【国金证券】3D打印行业研究：商业航天3D打印浪潮将至-260116（55页）.pdf

1、商业航天3D打印浪潮将至投资逻辑：1.7大技术路线加持，3D打印从概念走向量产1.1随着技术迭代，3D打印从概念走向量产纵观制造业历史，人类的制造方式经历了等材制造（铸造、锻造）、减材制造（车、铣、磨）、增材制造（3D打印）三个阶段的变迁，3D打印主要以三维CAD设计数据为基础，将材料累加起来形成实体结构。1987年，3DSystems推出首款光固化增材制造设备SLA-1并打印了全球首个增材制造部件。(divcenter)图表1：全球首个3D打印设备和打印的零件(/divcenter)3D打印相比传统加工方式，通过省去模具或工装的需求大幅降低了初始成本，但其成本优势会随着生产规模的扩大而减弱，

2、3D打印的优势需要综合考虑设计复杂度、生产批量以及、交付周期等。根据Gartner新兴技术成熟曲线复盘3D打印发展历程，我们认为在2010年前后首次出现广泛消费级应用带来的关注度高点后，3D打印技术的持续进步逐渐证明了其对于制造业的价值，从最初因为“概念”而受到追捧，到通过不断拓展的实际应用打开市场，完成了从仅可用于原型制造到小批量、大批量终端部件直接生产的跨越式发展1.27大技术路线加持，适配不同领域需求3D打印产业经过多年发展，目前针对各种材料类型均衍生出了不同的加工工艺。从大的分类来看一般将3D打印分为7类，主要包括材料挤出（MaterialExtrusion）、光聚合（Photopol

3、ymerization）、粉末床熔融（PowderBedFusion）、材料喷射（MaterialJetting）、黏结剂喷射（BinderJetting）、片材层压（SheetLamination）和定向能量沉积（DirectedEnergyDeposition）。光聚合是最常见的用来进行聚合物打印的技术路线，当光聚合物树脂暴露在特定波长的光下时，会发生化学反应，使其变成固体。通过对光源进行升级、加入Z轴连续运动等优化出现了直接光处理、连续液体界面打印等新的技术路线。粉末床熔融工艺是指通过热能选择性地熔化/烧结粉末床区域的增材制造工艺。代表性工艺有激光选区熔化、激光选区烧结、电子束选区熔化。

4、该技术路线的选材较为广泛，从尼龙到金属粉末都可以作为烧结对象。目前该技术路线在工业领域已经实现了成熟应用，通常会一起使用进行加工的还有定向能量沉积技术，通过直接熔化材料并将它们逐层沉积在工件上来制造零件，这种增材制造技术主要用于金属粉末或线材原材料。定向能量沉积包含了激光粉末成形、激光定向能量沉积、气溶胶喷射、电子束增材制造、激光沉积焊接等技术路线，和粉末床熔融相比，定向能量沉积可以在一个零件上打印不同的材料，同时可以用于损坏修复，可加工的尺寸往往也比粉末床熔融更大。材料挤出成形是最常见和便宜的3D打印技术路线，消费级的3D打印主要就是采用该技术路线进行聚合物3D打印。使用热塑性材料的连续长丝

5、作为基材，细丝从一个线圈通过一个移动的加热打印机挤出机头进料，通常缩写为挤出机（Extruder）。熔融材料从挤出机的喷嘴被挤出，并首先沉积到3D打印平台上，该平台可以加热以获得额外的附着力。第一层完成后，挤出机和平台在一个步骤中分开，然后可以将第二层直接沉积到正在生长的工件上，挤出机头在计算机控制下移动。2.为什么3D打印可以成为商业航天最终加工解决方案2.1设计：面向增材制造进行设计，大幅降低零部件数量从减材制造到增材制造，3D打印突破传统制造方式限制，带来完全不同的设计理念。传统机械加工方法主要是减材制造，在其制造过程中材料逐渐减少以完成最终成形，或使用模具完成等材制造。3D打印所属的增

6、材制造则打破了传统制造方式限制，利用数字化技术直接完成产品成形，让3D打印完全颠覆了原有制造业设计方式，创造了为增材制造而设计的产品，带来了不可替代的巨大优势。3D打印带来了基于增材制造的产品设计理念。可以理解为3D打印与传统精密加工的一个核心区别在于，所成形零部件的结构设计变化不改变加工方式，即设计者可以在一定约束范围内（激光加工原理约束、激光加工工艺约束）通过拓扑优化、有限元分析去优化模型结构。NASA于2012年就启动了AMDE-AdditiveManufacturingDemonstratorEngine增材制造验证机的计划，NASA认为3D打印在制造液态氢火箭发动机方面颇具潜力。在3