2020年3D打印行业研究报告

2020年3D打印行业研究报告

目录

一、快速成型技术成熟可靠，国内应用前景光明 (4)

1、激光快速成型——全球制造技术的一场革命 (4)

2、3D打印并非万能，但代表全球制造业一种发展方向 (6)

3、3D打印技术是中国制造业升级的重要一环 (8)

二、供给、需求接近爆发临界，产业化一触即发 (9)

1、供给端：四大研发核心提供国际一流技术 (9)

2、需求端：民用、模具设计、军工三驾马车驱动 (10)

（1）民用：大众娱乐、医疗有望成为亮点 (11)

（2）模具设计：制造业提升效率的必然选择 (12)

（3）航天军工：未来最大的一块市场蛋糕 (13)

（4）核电：赶上这一班高速列车 (15)

三、国外3D打印的产业化之路借鉴 (16)

1、从工用到民用，产品系列逐步完善 (17)

2、全价值链模式创造价值 (18)

3、行业发展提速，股价大幅拉升 (21)

四、3D打印产业链：未来就要开始闪闪发亮 (22)

1、军工应用、中下游厂商率先爆发 (22)

2、相关公司的受益弹性 (24)

五、投资建议 (26)

六、风险分析 (27)

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3D Systems 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Wohlers Associates 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3D Systems 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2013 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。

3D Systems 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，3D Systems 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，3D Systems 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3D Systems 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，3D Systems 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。3D Systems 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，3D Systems 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3D Systems 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，3D Systems 公司推出V-Flash Desktop 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App Store 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。