国内商业航天产业将进入发展黄金期，将催生金属3D打印怎样的发展？

|3DScienceValley· 2023/03/31

根据泰伯智库，2023-2028年，商业航天产业将进入发展黄金期，预计2025年市场规模将达2.8万亿元。虽然起步晚于国外，但国内商业航天业发展势头迅猛。据新财富统计，目前国内的商业航天独角兽（估值达到67亿元及以上的未上市企业）共10家，总估值达到1038亿元；其中，估值超过100亿元的有长光卫星、银河航天、蓝箭航天、时空道宇4家，估值刚触及独角兽门槛67亿元的公司有3家，分别是中科宇航、零壹空间、长征火箭。

根据，商业航天进入发展开车道，将极大的刺激金属3D打印的发展，在未来5年，金属3D打印将面临怎样的机遇与挑战？

航空航天增材制造应用发展方向
© 白皮书

需求驱动3D打印市场变化

2022年增材制造市场发生显著变化，航天军工的需求强势崛起，导致包括对选区熔融金属3D打印、电弧熔丝增材制造技术、激光沉积送粉成形、复合材料增材制造技术的需求都发生了急剧的增长需求。

根据AMPower 2023全球工业增材制造市场报告，2022年选区熔融金属3D打印的一个直观的发展趋势是超过600mm加工尺寸的大型设备需求上升，其中航空航天领域购买的金属3D打印设备单台均价在100万欧元以上，一方面满足大尺寸加工零件需求，一方面满足小批量零件的量产制造需求。另外一个特征是此前DED定向能量沉积3D打印技术普遍被用来作为零件修复的一项技术，而过去一年的发展趋势是这项技术被越来越多的用于大尺寸零件的制造需求。

2022年，金属3D打印总销售为30亿欧元，金属3D打印设备销售为11.8亿欧元。金属3D打印设备销售中的1670台PBF选区熔融金属3D打印设备大约有一半来自亚太地区尤其是中国的供应商，到2027年，预计年销售量将超过1万台来自中国（AMPower预测2027年中国品牌PBF设备销量为10509台），从而超过德国的销售数量（AMPower预测2027年德国品牌PBF设备销量为10509台，不过由于Concept Laser属于美国品牌GE旗下，Concept Laser的销量在统计预测中未划分为德国，而是划分为美国）。

全球金属3D打印2022年销售情况及2027年预测
© AMPower

与CNC机加工相比，金属3D打印的发展预测
© AMPower

然而，一个显著的分化趋势是，在AMER北美与南美区域所销售的金属3D打印设备历年的均价在走高，由2020年的单台均价52万欧元走高至2022年的单台均价超过75万欧元；亚太尤其是中国销售的金属3D打印设备历年的均价未发生明显变化，由2020年的单台均价35万欧元走低至2022年的单台均价35万欧元。全球范围内，考虑到市场上销售超过600mm加工尺寸等大型复杂3D打印设备在上升，单台均价从47万欧元上升到53万欧元，同样规格的中国的金属3D打印设备价格在走低。

AMER北美与南美区域所销售的金属3D打印设备历年的均价在走高背后显著的驱动因素是美国的商业航天比国内起步早，2022年，大量的航天领域需求催生出市场向更大更复杂的设备迈进，美国已经早先切入到发展快车道上。

更大更复杂的发展方向

可以预测，随着国内商业航天进入发展黄金期，将催生国内金属3D打印设备向更大更复杂、稳定性更高的发展趋势发展。

根据新财富商业航天独角兽2022年Top10榜单，国内商业航天独角兽企业包括长光卫星（总部长春，细分领域为遥感卫星）、银河航天（总部北京、细分领域为卫星通信应用）、蓝箭航天（总部北京、细分领域为火箭总体）、时空道宇（总部上海，细分领域为卫星制造）、星际荣耀（总部北京，细分领域为火箭总体）、科工火箭（总部武汉，细分领域为火箭总体）、星河动力（总部北京，细分领域为火箭总体）、中科宇航（总部广州，细分领域为火箭总体）、零壹空间（总部重庆，细分领域为火箭总体）、长征火箭（总部北京，细分领域为火箭总体）。

l火箭

这其中，2021年2月5日，零壹空间科技集团有限公司自主研发的OS-X6B新型智能亚轨道火箭暨“重庆两江之星”在西北某发射场成功发射，试验载荷成功分离，全程飞行正常。这是商业航天企业首次采取箭车一体的机动快速发射技术。其中，OS-X6B火箭的重要分系统——姿控动力系统，采用了基于钛合金3D打印成型工艺的高集成度设计方案，姿控动力系统由上海瀚空动力科技有限公司研制，3D打印由上海云铸三维科技有限公司承制。

最近的发展是2023年3月1日-2日，北京星际荣耀空间科技股份有限公司百吨级液氧甲烷火箭发动机“JD-2”顺利完成两次真实介质下的半系统联合试验。铂力特利用多年的金属3D打印经验，协助研制团队为“JD-2”液体发动机打印了多个管路类和涡轮泵类零件，帮助客户降本增效。

l卫星

卫星方面，根据新财富杂志，离实用落地最近的航天技术，是低轨卫星通信，估值最高的长光卫星、银河航天，皆来自卫星领域。2015年10月7日，由长光卫星自主研制“吉林一号”，在中国酒泉卫星发射中心实现“一箭四星”的成功发射。“吉林一号”是中国第一颗自主研发的商用高分辨率遥感卫星。卫星入轨并开展工作后，长光卫星可通过在线和离线方式，向用户提供卫星遥感数据和各级产品。据其披露，预计在2023年将提前完成138颗“吉林一号”卫星组网计划。银河航天出的“银河Galaxy”卫星星座，则是目前国内民企规划规模最大的卫星星座计划，计划到2025年前发射约1000颗卫星，首颗试验星已于2020年1月发射成功，通信能力达10Gbps，成为我国通信能力最强的低轨宽带卫星。

这其中，通过3D打印，银河航天有效提高了卫星部组件以及整星的批量化生产能力，大幅降低成本。技术人员通过3D打印技术实现高频微距波导、高性能天线等载荷的加工，将部分载荷互联的空间压缩到传统占用空间的三分之一，同时电性能还得到一定程度的提升，使得部分单机及系统的性能更上一层楼。

根据，3D打印适合制造复杂形状的产品，包括一体化结构、仿生学设计、异形结构、轻量化点阵结构、薄壁结构、梯度合金、复合材料、超材料等等。在卫星制造方面的应用技术逻辑包括：轻量化结构、一体化结构实现、高附加值零件制造、动力结构制造等等。

3D打印在实现卫星的轻量化结构件方面的两大主流逻辑：一是使用轻量化材料，例如以塑料代替金属。二是3D打印点阵结构以降低零件的整体强度，但却可以提高强度 – 重量比。

此外，尤其在卫星光学系统制造领域，增材制造技术能够满足用户对轻型光学系统不断增长的需求，并实现下一代高附加值光学器件的制造。

机遇与挑战并存

总体来说，毋庸置疑，国内商业航天的加速发展，将在未来5年导致3D打印市场发生显著变化。当前航空航天采用金属增材制造存在着一些障碍与挑战，与更简单的 3D 打印技术相比，金属增材制造本质上涉及对过程的更严格控制。这些反过来又可能成为该行业许多人的进入障碍。然而，根据，近年来，国际上新增的创业企业，以软件及材料企业居多，国内以设备企业居多，尤其是当行业中出现上市企业后，同质化模仿跟风的趋势十分猛烈，资本的驱动下，企业为获取订单表现出两败俱伤的价格厮杀，损伤的是长期发展所需要的核心能力建设和研发创新基础，短期来说这是国内3D打印企业发展的巨大挑战与威胁。中期来说，3D打印发展模式已经发生本质的改变，依赖经验为主的模式发展遇到产业化瓶颈，中期将淘汰大量同质化缺乏核心竞争力的企业。

国内即使是头部的3D打印企业，尤其是复杂的金属3D打印领域，随着3D打印设备的人工智能大脑驱动实现首件即合格的进入产业化的范式转变。在人工智能驱动的指数化精益能力进化到来的前夕，3D打印进入到产业化发展将不仅取决于自主创新实力，更取决于如何弥补国内基础研究短板，包括建立与国内生态圈的合作能力，包括建立与国际国内软件企业的合作共赢能力。

期待国内3D打印生态圈发展越来越和谐共赢，期待国内商业航天发展冲破重重困难，获得更加长足的成功。

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，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，请关注发布的白皮书系列。