專題報(bào)告：增材制造產(chǎn)業(yè)，以數(shù)字模型驅(qū)動(dòng)逐層堆積的制造技術(shù)

來源： 國泰君安產(chǎn)業(yè)觀察
增材制造是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)，將對傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響，是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)。世界各大經(jīng)濟(jì)體紛紛將增材制造作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長點(diǎn)重點(diǎn)培育，并與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新材料技術(shù)、新的設(shè)計(jì)理念交叉融合，推動(dòng)傳統(tǒng)行業(yè)加快轉(zhuǎn)型。近年來，我國出臺(tái)了多項(xiàng)措施，如“增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017-2020年）”，來推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2017年，我國增材制造產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模為16.7億美元，同比增長40.34%，規(guī)模以上增材制造企業(yè)總產(chǎn)值為32.4億。預(yù)計(jì)到2023年，全球3D打印市場規(guī)模在330億美元左右，我國3D打印市場規(guī)模在113億美元，CAGR約為37.5%。

目錄
一、產(chǎn)業(yè)政策標(biāo)準(zhǔn)加快制定，推動(dòng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展
二、產(chǎn)業(yè)規(guī)模保持高速增長
三、技術(shù)積累到應(yīng)用場景落地，應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的3D打印更受期待
四、增材制造由原型制造向全面生產(chǎn)發(fā)展
五、上游材料是核心，金屬材料將有更廣闊的市場空間
六、從產(chǎn)品到服務(wù)，呈現(xiàn)制造產(chǎn)業(yè)服務(wù)化的特點(diǎn)
七、海外經(jīng)驗(yàn)：內(nèi)生研發(fā)、外延并購，構(gòu)筑龍頭企業(yè)護(hù)城河
八、產(chǎn)業(yè)投融資回暖，資本驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展


一、產(chǎn)業(yè)政策標(biāo)準(zhǔn)加快制定，推動(dòng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展
近年來，增材制造（3D打印）產(chǎn)業(yè)政策密集出臺(tái)，我國從國家“制造強(qiáng)國”戰(zhàn)略、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，再到各部委的產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃，以及各省市的地方政策，從國家層面、部委層面、地方層面三個(gè)維度助力產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017~2020年）》提出通過3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)技術(shù)結(jié)合，推動(dòng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型和發(fā)展，到2020年增材制造產(chǎn)業(yè)銷售收入超過200億元，年均增速在30%以上，培育2~3家具有較強(qiáng)國際競爭力的龍頭企業(yè)等。

圖1 增材制造產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計(jì)

產(chǎn)業(yè)發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)先行，2018年是增材制造產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的元年。截止2018年12月已經(jīng)完成了《增材制造術(shù)語》、《增材制造文件格式》、《增材制造工藝分類及原材料》、《增材制造主要特性和測試方法 零件和粉末原材料》等四項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，《信息技術(shù)3D打印和掃描 增材制造服務(wù)平臺(tái)框架（AMSP）》一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)。在2018年10月，工信部等發(fā)布的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2018年版）》的指導(dǎo)下，將繼續(xù)推動(dòng)增材制造產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，未來行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的日趨完善，將會(huì)有效的推動(dòng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

圖2  增材制造產(chǎn)業(yè)政策/標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況

二、產(chǎn)業(yè)規(guī)模保持高速增長
據(jù)Wohlers報(bào)告顯示，2017年全球3D打印行業(yè)市場規(guī)模為73.4億美元，同比增長21.1%。中國市場規(guī)模為16.7億美元，是除美國之外的第二大3D打印市場，同比增長40.34%。據(jù)Market and Markets預(yù)測，到2023年，全球3D打印市場規(guī)模預(yù)計(jì)在330億美元，我國3D打印市場規(guī)模在113億美元，CAGR約為37.5%。

圖3 2010-2017年全球及中國3D打印市場規(guī)模

圖4 全球及中國3D打印市場規(guī)模預(yù)測

圖9 2017年汽車/非汽車行業(yè)工業(yè)機(jī)器人密度

2017年，全球3D打印設(shè)備出貨量為40.12萬臺(tái)，其中消費(fèi)級/桌面級38.97萬臺(tái)，工業(yè)級1.15萬臺(tái)。得益于消費(fèi)級3D打印設(shè)備的快速普及，繼續(xù)保持快速增長的態(tài)勢。

圖5 全球3D打印設(shè)備出貨量

消費(fèi)級：出貨量保持高速增長，國內(nèi)企業(yè)出現(xiàn)在國際化舞臺(tái)
在桌面級/消費(fèi)級3D打印市場領(lǐng)域，2017年同比增速為32.7%，消費(fèi)級3D打印市場目前是競爭紅海，市場集中度高，CAR5=75%，按照銷售出貨量全球前五大企業(yè)分別為XYZprinting，Monoprice，Prusa Research，萬豪、閃鑄，其中XYZprinting2017年出貨量為81840臺(tái)。國內(nèi)的萬豪及閃鑄兩家企業(yè)擠進(jìn)全球5強(qiáng)。除此之外臺(tái)灣三緯國際、北京太爾時(shí)代出貨量也在前列。

圖6 全球消費(fèi)級3D打印設(shè)備出貨量

圖7 全球消費(fèi)級3D打印機(jī)企業(yè)出貨量

工業(yè)級：出貨量穩(wěn)定增長，其中金屬3D打印設(shè)備成為增長亮點(diǎn)
工業(yè)級3D打印機(jī)有巨大的發(fā)展空間。2018年上半年，工業(yè)級3D打印機(jī)的出貨量增長了22%，其中消費(fèi)級3D打印機(jī)的出貨量增長18%，以惠普和Carbon的增長為主導(dǎo)；而以GE和EOS領(lǐng)導(dǎo)的以金屬為主的工業(yè)3D打印機(jī)出貨量增長了30%。快速增長的金屬工業(yè)級3D打印機(jī)反映了市場對其的興趣和需求持續(xù)增長。

圖8 全球工業(yè)級3D打印設(shè)備出貨量

在工業(yè)級領(lǐng)域，2017年，Stratasys持續(xù)領(lǐng)跑全行業(yè)市場份額，占工業(yè)3D打印設(shè)備領(lǐng)域的25%，銷售收入達(dá)4.07億美元。隨著市場兼并整合，行業(yè)巨頭紛紛布局，GE、HP作為行業(yè)巨頭，市場份額都出現(xiàn)較大幅度上漲，同時(shí)Carbon、通快等企業(yè)也發(fā)力工業(yè)級應(yīng)用領(lǐng)域。

圖9 全球工業(yè)級3D打印機(jī)企業(yè)出貨量

三、技術(shù)積累到應(yīng)用場景落地，應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的3D打印更受期待
增材制造技術(shù)起源于上世紀(jì)80年代，1986年Charles Hull獲得了SLA技術(shù)發(fā)明專利，并成立了3D Systems公司，并在1987年發(fā)布了第一臺(tái)商業(yè)SLA打印設(shè)備，隨時(shí)十多年時(shí)間內(nèi)3D打印的核心的FDM、SLS、LOM、3DP、EBM、SLM、LENS等技術(shù)相繼問世，3D Systems、Stratasys、EOS等企業(yè)也相繼成立，行業(yè)步入快速發(fā)展期。

圖10 典型的增材制造流程示意圖

目前，增材制造行業(yè)已經(jīng)由技術(shù)積累階段發(fā)展到應(yīng)用場景落地的階段，自1988年開始，增材制造技術(shù)紛紛在醫(yī)療、汽車、航空航天、工藝品制造等行業(yè)開展應(yīng)用。未來行業(yè)的發(fā)展更加聚焦于如何將增材制造工藝應(yīng)用至不同的場景。

圖11 增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史

增材制造的新技術(shù)開發(fā)已經(jīng)落下帷幕，技術(shù)競賽將主要在主流的七種增材制造工藝上進(jìn)行改進(jìn)，包括更快速的打印、更精密的打印精度、更大的打印尺寸等，整個(gè)行業(yè)都在重點(diǎn)尋找具有合適應(yīng)用場景的3D打印，應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的3D打印更受期待，由此投資商的焦點(diǎn)將不再是機(jī)器制造商，而是傾向于投資那些在特定領(lǐng)域應(yīng)用3D打印創(chuàng)造真正價(jià)值的公司和初創(chuàng)企業(yè)。

四、增材制造由原型制造向全面生產(chǎn)發(fā)展
3D打印發(fā)展的下一個(gè)重大里程碑式批量生產(chǎn)，增材制造技術(shù)的應(yīng)用已從簡單的概念模型、功能型原型制作向功能部件直接制造方向發(fā)展，正滲透到復(fù)雜結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域，比如GE公司采用增材制造技術(shù)打印20000個(gè)LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)燃油，美國Aligen Techonolgy采用3D打印技術(shù)大規(guī)模雙重高度個(gè)性化的隱形矯正牙套產(chǎn)品，寶馬使用惠普MJF技術(shù)制造了近100萬個(gè)汽車零部件產(chǎn)品。采用3D打印直接制造產(chǎn)品在全球打印產(chǎn)品在全球3D打印和相關(guān)服務(wù)中的比例持續(xù)增加。

圖12 增材制造產(chǎn)品分類

目前，增材制造應(yīng)用最廣的還是制造業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域，主要包括機(jī)械、消費(fèi)品/電子、汽車、航空航天、醫(yī)療等行業(yè)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示工業(yè)機(jī)械、航空航天、汽車領(lǐng)域占據(jù)了50%以上的市場。分析其中機(jī)械領(lǐng)域的復(fù)雜零件制造、汽車領(lǐng)域的功能零部件生產(chǎn)、航空航天領(lǐng)域的零部件直接制造、醫(yī)療領(lǐng)域的復(fù)雜結(jié)構(gòu)醫(yī)療器械、體內(nèi)植入物均已經(jīng)滲透直接制造領(lǐng)域，其他更多的領(lǐng)域包括消費(fèi)電子、政府/軍隊(duì)、建筑領(lǐng)域等會(huì)逐漸滲透直接制造比例。

圖15  2017年我國工業(yè)機(jī)器人市場份額情況

圖13 增材制造下游應(yīng)用領(lǐng)域占比

圖14 增材制造下游應(yīng)用場景

五、上游材料是核心，金屬材料將有更廣闊的市場空間

材料的研發(fā)和應(yīng)用驅(qū)動(dòng)著3D打印行業(yè)的發(fā)展，在某種程度上，材料的發(fā)展決定這3D打印的應(yīng)用廣度和深度。材料可以分為金屬材料和非金屬材料兩種，金屬材料以粉末合金材料為主，非金屬材料以塑性粉末和光敏聚合物材料在3D打印作業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛。金屬材料目前占比較小，未來具有較大的市場空間。

圖15 上游材料市場空間

工業(yè)級3D打印機(jī)出貨量來看，金屬3D打印機(jī)在2017年由80%左右的增長，由983臺(tái)增加為1768臺(tái)，在這樣的背景下未來下游3D打印服務(wù)商及客戶對于金屬材料的需求將進(jìn)一步提升。

圖16 金屬3D打印機(jī)成為增長亮點(diǎn)

2016年3D打印材料主要供應(yīng)商分別為Arcam公司、EOS公司、Hoganas公司、Sandvik公司、Solvay公司、3DSystems公司和Stratasys公司等，其中Arcam公司和Hoganas公司以金屬粉末材料的生產(chǎn)為主。

表1全球3D打印材料主要供應(yīng)商

六、從產(chǎn)品到服務(wù)，呈現(xiàn)制造產(chǎn)業(yè)服務(wù)化的特點(diǎn)

從產(chǎn)業(yè)的變化趨勢來看，2018年增材制造產(chǎn)業(yè)銷售收入為73.36億美元，其中全球獨(dú)立服務(wù)供應(yīng)商貢獻(xiàn)了29.55億美元的收入，占比為43.81%。相比于2016年獨(dú)立服務(wù)供應(yīng)商由21.73億美元增加為29.55億美元，同比增速超過36%。根據(jù)Wholer數(shù)據(jù)，獨(dú)立服務(wù)供應(yīng)商中提供聚合物打印服務(wù)、金屬打印服務(wù)及同時(shí)提供兩種服務(wù)的占比分別為48.8%、23.2%和28%。

圖17 增材制造獨(dú)立服務(wù)供應(yīng)商規(guī)模快速增長

圖18 獨(dú)立服務(wù)商提供服務(wù)種類占比

從增材制造產(chǎn)業(yè)的企業(yè)來看，近年來企業(yè)提供的服務(wù)占比越來越重。3D打印龍頭企業(yè)Stratasys營收業(yè)務(wù)構(gòu)成從2013的14.4%提高到2018年的29.0%，3D Systems由2013年的30.7%提高到2018年的41.3%。從產(chǎn)業(yè)鏈來看，處于下游的3D打印服務(wù)提供商也處于微笑曲線的右側(cè)，打印服務(wù)的毛利高而且持續(xù)穩(wěn)定。

Stratasys涉及3D打印的各個(gè)領(lǐng)域，服務(wù)業(yè)收入占比逐年提升，由2013年的14.4%提升至2017年的29.0%，毛利率方面，從2015年的15%提升至48%，主要是由于產(chǎn)品的毛利率得到了較好的提升。

圖19 Stratasys營收服務(wù)類占比逐年提高

圖20 Stratasys分類產(chǎn)品毛利率

3D Systems公司業(yè)務(wù)涉足3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈，包括打印機(jī)設(shè)備、打印材料、相關(guān)服務(wù)，并且各項(xiàng)業(yè)務(wù)在公司收入結(jié)構(gòu)中都占有重要比例，2017年打印機(jī)及其他產(chǎn)品占比 32.5%，打印材料占比26.1%，相關(guān)服務(wù)收入占比41.3%。這三項(xiàng)業(yè)務(wù)中打印材料的銷售毛利率最高，2017年打印材料銷售毛利率達(dá)到了72.9%，打印機(jī)及其他產(chǎn)品毛利率和服務(wù)業(yè)務(wù)毛利率分別為25%和48.4%，總體毛利率47.2%。

圖21 3D Systems營收服務(wù)類占比逐年提高

圖22  3D System分類產(chǎn)品毛利率

七、海外經(jīng)驗(yàn)：內(nèi)生研發(fā)、外延并購，構(gòu)筑龍頭企業(yè)護(hù)城河

2017年美國Stratasys及美國3D Systems兩家3D打印巨頭分別實(shí)現(xiàn)了6.68億美元、6.46億美元，依然在全球范圍內(nèi)保持絕對龍頭的地位。2016年，國外10家3D打印企業(yè)實(shí)現(xiàn)23.43億美元的營業(yè)收入，Stratasys和3D Systems占全球排名前十家3D打印廠商的營業(yè)總收入的28.5%和27.6%。

圖23 各大3D打印廠商營收規(guī)模對比

數(shù)據(jù)來源：賽迪智庫，公開資料，Wohlers Associate

3D Systems和Stratasys都是3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，涉及業(yè)務(wù)包括打印機(jī)研發(fā)和制造、打印材料銷售、打印服務(wù)等。縱觀其成長過程，兩家企業(yè)都進(jìn)行了大量的研發(fā)、大量的兼并收購，通過內(nèi)生研發(fā)、外延并購，構(gòu)筑了其強(qiáng)大的護(hù)城河。
美國Stratasys公司為FDM技術(shù)的發(fā)明者，公司1994年在納斯達(dá)克上市，2017年收入6.68億美元，虧損4000萬美元，公司2015~2017年?duì)I業(yè)收入保持穩(wěn)定，凈利潤逐步改善。

圖24 Stratasys公司營收規(guī)模對比

圖25 Stratasys公司凈利潤規(guī)模對比

美國3D Systems是SLA技術(shù)的發(fā)明人創(chuàng)建的，公司1990年在紐交所上市，2017年公司營業(yè)收入6.5億美元，凈利潤-6619萬美元。2015年~2017年公司營業(yè)收入平穩(wěn)，公司凈利潤也逐年改善。

圖26 美國3D Systems公司營收規(guī)模對比

圖27 美國3D Systems公司凈利潤規(guī)模對比

內(nèi)生研發(fā)：持續(xù)高投入，構(gòu)建技術(shù)領(lǐng)先護(hù)城河
3D打印屬于技術(shù)密集行業(yè)，技術(shù)進(jìn)步快，要求行業(yè)內(nèi)企業(yè)要保持技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢就必須進(jìn)行持續(xù)的研發(fā)投入。3D Systems與Stratasys 兩家毛利率都在50%左右，能夠維持高毛利率在于兩家公司持續(xù)不斷的研發(fā)投入。近5年來兩家公司都將不斷提高研發(fā)投入，研發(fā)費(fèi)用占收入比重持續(xù)提升涉及技術(shù)、材料、產(chǎn)品各個(gè)領(lǐng)域。2017年兩家公司研發(fā)費(fèi)用占收入比重持平，維持在15%左右。

圖28 增材制造巨頭研發(fā)費(fèi)用對比

外延并購：全產(chǎn)業(yè)鏈整合
3D打印巨頭企業(yè)通過持續(xù)不斷的并購，實(shí)現(xiàn)研發(fā)共享行業(yè)整合，使得企業(yè)能夠有更多的資源進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈的布局，包括Stratasys公司、GE公司、3D Systems公司等在發(fā)展過程中都伴隨的大量的并購?fù)顿Y事件。
Stratasys通過全球并購提升競爭力。2012年4月通過與以色列工業(yè)級3D打印設(shè)備提供商Object合并，奠定了其在全球工業(yè)級3D打印機(jī)的巨頭地位。隨后收購Makerbot擴(kuò)展其在消費(fèi)級的產(chǎn)品線，收購GrabCAD布局上游設(shè)計(jì)領(lǐng)域，收購制造服務(wù)提供商Harvest Technologies、Solid Concepts完成業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型等，Stratasys通過不斷的并購布局形成其行業(yè)護(hù)城河。

表2       Stratsys收購路徑

GE公司2010年開始布局增材制造產(chǎn)業(yè)，由增材制造技術(shù)用戶轉(zhuǎn)變?yōu)榉��?wù)提供商，2016年13億美元先后收購電子束熔融技術(shù)的Arcam公司和激光燒結(jié)技術(shù)的Concept Laser公司，奠定了GE在金屬打印領(lǐng)域的強(qiáng)勢地位，從公司在增材制造技術(shù)的布局來看，未來將不斷在促進(jìn)增材制造技術(shù)在制造業(yè)、能源等行業(yè)的應(yīng)用。

圖29 GE公司增材制造發(fā)展路徑

3D Systems 上市至今收購60 余家的公司，公司目前能夠提供基于SLA、SLS、DM、MJP、CJP、FTI、PJP等技術(shù)在內(nèi)的各種類型的桌面級工業(yè)3D打印機(jī)主要源于產(chǎn)業(yè)鏈的并購歷史。其中重要并購有2001年4300萬美元收購了DTM（SLS專利擁有者）；2011 年末3D Systems 以1.37 億美元現(xiàn)金收購了頗具科研實(shí)力的Z Corp和Vidar Systems 公司；2012 年3500萬美元收購的INUS Technology；2013年初5500萬美元收購的Geomagic公司；2013年收購3250萬美元施樂公司威爾遜維爾市的相關(guān)資產(chǎn)。

八、產(chǎn)業(yè)投融資謹(jǐn)慎布局，資本驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展
2018年產(chǎn)業(yè)投融資情況相比2017年有所改善，2017年、2018年分別有75次、80次，總金額分別為75億、203億人民幣。2018年，國內(nèi)發(fā)生33次，18億人民幣的投融資。2018年國內(nèi)沒有增材制造主題企業(yè)上市，主要集中在A輪，而海外則呈現(xiàn)出并購案例加劇，行業(yè)格局加速改變。從投資領(lǐng)域來看，3D技術(shù)應(yīng)用型企業(yè)成為投資熱點(diǎn)。

圖30 增材制造行業(yè)投融資情況

圖31 增材制造行業(yè)投融資情況

圖32 增材制造行業(yè)投融資情況

2018年，投資額最高的為美國K2M（美國骨科植入物）收購案，收購金額高達(dá)14億美元。同樣美國Rocket Lab、英國LPW、3rdDimension、Frustum Inc等收購金額均超過7000萬美元。國內(nèi)投融資依然火熱，2018年度單筆投資額最高的黑格科技，創(chuàng)想至誠、華控創(chuàng)投投資鑫精合近億元，新生代快速光固化技術(shù)的清鋒時(shí)代，大尺寸LCD快速光固化普利生獲巴斯夫戰(zhàn)略投資，液態(tài)金屬3D打印夢之墨等。

我們認(rèn)為，2019年以下領(lǐng)域會(huì)受到資本的重點(diǎn)關(guān)注：
1、  工業(yè)級應(yīng)用場景，未來主要在原型生產(chǎn)向全面生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變中尋找機(jī)會(huì)，重點(diǎn)關(guān)注在增材制造技術(shù)上突破的重點(diǎn)標(biāo)的，建議從生產(chǎn)精度、制造成本等維度評價(jià)技術(shù)；
2、  在增材制造產(chǎn)業(yè)服務(wù)化的過程中尋找細(xì)分服務(wù)應(yīng)用市場，關(guān)注公司的商業(yè)模式及其所在細(xì)分領(lǐng)域的潛在需求；
3、  增材制造產(chǎn)業(yè)參與者較少，在投融資輪動(dòng)的現(xiàn)象下，關(guān)注行業(yè)投融資熱點(diǎn)及龍頭標(biāo)的。

作者：張軍、高磊
來源： 國泰君安產(chǎn)業(yè)觀察