一、3D打印—第三次工业革命的先行者

3D打印技术（Three Dimensional print）即三维快速成型打印技术，是一种新型增材制造方式。区别于传统的“减材制造技术”，3D打印通过数字化模型离散目标实体模型，再通过材料层层堆叠方法，逐渐累积出一个目标三维实体的技术。该技术在不使用传统复杂的刀具或模具的情况下，使用熔融材料堆叠成具有复杂的传统工艺难以实现的结构，相较于传统切削加工铸造技术，具有节约材料、耗时短、提高设计自由度等优势，被誉为“第三次工业革命”的核心技术之一。

3D打印机是3D打印的核心设备，在3D打印过程中起到实体模型获取、3D打印数据资料生成、控制3D打印材料堆叠等作用。具体工作流程是：①通过计算机三维建模或三维扫描技术获取实体模型；②使用计算机分层软件将实体模型分层产生数据资料，再将数据文件传输3D打印机；③打印机根据指令驱动打印喷头/激光器按照预定预设路径进行挤出材料/激光烧结，形成固化平面层，如此循环往复，逐渐堆叠成目标实体。

1.1 3D打印技术持续迭代+应用持续拓展+产业链环节逐步延伸至批量化

1980-1990年为技术孵化期：光固化成型SLA技术，分层实体LOM技术、熔融沉积成型FDM技术、选区激光烧结技术(SLS)等技术的出现奠定了3D打印行业发展技术基础，后续成为3D打印行业主流加工工艺，代表性3D打印公司（3D Systems、EOS、Stratasys）在这一阶段成立。

1990-2000年为商业化起步阶段：主流技术工艺（FDM、SLS）等第一代3D打印设备陆续推出，行业市场以销售设备作为起点开始逐步建立。与此同时，3D打印技术仍持续推陈出新，LENS激光净成形技术和SLM技术均在此时期诞生。

2000-2012年为商业化应用逐步渗透+桌面3D打印机快速流行+商业模式探索创新阶段：1）商业化应用逐步渗透+第一代3D打印设备基本进入升级周期；2）桌面3D打印机流行：2005年创立的开源3D打印机项目RepRap带动了桌面3D打印机的流行，也诞生了优秀的桌面级3D打印公司如Makerbot和Ultimaker等；3）商业模式探索创新：3D打印交易平台Shapeways成立。

2013-2015年行业先后进入短期投资过热+投入冷静期+兼并整合期：2012年英国《经济学人》提出3D打印将会推动第三次工业革命，同时3D打印核心技术FDM部分原始专利进入失效期降低了企业进入3D打印门槛，大量桌面级3D打印设备进入市场，2013年开始的短期投资过热后行业开始进入投入冷静期+兼并收购整合期。

2016年至今为发展快车道时期：1）下游应用不断拓宽与深入，主要包括航空航天、医疗、汽车、食品等行业，不断取得新突破；2）龙头企业兼并收购+以惠普为代表的新进入者入场竞争，市场日趋多元化；3）终端零部件加工应用逐步渗透：3D打印逐步由原型制造走向中小规模批量化生产制造环节。

1.2 3D打印技术多向开花，不同材料+技术给予成品差异化特性

3D打印技术多向开花，材料+技术工艺决定产品性能+应用。3D打印经过了40多年的发展历程，目前涵盖多种材料+技术工艺类型，能够适配不同行业及终端产品应用需求。 3D打印材料是3D打印技术重要的物质基础，主要分为金属和非金属两类。3D打印材料的性能在很大程度上决定了成形零件的综合性能。3D打印发展至今，其材料种类已然高度丰富，从材料类别来看，3D打印材料可以分为金属与非金属两大类。一般而言，使用金属材料的成品强度高、延展性良好、制备成本高，能够广泛用于航空航天、模具制造、汽车等领域。而非金属材料主要包括光敏树脂、陶瓷材料等，其中工程塑料以成本低廉的特性广泛应用于消费端产品，光敏树脂材料则是以成品精度高的特性而广泛应用于精细零件的生产。

3D打印材料+下游应用需求差异化背景下，多种加工技术工艺路线并存，金属打印SLS&SLM和非金属打印FDM&SLA为主流工艺路线。目前，国内外3D打印领域的工艺系统，其中应用最典型与成熟的有金属打印的SLS和SLM，非金属打印的FDM和SLA。 SLS是目前研究较多的碳化物和氮化物的3D打印方法，DTM公司和EOS也在SLS工艺领域投入大量研究工作。SLM工艺的出现克服了SLS技术制造金属零件工艺过程复杂的问题，不仅成本较低，而且具有较强的生产灵活性，能够更好地适配航空航天、医疗等行业苛刻的性能要求。FDM则凭借成本低廉的工程塑胶+无需激光器等重要零部件，是消费级3D打印常用的工艺。SLA是目前3D打印技术中发展和推广最快的技术，制件精度高、表面质量及性能较好。

1.3 VS传统精密加工：在复杂度、灵活性、小批量制造优势显著

传统精密加工与增材制造技术将长期共存。二者均是制造业的重要组成部分，两种技术各有所长，能够互补地为制造业提供精细化、自动化、高效化的加工方案。增材制造行业整体发展时间较短，技术成熟度仍不能和传统精密加工技术相比，在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工效率、加工批量等方面仍与传统精密加工技术存在差距。同时由于单台设备价格和耗材单价售价较高，应用范围不如传统精密加工技术广泛，仍处于产业化应用的初步阶段。但根据思瀚产业研究院报告，增材制造也凭借其特殊的技术原理和特点，有着无可比拟的优势：①缩短新产品研发周期，无需传统工具夹具，可在单个设备上快速生产，加速产品研发迭代；②能够实现更为复杂的结构，通过叠层制造突破传统加工的形状局限性；③实现一体化、轻量化设计，通过优化零部件的结构起到减重的效果；④减少不完整的余料价值折损，提高材料利用率，减少用料成本；⑤基于3D打印快速凝固的工艺特点，使得内部组织为细小亚结构，提高产品的力学性能。

二、3D打印技术发展趋势：关注成本&速率&质量优化

在新一轮科技革命和产业变革中，传统制造业正在经历快速转型，增材制造从发展初期的原型和模具制造扩展到终端零部件生产，拓宽下游应用边界，在复杂化、一体化、个性化批量制造方面显示出巨大的优势，技术工艺、材料不断突破与完善，行业生态日趋成熟。

2.1 金属3D打印发展势头略强于非金属，未来均往更广适用性发展

金属3D打印凭借其优良的结构与性能，有望成为增材制造领域增长最快的技术。尽管当前金属耗材占比仍略低于应用最广的塑料，但金属3D打印凭借其更高的打印效率、更佳的产品性能、更紧迫的工业转型需求而处于行业扩张阶段，SmarTech预计到2031年，金属3D打印技术每年将生产超过750亿美元的组件。从技术/设备端看，使用金属材料的3D打印设备需求渐长，2022年在聚合物3D打印设备出货量降低的情况下仍逆势上升，成为设备市场增长的贡献力量；对于这种新兴技术而言，金属3D打印仍面临科学、技术上的各种挑战。

非金属3D打印材料中，塑料仍占据主导地位，但随着技术发展，陶瓷、复合材料等非金属材料的应用也在逐步拓展。例如陶瓷3D打印在牙科、艺术、高温应用等领域展现出独特优势；复合材料3D打印则结合多种材料特性，实现更复杂的功能需求。未来，非金属3D打印将朝着高精度、多功能材料应用方向发展，进一步拓宽在消费电子、建筑、医疗等领域的应用场景。

2.2 多技术融合发展，AI赋能成重要趋势

AI深度介入3D打印全流程成为必然趋势。机器学习算法全面赋能设计优化，通过对大量数据的学习和分析，能够快速生成更轻量化、更具功能性集成的产品设计方案，推动产品性能达到新高度。在打印过程中，AI实现实时缺陷检测及工艺参数动态调整，通过对打印过程中的温度、应力、几何形状等多维度数据的实时监测与分析，及时发现并纠正潜在缺陷，显著提升复杂结构件的成品良率与生产效率。

生物技术与3D打印制造的边界逐渐消融。活性生物材料与打印技术的结合，在医疗领域催生从“结构替代”向“功能再生”的重大跃迁。例如，利用3D打印技术制造具有生物活性的组织工程支架，能够引导细胞生长和组织修复，推动组织器官再生治疗的临床应用；生物启发式设计（如仿生微结构）从生物界汲取灵感，扩展至工业领域，提升材料性能与能源效率，如模仿贝壳结构制造高强度轻量化材料。

3D打印与绿色能源技术协同共进。在核聚变、氢能等清洁能源装备制造中，3D打印成为关键工艺，用于制造复杂流道与耐极端环境组件，满足清洁能源装备对高性能零部件的特殊需求。例如，通过3D打印制造氢燃料电池的复杂流道结构，能够优化燃料传输，提高电池性能；在核聚变反应堆中，利用3D打印制造耐高温、耐辐射的特殊部件，为清洁能源发展提供有力支持。

2.3 打印效率与质量提升，向规模化生产迈进

在打印效率提升方面，硬件设备不断升级。新型打印喷头、激光器等关键部件的研发，显著提高了材料沉积速度和能量传输效率。例如，多喷头打印技术能够同时喷射多种材料，并行作业，大幅缩短打印时间；高功率激光器的应用，加快了金属粉末的烧结速度，提升金属3D打印效率。同时，软件算法优化也功不可没，切片算法的改进，能够更合理地规划打印路径，减少空行程，提高打印效率。

在打印质量保障方面，过程监控与反馈控制技术日益成熟。多种传感器实时监测打印过程中的温度场、应力场、粉末分布等关键参数，通过建立精确的物理模型和数据分析，实现对打印过程的精准控制。一旦检测到异常，系统立即自动调整工艺参数或暂停打印，进行修正，确保打印质量的稳定性和一致性。例如，利用红外热像仪监测打印过程中的温度变化，及时发现过热或温度不均匀问题，避免零件变形、裂纹等缺陷的产生。

随着效率与质量的提升，3D打印正逐步向规模化生产迈进。在汽车、航空航天等领域，3D打印已开始应用于中小批量零部件的生产制造，未来有望进一步扩大生产规模，成为主流制造方式之一。通过建立分布式制造网络，实现“设计全球化、生产本地化”，能够有效缩短交付周期、降低物流成本，满足大规模定制生产的需求。

2.4 应用领域持续拓展，深入各行业核心环节

在医疗健康领域，3D打印从简单的修复向再生方向发展。简单功能性组织打印已进入临床转化阶段，如打印皮肤、软骨等组织用于创面修复和软骨损伤治疗。生物打印技术标准化进程加速推进，为大规模临床应用奠定基础。个性化医疗器械市场渗透率突破临界点，根据患者个体解剖结构和生理特征定制的植入物、义肢等，提高了治疗效果和患者生活质量，推动医疗资源分配更加公平合理。

建筑与基建领域掀起低碳化与模块化革命。大型混凝土打印技术成本竞争力逐渐显现，在发展中国家低成本住房项目中加速落地，为解决住房短缺问题提供新途径。复杂建筑结构打印技术赋予建筑设计更大自由度，同时提高施工效率，减少建筑垃圾排放，实现建筑行业的绿色可持续发展。例如，通过3D打印制造建筑外墙的复杂装饰构件，无需模具，直接打印成型，既节省成本又提升建筑美观性。

在极端环境制造领域，3D打印助力太空与深海探索。地外资源原位利用技术验证加速，利用月球、火星等星球上的资源进行3D打印，为深空探测提供可持续制造解决方案，减少对地球物资的依赖。深海装备耐压结构与腐蚀防护组件打印需求增长，3D打印能够制造出满足深海高压、强腐蚀环境要求的高性能零部件，推动深海探测技术发展。

三、3D打印行业发展面临挑战与应对策略

3.1 人才短缺：跨学科复合型人才培养迫在眉睫

3D打印涉及材料科学、机械工程、计算机科学、自动化控制等多个学科领域，对人才的跨学科综合能力要求极高。当前，教育体系与产业需求存在脱节现象，专业设置相对单一，缺乏综合性跨学科课程，导致跨学科复合型人才缺口持续扩大。

为应对这一挑战，教育机构需进行课程体系改革，加强学科交叉融合。开设涵盖3D打印多领域知识的综合性课程，如“3D打印材料与工艺”“3D打印智能控制”等。同时，加强校企合作，建立实习实训基地，让学生在实践中积累工程经验，熟悉3D打印产业实际需求。企业自身也应加大内部培训投入，针对在职员工开展跨学科培训项目，提升员工综合技能。

3.2 技术差距：缩小与发达国家差距，提升自主创新能力

尽管我国3D打印技术取得一定进展，但与发达国家相比仍存在差距，尤其在高端装备、核心材料、关键工艺等方面。部分关键技术依赖进口，制约了产业发展的自主性和安全性。

提升自主创新能力是关键。政府加大科研投入力度，设立专项科研基金，支持3D打印基础研究和关键技术攻关。鼓励企业与高校、科研机构建立产学研合作创新联盟，整合各方资源，协同开展技术研发。例如，共同研发高性能金属材料3D打印技术、高精度打印设备等。同时，加强知识产权保护，营造良好的创新环境，激励企业和科研人员积极创新。

3.3 成本瓶颈：降低成本，提高3D打印性价比

3D打印成本主要包括设备成本、材料成本和运营成本。目前，高端3D打印设备价格昂贵，金属打印设备动辄数百万甚至上千万元；打印材料种类有限且价格较高，尤其是特种材料；运营过程中的能耗、维护等成本也不容忽视。这些因素导致3D打印在大规模应用时面临成本瓶颈。

为降低成本，设备制造商需加大研发投入，优化设备设计和制造工艺，提高设备生产效率和稳定性，降低设备价格。材料企业加强新型材料研发，扩大材料供应来源，实现材料规模化生产，降低材料成本。同时，通过优化打印工艺参数，提高材料利用率，降低运营成本。此外，探索创新商业模式，如设备租赁、打印服务外包等，降低用户使用门槛。

3.4 标准缺失：建立健全标准体系，规范行业发展

目前，3D打印行业缺乏统一的国际和国内标准，在材料性能、产品质量检测、设备精度等方面标准不统一。这导致不同企业产品质量参差不齐，影响行业整体声誉和市场推广。在航空航天、医疗等对产品质量和安全性要求极高的领域，标准缺失成为3D打印应用的重要障碍。

建立健全标准体系刻不容缓。政府相关部门、行业协会和标准化组织联合起来，制定涵盖3D打印全产业链的标准体系。包括材料标准，明确各类3D打印材料的性能指标、成分要求等；工艺标准，规范不同打印工艺的操作流程和参数范围；产品标准，制定3D打印产品的质量检测方法和合格判定准则。加强国际标准合作与交流，积极参与国际标准制定，提升我国在3D打印标准领域的话语权。

2025年3D打印行业专题报告：引领先进制造新纪元