商业航天：3D打印重塑航天制造范式——增材制造篇

商业航天：3D打印重塑航天制造范式——增材制造篇证券分析师：李景星 S0370522090001行业评级：强于大市（维持）证券研究报告交通运输行业/行业深度报告2026年9月30日目录风险提示：航天发射节奏不及预期风险；认证准入周期长、认证失败风险；航天级产品良率、一致性与在轨可靠性风险；上游特种粉末、高端设备供应链受限风险。一、商业航天需求升级，3D打印赋能制造变革二、3D打印产业链全景扫描三、市场规模高增，行业加速渗透四、相关上市公司一、商业航天需求升级，3D打印赋能制造变革1.1、商业航天时代对航天制造技术提出新全新要求商业航天制造需求全面升级，3D打印成为实现批量多批次、快速迭代、减重降本与可靠性提升的重要技术支撑。批量多批次：2025年我国全年完成50次商业航天发射，占比我国全年宇航发射总数52%。与此同时，中国于2025年12月向国际电信联盟（ITU）提交超过20万颗低轨卫星频轨资源申请，释放出大规模低轨星座建设的强烈需求信号，现有发射能力相比未来大规模星座组网需求仍存在较大提升空间。随着卫星部署从“单星发射”逐步转向高密度、批量化组网，火箭需要具备更高的运力、更强的一箭多星能力以及更高频、更低成本的发射能力。快速迭代： 随着可重复使用火箭和液氧甲烷动力等新一代技术加速发展，商业火箭技术持续演进，对发动机性能、回收可靠性和重复使用能力提出更高要求，推动研发模式由“一次研制、长期定型”转向快速持续迭代。火箭企业需要通过高频试验与实际发射不断获取飞行数据，及时验证技术方案并优化设计，因此研发与制造周期需要缩短，以适应快速迭代的新需求。极致减重降本：火箭减重不仅能够减少材料消耗，还可释放更多运载能力，轻量化由此成为商业火箭设计的重要方向。3D打印通过近净成形突破传统制造的结构约束，使复杂轻量化设计能够直接转化为实体，同时减少材料浪费、加工工序和零部件数量，实现“减重降本”协同优化，有助于企业应对商业航天发射成本竞争加剧的市场现状。复杂构件可靠性：传统制造往往需要将复杂部件拆分为多个零件分别加工，再通过焊接、螺栓等方式连接，随着连接界面增加，潜在失效风险也随之增加。3D打印能够实现复杂内流道与多零件一体化成形，在突破复杂结构制造限制的同时减少焊缝和连接界面，从而兼顾复杂功能实现与整体可靠性提升。2025年资料来源：国家航天局、中国航天报，金元证券研究所整理1.2、传统航天制造工艺的弊端资料来源：国家航天局、中国航天科技集团有限公司、NASA，金元证券研究所整理•设计被“可制造性”绑架，而非最优结构：传统航天制造高度依赖锻造、铸造、机加工和焊接等技术，设计需严格适配设备与工艺限制。拓扑优化后的轻量化高强结构、点阵结构、复杂随形流道等高性能方案在技术上难以落地，设计人员被迫采用冗余更高的简单结构。•材料浪费触目惊心，成本不可控：减材模式下，锻件与机加工的材料利用率常不足10%~15%，钛合金、高温合金等高价值材料需经多道工序获得最终零件，大量原材料最终被切削为难以直接利用的废屑，造成严重浪费，使成本居高不下且难以控制。•制造周期以月为单位，严重拖慢迭代：航天部件制造需历经设计、模具制备、加工、检测等多个环节，复杂部件从设计到实物往往需要 6-18 个月。若出现设计变更，原有模具工装便需作废重做，前期投入难以摊薄，严重制约研发阶段的小批量试制与快速迭代。•连接结构太多，影响可靠性：复杂部件需拆分多件加工后焊接、螺栓装配，连接界面增多带来潜在失效点，焊缝易产生气孔、裂纹、残余应力，关键部件还存在密封、疲劳隐患。•材料组织与力学性能的统一性难以保证：传统工艺易导致材料组织与性能不均：铸造易现缩松气孔，锻造存在各向异性，焊接产生热影响区，为保证安全性与可靠性只能增加重量。•大型整体结构很难一次成形：⽕箭贮箱箱底等超大部件受传统设备吨位、成形尺寸限制，必须分块成形后焊接拼装，大幅增加焊缝数量与长度，引发焊接变形、残余应力等问题。1.3、航天制造的工艺革命：3D打印（增材制造）资料来源：工信装备研究院、国家航天局、NASA、ESA、RapidDirect，金元证券研究所整理概念：3D打印正式名叫增材制造（Additive Manufacturing, AM），以三维数字模型为起点，先由切片软件把模型离散为若干二维截面，再由设备将金属粉末、塑料线材、光敏树脂等材料按截面逐层沉积、熔融或固化，层层堆叠直至成形，与传统CNC“削掉多余材料”的减材制造相反。航天领域的3D打印以金属增材技术为主流，更适合复杂结构、定制化、小批量、快速迭代的场景。优势：•一体化成型：把原本需分件加工再组装的功能组件整体打印，零件数量级减少。•减少装配与焊点：一体化成型减少焊缝和螺栓连接界面，失效点减少，可靠性上升。•轻量化：设计自由度释放后，可引入拓扑优化等最优传力路径结构，减少冗余结构。•缩短研制周期：设计变更只需改数字模型即可重新打印，免开模/工装，缩短制作周期。•材料利用率提升：金属粉末按需熔融、近净成形，未熔粉末可复用，利用率可达90%以上。•复杂流道实现能力：通过设计优化，异形流道等机加工不可达的结构可一体成形。已验证技术场景：•复杂内腔、流道：推力室再生冷却流道、喷注器、随形冷却结构•轻量化拓扑、点阵：支架、安装座、隔板、点阵减重结构•难加工高价值材料：钛合金、镍基高温合金异形件•一体化集成：原本需多件焊接、装配的组件•小批量、快速迭代、备件：试制件、在轨备件、应急补件当前技术边界：3D 打印并非万能，目前在大批量、超大尺寸、主承力高疲劳、高精度配合的部件上应用仍需谨慎。金属粉末床熔融(SLM)设备3D模型切片与逐层增材成形流程1.3、航天制造的工艺革命：3D打印（增材制造）资料来源：工信装备研究院、国家航天局、NASA、3D Natives、Intelligent Living，金元证券研究所整理对比项传统工艺金属增材制造结构复杂度受锻造、铸造、机加工等工艺限制，较简单突破传统加工约束，可实现复杂曲面、内流道、点阵等结构工序数量多工序串联，涉及模具、机加工、焊接、装配等直接依据数字模型逐层成形，减少模具、加工及装配环节周期模具及工装准备周期长无需专用模具，可快速由数字模型转化为实体，缩短制造周期材料利用率较低，以减材加工为主，大量材料被切削去除较高，近净成形，按需添加材料，减少材料去除与浪费减重幅度受加工和装配约束，轻量化结构设计空间有限支持拓扑优化、点阵、薄壁等设计，实现结构轻量化可靠性风险点零部件多、焊缝及连接界面多，可靠性较低一体化成形，减少焊缝与连接界面，降低风险点，可靠性较高传统减材制造（上）与增材制造（下）工艺流程对比CNC机加工（左）与3D打印（右）同款产品对比1.4、增材制造主要的几种技术路线资料来源：工信装备研究院、国家航天局、NASA、RapidDirect、Sciaky、3DPrint、WAAM3D、Continuous Composites，金元证券研究所整理技术名称原理适用场景优势劣势金属粉末床熔融技术与设备(SLM)激光选择性熔化金属粉末床，逐层堆积成形高精度、复杂结构及精密动力部件，如SpaceX猛禽发动机一体化铜合金推力室无支撑成型能力突出、构件内部缺陷率极低、成型表面质量最优异、