3D打印行业研究报告传统技术的革新-打印世界的力量

3D打印行业研究报告传统技术的革新_打印世界的力量一、3D打印：从“减材”至“增材”，行业长坡厚雪（一）从“减材”至“增材”，传统生产技术的革新3D打印，又称“增材生产”（AdditiveManufacturing；AM），就是指用三维模型数据为基础，通过材料沉积的方式生产零件或实物的工艺。不同于传统制造业通过冲压等机械加工方式对材料除去从而成形的“增至”材生产，3D打印通过对材料自下而上逐层共振的方式，将三维实体变为若干个二维平面，大幅增加了生产的复杂度。3D打印出现发生改变了产品的设计生产过程，被视为诸多领域科技创新的“加速器”，对传统制造业功不可没非常大推动和变革，将助力航空航天、国防、汽车、生物医疗等领域核心技术的突破和跨越式发展。3D打印可以快速加工成形结构复杂的零件，同时同时实现“民主自由生产”。“化繁为简”就是3D打印的优势之一，尤其在繁琐、大型结构加工工艺方面具有明显的优势。3D打印的原理就是将三佩工件切片以获得二维的轮廓信息，通过层层共振的方式同时同时实现产品成形，就是一种“自下而上时”的工艺方式，这种方式基本不受零件形状的管制，特别在生产内部结构复杂的、传统加工无法顺利完成一体生产的产品方面，具备著重优势，因此，3D打印能够生产出符合特定市场需求的繁琐产品，从而同时同时实现“民主自由生产”。3D打印相较于传统生产可以具有成本低、研发周期短等优势。成本端的：传统机械制造通常就是通过批量生产单一产品回去降低成本，生产的主要成本可以分为物料成本，开模成本、机器固定资产，耗材成本和人工成本几方面，而3D打印则就是通过一台设备生产多种类产品，通在过生产多种类产品回去降低生产成本，精简了生产过程，增加了生产安装成本和耗材成本。效率端的：3D打印无须开模、无须传统机械多重处理，可以在单个设备上快速生产DF93需零件，快速产品研发运算，提高效率。由于我国3D打印起步较晚，在2010年之前的3D打印专利申请数量较太太少，2010年之后随着各大科研院所和高校积极参与研究、各大公司积极主动布局3D打印业务，专利申请数量快速增长较快，虽然2020年以来，我国3D打印行业专利许可数量有所下降，但是绝对指标数量仍非常大。3D打印仍只是传统制造业的关键补齐，短期内并无法摈弃传统制造业。3D打印技术和传统高精度加工技术均就是制造业的关键组成部分，目前3D打印加工与传统高精度加工二者比还存加工精度、表面粗糙度和可以加工材料等方面的差距，但是3D打印优势也非常清显露出，就是传统机械制造的有力补齐，3D打印和传统机械加工方式将长期共存，但3D打印因其全新的技术原理、独特的工艺特点，在多种应用领域场景具备明显的优势，3D打印工艺渗透率料稳步提升。（二）国家战略性新兴产业，政策大力支持力度大国家对3D打印大力支持力度大，助力制造业转型升级。我国有关部门发布了许多有关3D打缀方面的政策以引导行业发展。2017年，国家发改委发布的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》将3D打印列为战略性新兴产业重点产品和服务。2020年，国家标准化管理委员会、工信部、科学技术部、教育部、国家药品监督管理局、中国工程院六部门携手印发了《增材生产标准领航行动计划（2020-2022年）》。近些年，国家有关部门又刊发布了《“十四五”智能生产发展规划》、《“十四五”国家重点研发计划重点专项2022年度项目申报指南》等政策文件大力支持行业发展。（三）主要集中于小规模、订做化后的B2B模式目前3D打印主要集中于小规模、订做化后的B2B商业模式。不同于常用的2D打印商业模式，3D打印的应用领域目前集中在B端的，而直面C端的投资非常大且较分散，因而成本较大，大规模铺展还仍须技术运算、降低成本，应用领域场景也仍须进一步挖掘。在B端的方面，3D打印在航空航天、医疗、模具等领域已处于初步产业化阶段，工业级应用领域范围最广泛且在持续蔓延，未来的前景可以期、市场空间大。二、上游：产业链中的高壁垒环节，高端环节市场需求大3D打印产业链上游为原材料及零件，涵盖3D打印原材料、核心硬件和软件；中游为制所造设备和打印服务；下游应用领域则涵盖航空航天、医疗、消费及电子产品等。（一）原材料：打印材料就是3D打印的基础3D打印材料主要分为金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料三大类金属粉末：金属粉末在工业领域应用领域较多，市场空间宽阔。金属粉末存钛合金、高温再分后金、镍铬合金、铜铝合金等，可以生产形状繁琐，个性化的零部件，并且可以显著缩短工件的生产周期，提高材料的利用率，产品附加值高，快速增长潜力大，所以被广为应用于航空航天，医疗器械等场景。有机材料：种类多，用量大，高端应用领域场景有待研发。3D打印用有机材料主要涵盖光敏树脂和热塑性塑料，其具有价格低廉、难于加工的特点，就是3D打印相对比较明朗的材料，目前广为应用于文创用品，模型手板加工等领域。无机非金属材料：3D打印工艺中常用的存砂型材料和陶瓷材料。由于国内粘结剂喷气和陶瓷光固化等工艺起步较晚，因此大多数的砂型材料和部分陶瓷材料的研究主要紧紧围绕工艺性检验积极开展。现阶段，对应工艺的大多数材料还处于科技攻关状态，而SiC陶瓷以及磷酸三钙陶瓷等材料的研究已步入无机强化阶段。2021年全球3D打印材料产业规模达致25.98亿美元。根据WohlersAssociates，2012-2021年，全球3D打印专用原材料销售金额从4.17亿美元快速增长至25.98亿美元，无机增长率为22.54%。2021年，金属3D打印原材料销售金额达致4.74亿美元，同比快速增长23.5%，金属3D打印专用材料的研发日趋活跃。（二）核心零部件：3D打印设备的关键器件激光器：激光3D打印的能量源激光器就是产生激光的核心部件，输出的激光功率大小、稳定性、光束质量等直接影响下游等加工设备的品质，整个产业链也就是紧紧围绕激光器的生产及应用领域展开的。激光器就是激光的发生装置，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔等共同共同组成。泵浦左马助激光器的唤起源，增益介质指会将光放大的工作物质，谐振腔为泵浦光源与增益介质之间的电路。在工作状态下增益介质通过吸收泵浦源提供更多更多的能量，经谐振腔盘整选模输出激光。激光器可以按照增益介质、输出波长、运转方式、泵浦方式、输出功率、调制技术分类：（1）按增益介质分类：可以分为液态、气体、液体激光器等。（2）按输出波长分类：可以分后为红外、紫外、深紫外激光器等。（3）按运转方式分类：主要可以分为已已连续激光器和脉冲激光器，已已连续激光器可以在较长一段时间内已已连续输出激光，脉冲激光器根据脉宽可以分为长脉冲（毫秒、微秒）、短脉冲（纳秒）、融脉冲（皮秒、飞秒）激光器。（4）按泵浦方式分类：主要可以分为光泵浦、电泵浦、化学泵浦激光器等。（5）按输出功率分类：主要可以分为大（3-6KW）、中（1-3KW）、小（0-1KW）功率激光器等。（6）按调制技术分类：主要可以分为阳入Q技术、变大膜技术、主盘整功率放大技术（MOPA）等。产业链下游主要应用领域激光的三大特征：激光能量、激光信息、激光说明。其中激光冲压、激光研磨、激光陈建力等应用领域激光能量特征，激光3D打印主要应用领域这一特征；激光测量、激光雷达等应用领域激光信息特征；激光投影、激光电视等应用领域激光说明特征。2021年全球激光器市场规模强于180亿美元。激光器就是激光加工装备的核心部件，激光器技术水平变成影响激光加工装备的技术水平的关键因素。根据《2022中国激光产业发展报告》，全球激光器市场规模从2017年的130.7亿美元快速增长至2021年的184.8亿美元，CAGR为9.05%。3D打印采用的激光器种类涵盖紫外激光器、光纤激光器以及CO2激光器等，其中光纤激光器应用领域最广为。CO2激光器的本身输出波长很长，金属材料的吸收率较低，因此早期金属打印用的CO2激光器功率动辄几千瓦，体积也非常大。SLA3D打印机采用紫外激光器进行研磨，激光器所升空的激光束散射下快速研磨形成所仍须的产品。光纤激光器具备结构直观、转换效率高、光束质量不好、维护成本低、散热器性能不好等优点，并使近年来其在工业激光器市场中占比逐渐提升。国内光纤激光器竞争比较激烈，中低功率激光器基本已同时同时实现。根据凯普林招股书说明书，在国内市场从功率角度来看，中低功率激光器已基本同时同时实现，近些年竞争夺战也较为激烈，而高功率激光器国产化相对不高，共振客户对激光器品质明确提出更高建议，因而对价格敏感性相对更高。加载振镜：3D打印设备的核心元器件之一加载振镜主要由反射镜片、驱动电机、著眼系统以及控制系统共同共同组成。激光束被扩束以后，仍须在工作面上将其着眼成细小的高能量光斑，并以一定的轨迹和速度扁平移动，并使一的定平面图形的粉末熔融，顺利完成二维加工过程，这个过程通过加载振镜回去同时同时实现。我国扫描振镜市场规模较小，高端振镜依赖进口，高精密、定制化成未来发展方向。据华经产业研究院统计，2014-2022年，我国振镜生产企业数量由10家以内增长至超过20家。其中，头部厂商包括大族激光、世纪桑尼、金海创、智博泰克等企业，但产品主要集中在中低端，高端市场由美国CTI、德国Scanlab和Raylase等国外企业占据。在高精度标刻、划线、钻孔领域，国产振镜与国外厂商仍有较大差距。未来国产振镜企业将有望逐步增强高精密、定制化振镜生产能力，提升高端市场占比，进一步增强盈利能力。高端振镜控制系统依然由国外厂商主导。激光加工控制系统按照主流技术路线可以划分为激光振镜控制系统及控制器控制系统等。伺服电机掌控主要应用于大幅面金属研磨，特别强调研磨厚度及速度，重点应用于金属板材或管材研磨领域。激光振镜控制系统适用于于高精度加工处理、大幅面加工领域，紧紧围绕高速、高精特点发展，已全面全面覆盖激光标刻、激光纸带、激光研磨和激光冲压等激光加工应用领域场景；目前，在中低端控制系统领域已经基本同时同时实现国产化；在高端应用领域，目前主要由德国Scaps、德国Scanlab等国际厂商主导。3D扫描仪：3D打印应用领域的关键辅助设备之一3D加载可以利用物体的三维数据建立三维建模程序，进而赢得三维物体。高精度三维洗脸描与3D打印并不是相互单一制、界限精确的技术门类，两种技术的相互融合也正在快速，助力3D打印同时同时实现较好的终端应用领域。比如说高精度三维加载在激光熔覆中的促进作用存：一就是，为复原提供数据大力支持，通过高精度三维扫描仪以以获取发炎特征的三维数据，进行逆向设计，规划复原方案，复原路径及工艺参数等；二就是，进行全尺寸检测，激光熔覆后，通过非接触式三维加载快速获得合格性检测结果。我国3D扫描仪市场蓬勃发展，市场需求稳定增长。根据共研网数据，我国3D扫描仪仍须求量明显大于产量，市场需求缺口主要来源于进口，非常大的市场需求，使我国3D扫描仪市场规模不断扩大；2016-2021年，我国3D扫描仪市场规模从2.51亿元快速增长至8.39亿元，无机增长率为27.29%，预计2022年我国市场规模少于9.81亿元。（三）软件系统：3D打印设备核心中枢3D打印有关软件涵盖模型设计软件、数据处理软件以及设备控制软件。3D打印技术的生产过程为：首先，通过Pro/E、SolidWorks等模型设计软件，三维建模分解成具有一定尺寸、形状的三维模型，顺利完成后将此三维模型存留为能被切片软件所识别的文件类型；然后，利用切片软件对模型谢泽生进一步调整，调整顺利完成后用切片软件进行切片，此过程将三佩立体模型转型为极多个二维平面模型；最后，再对每个二维模型进行分析并进行打印头的运动路径规划，打印头顺利完成的这些路径将铺成一个完善的二维平面。目前，行业内大部分3D打印设备厂商的工业软件系统系需向第三方订货，软件性能提升依赖并受限于于软件服务商，管制了设备性能和材料性能的应用领域，难以快速积极响应客户软件方面的市场需求。因此，具备完全独立自主知识产权3D打印设备工业软件系统将有助于设备生产企业提升行业竞争力。三、中游：生产设备就是产业核心，市场需求持续增长且提升空间大（一）3D打印设备：3D打印产业的核心，SLM设备依旧就是主流3D打印设备工艺主要分为金属材料和非金属材料生产工艺。3D打印设备座落在产业链中游等，也就是产业链的核心主体，制造商研发生产3D打印设备可以可供下游各领域客户使用，并根据下游客户的意见反馈信息，不断更新优化运算，同时也可以将信息表达给上游厂商，共同促发展进3D打印行业的运算升级。（二）竞争格局：我国3D打印设备提升空间大，竞争格局较分散我国3D打印设备安装量提升空间大，竞争格局较分散。根据WohlersAssociates，2020年我国3D打印产业市场规模占比10.80%，为仅次于美国的全球第二大市场。我国3D打印行业经过30余年的发展，技术不断创新，规模稳步增长，技术体系和产业链条不断完善，目前已建立起较为稳定的3D打印产业生态体系和行业竞争格局，呈现出行业整体高速增长，由几家巨头主导，其他设备制造商后起追赶的发展态势。2021年，我国3D打印设备市场占比前五为分别为联泰、Stratasys、EOS、GE及3DSystems，其中国外厂商占比高达45.9%，国内3D打印上市领先企业铂力特占比仅4.9%，华曙高科占比仅6.6%。目前工艺技术呈现百花齐放的格局，SLM/SLS工艺技术占到至比较大。SLM工艺技术就是目前3D打印行业最主流的工艺，很多工艺就是在SLM工艺的基础上，根据相同的工况进行扩建而回去。工业级金属和非金属3D打印方面，产品广为具有较好的力学性能、高精度和高密度等特征，可以用做航空航天、生物医疗等严苛环境。桌面级非金属3D打印方面，产Fanjeaux的力学性能相对弱一些，精度和密度方面可以低一些，在技术创新创意设计方面应用领域较多。目前我国3D打印设备主要以SLS\SLM和非金属的FDM居多，前两者占比约32%，FDM大约占到至整体比例的15%，分别对应主要应用于工业级和桌面级。我国3D打印企业整体呈现“多而不大”的格局。国内营收规模较大的深圳创想三维、深圳纵维立方等3D企业，其业务范围偏消费级3D打印。深耕工业级3D打印的铂力特和华曙高科，尽管整体营收规模较小，但增长迅速。成因主要系：一是，时间因素：我国3D打印起步较晚，3D打印应用亟待拓展及渗透；二是，需求端呈“多样化和个性化”：不同应用场景的需求和标准不一样；三是，供给端难以全覆盖：由于需求端的多样性，造成很多3D打印企业一般深耕一两个或某几个细分赛道，很难全领域覆盖。（三）市场空间：预计2024年我国3D打印市场规模将少于500亿元预计2025年全球3D打印行业市场规模少于298亿美元。根据华经产业研究院数据，从全球市场规模来看，2015-2021年，3D打印市场规模从51.65亿美元快速增长至152.44亿美元，CAGR为19.80%。预计2021-2025年，全球市场规模将从152.44亿美元快速增长至298亿美元，无机增长率为18.24%。2012-2021年工业级3D打印设备快速增长较快。工业级3D打印可以广为运用于传统产业转型升级和战略性新兴产业发展，随着3D打印技术的逐渐明朗和成本的不断增加，市场需求和发展潜力非常小。根据WohlersAssociates，全球工业级3D打印设备销量（指面向工业且销售售价在5,000美元或更高的机器）从2012年的6千余台快速增长至2021年的2.6万余台，年无机增长率14.45%。全球金属3D打印设备的销售量从2012年的200余台快速增长至2021年的2,300余台，无机增长率31.63%。主要系则归因于金属增材生产技术的明朗和金属增材生产设备的普及。预计2024年我国3D打印市场规模将少于500亿元。我国经过多年发展，3D打印产业正从起步期迈入成长期，整体来看近年来呈现快速增长趋势。根据华经产业研究院数据，预计2021-2024年市场规模将从262亿元快速增长至500亿元，无机增长率为24.04%，高于全球3D打印行业增长速度，同时也说明我国3D打印行业发展快速，市场需求强烈，未回去快速增长空间非常大。3D打印装备占据半壁江山，3D打印服务和材料比重也非常大。3D打印产业链自上而下主必须囊括打印材料、打印设备、零部件、打印服务等。根据《中国增材生产产业发展现状与趋势展望未来》数据统计数据，2022年3D打印装备占比53.2%，零部件占比5.9%，服务占比26.0%，材料占比12.4%。四、下游：应用领域场景在持续拓展，航空航天/医疗/汽车/消费电子空间宽阔3D打印主要应用于航空航天、医疗、汽车及消费电子等领域。随着3D打印的优势不断被发掘，应用领域场景在不断深化，在各行各业均赢得了越来越广为的应用领域。目前，3D打印主要应用于航空航天、医疗、汽车等领域，也就是在制造业和医疗领域应用领域最为广为。根据WohlersAssociates，2021年全球3D打印应用领域结构中航空航天行业份额比重为16.8%，为3D打印行业下游的主要应用领域，医疗/牙科领域，比重为15.6%，汽车领域比重为14.6%。由于航空航天、医疗、汽车等领域对零部件质量和订做化后的建议较低，我国3D打印的应用领域主要集中在这些领域。（一）航空航天：3D打印有助于解决该行业中的生产困难3D打印有助于解决航空航天领域发展过程中对材料、结构、工艺及性能的新挑战。在航空航天领域，由于零部件形态繁琐、传统工艺加工成本高及轻量化建议等因素，3D打印已发展变成提升设计与生产能力的一项关键核心技术，其利用逐层沉积的原理，能实现任意繁琐构件成形与多材料一体化生产，突破了传统生产技术对结构尺寸、复杂程度、成形材料的管制，提供更多更多了变革性的技术途径，应用领域场景日趋多样化。预计未来十年我国航空制造业为3D打印带来的年均价值量约90.54亿元。根据IBISWorld分析和华曙高科招股说明书，2014年至2019年中国航空制造业（包括飞机制造、飞机零部件制造、维修服务等）年均复合增速为9.8%，2019年中国航空制造业市场价值约698亿美元（约合4,886亿元人民币），预测未来十年（2020年~2029年）中国航空制造业的价值年均复合增速为10%，则未来十年中国航空制造业市场价值约9.05万亿元，年均9,054.33亿元，假设未来十年3D打印在航空制造业占据的份额提升至1%，据此可算出未来十年中国航空制造业为3D打印带来的市场价值约905.43亿元，年均约90.54亿元。（二）生物医疗：个性化医疗就是3D打印关键应用领域场景生物医疗3D打印就是多学科融合的一流前言技术，综合医学、工程学、电子学、生物学等多个学科，打印出依据人体非政府或器官相似的替代品或者辅助用品，用做组织修复和器官移殖。基于人体存个体差异而传统生产医疗器械多为标准化样式或尺寸的现状，3D打印凭借可以个性化订做的特点在医疗领域内应用领域逐步广为，主要应用领域方向涵盖生产医疗模型、手术导板、外科/口腔科植入物、康复器械以及生物3D打印人体非政府、器官等。全球医用3D打印市场规模增长速度较快。3D打印医疗器械的主要类型存植入物、手术器械、假肢、非政府工程器械等繁琐构件，3D打印相对于传统生产具有一定的技术优势，可以打印出繁琐个性化的几何形状的医疗植入物。根据AcumenResearchandConsulting，2022-2032年，预计全球市场规模将从28亿美元快速增长至110亿美元，无机增长率为21.59%。（三）汽车工业：3D打印全面全面覆盖汽车行业多领域生产汽车行业3D打印在繁琐构件、个性化、小批量及轻量化等方面具有优势。汽车行业由于自身规模大、研发资金投入多、应用领域3D打印技术时间短等因素，在3D打印技术应用领域中占据关键边线，汽车行业非常小的市场规模为3D打印技术提供更多更多了宽阔的市场空间。汽车生产领域的3D打印应用领域存概念模型设计、汽车设计、零部件研发、内外饰演应用领域等方面。预计2026年全球汽车行业3D打印市场规模将超过至129亿美元。根据VoxelMatters（formerly3dpbm）发布的《3D打印在汽车行业的应用领域市场报告》，预计全球汽车行业市场规模将从2020年的26.78亿美元快速增长至129亿美元，无机增长率为25.28%。汽车主要由四个部分共同共同组成：车身、电子附件、内饰和动力部件，其中汽车动力部件的市场规模占到至比最轻，2020年占比为35.29%。（四）消费电子：3D打印料向消费电子拓展消费电子产品正朝着高精密化、高轻薄化、高集成化方向升级。由于工业级3D打印设备价格较贵、加工精度及效率等因素，3D打印下游更多著眼在航空航天等高端及繁琐生产领域。但随着技术不断明朗，3D打印不断提质降本，下游应用领域持续开拓，已经已经开始慢慢蔓延步入消费电子领域。据Statista数据，未来全球/我国消费电子产品市场整体仍将保持一定的快速增长态势，随着消费电子产品正朝着高精密化、高轻薄化、高集成化方向升级，将助推3D打印市场需求提升。五、产业链评析及投资机会（一）评析国外龙头上市企业欧美3D打印行业发展历史较古老，在全球市场处于头部地位。通过评析海外市场龙头企业对A股市场3D打印行业投资具有一定的救赎意义。3DSystems就是全球最轻的3D打缀公司，成立于1986年，公司注册地为美国特拉华州；2009年以后，3DSystems重组了大量与公司业务相近的企业，拓展了产业链的全全面全面覆盖。StratasysLtd.就是一家全球领先的3D打印解决方案提供商，该解决方案用做设计和生产产品过程中的零件以及轻而易举生产最终零件，该公司还研发、生产和销售用做其系统的材料，并提供更多更多有关服务。上涨幅度非常大阶段：2011年6月-2013年12月，3DSystems和Stratasys的股价走势比较同步，总计涨幅非常大。2011-2014年，3DSystems营收从2.3亿美元快速增长至6.53亿美元，无机增长率少于41.56%，Stratasys营收从1.21亿美元快速增长至7.50亿美元，无机增长率高少于83.65%，公司股价出现了“戴维斯双击”。上涨幅度非常大阶段：2014年9月-2016年2月，3DSystems和Stratasys的股价调整幅度非常大。2014-2015年，3DSystems和Stratasys的营收快速增长低迷，而且2015年两家公司的净利润均出现非常大亏损，主要系则公司通过重组重组推动营收快速增长，但大量重组重组会带回去了资源整合的难度，加剧了公司业绩的大幅大幅下滑，股价出现了“戴维斯双杀”。（二）产业链公司剖析产业链上游：粉末材料。随着工程化应用领域的深入细致，3D打印金属材料种类正在逐渐多样，并通过合金化、进一步进一步增强基为强化等手段提升性能；在有机高分子材料中，基于制取原理，实施改性和材料复合化，可以有效率提高线材性能；大多数无机非金属材料的研究紧紧围绕工艺妍应性积极开展，部分材料已已经已经开始步入性能提高阶段。激光器：激光器领域就是的关键方向，中低功率及中低端激光器基本已同时同时实现国产化且竞争十分激烈，但是在中高端领域和国外厂商仍然存一定差距；由于3D打印对激光的性能、光束质量、热稳定性、功率等都存较低的建议，这些指标不仅仅影响3D打印设备的使用寿命还影响器件的加工精度，因此高端激光器领域就是未来的方向之一。振镜系统：我国加载振镜市场规模较小，高端振镜依赖进口，高精密、订做化成未来发展方向。产业链中游：铂力特和华曙高科是国内3D打印设备领域的领先企业。由于3D打印设备对软硬件及粉末材料协同要求较高，所以在研发生产设备的过程中，需要和上游深入沟通与了解，因此设备厂商往往在布局设备的同时，往上游拓展原材料、软件系统等，比如：3DSystem全产业链布局、铂力特全产业链布局、华曙高科深耕产业链中游设备，往上游拓展原材料及软件系统。产业链下游：下游为应用领域场景，比如说：航空航天行业、消费电子行业、生物医疗行业、汽车工业行业，下游行业的加速或者替代市场需求可以催化剂中游和上游有关企业的业绩快速增长。（三