專題報告：增材制造產(chǎn)業(yè)，以數(shù)字模型驅(qū)動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)計理念交叉融合,，推動傳統(tǒng)行業(yè)加快轉(zhuǎn)型,。近年來，我國出臺了多項(xiàng)措施,，如“增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2017-2020年）”,，來推動產(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,，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)展行動計劃,，以及各省市的地方政策,，從國家層面,、部委層面、地方層面三個維度助力產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,�,！对霾闹圃飚a(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（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

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,，將會有效的推動行業(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,，其中消費(fèi)級/桌面級38.97萬臺，工業(yè)級1.15萬臺,。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
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,。國內(nèi)的萬豪及閃鑄兩家企業(yè)擠進(jìn)全球5強(qiáng)。除此之外臺灣三緯國際,、北京太爾時代出貨量也在前列,。

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%�,？焖僭鲩L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)布了第一臺商業(yè)SLA打印設(shè)備,，隨時十多年時間內(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)計及制造領(lǐng)域,，比如GE公司采用增材制造技術(shù)打印20000個LEAP發(fā)動機(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,、建筑領(lǐng)域等會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臺增加為1768臺，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)�,？焖僭鲩L

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�,？v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年營業(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，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