3D打印行業(yè)分析

3D打印行業(yè)分析3D打印復(fù)盤：從實驗室走向工業(yè)和大眾3D打印：一種用于制造零件的增材制造技術(shù)，與傳統(tǒng)制造方法各有側(cè)重3D打印是通過二維逐層堆疊材料的方式，直接成形三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)字制造技術(shù)，對于加工小尺寸（50-100mm）、小批次、高價值量的產(chǎn)品，3D打印更有優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)制造方式，3D打印的優(yōu)勢包括（1）縮短新產(chǎn)品研發(fā)及實現(xiàn)周期；（2）可高效成形更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；（3）實現(xiàn)一體化、輕量化設(shè)計；（4）材料利用率較高，3D打印昂貴的金屬材料可節(jié)約較大成本；（5）實現(xiàn)優(yōu)良的力學(xué)性能。3D打印快速凝固成形后的制件內(nèi)部冶金質(zhì)量均勻致密，無其他冶金缺陷；同時快速凝固使得材料內(nèi)部組織為細小亞結(jié)構(gòu)，成形零件可在不損失塑性的情況下使強度得到較大提高。而金屬3D打印技術(shù)在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面與傳統(tǒng)的精密加工技術(shù)相比，還存在一定差距。3D打印40年發(fā)展歷史：從實驗室走向工業(yè)和大眾3D打印行業(yè)自1980年以來經(jīng)歷了4個發(fā)展階段。（1）1980-1992年：非金屬3D打印技術(shù)觸發(fā)期。核心非金屬3D打印技術(shù)SLA、LOM、FDM誕生，兩大公司3DSystem和Stratasys相繼創(chuàng)立；（2）1992-1999年：非金屬3D打印商用+金屬3D打印技術(shù)觸發(fā)期，首臺工業(yè)3D打印機問世；（3）2000-2013年：初始應(yīng)用期，非金屬3D打印爆發(fā)。2001年首臺桌面3D打印機問世，隨著2009年FDM技術(shù)專利到期，桌面打印機價格由上萬美元降到不足1000美元，但桌面3D打印設(shè)備并未解決工業(yè)用戶需求；（4）2014年至今：穩(wěn)步發(fā)展期，金屬3D打印技術(shù)成熟。2013-2014年SLA等多項關(guān)鍵專利到期，2016年12月SLM選擇性激光熔化技術(shù)到期，我國出臺相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，3D打印逐漸在航空航天、醫(yī)療領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。全球3D打印資本市場復(fù)盤2014年起核心專利到期后，全球3D打印產(chǎn)值快速上升，但海外龍頭公司營收停滯，連年虧損。2014年后，3DSystem依靠收購實現(xiàn)的業(yè)績高增難以為繼，專利到期競爭加劇，盈利能力下滑。過去十年美國3D打印指數(shù)兩次上漲后回落，均由于業(yè)績預(yù)期未兌現(xiàn)。2012-2013年美股3D打印指數(shù)在政策支持、公司業(yè)績高增之下屢創(chuàng)新高，市場預(yù)期高漲，2014年后隨著公司營收增長停滯和業(yè)績虧損，泡沫破裂。3DSystem2020Q4業(yè)績預(yù)告超預(yù)期，疫情后經(jīng)濟和行業(yè)反彈的預(yù)期驅(qū)動指數(shù)上漲，后被證偽，指數(shù)回調(diào)。中國3D打印資本市場復(fù)盤我國3D打印行業(yè)的發(fā)展節(jié)奏與全球大體一致，資本市場在2014-2015年經(jīng)歷“3D打印泡沫”的膨脹和破裂。2013年起我國3D打印專利數(shù)量爆發(fā)，2015年2月《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》發(fā)布，提出行業(yè)年均銷售收入增速超30%，政策推動和技術(shù)革新下，3D打印產(chǎn)業(yè)預(yù)期膨脹指數(shù)上漲。2015年6月隨著股市泡沫破裂，3D打印指數(shù)回歸基本面。為什么現(xiàn)在關(guān)注3D打?。看呋瘎┮唬合M電子鈦合金趨勢下，3D打印即將大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用過去3D打印的痛點在于無法大規(guī)模量產(chǎn)，當前消費電子折疊屏+鈦合金趨勢之下，3D打印市場空間釋放。過去3D打印未形成大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。據(jù)WohlersAssociates，2022年全球3D打印產(chǎn)值180億美元，前三大下游為航空航天（17%）、醫(yī)療（16%）和汽車（15%）；2021年我國3D打印產(chǎn)值265億元，主要用于航空航天、軍工等，均未形成大規(guī)模標準化生產(chǎn)。3D打印助力鈦合金制造成本降低，比傳統(tǒng)CNC加工性能更優(yōu)。由于鈦合金的低熱導(dǎo)率，傳統(tǒng)CNC技術(shù)加工鈦合金刀具損耗大，根據(jù)艾邦高分子，傳統(tǒng)CNC加工鈦合金良率僅30-40%。3D打印技術(shù)避免了刀具切削環(huán)節(jié)，且激光器和金屬粉末的降價，使得3D打印鈦合金成本逐漸與CNC加工平價。根據(jù)Counterpoint，AppleWatchseries6表殼的機加成本約為132元，3D打印的Ultra鈦合金成本約為109元，成本端具備競爭優(yōu)勢。催化劑二：國內(nèi)廠商金屬3D打印技術(shù)已成熟，具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)3D打印分為金屬3D打印和非金屬3D打印，其中金屬3D打印技術(shù)PBF已實現(xiàn)廣泛工業(yè)應(yīng)用，DED已形成工業(yè)化應(yīng)用。增材制造工藝分為7類，不同技術(shù)通常在材料、能量源、成型方法上有差異，其中4種路線涉及金屬3D打印，粉末床熔融PBF（包括SLS、SLM、EBM、MJF）和定向能量沉積DED（包括LSF、WAAM）均可制造達到鍛件標準的金屬零件，是已成熟應(yīng)用的技術(shù)路線。據(jù)Wohlers2022年Senvol數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計，全球1026件金屬增材制造產(chǎn)品中，94%均采用PBF(902件)和DED(61件)技術(shù)制造。LSF適合高效加工大尺寸部件，我國在航空超大型金屬結(jié)構(gòu)件LSF一直處于世界領(lǐng)先水平。LSF的加工原理為：激光束按照設(shè)定的路徑移動，同時粉末噴嘴將金屬粉末直接輸送到固態(tài)基板上的熔池，使之由點到線、由線到面的順序凝固，從而完成一個層截面的打印,層層疊加制造出零部件。適用于大型鈦合金等材料零件的一次整體成形，及航空航天、煤炭、電力等重大裝備受損零部件的修復(fù)再制造。LSF技術(shù)路線的主要設(shè)備廠商包括美國Optomec、鉑力特等。催化劑三：金屬3D打印成本降低3D打印要實現(xiàn)批量生產(chǎn)，需要低成本、高效率和產(chǎn)品一致性、可靠性。①原材料金屬3D打印粉末價格持續(xù)下行。以鉑力特為例，2020-2022年自制金屬3D打印粉末銷售價格由144.5萬元/噸降至78.2萬元/噸，降幅為46%。預(yù)計未來仍將保持下降趨勢。②設(shè)備價格下降。激光器國產(chǎn)化推進，零部件采購單價呈下降趨勢，使得設(shè)備端單價呈下降趨勢。③效率提升。2023年鉑力特發(fā)布了BLT-A400、BLT-S400、BLT-S450的多激光配置方案，從設(shè)備激光器數(shù)量、粉末循環(huán)系統(tǒng)、配套軟件等方面提升設(shè)備的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性，為工業(yè)領(lǐng)域提供高質(zhì)量的“降本、提質(zhì)、增效”的批量化生產(chǎn)解決方案。3D打印產(chǎn)業(yè)鏈哪些環(huán)節(jié)受益？金屬3D打印產(chǎn)業(yè)鏈中，中游設(shè)備廠商占據(jù)主導(dǎo)地位金屬3D打印產(chǎn)業(yè)鏈分為上游原材料及設(shè)備零部件、中游設(shè)備廠商及打印服務(wù)商、下游產(chǎn)品應(yīng)用方，其中中游設(shè)備商產(chǎn)值最大。上游：原材料為金屬粉末；3D建模軟件包括設(shè)備控制、數(shù)據(jù)處理、模型剖分三類；核心硬件為激光器、振鏡系統(tǒng)；輔助設(shè)備主要為掃描儀。中游：根據(jù)金屬3D打印制造流程，設(shè)備包括金屬3D打印設(shè)備，以及熱處理、打磨、拋光噴砂等后處理設(shè)備。下游：3D打印產(chǎn)業(yè)各應(yīng)用領(lǐng)域，以航空航天、醫(yī)療和模具為主。上游：原材料國產(chǎn)替代進程順利，核心零部件國產(chǎn)替代空間大我國增材制造材料目前基本完成國產(chǎn)替代。根據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2021年調(diào)研50家規(guī)上企業(yè)結(jié)果，我國50家增材制造原材料規(guī)上企業(yè)2021年產(chǎn)值14.7億元，其中以高溫合金、鈦合金、鋁合金為主的金屬材料年產(chǎn)量約700噸，營收5.5億元，占比37%。國內(nèi)主要增材制造原材料供應(yīng)商包括中航邁特、鉑力特、華曙高科等。金屬3D打印設(shè)備核心零部件激光器、振鏡國產(chǎn)替代進程較慢。華曙高科2022年進口激光器占比69.9%，進口激光器為IPG，部分國產(chǎn)；進口振鏡占比99.13%。2020年我國振鏡控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化率約15%，中低端振鏡控制系統(tǒng)已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，但在3D打印等高端應(yīng)用領(lǐng)域仍由德國Scaps、德國Scanlab等國際廠商主導(dǎo)。中游：3D打印設(shè)備是產(chǎn)業(yè)鏈中價值最大的環(huán)節(jié)全球3D打印設(shè)備行業(yè)格局較分散，我國金屬3D打印設(shè)備制造商收入規(guī)模和外資龍頭仍有一定差距。金屬3D打印設(shè)備以工業(yè)級為主，廠商包括美國3DSystems、德國EOS，國內(nèi)廠商包括鉑力特、華曙高科、鑫精合、易加三維、漢邦科技等。非金屬3D打印設(shè)備既包括工業(yè)級，也包括消費級/桌面級，通常價值量、毛利率低于金屬設(shè)備，但出貨量和公司整體營收較高，代表企業(yè)有美國的Stratasys、3DSystems、比利時的Materialise、中國的創(chuàng)想三維（消費級/桌面級）等。下游：以航空航天、模型、汽車工業(yè)及醫(yī)療為主全球3D打印下游較分散，我國3D打印下游航空航天占比58%。由于海外非金屬材料的基礎(chǔ)研究較先進，非金屬3D打印應(yīng)用較多，因此下游廣泛分布于航空航天、醫(yī)藥、汽車等多個領(lǐng)域。我國工業(yè)級3D打印下游約6成用于航空航天，由于金屬3D打印更適用于高精尖，對產(chǎn)品有輕量化、結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)化和集成化要求的產(chǎn)業(yè)，同時航空航天的需求彈性相對較小、功能敏感性高，因此成為了我國3D打印需求最早落地的場景?？臻g測算消費電子新增3D打印空間測算——結(jié)論短期，新增3D打印市場空間iPhone>AppleWatch>折疊手機軸蓋，其中24年3D打印設(shè)備新增市場超百億。根據(jù)我們測算，假設(shè)2024年折疊屏軸蓋、手表表殼、iPhone中框的3D打印滲透率分別為10%/25%/10%，新增3D打印設(shè)備空間1.6/10.4/117億元。中長期，消費電子全行業(yè)的3D打印滲透率極低，成長空間巨大。根據(jù)Statista和Wohlers，2022年全球消費電子市場規(guī)模約為1.01萬億美元，全球消費電子領(lǐng)域3D打印市場規(guī)模為21.27億美元，滲透率僅約0.21%，未來隨著鈦合金的廣泛使用以及龍頭廠商的示范效應(yīng)，3D打印應(yīng)用仍有巨大上升空間。折疊屏手機軸蓋測算：3D打印滲透率10%對應(yīng)設(shè)備空間1.6億元折疊手機鉸鏈軸蓋：根據(jù)我們測算，當折疊屏手機鉸鏈軸蓋的3D打印滲透率10%時，對應(yīng)3D打印產(chǎn)品市場空間3.3億元，3D打印設(shè)備1.6億元；遠期當3D打印滲透率40%時，對應(yīng)3D打印產(chǎn)品市場空間19.3億元，3D打印設(shè)備空間3.2億元。關(guān)鍵假設(shè)：假設(shè)折疊屏鉸鏈中的3D打印零部件從榮耀MagicV2擴展至更多產(chǎn)品，滲透率從5%逐年提升至40%；采用Counterpoint預(yù)測，2023-2027年全球折疊屏手機出貨量從1860萬部提升至1.02億部；單機鈦合金粉末用量10g；3D打印原材料、設(shè)備、振鏡、激光器價