3D打印行业分析

3D打印行业分析3D打印复盘：从实验室走向工业和大众3D打印：一种用于制造零件的增材制造技术，与传统制造方法各有侧重3D打印是通过二维逐层堆叠材料的方式，直接成形三维复杂结构的数字制造技术，对于加工小尺寸（50-100mm）、小批次、高价值量的产品，3D打印更有优势。相较于传统制造方式，3D打印的优势包括（1）缩短新产品研发及实现周期；（2）可高效成形更为复杂的结构；（3）实现一体化、轻量化设计；（4）材料利用率较高，3D打印昂贵的金属材料可节约较大成本；（5）实现优良的力学性能。3D打印快速凝固成形后的制件内部冶金质量均匀致密，无其他冶金缺陷；同时快速凝固使得材料内部组织为细小亚结构，成形零件可在不损失塑性的情况下使强度得到较大提高。而金属3D打印技术在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面与传统的精密加工技术相比，还存在一定差距。3D打印40年发展历史：从实验室走向工业和大众3D打印行业自1980年以来经历了4个发展阶段。（1）1980-1992年：非金属3D打印技术触发期。核心非金属3D打印技术SLA、LOM、FDM诞生，两大公司3DSystem和Stratasys相继创立；（2）1992-1999年：非金属3D打印商用+金属3D打印技术触发期，首台工业3D打印机问世；（3）2000-2013年：初始应用期，非金属3D打印爆发。2001年首台桌面3D打印机问世，随着2009年FDM技术专利到期，桌面打印机价格由上万美元降到不足1000美元，但桌面3D打印设备并未解决工业用户需求；（4）2014年至今：稳步发展期，金属3D打印技术成熟。2013-2014年SLA等多项关键专利到期，2016年12月SLM选择性激光熔化技术到期，我国出台相关产业政策，3D打印逐渐在航空航天、医疗领域广泛应用。全球3D打印资本市场复盘2014年起核心专利到期后，全球3D打印产值快速上升，但海外龙头公司营收停滞，连年亏损。2014年后，3DSystem依靠收购实现的业绩高增难以为继，专利到期竞争加剧，盈利能力下滑。过去十年美国3D打印指数两次上涨后回落，均由于业绩预期未兑现。2012-2013年美股3D打印指数在政策支持、公司业绩高增之下屡创新高，市场预期高涨，2014年后随着公司营收增长停滞和业绩亏损，泡沫破裂。3DSystem2020Q4业绩预告超预期，疫情后经济和行业反弹的预期驱动指数上涨，后被证伪，指数回调。中国3D打印资本市场复盘我国3D打印行业的发展节奏与全球大体一致，资本市场在2014-2015年经历“3D打印泡沫”的膨胀和破裂。2013年起我国3D打印专利数量爆发，2015年2月《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》发布，提出行业年均销售收入增速超30%，政策推动和技术革新下，3D打印产业预期膨胀指数上涨。2015年6月随着股市泡沫破裂，3D打印指数回归基本面。为什么现在关注3D打印？催化剂一：消费电子钛合金趋势下，3D打印即将大规模产业化应用过去3D打印的痛点在于无法大规模量产，当前消费电子折叠屏+钛合金趋势之下，3D打印市场空间释放。过去3D打印未形成大规模工业化应用。据WohlersAssociates，2022年全球3D打印产值180亿美元，前三大下游为航空航天（17%）、医疗（16%）和汽车（15%）；2021年我国3D打印产值265亿元，主要用于航空航天、军工等，均未形成大规模标准化生产。3D打印助力钛合金制造成本降低，比传统CNC加工性能更优。由于钛合金的低热导率，传统CNC技术加工钛合金刀具损耗大，根据艾邦高分子，传统CNC加工钛合金良率仅30-40%。3D打印技术避免了刀具切削环节，且激光器和金属粉末的降价，使得3D打印钛合金成本逐渐与CNC加工平价。根据Counterpoint，AppleWatchseries6表壳的机加成本约为132元，3D打印的Ultra钛合金成本约为109元，成本端具备竞争优势。催化剂二：国内厂商金属3D打印技术已成熟，具备产业化基础3D打印分为金属3D打印和非金属3D打印，其中金属3D打印技术PBF已实现广泛工业应用，DED已形成工业化应用。增材制造工艺分为7类，不同技术通常在材料、能量源、成型方法上有差异，其中4种路线涉及金属3D打印，粉末床熔融PBF（包括SLS、SLM、EBM、MJF）和定向能量沉积DED（包括LSF、WAAM）均可制造达到锻件标准的金属零件，是已成熟应用的技术路线。据Wohlers2022年Senvol数据库统计，全球1026件金属增材制造产品中，94%均采用PBF(902件)和DED(61件)技术制造。LSF适合高效加工大尺寸部件，我国在航空超大型金属结构件LSF一直处于世界领先水平。LSF的加工原理为：激光束按照设定的路径移动，同时粉末喷嘴将金属粉末直接输送到固态基板上的熔池，使之由点到线、由线到面的顺序凝固，从而完成一个层截面的打印,层层叠加制造出零部件。适用于大型钛合金等材料零件的一次整体成形，及航空航天、煤炭、电力等重大装备受损零部件的修复再制造。LSF技术路线的主要设备厂商包括美国Optomec、铂力特等。催化剂三：金属3D打印成本降低3D打印要实现批量生产，需要低成本、高效率和产品一致性、可靠性。①原材料金属3D打印粉末价格持续下行。以铂力特为例，2020-2022年自制金属3D打印粉末销售价格由144.5万元/吨降至78.2万元/吨，降幅为46%。预计未来仍将保持下降趋势。②设备价格下降。激光器国产化推进，零部件采购单价呈下降趋势，使得设备端单价呈下降趋势。③效率提升。2023年铂力特发布了BLT-A400、BLT-S400、BLT-S450的多激光配置方案，从设备激光器数量、粉末循环系统、配套软件等方面提升设备的生产效率和稳定性，为工业领域提供高质量的“降本、提质、增效”的批量化生产解决方案。3D打印产业链哪些环节受益？金属3D打印产业链中，中游设备厂商占据主导地位金属3D打印产业链分为上游原材料及设备零部件、中游设备厂商及打印服务商、下游产品应用方，其中中游设备商产值最大。上游：原材料为金属粉末；3D建模软件包括设备控制、数据处理、模型剖分三类；核心硬件为激光器、振镜系统；辅助设备主要为扫描仪。中游：根据金属3D打印制造流程，设备包括金属3D打印设备，以及热处理、打磨、抛光喷砂等后处理设备。下游：3D打印产业各应用领域，以航空航天、医疗和模具为主。上游：原材料国产替代进程顺利，核心零部件国产替代空间大我国增材制造材料目前基本完成国产替代。根据中国增材制造产业联盟2021年调研50家规上企业结果，我国50家增材制造原材料规上企业2021年产值14.7亿元，其中以高温合金、钛合金、铝合金为主的金属材料年产量约700吨，营收5.5亿元，占比37%。国内主要增材制造原材料供应商包括中航迈特、铂力特、华曙高科等。金属3D打印设备核心零部件激光器、振镜国产替代进程较慢。华曙高科2022年进口激光器占比69.9%，进口激光器为IPG，部分国产；进口振镜占比99.13%。2020年我国振镜控制系统的国产化率约15%，中低端振镜控制系统已基本实现国产化，但在3D打印等高端应用领域仍由德国Scaps、德国Scanlab等国际厂商主导。中游：3D打印设备是产业链中价值最大的环节全球3D打印设备行业格局较分散，我国金属3D打印设备制造商收入规模和外资龙头仍有一定差距。金属3D打印设备以工业级为主，厂商包括美国3DSystems、德国EOS，国内厂商包括铂力特、华曙高科、鑫精合、易加三维、汉邦科技等。非金属3D打印设备既包括工业级，也包括消费级/桌面级，通常价值量、毛利率低于金属设备，但出货量和公司整体营收较高，代表企业有美国的Stratasys、3DSystems、比利时的Materialise、中国的创想三维（消费级/桌面级）等。下游：以航空航天、模型、汽车工业及医疗为主全球3D打印下游较分散，我国3D打印下游航空航天占比58%。由于海外非金属材料的基础研究较先进，非金属3D打印应用较多，因此下游广泛分布于航空航天、医药、汽车等多个领域。我国工业级3D打印下游约6成用于航空航天，由于金属3D打印更适用于高精尖，对产品有轻量化、结构优质化和集成化要求的产业，同时航空航天的需求弹性相对较小、功能敏感性高，因此成为了我国3D打印需求最早落地的场景。空间测算消费电子新增3D打印空间测算——结论短期，新增3D打印市场空间iPhone>AppleWatch>折叠手机轴盖，其中24年3D打印设备新增市场超百亿。根据我们测算，假设2024年折叠屏轴盖、手表表壳、iPhone中框的3D打印渗透率分别为10%/25%/10%，新增3D打印设备空间1.6/10.4/117亿元。中长期，消费电子全行业的3D打印渗透率极低，成长空间巨大。根据Statista和Wohlers，2022年全球消费电子市场规模约为1.01万亿美元，全球消费电子领域3D打印市场规模为21.27亿美元，渗透率仅约0.21%，未来随着钛合金的广泛使用以及龙头厂商的示范效应，3D打印应用仍有巨大上升空间。折叠屏手机轴盖测算：3D打印渗透率10%对应设备空间1.6亿元折叠手机铰链轴盖：根据我们测算，当折叠屏手机铰链轴盖的3D打印渗透率10%时，对应3D打印产品市场空间3.3亿元，3D打印设备1.6亿元；远期当3D打印渗透率40%时，对应3D打印产品市场空间19.3亿元，3D打印设备空间3.2亿元。关键假设：假设折叠屏铰链中的3D打印零部件从荣耀MagicV2扩展至更多产品，渗透率从5%逐年提升至40%；采用Counterpoint预测，2023-2027年全球折叠屏手机出货量从1860万部提升至1.02亿部；单机钛合金粉末用量10g；3D打印原材料、设备、振镜、激光器价