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深圳20+8解读——激光与增材制造产业

作者: 点击:770 发布时间:2023-10-19

一、激光与增材制造产业概况

增材制造相对于减法制造,它通常是逐层累加的过程,是通过添加材料直接从三维数学模型获得三维物理模型的所有制造技术的总称,集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、电子束、激光等技术于一身,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。学术界称之为“增材制造”,大众和传媒界称之为“3D打印”。

增材制造技术的发展历史仅仅有 30 多年,激光增材制造是目前研究最多也是工业化应用最成功的技术手段。从全球市场规模来看,2021年全球增材市场规模达到了152.44亿美元,较2020年增长了19.49%。预计2025年增材制造收入规模将达到298亿美元,2030年增材制造收入规模将达到853亿美元。在我国,激光增材再制造技术也在近十几年取得很大进展,其工程化应用范围也逐步扩大,在航空工业和武器装备维修领域发挥了重要作用。从国内市场规模来看,据统计,国内增材市场规模在2021年达到了262亿元,较2020年增长了34.1%。预计2024年市场规模将达到500亿元。

二、深圳激光与增材制造产业发展现状、机遇与挑战

第一,从产值规模看,深圳是国内最大的激光与增材制造产业集聚区之一,2021年,我市激光与增材制造产业增加值达73亿元。

第二,从产业生态看,深圳企业数量和有效专利量国内领先,已初步形成材料、器件、软件、设备和应用服务覆盖全链条的产业生态体系。

第三,从技术水平看,深圳激光与增材制造产业总体处于国内领先水平,在高功率连续光纤激光器、纳秒脉冲光纤激光器、电池焊接装备等产品类别处于国内一流、国际先进行列。

第四,从企业竞争力看,深圳激光与增材制造产业,重点企业综合竞争力强劲。

从宏观政策看,国家政策大力支持制造业发展,激光与增材制造产业迎来了快速发展的战略机遇期。在政策的支持下,我国激光与增材制造产业已初具规模,产品与技术的快速成熟,与国际品牌性能差距日益缩小,国产替代进口迎来发展的窗口期。深圳作为我国制造强市,下游优势明显,对激光与增材制造技术、设备等在各产业领域推广应用具有重要的引领作用。

从产业发展趋势看,激光与增材制造替代传统加工趋势日趋明显。与传统制造业对比,激光与增材制造加工效率极高,为终端客户降本增效、产业升级提供了更多可行性。在 “双碳”背景下,激光与增材加工替代传统加工趋势明显,行业渗透率正在加速提升。在未来国家一系列产业结构调整及工业结构改造过程当中,产业拥有广阔市场前景。

与国际龙头相比,深圳激光发展依旧存在挑战:一是部分材料和核心零部件对外依存度较高;二是产业大而不强,部分企业以设备整机集成业务为主,处于价值链中低端环节;三是企业梯队结构不完善,亟需培育中坚力量支撑产业持续发展;四是产业应用融合不够紧密,超快激光、高功率激光、增材制造等推广应用有待深化。

三、激光与增材制造产业链

 

增材制造产业链图谱

四、产业计划目标

产业规模持续领先

到2025年,产业增加值达到140亿元,新增10家制造业“单项冠军”、专精特新“小巨人”“独角兽”企业。

创新能力稳步提升

到2025年,在基础材料、核心零部件、支撑软件、高端器件等关键领域取得实质性突破,新增1家省级或以上制造业创新中心、10家企业技术中心。

行业应用深度融合

到2025年,围绕3C电子、新能源、新型显示等优势领域,打造一批“激光+”和“3D打印+”智能制造应用示范项目。

产业生态持续优化

到2025年,建成若干检验检测、试验验证、应用研发等产业基础设施和公共服务平台,推动专业展会、高端论坛等行业活动的开展。

五、深圳实施的措施(重点任务和工程)

1、四大任务

通过 “技术攻关+示范推广+支撑体系+集聚发展”四大任务,推动激光与增材制造产业形成空间集聚、链条完整、特色鲜明的发展格局。

突破关键核心技术

u 探索前沿科技领域“揭榜挂帅”。

u 布局共性技术平台和创新载体。

u 实施重大装备与关键零部件攻关计划,鼓励产业链上下游合作、产学研用协同攻关。

加强应用示范推广

u 面向汽车、航空航天等领域开展高端激光装备和增材制造装备应用示范。

u 支持企业开展智能化改造,支持激光与增材制造产业与5G、工业互联网、人工智能、大数据、云计算等新技术融合应用,加速智能化产线应用推广。

构建产业支撑体系

u 围绕共性需求,强化优质资源整合,支持建设技术创新联盟、应用研发中心等产业促进机构。

u 鼓励重点企业加强标准体系建设和质量体系建设。

u 支持举办国际知名专业展会及高端论坛活动,促进“一带一路”国际合作。

促进产业集聚发展

u 强化区域发展统筹规划,发挥各区优势,协同错位发展。

u 依托骨干企业打造一批激光与增材制造专业园区,集聚产业链上下游企业。

2、重点工程

围绕产业基础、产业链结构、支持体系、应用示范四方面,开展四大工程:

产业基础高级化工程

主要围绕基础研究、基础材料、基础核心器件和基础支撑软件等:“四基”统筹布局,以夯实产业上游基础。当前深圳激光与增材制造产业链较为完整,产业规模全国领先,但70%以上企业集中在下游激光设备整机集成,上游的基础材料如光纤,核心器件如激光器、激光控制系统等领域亟需高端突破,鼓励各产学研主体协同攻关,进行“补链”,可有效推动产业高端化发展。

产业链现代化工程

主要在整机高端化、企业融通发展以及产业链数字化转型三个方面布局,完善产业生态。随着技术不断突破,激光器及激光加工装备市场产品逐渐成熟,产品价格成为市场竞争的关键因素,行业竞争加剧。通过布局突破高技术壁垒产品,鼓励领军企业整合产业资源,数字化转型打通供应链上下游企业数据渠道,可有效推动产业向价值链高端迈进,改变产业大而不强现状,提升深圳企业国际影响力。

支撑体系强化工程

主要在创新载体建设、公共平台以及人才队伍三个方面重点布局,以提升深圳产业创新能力。目前深圳激光与增材制造产业整体公共服务能力和行业创新活力有待加强,缺乏革命性、突变式新技术。通过搭建创新载体、公共平台,提升产业综合创新能力,完成技术开发到转移扩散和首次商业化应用的完整创新链条,打造跨界协同的创新生态系统,推动产业高质量发展。

应用示范融合工程

围绕3C电子、新型显示以及新能源三个深圳优势领域进行产业应用融合,推动激光与增材制造产业向下游领域渗透。目前,我国激光与增材制造行业规模巨大,但是对比德国、美国等制造业发达国家,下游渗透率不足。面向深圳优势领域、高端应用场景以及国际前沿领域,抢抓“双碳”机遇,布局应用示范工程,可有效解决产业应用融合不够紧密问题,深化超快激光、高功率激光、增材制造等推广应用,提升产业核心竞争力。

六、产业空间布局

围绕研发创新、应用示范、园区建设等建立各具特色的区域错位发展新格局。在前海布局研发设计环节,在宝安区、龙华区、坪山区布局研发设计和生产制造环节。

七、增材制造行业未来发展趋势

1、金属 3D 打印技术在我国的快速发展,国内设备厂商在 3D 打印设备所需的专用材料、工艺装备、关键零部件、软件系统等实现了技术突破和工艺经验积累,具有了一定的批产能力,带动整个产业的竞争力明显提升。目前,我国的熔融沉积成形、光固化成形、激光选区烧结/熔化等一大批工艺装备实现产业化,部分增材制造工艺装备已经达到国际先进水平。

2、且随着“工业4.0”不断推进,3D打印也被用在了汽车制造领域。相比传统汽车制造工业,3D 打印技术无需模具、能够减少废料、可随时打印维修部件而减少零件库存,得到了汽车制造领域的重视, 3D打印技术在汽车零部件领域更广泛地应用已成大势所趋。

3、从原材料端来看,国内 3D 打印行业发展迅速,推动国产金属粉末技术和产能提升。随着金属 3D 打印技术在航空航天、医疗等领域的快速渗透,市场对高端 3D 打印金属粉末需求旺盛,国内 3D 打印金属粉末厂家都在积极地进行粉末产品研制和相关生产线建设,未来国内3D打印金属粉末制品厂家的市占率也有望逐步提升。