2022年3D打印行业研究报告

2022年3D打印行业研究报告2022年12月目录一、快速成型技术成熟可靠，国内应用前景光明 31、激光快速成型——全球制造技术的一场革命 32、3D打印并非万能，但代表全球制造业一种发展方向 53、3D打印技术是中国制造业升级的重要一环 6二、供给、需求接近爆发临界，产业化一触即发 81、供给端：四大研发核心提供国际一流技术 82、需求端：民用、模具设计、军工三驾马车驱动 9（1）民用：大众娱乐、医疗有望成为亮点 10（2）模具设计：制造业提升效率的必然选择 11（3）航天军工：未来最大的一块市场蛋糕 12（4）核电：赶上这一班高速列车 14三、国外3D打印的产业化之路借鉴 151、从工用到民用，产品系列逐步完善 162、全价值链模式创造价值 173、行业发展提速，股价大幅拉升 19四、3D打印产业链：未来就要开始闪闪发亮 211、军工应用、中下游厂商率先爆发 212、相关公司的受益弹性 23五、投资建议 25六、风险分析 26一、快速成型技术成熟可靠，国内应用前景光明1、激光快速成型——全球制造技术的一场革命激光快速成型制造（3D打印）是利用激光、CAX、自动控制等技术，直接采用“堆积”制成三维立体模型的一种新型加工工艺。由于加工过程省去了开模、削切等中间流程，激光快速成型在小批量、结构复杂的实体加工方面具有得天独厚的优势，据测算可以缩短加工周期70%以上、节省材料90%以上、降低一般制造费用50%以上，被誉为全球制造技术的一场革命。3D打印技术源于美国，以3DSystems和DTM公司为代表的一批中小科技公司在20世纪80年代末-90年代初相继研发出立体光固成型（SLA）、选择性激光烧结（SLS）和熔丝沉积造型（FDM）等主流技术路线，经过20多年的沉淀和不断完善已经日臻成熟。根据咨询公司WohlersAssociates的统计，2011年全球3D打印产品（设备+服务）的销售总额已经达到16.8亿美元，近十年时间里以年均27%的速度高速增长。该公司进一步预测，未来5-10年全球快速成型市场将继续以年均20%的速度膨胀，2019年可达66.5亿美元的体量。从应用的行业和功能来看，3D打印设备已经广泛地应用于航空航天、汽车、消费电子、工业、医疗、建筑等领域，功能从最早的展示、教学拓展到工业模具的制造，乃至零部件的直接制造。3D打印直接用于零部件制造的比例由2003年的不到4%跃升到了2011年的24%。3D打印越来越接近于工业用途的趋势，体现了这项新兴的制造技术正在逐渐从“小众”市场走向“大众”市场，未来可能深刻地改变世界制造业的格局。2、3D打印并非万能，但代表全球制造业一种发展方向在当前的技术条件下，3D打印的应用仍然具有一定的局限性，主要体现在两个方面：1）材料技术亟需突破：一般3D打印的材料包括石膏、无机料粉、光敏树脂、塑料等，但工业级应用的金属粉末仅有钛、不锈钢、金银等寥寥数种，材料种类亟需扩展；2）批量生产经济性不高、控制难度高：快速成型设备的成本和效率优势体现在小批次、设计复杂的物件制造上，但制造大型、结构简单、大批量的零件相比于数控机床具有劣势，不仅成本较高，而且由于收缩率的影响、尺寸精度难以控制。虽然所谓3D打印大规模替代传统制造的“第三次工业革命”还比较遥远，但在航天军工、汽车等高端制造领域以及模具试制方面的应用已经非常成熟，并且随着性能和效率的进步，3D打印的可达市场也在迅速膨胀。以汽车行业为例，5年前全球车身磨具的平均开发时间大致是24个月，而目前3D打印技术的进步已经帮助发达国家汽车制造商缩短到8-12个月。而在航天军工领域，近十年时间里激光快速成型已经成为美军新一代歼击机（F18、F22、F31等）钛合金结构件的主要制造技术。我们判断，3D打印技术虽然并非万能，对传统的制造方式的冲击与日俱增，它确确实实地代表了当今全球制造业的一种变革方向。作为“制造业回归”政策的一项举措，2011年6月美国总统奥巴马宣布将向3D打印产业支出5亿美元以期减少制造业对人口红利的依赖，未来重夺制造业领先地位。一个非常明显的趋势是：未来在3D打印领域率先实现突破的国家，将可能占领世界制造业版图的制高点。3、3D打印技术是中国制造业升级的重要一环激光快速成型产业在国外发展得如火如荼，但在中国尚处于初级阶段。世界范围内，高端制造业发达国家美国、德国和日本拥有数量最多的3D打印设备。其中，仅美国一国就占到全球保有量的约40%。反观中国，仅占到不足9%，以制造业总附加值衡量的使用密度仅为美国的约22.6%，这与中国世界第一制造业大国的地位严重不符。从经济转型的角度来看，未来中国制造业将可能面临人口红利衰退和全球技术进步的夹击，发展更集约、更高效、更自动化的先进制造业是大势所趋。3D打印作为最为前沿的制造技术之一，将拥有巨大的产业化空间。在产业政策层面上，2012年底工信部高层在“技术国际论坛”上的表态支持，以及国内3D打印科研的领军人物王华明教授获得2012年国家发明技术一等奖，已经明确释放出政府将大力促进3D打印产业化的信号。后期政府将可能在顶层设计、产业规划、财税引导等多个方面出台相关产业扶持政策。二、供给、需求接近爆发临界，产业化一触即发1、供给端：四大研发核心提供国际一流技术国内快速成型技术的研发工作始于20世纪80年代末，在时间点上和国际上保持一致，至今已经形成了北航、华中科大、西安交大、清华大学四大研发中心，在科研水平上公认已经达到国际一流水准。北航的王华明教授团队是目前世界上少数能实现激光快速成型飞机用钛合金承力结构件的研究机构，并且是唯一一家已经实现装机的单位；华中科大的史玉升教授团队在2012年研制出世界最大的激光快速成型设备（1.2x1.2m工作面SLS）。西安交大和清华大学研发团队也掌握了SLA设备的关键技术。在技术引入方面，英国伯明翰大学教授、澳大利亚国家轻合金研究中心主任吴鑫华教授等国际快速成型专家近年来也开始与国内企业展开技术合作，加速了国内激光成型产业的成熟。在科研成果转化方面，国内几家科研机构也相继迈出了产业化的脚步。依托于华中科大的滨湖机电以及背靠华南理工的北京隆源已经形成了千万年产值的规模，累计销售SLS双双突破200+台，客户遍布汽车、发动机、航天、船舶、泵业、机械、医疗等行业，包括东风汽车、凯泉泵业、山河智能、玉柴等诸多知名企业。北航团队产业化的突破口在于下游大型铸锻件的加工制造，在2010年和2012年分别与中航重机、南风股份合作成立子公司，依靠两个合作伙伴在军工航天、核电火电行业的优势资源锁定未来需求。两家公司对合作项目投入均较大，分别规划在2015年前达到5亿元的体量。国产快速成型技术已经走出实验室，无论在民品市场还是军品市场都持续得到验证。我们认为，扎实可靠的技术积累是国内快速成型产业爆发的坚实基石。2、需求端：民用、模具设计、军工三驾马车驱动在现阶段，3D打印在国内最大的三块需求分别来自民用消费、工业设计和航天军工。在民用板块，桌面级3D打印机的引进有望撬动消费需求，打开大众娱乐的大市场；在工业设计板块，对于模具制作的效率和精度的要求不断上升，中小型3D打印设备有望成为工业设计人员的“标配”；受益于国产飞机产业腾飞及国家军费投入增加，航天军工领域有望成为大型快速成型设备的最大增长点，另外核电建设的高峰期即将到来，也将对快速成型产业的壮大提供有利条件。我们认为，3D打印是典型的“供给创造需求”的产业，在适当产业政策的引导下，3D打印的市场需求潜力无限。（1）民用：大众娱乐、医疗有望成为亮点在世界范围内，3D打印机家用化、娱乐化正在成为一种潮流。在2012年美国CES展上，世界最大的3D打印机公司3DSystems展出了最新家用Cube系列，惠普、MakerBot等公司也均有类似产品面世。桌面级3D打印机售价低廉，最低仅为1000-2000美元，贴近大众消费水平，业界普遍期待它能复制家用电脑、苹果手机等消费电子产品的成功故事，成为下一个改变消费者习惯的“大产品”。仅2011年一年的时间，全球个人3D打印机的销量就翻了四倍。在国内，3D打印的大众消费市场也正在形成中，近期北京开出的全国第一家3D打印馆就是一个印证。事实上，南京紫金立德、杭州先临三维等一些国内企业已经开始涉足桌面级3D打印机的生产，一条崭新的消费电子产业链呼之欲出。同时，我们看好3D打印技术在医疗领域的应用。医疗是一个个性化很强的市场，病人之间显著的个体差异性为3D打印技术提供了广阔的市场空间。随着桌面级3D打印技术的成熟，3D打印已经在外科手术、口腔科、五官矫正、医学实验等方面得到了应用，成功打入了国内一线城市的医院市场。可以预见，在未来十年中国医疗产业蓬勃发展的进程中，3D打印机作为一种重要的辅助设备将拥抱更广阔的市场空间。（2）模具设计：制造业提升效率的必然选择如我们之前分析，3D打印在小批量物件制造方面具有无可比拟的效率，尤其适合制作模具。以制作一件28x15x7cm的复杂零件为例，传统制模需要花费30天、1万元成本，使用FDM快速成型仅需要40小时、3000元。并且，3D打印允许更多试错的过程，是工业设计师的理想辅助设备。在国外，3D打印设备已经成为汽车厂缩短模具研发周期的必备利器。在国内，华中科大的研究团队已经在模具开发方面完成了数个里程碑式项目，如为东风汽车成型发动机缸盖上水套砂芯、为玉柴机器成型六缸发动机缸盖砂芯、为北京卫星制造厂提供模型成型等。国内泵业龙头上海凯泉公司通过滨湖机电的SLS设备制模，成功进入核电站泵领域。我们判断，3D打印技术未来几年将对传统模具制造业将产生大规模的替代，国内中小型3D打印设备将迎来采购高峰期。（3）航天军工：未来最大的一块市场蛋糕现代飞机的设计越来越显现出轻量化、复杂化的趋势，这就对机身结构件提出了两个在传统焊接工艺条件下看似矛盾的要求：1）钛合金的含量上升，在一些新型飞机里的比例达到了30%以上（F-22高达41%）；2）耐疲劳度高，承力能力好。然而如果使用激光快速成型技术，就可以完美实现这两个目标：北航王华明教授团队用这种工艺一次成型的钛合金承力结构件被证明比分段锻造、焊接在强度上要提升20-30%，并且可以轻松实现各种复杂造型。这一关键技术的突破不仅使得中国在飞机结构件制造领域领先世界（美国至今仍使用分段铸造），更重要的是加快了新一代战斗机和国产大飞机的产业化进程。对于大飞机和某些特定型号新型战斗机来说，3D打印技术是不可缺少的“必需品”，这就为未来在航天军工领域的产业化锁定了需求空间。在军工方面，近年来我国国防开支迅速上升，近期南海局势的微妙变化更是为军工产业提供了催化剂。根据光大证券军工小组的估算，我国前三代战斗机保有量超过2000架。去年国产第四代隐形战斗机（歼-20、歼-31）成功首飞，未来几年国产战斗机的更新换代必然将加快，相应地对于3D打印钛合金结构件的需求也将迅速膨胀。假设到2015年第四代战斗机交付50台，以每架需要钛合金结构件4700公斤（包含起落架三大构件、机身主起对接框、主承力加强框、起落架对接框）计算，战斗机市场容量可达29亿元（年均需求约10亿元）。在民用航空方面，美国波音公司预测未来20年中国共需要采购约3710架民航飞机，其中94%都是单通道以上的大飞机。而国产大飞机项目是中国“十二五”规划的一个重点项目，首款单通道大飞机C919样机已经制造完成（机头采用3D打印钛合金结构件），计划在2022年形成量产能力、2014年首飞、2016年交付。目前C919的国内外订单总数已经达到380架，如果后期量产的进度顺利，3D打印结构件订单有望在2015年前后出现井喷。C919只是一个开始，商飞项目后续可能开发的双通道大型客机等品种使用3D打印技术也是大概率市场，航空航天市场的远期市场空间可能超过军工市场。（4）核电：赶上这一班高速列车截至2012年底，中国有7个核电站投入运营、总装机达1257千瓦，同时在建核电装机容量约3397千瓦。但根据最新出台的《能源发展“十二五”规划》，2015年前将达到装机4000万千瓦、在建1800万千瓦的目标，这意味着未来3年时间里还将有约1200万千瓦的装机容量开工建设（以三代核电装臵的1000万千瓦/个计算，新建核电装臵12个）。从这个角度来看，未来三年还将是核电设备制造订单较为饱满的时间段。由于核电铸锻件、泵阀等部件属于小批量、高标准、个性化的制造模式，非常适合激光快速成型技术的应用。一台100万千瓦的核电装臵造价约为180亿元，其中约20-30%为铸锻件成本（40-60亿元），未来三年核电铸锻件总时长容量将超过500亿元，年均+160亿元。上市公司南风股份已经开始布局核电级铸锻件的激光快速成型产业，假设最终占据3%的市场份额，2015年就可达到5亿元产值的目标。考虑到快速成型铸锻件也可应用于超临界、超超临界火电等市场，这一目标实现的概率较大。三、国外3D打印的产业化之路借鉴3D打印技术起源于20世纪80年代中后期的美国。20多年来，3D打印技术在美国不断发展，3D打印机从最初面向制造业等大型工业用户，逐渐渗透到各个行业，近几年开始向个人及家庭等消费领域扩张。如今，3D打印的商业模式逐渐成熟，产业链基本成型。3DSystems公司（NYSE:DDD）和Stratasys公司（NASDAQ:SSYS）是两家全球领先的3D打印机供应商，分别创建于1986年和1989年，如今主要从事3D打印机、打印材料的生产与销售，以及向客户提供从内容到印刷的系统解决方案的服务。透过美国3D打印行业的产业化进程以及两家公司的发展史，或许可以找到适合我国3D打印行业的发展轨迹和发展方向。1、从工用到民用，产品系列逐步完善1988年，3DSystems推出第一台基于“立体平板印刷技术”的3D打印机，体积庞大且售价高昂，打印成本高，能够打印的产品有限。从90年代开始，3DSystems不断进行市场开拓，主要面向大公司供应设备和技术支持。2009年推出第一款10,000美元以下的3D打印机，开始进军日常消费市场。2012年推出操作简单方便的Cube系列3D打印机，主要针对普通消费者，价格低廉，从而打开了普通消费者市场，实现了从工用到民用的跨越。自此，3D打印机有了更广阔的适用领域和目标受众。同时，近几年的快速发展，赢得了市场对3D打印行业发展前景的认可，11年5月3DSystems从纳斯达克转到纽约交易所后，公司股价在半年时间内上升了89.7%。目前，3DSystems和Stratasys公司针对不同用户开发了多样的产品系列，极大满足了用户的需求。通过美国3D打印行业的发展过程看，3D技术首先在工业领域得到发展，逐渐渗透到消费领域。3DSystems公司更是认为，3D打印的未来在广大的家庭用户和个人用户中。考虑到我国3D打印行业刚刚起步，因此，抓住工业应用制高点的同时，尽快培育开拓普通消费者市场，是一条可行的途径。从营业收入来看，3DSystems公司在2009年以前营业收入增长缓慢，金融危机过后，2010年开始迅速增加。而Stratasys公司在2000年后增长率逐渐下降，同样在2010年业绩大幅提升，且两家公司同时于2011年达到新高。一方面说明3D打印技术在美国开始加速发展，另一方面也印证了近几年随着民用市场逐渐打开，工用、民用市场的消费前景广阔。2、全价值链模式创造价值经过20多年的发展，美国3D打印行业逐渐形成了全价值链模式。以3DSystems为代表，公司不仅仅是3D打印机的生产商，而是提供三维的从内容到印刷的系统解决方案，包括3D打印机、打印材料；同时根据客户的不同需求，向客户提供高度集约化的增值解决方案，包括3D设计软件、工艺、专家客服等系列服务。公司的营业收入组成主要包括三部分，即3D打印机、原材料、服务。而近年来服务在销售收入中所占比重不断提升，其毛利率也要高于3D打印机的毛利率。值得注意的是，越来越多的新型材料应用于3D打印技术，其毛利率在三部分收入中是最高的。而3D打印机产品的收入在销售收入中所占比例呈现下滑趋势。2009年，3DSystems公司推出V-FlashDesktop建模工具，是第一种商用建模工具。而Stratasys公司也进行了大幅扩张，于2012年4月宣布收购另外一家全球领先的3D打印机提供商——以色列Objet公司，后者在3D打印技术和打印机添加材料等方面具有很强的技术优势。2011年底Objet公司已经拥有65种新型打印材料。因此，此合并使两家公司实现了技术共享，将会进一步提升Stratasys在新型材料和服务方面的竞争力。可以预见，如同苹果公司等高科技企业，3D行业发展初期以提供打印机产品为主，随着行业的逐渐成熟，新型材料、服务等高附加值产品的比重开始增加。新型材料如同快速消费品，而其所拥有的高技术含量则使其必然拥有较高的利润率水平。客户选定了3D打印机，便与打印材料绑定在一起，如同消费品一般，需要客户不间断购买。而厂商提供的服务，主要包括3D建模的软件支持，以及为客户量身定制3D模型。类似于苹果公司的iTunes应用程序和AppStore商店，厂商为用户提供“计算机可视化界面”，一方面用户可以免费获取部分3D模型样本，也可以自己建立3D模型，另一方面可以向厂商定制个性化模型。更进一步，用户可以向厂商提出需求或构想，由厂商设计应用程序和解决方案，进而开发出产品原型。这种发展模式为国内企业提供了良好的模版。产品、材料、技术服务是公司发展不可或缺的有机组成部分，优质的产品会带动打印材料的销售，进而通过服务创造更多的收入及利润。3、行业发展提速，股价大幅拉升3DSystems公司和Stratasys公司分别于1990年和1994年登陆NASDAQ板块，后者于2011年5月转入纽交所。2003年至2012年10年间，两家公司股价上涨了约400%，而同期标普500指数只上涨62%。金融危机过后，美国3D打印行业开始加速发展，3DSystems率先发力，不断扩张，相继收购了大量的相关企业，各项技术水平不断提升，全价值链模式得到完善。Stratasys也不甘落后，2012完成对Objet公司，实现强强联合。同时，美国政府也推出了相应扶持政策，12年8月，奥巴马政府支出3000万美元建立3D打印机添加剂研发中心，并计划进一步投资5亿美元。得益于众多行业利好消息，09年以来两家公司股价开始加速走高，2011年、12年不断创出新高。09年至12年4年间，3DSystems公司和Stratasys公司股价分别上涨370%和270%，大于同期标普500指数的60%。四、3D打印产业链：未来就要开始闪闪发亮1、军工应用、中下游厂商率先爆发目前A股市场涉及3D打印产业的主要有6家公司：1）上游材料制造商：银邦股份和海源机械；2）中游设备提供商：激光快速成型设备及激光发生器制造商机器人，以及激光发生器制造商大族激光；3）下游快速成型铸锻件生产商：中航重机和南风股份。从产业链投资时间点的角度来梳理，我们认为：1）哪块需求会先起来：航天军工>电站、工业设计、医疗>大众消费。军工领域快速成型的技术应用最为成熟，国产四代战斗机的升级换代需求也最为紧迫，航天军工市场将率先爆发，受益标的为中航重机和机器人。电站铸锻技术上已经成熟，但获得认证、培育市场需要一定时间，需求窗口有望在中期打开，相关标的为南风股份。同时，工业设计和医疗应用在国外已经普及，也有望在中期打开市场，相关标的为海源机械和银邦股份。最后，消费级需求在世界范围内都刚刚兴起，需要更长时间培育市场，是远期的故事。2）产业链哪个环节会先受益：中下游>上游。从国产技术的成熟度上看，中下游设备、加工要胜过上游的材料制造。实际上，材料工艺上的限制是3D打印技术最大的瓶颈，部分材料（尤其是金属）尚需进口，国产化需要一定的时间投入。但值得一提的是，银邦股份的技术合作方吴鑫华教授是国际一流的材料和快速成型专家，公司在3D打印产业的前景值得期待。因此，根据现有的公开市场信息，在上市公司的受益顺序上我们的排序是：中航重机、机器人>南风股份>银邦股份、海源机械、大族激光。2、相关公司的受益弹性根据公开市场信息，我们按照对相关业务的规划将6家3D打印产业链的公司分为三类：1）有明确收入规划——中航重机、南风股份：中航重机的激光快速成型项目始于2010年，根据规划相关业务将于2022年开始放量，2015年达到5.8亿元规模，占公司2011年销售收入的11%。与中航重机技术来源相似的南风股份于2012年中期启动快速成型项目，预计到2015年可实现5亿元以上的收入，占公司2011年销售收入的111%。2）已实现销售，无具体规划——机器人：机器人对激光快速成型设备的研发同样始于2010年，经过2年的试制已经于2012年下半年投放市场，并获得数台订单。公司的杭州激光产业园于2022年投产，对于激光成套设备的整体规划为2015年到达3.7亿元规模，但对激光快速成型设备无具体规划。我们预计，背靠成熟产品及在航天、军工、船舶等行业的客户基础，公司激光可快速成型设备与服务有望在未来3年内实现突破，达到近亿元的体量。假设2015年相关业务收入为1亿元，公司受益的弹性约为13%（相对于2011年收入）。3）产品尚未成熟，市场有待开拓——银邦股份、海源机械、大族激光：银邦与海源进入3D打印领域均在半年之内，尚处于技术攻关阶段，且未掌握成熟客户资源，项目收益的不确定性较大。大族激光在激光发生器、三维建模、激光熔覆等3D打印的关键技术上具有优势，但尚未研发出成熟设备产品。综合来说，不考虑各自细分领域的市场风险，根据各家公司公开规划和现有产品来测算，我们判断受益弹性的排序为：南风股份>机器人、中航重机>银邦股份、海源机械、大族激光。回顾A股市场，过去半年里3D概念股表现明显强于于大盘，累计涨幅达56.63%。从事件驱动的角度看：1）第一次显著超额收益-12年8、9