最近，中科宇航将微重力金属增材制造返回式科学实验载荷，交付于中国科学院力学研究所。
这台由该所自主研制的载荷，搭载于中科宇航力鸿一号遥一飞行器，成功开展了我国首次太空金属增材制造（即“3D打印”）实验。
（图片来源：央视新闻）
商业航天的3D打印，可以实现航天零部件一体化成型，大幅减轻器件重量、提升结构性能，缩短研发与生产周期，降低制造成本。
今天重点解读 商业航天3D打印。
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3D打印基本介绍
3D打印的概念
3D打印（3D Printing），又称增材制造（Additive Manufacturing），是一种以数字三维模型为基础，通过逐层堆积、融合特定材料的方式制造实体物品的新型加工技术。
商业航天领域，3D打印主要用于火箭、卫星等航天器的复杂轻量化结构件、以及发动机的核心零部件及定制化配件的低成本制造，大幅缩短了生产周期，并适配商业航天快速迭代的需求。
3D打印的核心优势
3D打印的核心优势，高度契合商业航天的发展诉求。
1）降本增效：省去模具设计、加工及组装环节，减少材料浪费，适配商业航天规模化量产的成本控制与效率需求。
2）减重降耗：通过拓扑优化设计，制造轻量化晶格结构，有效降低航天器自重，提升运载效率与在轨续航能力。
3）快速迭代：无需重新开发模具，快速响应设计修改，零部件研发验证周期大幅缩短，支撑商业航天技术快速创新。
4）复杂成型：实现传统切削、铸造工艺难以完成的复杂内流道、异形结构一体化成型，彻底突破传统制造的工艺瓶颈。
3D打印的工作原理
3D打印可分为四个关键步骤。
第一步是数字建模，通过三维设计软件构建零部件的精准数字模型，需提前匹配航天级尺寸精度要求，完成模型优化与缺陷排查。
第二步是切片处理，利用专用软件将数字模型切割为无数薄层，设定每层的打印参数（厚度、速度、材料用量等），为逐层打印提供指令。
第三步是逐层打印，打印设备依据切片指令，将耗材（金属粉末、复合材料等）按预设路径逐层堆积，从底层到顶层逐步成型，实现数字模型向实体构件的转化。
第四步是后处理，对打印完成的构件进行打磨、抛光、热处理等，去除表面瑕疵、提升力学性能，确保符合航天级零部件的使用标准。
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3D打印产业链
产业链概览
航天级3D打印的产业链层次清晰，各环节协同支撑技术落地。
上游聚焦打印耗材（高性能金属粉末、复合材料等）、关键设备核心零部件及设计软件，是保障打印质量的前提；中游涵盖3D打印设备制造、定制化打印服务及后处理（热处理、表面抛光、缺陷检测）等环节。下游为需求终端，聚焦商业航天各应用场景，包括火箭、卫星、在轨航天器及配套设施制造。
关键设备与耗材
航天级3D打印的关键设备以金属3D打印机为主，主流类型包括激光选区熔化（SLM）设备、电子束熔融（EBM）设备，前者侧重高精度小型零部件制造，后者适配高温合金等特殊材料的成型。此外，还包括专用后处理设备，用于提升零部件精度与性能。
关键耗材以高性能金属粉末为主，包括钛合金、高温合金、铝合金等，需满足高纯度、高球形度、窄粒径分布的要求，适配极端航天环境；同时，专用复合材料、陶瓷材料也逐步应用于卫星载荷等特殊零部件的打印。
航天级3D打印的应用场景
1）火箭领域3D打印应用
火箭领域是3D打印应用最成熟的场景之一。箭体方面，主要用于打印箭体支架、燃料箱加强筋等结构件，通过轻量化设计降低箭体自重；发动机方面，聚焦燃烧室、喷注器、冷却通道等核心部件，实现复杂内流道一体化成型，减少零部件数量，提升发动机推力与可靠性，同时缩短生产周期。
（图片来源：南极熊3D打印网）
2）卫星领域3D打印应用
卫星领域聚焦轻量化与定制化。结构件方面，打印卫星主体支架、太阳能帆板支架等，通过晶格结构设计实现减重，提升在轨续航；载荷部件方面，打印传感器外壳、天线结构等精密零部件，适配卫星小型化、高性能的发展趋势。
3）配套设施3D打印应用
配套设施应用聚焦地面保障与成本控制，覆盖发射、测试、运维全环节。主要包括发射平台零部件、地面测试夹具与治具、航天器运维工具等，通过3D打印实现快速定制生产，减少模具成本与生产周期。
4）航天器在轨3D打印的应用探索
在轨3D打印目前主要探索利用太空环境适配材料，打印航天器零部件、维修工具及应急补给物资，减少地面发射补给的成本与风险。
同时，探索在轨制造大型航天器结构件，突破地面运输尺寸限制，为未来空间站扩建、深空探测提供技术支撑，目前仍处于技术验证阶段。
（图片来源：3D打印技术参考公众号）
3D打印市场规模
根据创想三维招股说明书，2024年全球消费级3D打印市场约为41亿美元，约占全球3D打印市场219亿美元的18.7%，预计2025年将达到49亿美元。据此可见，工业级3D打印目前仍占市场主导。
（数据时间：2026-1）
中商产业研究院的数据，2024年中国3D打印市场规模约为423亿元，约占全球市场的27%，预计2025年市场规模将突破450亿元。
（数据时间：2026-1）
Fortune Business Insights数据显示，2024年全球航空航天领域3D打印市场规模约为35.3亿美元，预计2032年可以达到145.3亿美元，2025~2032年复合增速超过20%，行业处于快速成长期。
（数据时间：2026-1）
根据wiseguyreports数据，全球3D打印太空火箭市场预计将出现大幅增长。2024年这一市场约为5.6亿美元，到2032年预计将达到约29亿美元，年均复合年增长率预计将达到22.84%。
（数据时间：2026-1）
航天级3D打印的挑战
技术瓶颈：精度与稳定性问题
航天级3D打印面临精度与稳定性的双重瓶颈。
精度方面，复杂异形零部件、大尺寸结构件的打印精度难以持续保障，易出现尺寸偏差、表面粗糙度不达标等问题。
稳定性方面，批量生产时，受材料特性、工艺参数波动影响，零部件的力学性能、致密度易出现差异，难以满足航天器对可靠性的极致要求。
材料制约：研发与成本问题
材料制约是规模化应用的关键：适配航天极端环境的专用打印材料种类有限、研发滞后，且高性能核心耗材制备工艺复杂、成本偏高，增加技术落地压力。
质量管控：检测与认证标准
质量管控缺乏统一标准：零部件内部缺陷难以用常规手段全面检测，且航天级3D打印零部件认证体系不完善、标准不统一，影响应用落地效率。
行业壁垒：规模化量产阻碍
规模化方面，核心设备与耗材的产能有限，叠加工艺稳定性不足，难以满足商业航天规模化量产的需求，同时技术专利布局集中，进一步提升了行业准入门槛，阻碍了技术的广泛落地。
3D打印代表性企业
第一梯队（全球领军，技术与市场双领先）
3DSystems（美国）：增材制造先驱，多技术路线布局，航空航天与医疗领域应用广泛。
Stratasys（美国）：FDM技术奠基者，PolyJet材料喷射技术领先，工业级解决方案成熟。
HP惠普（美国）：多射流熔融技术引领者，在量产级3D打印市场竞争力突出。
GEAdditive（美国）：电子束熔融技术标杆，航空发动机与医疗植入物领域优势显著。
拓竹科技（中国）：消费级高速打印技术领导者，软件生态完善，全球市场份额领先。
第二梯队（细分龙头，技术特色鲜明）
铂力特（中国）：金属3D打印龙头，军工与商业航天双轮驱动，海外市场拓展迅速。
创想三维（中国）：消费级市场份额全球领先，教育市场渗透率高，品牌影响力大。
华曙高科（中国）：高分子与金属SLS技术领先，工业级量产能力突出。
SLMSolutions（德国，尼康集团旗下）：金属选区激光熔化技术领先，汽车与航空领域应用广泛。
复志科技（中国）：专业级FFF领域全球前三，全场景落地能力与客户服务经验丰富。
第三梯队（潜力新星，细分领域突破）
纵维立方（中国）：消费级3D打印“四小龙”之一，性价比优势明显，市场增长强劲。
智能派（中国）：消费级市场快速崛起，与拓竹、创想三维等共同主导全球入门级市场。
先临三维（中国）：医疗3D打印国产化标杆，齿科数字化解决方案市占率高。
NanoDimension（以色列）：纳米级导电材料打印技术领先，专注电子电路3D打印。
联泰科技（中国）：工业级光固化技术领先，中国增材制造行业重要开拓者。
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《图解100个产业链》作者
《图解100个商业模式》作者
