至7.51%，2021年反弹至19.49%，2022年同比增长18.3%。预计2025年全球市场规模将达到298亿美元，2022-2025年CAGR为18.3%，2030年达到853亿美元，2025-2030年CAGR预计达23.4%。根据《Global Additive Manufacturing Market, Forecast to 2025》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。

图8 全球增材制造产品和服务产值

资料来源：Wohlers Associate《Wohlers Report 2023》，2023年3月发布。

金属增材制造市场增速领跑增材制造行业。根据AMPOWER数据，2021年全球金属增材制造市场规模达25亿欧元，从需求端测算预计2026年将达到75.8亿欧元，CAGR达25%，从供给端测算预计2026年将达到78.1亿欧元，CAGR达26%。

增材制造设备销量持续增长。根据Wohlers Associates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5000美元及以上的机器）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%。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2300余台，十年来增长1087%，年复合增长率31.63%。全球工业级高分子增材制造设备的销售量从 2012年的7500余台增长至2021年的23800余台，年复合增长率 13.57%。

图9 全球工业级增材制造设备销售量（台）

图10 全球金属增材制造设备销售量（台）

图11 全球工业级高分子增材制造设备销售量（台）

资料来源：Wohlers Associate，华曙高科招股说明书。

增材制造原材料市场规模快速增长。根据Wohlers Associates 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，CAGR达22.54%，2021年金属原材料占市场比重约18.2%。2021年金属原材料销售额达4.74亿美元，同比增长23.50%，五年CAGR达26.80%。

图12 全球增材原材料销售额（百万美元）

资料来源：Wohlers Associate，华曙高科招股说明书。

从全球市场的分布来看，美国是全球第一大市场，中国为第二大市场。截至2021年末中国工业增材制造设备安装量市场占比10.60%，仅次于美国，如下图所示。

图13 截至2021年增材制造设备安装量占比

资料来源：Wohlers Associate，华曙高科招股说明书。

 05 各领域竞争格局

3D打印企业集中在美国、德国及中国。根据Wohlers Associates,统计显示，2021年全球有266家制造商生产和销售工业3D打印设备（统计口径价格高于5000美元），其中39家公司的工业3D打印系统销量超过100套。266个系统制造商分布在世界各地，美国制造商数量59家排名第一；德国制造商数量38家排名第二；中国制造商数量37家排名第三。

我国增材制造骨干企业数量持续增长。根据李方正、李博《增材制造十年：成就、启示与展望》报告，我国增材制造全产业链相关企业超过1000余家，铂力特、先临三维、华曙高科等以增材制造为主营业务的上市公司涌现，数量2013年的1家增长至2022年的22家（含新三板），规模以上企业数量由2016年的20余家增至2022年的100余家，其中规模过亿的企业数量由2012年的3家增至2022年的42家。

——3D打印材料

目前3D打印金属粉体材料以欧美厂商为主，国内金属粉末制备存在氧含量高、球形度差和粒径分布不均匀等问题，超细粉及优质粉末仍需进口。

表3 3D打印金属粉体材料国内外重点企业

资料来源：深企投产业研究院整理。

非金属材料供应商众多，除了材料、设备、服务一体化厂商外，3D打印材料在专业材料厂商的营收占比较低、一般不做专门生产。国内重点企业有斯科瑞（山东临沂，3D打印高分子材料）、苏州聚复科技（3D打印高分子材料）、嘉兴饶稷科技（陶瓷材料）、山东创瑞激光科技（烟台）等。

——3D打印设备

当前中国市场的主流3D打印设备品牌包括上海联泰科技、美国Stratasys（纳斯达克上市）、德国EOS、美国GE、美国3D Systems（纽交所上市）、华曙高科（A股，长沙）、西安铂力特（A股）、美国惠普等，其中联泰、华曙高科、铂力特等均为国产品牌。

图14 2021年中国3D打印设备市场竞争格局

资料来源：3D科学谷。

国际3D打印设备重点企业还有德国SLM Solutions（被Nikon收购）、美国Desktop Metal（纽交所上市）、美国Nano Dimension（纳斯达克上市）、美国VELO 3D（纽交所上市）、美国Markforged（纽交所上市）、德国voxeljet（纽交所上市，苏州维捷）、法国Prodways、美国Shapeways等。

国产重点厂商还有先临三维（杭州，新三板）、鑫精合激光（北京）、北京易加三维、南京中科煜宸、无锡飞而康、广东汉邦激光科技（中山）、浙江迅实科技、峰华卓立（佛山，新三板）、西安赛隆增材、东莞远铸智能、深圳创想三维、珠海三绿实业（消费级）等。另有深圳金石三维、山东创瑞激光科技（烟台）、湖北嘉一三维（咸宁，新三板）、深圳极光创新（新三板）等上百家企业。多数设备厂商同时拓展3D打印服务业务。

——核心光学硬件

增材制造设备所需核心元器件包括扫描振镜、激光器。增材制造用的激光器主要从美国、德国进口，基本被德国Trumpf、美国IPG等3-4家国外企业占有，目前低功率光纤激光器基本完成国产替代，中功率光纤激光器国产化率保持稳定且多保持在60%上下，实现了大部分的国产化替代。

扫描振镜主要从德国进口。根据铂力特招股说明书，扫描振镜系统在全球范围内主要的供应商为德国ScanLab公司、美国CTI公司、美国GSI公司，其中德国ScanLab公司占据了金属3D打印设备市场的主要份额，市场占有率达到80%左右，根据其官网披露信息，德国 ScanLab公司扫描振镜系统年产超过3.5万套。经过近年来国内供应商的快速发展，在中低端振镜控制系统领域已经基本实现国产化；在高端应用领域，目前主要由德国Scaps、德国ScanLab等国际厂商主导，国产化率仅15%左右。目前金橙子（A股）振镜产品相关核心性能指标与德国Scanlab的同类型产品相近，具备与国际厂商竞争的水平和实力。大族激光也在拓展增材制造领域的光纤激光器和振镜产品。

 06 我国增材制造产业园分布

目前全国各地建设的3D打印园区有20多个，主要提供增材制造产业链的配套服务，少数由设备龙头企业建设产业基地。各地园区的规模体量差别较大，多数园区招商运营并不理想。现有主要园区如下图所示。

图15 我国增材制造产业园分布

资料来源：深企投产业研究院整理。不含停止运营或实际无运营的园区。

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