一、金属3D打印行业概述
3D打印，又称增材制造，是对于传统工业生产的一种“变革性”方法。传统的减材制造工艺是指利用已有的几何模型工件，用工具将材料逐步切削、打磨、雕刻，最终成为所需的零件。而3D打印恰恰相反，通过借助于3D打印设备，对数字三维模型进行分层处理，将金属粉末、热塑性材料、树脂等特殊材料一层一层地不断堆积黏结，最终叠加形成一个三维整体。3D打印是一种跨学科的交叉技术，涵盖机械、材料、计算机视觉、软件、电子等多个学科，而其中核心的技术在于3D打印机的制造，对于材料、软件、设计等也有特殊要求。
3D打印与部分传统工艺的比较
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金属3D打印（金属增材制造）一般利用激光、电子束能量源熔化金属粉末，使得金属粉末熔结，堆积形成一个整体结构。在整个工艺中金属粉末的输入方式有两种，铺粉和送粉。根据不同送粉方式，金属3D打印工艺原理分为定向能量沉积（也称为送粉）和粉末床选区熔化（也叫为铺粉）。
增材制造经过30余年的发展，已经形成了一条完整的产业链。上游涵盖三维扫描设备、三维软件、增材制造原材料类及3D打印设备零部件制造等企业，中游以3D打印设备生产厂商为主，大多亦提供打印服务业务及原材料供应，在整个产业链中占据主导地位，下游行业应用已覆盖航天航空、汽车工业、船舶制造、能源动力、轨道交通、电子工业、模具制造、医疗健康等各领域。
金属3D打印行业产业链示意图
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相关报告：华经产业研究院发布的《2020-2025年中国金属3d打印行业市场前景预测及投资战略研究报告》
二、金属3D打印行业现状
目前全球工业级增材制造装备销量稳步增长，近五年复合增长率达到13.60%，尤其是得益于金属增材制造技术的成熟和低价金属增材制造装备的普及，金属增材制造装备销量大幅提升。据统计，2017年度全球金属增材制造装备的销售量约为1,768台，比2016年度增长了近80%，增速较2016年提高了57.9个百分点，销售额达7.21亿美元，均价40.79万美元，同比下降25.8%，平均售价的降低主要由于低成本金属原材打印机的普及。
2009-2017年全球金属增材制造装备销售量
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随着金属3D打印行业规模的迅速扩大，带动了原材料市场规模的增长，2017年全球金属增材制造原材料销售额达到1.8亿美元，同比增长44.6%。
2009-2017年全球金属增材制造原材料销售额
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中国增材制造行业相对欧美国家起步较晚，在经历了初期产业链分离、原材料不成熟、技术标准不统一与不完善及成本昂贵等问题后，当前中国增材制造已日趋成熟，市场呈现快速增长趋势。2018年我国3D打印市场规模为23.6亿美元，同比增长41.3%。
2012-2018年中国3D打印市场规模
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金属3D打印工艺中金属粉末质量是影响最终打印部件结构及性能的关键因素之一，目前国内制粉水平接近国外但仍有差距。金属粉末质量越好，粒径越小，其打印出的产品致密性、机械性能越好。2013年国外公司3DSystems制出的粉末粒径为6-9μm,国内钢研高纳2019年生产粉末粒径为10μm。
国内外金属增材原材料对比
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三、金属3D打印行业存在的问题
1、核心部件依赖进口
我国工业级增材制造装备核心器件严重依赖进口的问题依然较为突出。增材制造装备核心器件，如高光束质量激光器及光束整形系统、高品质电子枪及高速扫描系统、大功率激光扫描振镜、动态聚焦镜等精密光学器件、阵列式高精度喷嘴/喷头等严重依赖进口，激光器市场基本被Trumpf、IPG等3-4家国外企业占有，扫描振镜市场则主要被德国Scanlab公司占有。
2、金属3D打印原材料难以满足需求
同时，随着金属3D打印零件生产量的增加，市场上金属粉末材料种类偏少、专用化程度不够、供给不足的弊端也日益显现，其潜在的缺乏高品质、无缺陷的金属粉末问题也更加突出。
我国3D打印原材料受限严重，众多重要金属粉体依赖进口，国产粉体质量有待提高。中国3D打印带头人、国家科技发明一等奖获得者、中国工程院院士王华明教授指出，国内生产的金属基粉体材料目前还难以应用于3D打印制造关键部件上，存在粉体颗粒粗大、打印件表面粗糙；氧含量高、拉伸强度低；粒度分布不均匀，内部组织缺陷多等弊端。原材料种类单一，高端金属基粉末缺乏核心竞争力。
四、金属3D打印行业发展趋势
金属增材制造技术的发展并不是孤立的，其涉及制造工艺、设备、材料、优化设计等各个方面，总的来说，为获得更为广泛的应用，金属增材制造技术都在努力向兼顾高性能、高精度、高效率、低成本、更大的加工尺寸范围和更广泛的材料适用性方向发展，其目的都是为了向直接制造最终功能零件发展。
1、制造工艺方面
增材制造与传统的减材制造相融合，增材制造技术与机器人、数控机床、铸锻焊等多工艺技术相集成，从而提升增材制造技术的成型效率和精度，解决增材制造的复杂结构件难于进行后续机械加工的难题，特别是解决复杂内腔达不到非加工面要求的难题，助力企业实现柔性制造，赋予现有设备或生产线高柔性与高效率。
2、金属增材制造设备方面
金属增材制造设备是实现各种金属增材制造技术的重要载体，增材制造设备的发展在整个增材制造技术体系中占据非常重要的位置。总体来看，除了持续提升设备效率、打印精度和稳定性外，金属增材制造装备的主要发展方向为：
大型化。增材制造装备成型尺寸已经步入“米”级时代，增材制造装备大型化已成为发展趋势。专业化。与大尺寸设备相比，针对不同应用领域的不同需求偏好，增材制造设备向更加专业化和精细化方向发展。智能化。智能传感器、数字总线技术等智能部件融入增材制造装备，增材制造装备将更加智能化。
3、金属增材制造原材料方面
随着金属3D打印产业化规模的扩大，市场上金属粉末材料种类偏少、品质偏低、专用化程度不高、供给不足的弊端也日益显现，因此金属3D打印专用材料的开发在未来的很长一段时间里将是重要的研究领域。另外，单一材料也在向复合材料发展，不仅赋予了材料多功能性特点，而且拓宽了增材制造技术的应用领域。
