（報告出品方/作者：廣發(fā)證券，孟祥杰、代川）            

一、3D 打印為傳統(tǒng)制造補充，技術(shù)特點契合航空航天

            

（一）3D 打印可成形定制化的復雜結(jié)構(gòu)件，是傳統(tǒng)制造技術(shù)的重要補充

            

3D打印，又稱增材制造（Additive Manufacturing，AM），是對于傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的 一種“變革性”方法。傳統(tǒng)的減材制造工藝是指利用已有的幾何模型工件，用工具 將材料逐步切削、打磨、雕刻，最終成為所需的零件。而3D打印恰恰相反，通過借 助于3D打印設(shè)備，對數(shù)字三維模型進行分層處理，將金屬粉末、熱塑性材料、樹脂 等特殊材料一層一層地不斷堆積黏結(jié)，最終疊加形成一個三維整體。3D打印是一種 跨學科的交叉技術(shù)，涵蓋機械、材料、計算機視覺、軟件、電子等多個學科，而其中 核心的技術(shù)在于3D打印機的制造，對于材料、軟件、設(shè)計等也有特殊要求。

            

與傳統(tǒng)制造工藝相比，3D打印具有可成形復雜結(jié)構(gòu)、縮短產(chǎn)品實現(xiàn)周期、產(chǎn)品強度 高重量輕、材料利用率高等特點，但其成本也比較高。3D打印技術(shù)的特點具體如下： （1）可制造復雜幾何結(jié)構(gòu)的部件，實現(xiàn)一體化生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)的復雜性不會帶來額外的 成本。設(shè)計師不再受到傳統(tǒng)制造工藝的約束，可以更自由地創(chuàng)造零件。（2）縮短新 產(chǎn)品研發(fā)和實現(xiàn)周期。傳統(tǒng)工藝在研發(fā)新產(chǎn)品時，需要設(shè)計生產(chǎn)新模具，建立裝配流程，而3D打印無需模具，工藝流程短。（3）產(chǎn)品具有強度高、重量輕的特點。3D 打印部件可以實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝難以加工的蜂窩點陣結(jié)構(gòu)，在保證性能的前提下，大幅 減輕重量?；?D打印快速凝固的工藝特點，可以實現(xiàn)良好的力學性能，從而保證 強度有所提高。（4）材料利用率大幅提高。由于材料是逐層疊加的，在生產(chǎn)過程中 幾乎不會產(chǎn)生材料的浪費，材料利用率達到90%以上。（5）設(shè)備成本和材料成本較 高。工業(yè)級3D打印設(shè)備價格昂貴，少則一兩百萬元，多則上千萬元。此外，由于工 藝比較特殊，3D打印對材料有特殊的要求，普通材料需要經(jīng)過調(diào)整。而材料的研發(fā) 難度大，成本較高，在一定程度上限制了3D打印的發(fā)展。

            

            

            

（二）30 余年發(fā)展技術(shù)逐步完善，多材料、大型化、批量化為改進方向

            

經(jīng)過30多年的發(fā)展，3D打印技術(shù)不斷完善，目前已形成了3D生物打印、有機材料打 印、金屬打印等多種打印模式，鑒于國內(nèi)大型3D打印企業(yè)如鉑力特等主營金屬打印， 本文重點論述該打印模式的特征。金屬3D打印一般利用激光、電子束能量源熔化金 屬粉末，使得金屬粉末熔結(jié)，堆積形成一個整體結(jié)構(gòu)。在整個工藝中金屬粉末的輸 入方式有兩種，鋪粉和送粉。根據(jù)不同送粉方式，金屬3D打印工藝原理分為定向能 量沉積（也稱為送粉）和粉末床選區(qū)熔化（也叫為鋪粉）。鋪粉指把金屬粉末鋪到 基板上，形成一個薄層，然后通過激光熔化薄層上的特定區(qū)域進而熔結(jié)在一起。與 鋪粉相比，送粉未形成薄層，通過粉末噴嘴直接把粉末輸送到激光在基體上形成的 熔池中，熔結(jié)形成一個整體。主流的金屬3D打印技術(shù)根據(jù)原理可以大致分為激光選 區(qū)熔化技術(shù)（SLM）、電子束熔化成形（EBM）、激光凈成形技術(shù)（LENS）電子束 熔絲沉積技術(shù)（EBF）。

            

對于金屬3D打印（增材制造）而言，其特性決定了它的應用將是傳統(tǒng)制造工藝的重 要補充而非完全替代，且體現(xiàn)在不同行業(yè)的不同環(huán)節(jié)上應用均有所差異。據(jù)德勤咨 詢發(fā)布的《2019 科技、傳媒和電信行業(yè)預測》與《Additive manufacturing methods –state of development, market prospects for industrial use and ICT-specific challenges in research and development》，與使用數(shù)控機床相比，增材制造的每 個零件成本更加高昂，且每個零件制造時間為數(shù)小時而非數(shù)分鐘（同樣不包含精加 工和各類后期加工時間）。相對于傳統(tǒng)制造業(yè)擅長的批量化、規(guī)模化生產(chǎn)領(lǐng)域，3D 打印效率較低、成本較高。此外，3D打印機目前功能比較單一，對于不同的材料， 可能需要不同型號、工藝的打印機，這就需要制造企業(yè)購置多臺不同型號打印機， 增加了生產(chǎn)成本。盡管如此，某些零件只可能通過3D打印制作，如上文所述的部件內(nèi)幾何蜂窩結(jié)構(gòu)。另外，當零件量過低時，如原型制作以及模具應用環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)制造 方法和減材制造工藝不適用或者成本過高、時間過長時，則也“只可”采用3D打印 方法。基于3D打印自身的特點，從環(huán)節(jié)上來看，3D打印更偏向于設(shè)計端，更適用于 部分小批量、個性化、定制化高端產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)，在鑄模、鑄件、工具、模具 和夾具上亦有更廣泛的應用。

            

            

            

金屬增材制造技術(shù)發(fā)展中有三個重要的因素，設(shè)備、材料和工藝，目前在這三方面 還有提高的空間。為了擴大3D打印技術(shù)的應用規(guī)模，金屬增材制造技術(shù)正在朝著低 成本、大尺寸、多材料、高精度、高效率方向發(fā)展。（1）金屬增材設(shè)備朝著大型化、 專業(yè)化方向發(fā)展。隨著對打印大尺寸結(jié)構(gòu)和特定領(lǐng)域的需求不斷增加，金屬3D打印 設(shè)備朝著大型化、專業(yè)化發(fā)展已經(jīng)成為趨勢。（2）可打印原材料不斷增加，復合材 料打印開始出現(xiàn)。目前應用于金屬3D打印的原材料種類偏少、材料質(zhì)量不高，隨著 增材制造在工業(yè)領(lǐng)域的不斷滲透，市場對于金屬3D打印可實現(xiàn)多材料混合打印的需 求也逐步上升。此外，多種復合材料同時打印開始出現(xiàn)，可結(jié)合不同材料的優(yōu)點。 （3）開發(fā)新的金屬增材制造技術(shù)。傳統(tǒng)的金屬增材制造技術(shù)存在高成本、效率低等 問題，其中效率低也是限制增材制造在許多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)減材制造的關(guān)鍵因素之一。 預計隨著未來該技術(shù)的逐漸成熟，如激光功率的提高、打印路徑的優(yōu)化等，增材制 造生產(chǎn)速率或有所改進。

            

（三）增材制造可打印復雜件，減重、周期短的特點契合航空航天需求

            

金屬增材制造工藝能夠契合航天航空產(chǎn)業(yè)的苛刻條件。例如，飛行器要求高速、續(xù) 航時間長、安全高效低成本等條件，對結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料和制造提出了更高要求。對于 增材制造這一改進工藝流程，其較多技術(shù)優(yōu)勢能夠很好的契合航空航天的多項要求。 例如，結(jié)合上文，（1）增材制造可實現(xiàn)傳統(tǒng)減材工藝無法實現(xiàn)的復雜幾何結(jié)構(gòu)件， 實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法加工的蜂窩點陣結(jié)構(gòu)，能夠在保證性能的前提下大幅減輕部件質(zhì) 量，達到提升航空航天裝備機動性、速度及節(jié)省高昂的航空燃油費的目的；（2）同 時3D打印技術(shù)能夠縮短高性能部件的制造流程，無需研發(fā)制造部件使用的模具，大 大縮短了研發(fā)周期，降低時間成本，利于加快項目進程；（3）因航空航天裝備服役 環(huán)境惡劣，尤以航空發(fā)動機為典型，使用環(huán)境為高溫、高壓，傳統(tǒng)材料難以承受，適 配于此類環(huán)境的材料的研制難度大、價格高昂。增材制造工藝可大幅提高材料利用 率的特點可較好契合這特征，可節(jié)省裝備研制經(jīng)費。

            

3D打印技術(shù)在航天航空領(lǐng)域也存在一定的缺陷，還需要技術(shù)穩(wěn)定性驗證積累。增材 制造技術(shù)由于本身各向異性的特點決定了機械性能，在不同方向的波動相對較大。 例如，據(jù)《激光增材制造在航空航天領(lǐng)域中的應用》（賈玉梅，2019年7月）一文， 由于內(nèi)應力問題和內(nèi)部質(zhì)量難控多變等因素，控制增材制造成形零件的變形開裂是 一個永恒的問題。此外，在增材制造技術(shù)制造的零件機械性能穩(wěn)定性達到航空航天 部門的要求之前，還需要做進一步的工作。隨著技術(shù)的改進和科技水平的提高，3D 打印有望在航空航天領(lǐng)域或有更大的作為。

            

            

            

二、商業(yè)模式：范圍經(jīng)濟強，掌握設(shè)備制造居產(chǎn)業(yè)主導

            

（一）3D 打印產(chǎn)品以偏小批量居多、定制化直銷，范圍經(jīng)濟或降成本

            

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋多種服務(wù)與應用領(lǐng)域，打印設(shè)備廠商占產(chǎn)業(yè)鏈主導地位。3D打印 行業(yè)上游包括原材料、核心硬件及建模工具（軟件）。中游涵蓋各類打印技術(shù)，以打 印設(shè)備生產(chǎn)廠商為主，由于設(shè)備的匹配性要求，此類廠商往往同時涉及上游。3D打 印的下游除了跟蹤服務(wù)平臺，3D打印出的產(chǎn)品應用領(lǐng)域廣泛，以航空航天、汽車工 業(yè)等領(lǐng)域為主，在生物、食品及建筑領(lǐng)域也有特殊應用。由于3D打印的成本較高， 真正掌握打印生產(chǎn)能力或設(shè)備制造能力的中游廠商在行業(yè)中占主導地位。在國際競 爭中領(lǐng)先的3D Systems、GE增材、SLM Solutions Group等，以及國內(nèi)主要廠商鉑 力特、鑫精合等具備3D打印設(shè)備制造的相關(guān)業(yè)務(wù)。

            

基于增材制造工藝特性下目前多為定制化生產(chǎn)，需較早介入甚至參與客戶產(chǎn)品設(shè)計， 這決定了其定制化產(chǎn)品多為直接銷售。以鉑力特為例，其下游主要是航天航空領(lǐng)域 客戶。增材制造對微觀組織結(jié)構(gòu)的控制能力，能較好滿足功能集成性零件、拓撲優(yōu) 化異性零件等需求。而為了更好地完成產(chǎn)品定制化需求，相關(guān)公司會進行定制化原 材料選擇、定制化生產(chǎn)以及設(shè)計定制化工藝等。但3D打印產(chǎn)品的定制化直銷，有時 或?qū)е鹿句N售額易受下游大客戶需求波動所影響。例如，鉑力特在2016-2018年航 空航天領(lǐng)域客戶收入占主營業(yè)務(wù)收入分別為62.35%、54.32%、62.21%，前五大客 戶也主要集中該領(lǐng)域。

            

增材制造對原材料利用率明顯高于減材制造，但設(shè)備成本高，目前多為小批量生產(chǎn)。 相較于傳統(tǒng)建材制造中材料去除、切削、組裝等流程，增材制造按分層制造、逐層疊 加的工藝順序，減免了打磨、拼接等過程中材料的浪費，據(jù)鉑力特招股說明書，金屬 3D打印技術(shù)材料利用率可高達95%。根據(jù)Nano Dimension官網(wǎng)新聞《Additive Manufacturing Cost Drivers: 4 Key Considerations》，增材制造總體成本與傳統(tǒng)制 造業(yè)相比并不存在明顯劣勢，但增材制造初始精密設(shè)備成本占總成本45%-74%；按 重量計算，增材制造材料的成本比傳統(tǒng)制造材料高8倍，設(shè)備、材料成本降低依托技 術(shù)且周期長，邊際成本隨銷量增加幾乎不變，難從規(guī)模經(jīng)濟受益，導致目前3D打印 產(chǎn)品主要是小批量模式。

            

            

            

批量生產(chǎn)并不能進一步降低邊際成本，這限制了3D打印產(chǎn)品大批量制造形成規(guī)模效 應。為更好的分析AM制造過程中的成本變化情況，《Analyzing Product Lifecycle Costs for a Better Understanding of Cost Drivers in Additive Manufacturing》（C. Lindemann，2012年）一文中采用Augsburg的一個汽車部件樣本生產(chǎn)案例進行分析， 對機器利用率、折舊、投資、維護費用、構(gòu)建速率、材料價格等關(guān)鍵因素進行限定， 證實機器成本占比高達70%以上。后續(xù)論證發(fā)現(xiàn)，增加生產(chǎn)數(shù)量后，單位成本出現(xiàn) 斷崖式下降后基本不再受數(shù)量增加影響，這是由于建造室利用率對擴大產(chǎn)能不再敏 感，而單位產(chǎn)品所需材料固定，即批量生產(chǎn)并不能進一步降低邊際成本，這限制了 3D打印產(chǎn)品大批量制造形成規(guī)模效應。而在之后的論證中發(fā)現(xiàn)，改變構(gòu)建速率、材 料成本對成本結(jié)構(gòu)影響較大，而改變利用率、機器投資對成本結(jié)構(gòu)影響較小，這說 明3D打印成本降低主要環(huán)節(jié)集中在設(shè)備、材料技術(shù)升級。

            

（二）增材設(shè)備直銷的客戶依賴性低于產(chǎn)品，代理經(jīng)銷多用于培育市場

            

基于前文論述，主要廠商多進行設(shè)備銷售，但由于設(shè)備定制化程度比產(chǎn)品低，且應 用領(lǐng)域較廣，下游客戶對其依賴程度較低。 設(shè)備的定制化程度低的同時，易使公司可通過代理經(jīng)銷模式培育及拓寬市場，代理 商及供應商對渠道依賴程度高于直銷。對于國際巨頭如EOS等，3D打印設(shè)備及技術(shù)的推廣需要依靠經(jīng)銷商，設(shè)備經(jīng)銷是拓寬國際市場的重要渠道。而對于鉑力特等提 供全套服務(wù)的廠商，盡管代理業(yè)務(wù)毛利低于直銷，但代理國際知名廠商EOS業(yè)務(wù)有 助于其綁定部分重要客戶，即通過介紹客戶使用代理產(chǎn)品拓展客戶群，后推進自產(chǎn) 設(shè)備進行低成本替代，進而促進長期合作。就渠道依賴程度而言，由于供應商需要 對經(jīng)銷商進行設(shè)備配套服務(wù)的專業(yè)培訓，經(jīng)銷代理渠道較直銷依賴程度略高，如鉑 力特主要代理德國EOS的幾種設(shè)備，代理銷售設(shè)備及配件營收占比在2016-2018年 分別達29.08%、36.51%、27.64%。

            

            

            

三、競爭格局：歐發(fā)達國家主導，工業(yè)級競爭格局良好

            

（一）全球競爭格局：美、歐發(fā)達國家主導，亞洲國家正后起直追

            

全球3D打印市場主要集中在北美、歐洲和亞太三個地區(qū)，行業(yè)內(nèi)部設(shè)備廠商之間競 爭激烈。據(jù)鉑力特招股說明書援引Wohlers Report 2018，2018年美、歐、亞三個地 區(qū)的3D打印設(shè)備累計裝機量占到了全球的95%，其中北美占據(jù)四成，歐洲和亞太地 區(qū)各占近三成，美國、中國、日本和德國裝機量位列前四。3D打印內(nèi)部競爭集中于 設(shè)備廠商之間，2017年從市場份額看，Stratasys的市場份額為27.2%，雖不及16年， 但仍連續(xù)16年占據(jù)市占率榜首，累計裝機量超過五萬臺。2017年3D systems的市場 份額為9.8%，位列全球第二。

            

金屬3D打印新老企業(yè)并存，老牌龍頭地位穩(wěn)固，小型企業(yè)發(fā)展迅速，中低端市場競 爭激烈。3D打印材料可分為金屬和非金屬兩大分類，不同材料需要不同的打印原理 和設(shè)備。美國企業(yè)以非金屬材料為主，歐洲企業(yè)更偏向于金屬材料領(lǐng)域。EOS、SLM solution、3D Systems、Concept Laser/ Arcam（GE收購）等老牌金屬3D打印巨頭 在早期引領(lǐng)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，憑借技術(shù)優(yōu)勢和企業(yè)的深厚底蘊，已經(jīng)擁有較高的市場 份額和客戶認知度，并且老牌龍頭企業(yè)大多與客戶高度綁定，地位相對穩(wěn)固。Desktop Metal、Digital Alloys等新創(chuàng)企業(yè)大多成立于2010年以后，相關(guān)專利到期后技術(shù)壁壘 降低，新創(chuàng)企業(yè)通過不斷改進工藝技術(shù)、創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式、提升成本控制，部分企業(yè)發(fā) 展迅速。但是由于老牌企業(yè)通過長期市場開拓維持著較高的客戶穩(wěn)定性，而且金屬 3D打印領(lǐng)域?qū)夹g(shù)和資金的要求很高，大多數(shù)小規(guī)模3D打印企業(yè)處于虧損狀態(tài)，加 之在政府激勵政策下涌現(xiàn)了大批企業(yè)。

            

            

            

金屬3D打印總體技術(shù)路線趨于穩(wěn)定，不同企業(yè)技術(shù)路線相似，新型技術(shù)應用空間有 限，較難形成競爭優(yōu)勢。金屬3D打印經(jīng)過多年發(fā)展，總體技術(shù)路線已基本定型，大 多數(shù)企業(yè)選擇使用粉末床選區(qū)熔化（“鋪粉”）和定向能量沉積（“送粉”）兩大技 術(shù)，但是在具體實現(xiàn)工藝上仍有較多分支路線。且新的工藝實現(xiàn)方式依然不斷涌現(xiàn)， 不過中短期內(nèi)市場拓展難度較大，主要為一些面向特定市場的新型企業(yè)等。

            

（二）國內(nèi)：鉑力特、鑫精合等企業(yè)著力培育市場以加大增材制造滲透

            

國內(nèi)龍頭產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)指標能夠達到國外巨頭同類產(chǎn)品水平，產(chǎn)品整體性能相當。 由于3D打印設(shè)備關(guān)鍵零部件仍然依賴進口（如激光器、振鏡等），國內(nèi)企業(yè)技術(shù)研 發(fā)主要集中于基于進口零部件之上的設(shè)備制造與軟件優(yōu)化，因此短期內(nèi)產(chǎn)品性能可 迅速趕上國際領(lǐng)先水準。國內(nèi)企業(yè)擁有金屬3D 打印工程化應用的豐富經(jīng)驗，針對下 游客戶使用過程中的難點和痛點，進行相關(guān)技術(shù)的優(yōu)化和改進，產(chǎn)品性能得到了提 升，部分產(chǎn)品指標如成形尺寸、預熱溫度、氧含量控制以及鋪粉效率等方面甚至超 過了國外老牌企業(yè)。相較于國外公司近30年的發(fā)展歷史，國內(nèi)增材制造設(shè)備起步較 晚，雖然在短時間內(nèi)取得較快進步，但在設(shè)備運行的穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量等方面需要 進一步提升。

            

國內(nèi)金屬3D打印企業(yè)主要客戶集中于航空航天高端裝備領(lǐng)域，盈利能力和穩(wěn)定性較 高，有利于營收規(guī)模的穩(wěn)步增長。海外金屬3D打印龍頭3D Systems主要客戶領(lǐng)域較 為分散，汽車、航天、醫(yī)藥、材料以及各類消費級市場皆有所涉獵，盡管2021年毛 利率為43%，但期間費用率高達約48%，其中銷售及一般行政費用率較高，一定程 度上反映消費級及工業(yè)級市場的競爭較大且推廣應用的難度。國內(nèi)企業(yè)在品牌效應、 渠道、技術(shù)等方面有所劣勢的情形下，多個領(lǐng)域多管齊下難度較大且難以穩(wěn)定快速 發(fā)展。航空航天領(lǐng)域客戶粘性較大，銷售費用率相對較低，盈利能力的絕對值以及 穩(wěn)定性往往能夠得到可靠保證，因此大多數(shù)國內(nèi)優(yōu)質(zhì)企業(yè)主要依托于航空航天領(lǐng)域 發(fā)展并逐漸拓寬市場。據(jù)鉑力特招股說明書，2018年鉑力特在航空航天領(lǐng)域的主要 客戶比例高達68.94%，為盈利質(zhì)量和成長穩(wěn)定性提供了重要保障。

            

國內(nèi)企業(yè)發(fā)展時間較短，整體營收規(guī)模和市占率水平較低。國內(nèi)優(yōu)質(zhì)企業(yè)領(lǐng)銜開展 市場培育與國產(chǎn)替代進程，由代理逐步走向自產(chǎn)，基于成本和需求端的一定優(yōu)勢， 發(fā)展前景良好。多數(shù)國內(nèi)3D打印企業(yè)于2010年后進入高速發(fā)展期，目前整體市占率 依然較低。隨著自有技術(shù)和產(chǎn)品的不斷進步，國內(nèi)龍頭企業(yè)成長較快，已具備一定 的市場規(guī)模。但相比海外老牌企業(yè)，國內(nèi)企業(yè)的整體營收規(guī)模相對較小，仍有較大 的成長空間。由于國內(nèi)產(chǎn)品相比國外同類產(chǎn)品價格較低，而整體毛利水平較為一致， 都接近50%，反映出在成本端具有一定優(yōu)勢。例如鉑力特主推3D打印設(shè)備S300平均 單價255.16萬，同類產(chǎn)品EOS-M290平均單價354.63萬，在產(chǎn)品性能相當?shù)那疤嵯拢?國內(nèi)產(chǎn)品具有一定價格競爭優(yōu)勢。目前國內(nèi)企業(yè)如鉑力特等，正逐步開展市場培育 與國產(chǎn)替代進程。以國內(nèi)金屬3D打印領(lǐng)先企業(yè)鉑力特為例，其商業(yè)模式包括以銷售 代理EOS設(shè)備產(chǎn)品為先獲取穩(wěn)定客戶群體，之后向客戶推薦性能相當?shù)珒r格更低的 自產(chǎn)產(chǎn)品進行國產(chǎn)替代，由此從代理逐步走向自產(chǎn)。近年來鉑力特自產(chǎn)比重逐步提 高，在航空航天領(lǐng)域逐步加大使用。

            

            

            

四、金屬增材制造規(guī)模穩(wěn)增，航空航天或為主要增量

            

（一）全球增材制造市場規(guī)模穩(wěn)步增長，航空航天及汽車應用提升

            

全球增材制造市場規(guī)模持續(xù)上升，下游應用領(lǐng)域多元。據(jù)3D Printing Trend Report 2022的數(shù)據(jù)，2019年全球增材制造市場規(guī)模達到104億美元，參考其預測值，2026 年市場規(guī)?；蜻_到445億美元。據(jù)鉑力特招股說明書，2017年增材制造五大應用領(lǐng)域 分別為航空航天、汽車、工業(yè)機械、消費電子和醫(yī)療，合計占比接近80%。3D打印 在航空航天和汽車領(lǐng)域應用規(guī)模穩(wěn)步提升。2017年度，3D打印在航空航天和汽車領(lǐng) 域應用規(guī)模占比分別18.9%和16%，市場規(guī)模為13.87億美元和11.74 億美元，相較 2015年分別提升了2.3%和2.2%。此外，增材制造在消費電子、醫(yī)療器械等方向也有 一定拓展。

            

3D打印技術(shù)滿足航空航天零部件制造和研發(fā)的主要目標，增長潛力較大。3D打印在 航空航天領(lǐng)域主要應用于飛機、飛船等精密零部件的設(shè)計與制造等方向。它能夠縮 短設(shè)計和測試航空發(fā)動機的時間，減輕零部件重量，提高燃料效率等。與其他應用 領(lǐng)域相比，航空航天領(lǐng)域注重安全與性能，價格敏感度較低，使得3D打印在該領(lǐng)域 率先發(fā)展。據(jù)EY2016年發(fā)布的《If 3D printing has changed the industries of tomorrow, how can your organization get ready today?》，EY稱航空航天當前為3D 打印滲透率最高的應用，且未來“最有”可能成為規(guī)模較大的市場。

            

3D打印性能的提升與成本的降低使其應用規(guī)模逐漸擴大。從1993到2012年3D打印 市場一直發(fā)展低迷，由于性能不高，應用領(lǐng)域狹窄。2012年之后，3D打印快速發(fā)展， 得益于新的打印機、耗材和商業(yè)模式的推出，不斷提升3D打印機性能以及探索應用 邊界。行業(yè)巨頭加快收購，擴張全球化銷售網(wǎng)絡(luò)，亞太市場從無到有，歐洲經(jīng)濟回暖 等多重因素促使近年來3D打印行業(yè)獲得快速發(fā)展。歐美市場占比較大，中國市場有 增長潛力。據(jù)鉑力特招股說明書援引資料，中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計，在2015- 2017年的3年間，我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模年均增速超過30%，高于平均水平。從2018 年地區(qū)增材制造設(shè)備裝機量分布格局看，據(jù)鉑力特招股說明書，北美、亞太、歐洲為 全球最主要市場，其中分國家看中國裝機量占比達10.6%位于全球第二，略高于日本 的9.3%，但較大幅低于美國的35.9%。中國地區(qū)3D打印市場是價值洼地，目前國內(nèi) 產(chǎn)業(yè)化不足，高端金屬材料緊缺。但隨著政策扶持、技術(shù)瓶頸攻克和企業(yè)間合作加 深，中國市場3D打印將取得快速發(fā)展。

            

            

            

（二）以 SLM 技術(shù)為代表的金屬增材制造正逐步加大在航空航天應用

            

金屬增材制造SLM、EBM、LENS技術(shù)正逐步加大在航空航天領(lǐng)域的應用。應用到 航空航天制造領(lǐng)域的金屬增材制造技術(shù)，按工藝類型主要可分為: 激光選區(qū)熔化 (SLM)，電子束選區(qū)熔化(EBM)，激光近凈成形(LENS)等，這三項技術(shù)在航空航天制 造中都有很多應用。其中，SLM 技術(shù)是近年快速發(fā)展的新型金屬增材制造技術(shù)，在 整體化航空航天復雜零件等領(lǐng)域具有廣泛應用前景。目前，歐美發(fā)達國家尤其是美 國在 SLM 的設(shè)備研發(fā)、軟件開發(fā)、粉末原材料制備、工藝優(yōu)化及質(zhì)量監(jiān)測等方面 處于領(lǐng)先地位。此外，3D打印市場近幾年最大的轉(zhuǎn)變是市場從塑料打印轉(zhuǎn)向金屬打 印。據(jù)德勤《2019科技、傳媒和電信行業(yè)預測》報告，2017至2018年間，一項3D打 印行業(yè)調(diào)查顯示，盡管塑料仍然是最常見的物料，但塑料打印在3D打印領(lǐng)域的占比 僅一年已從88%下滑至65%，而金屬打印的占比從28%增至36%。

            

航空航天領(lǐng)域正逐步加大對增材制造的應用，以GE布局及收購進程尤為典型。GE 公司從2010年開始布局增材制造技術(shù)，通過不斷并購實現(xiàn)從增材制造的用戶方到服 務(wù)提供方的轉(zhuǎn)變。如上文所述，金屬增材制造的工藝特點使其可打印內(nèi)部結(jié)構(gòu)輕量 化的復雜部組件，減重特性下亦吸引國際航空巨頭GE公司進入該市場。據(jù)鉑力特招 股說明書，以燃油噴嘴為例，美國GE增材制造公司已經(jīng)采用SLM技術(shù)打印了超過3 萬個航空發(fā)動燃油噴嘴，實際應用于LEAP發(fā)動機（我國C919飛機選用的發(fā)動機）， 采用3D打印技術(shù)比傳統(tǒng)生產(chǎn)將零部件數(shù)量從20個降為3個，重量減少25%，使用壽 命延長到5倍，燃油效率也大大提升。據(jù)GE公司官網(wǎng)，2016年，GE決定成立一個全 新的專注于添加劑行業(yè)的業(yè)務(wù)——銷售添加劑機器、添加劑粉末和工程咨詢服務(wù)。 GE獲得了Concept Laser（一家提供激光增材機的德國公司）75%的股份和Arcam （一家提供電子束增材機的瑞典公司）76%的股份；金屬增材制造對于工程設(shè)計產(chǎn) 生革命性影響的例子是GE航空的ATP產(chǎn)品，GE Aviation工程師能夠?qū)?55個減材制 造零件減少到12個獨特復雜的增材制造零件（占發(fā)動機總架構(gòu)的35%），從而減輕 了重量、成本并提高了性能，GE業(yè)務(wù)現(xiàn)在有超過10,000種增材部件在運營。

            

            

            

3D打印技術(shù)在民用航空領(lǐng)域同樣備受關(guān)注。波音、空客、GE將其作為戰(zhàn)略性技術(shù)之 一進行攻克，并已開展布局建設(shè)。我國3D打印技術(shù)雖然起步較晚，但也取得了輝煌 的成就。中國商飛設(shè)計制造的國產(chǎn)大飛機C919在設(shè)計過程中也大量采用了3D打印技 術(shù)制造的鈦合金技術(shù)部件。3D打印在民用航空航天市場的應用不僅體現(xiàn)在制造領(lǐng)域， 也體現(xiàn)在機務(wù)維修方面。3D打印發(fā)動機零部件的出現(xiàn)解決了發(fā)動機維修所需備件的 采購難題。利用3D打印技術(shù)可以方便快捷地制造出所需的零備件，解決了航空發(fā)動 機維修企業(yè)采用傳統(tǒng)方法短時間內(nèi)無法滿足設(shè)備、工藝等基礎(chǔ)條件的難題，大大縮 短了維修周期。在機務(wù)維修領(lǐng)域，會接觸到很多外形結(jié)構(gòu)復雜的異形零件，在高空 的極端環(huán)境下，可能發(fā)生結(jié)構(gòu)的形變，這時候可以利用3D打印制造出同樣零件進行 對比、測量判定磨損或者腐蝕情況，從而確定該零部件是否需要更換。

            

（三）汽車及醫(yī)療領(lǐng)域也是主要方向，短期受成本及規(guī)模限制拓展有限

            

汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域的3D打印技術(shù)也正在應用。汽車工業(yè)是 3D 打印技術(shù)最早的應用 領(lǐng)域之一，其在模型設(shè)計、復雜零件制造、整車模型制作等方面相比傳統(tǒng)工藝具有 高精度、低成本、重量輕的特點，可滿足汽車零部件定制化需求。而醫(yī)療行業(yè)一直是 3D 打印技術(shù)主流應用領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可應用于齒科、骨科甚至活體器官制作。 在模具行業(yè)，3D打印可替代CNC加工技術(shù)，具有周期短、成本低的優(yōu)勢。3D打印開 辟了多元化應用，但由于3D打印技術(shù)目前受體積、成本、規(guī)模化限制，目前拓展有 限。隨著技術(shù)進步，3D打印機大型化、打印速度加快，3D打印未來有一定增長空間。

            

此外，長期看，醫(yī)療領(lǐng)域有望也是長期內(nèi)增材制造主要應用市場之一。據(jù)《Global Additive Manufacturing Market, Forecast to 2025》（Frost & Sullivan's Global 360° Research Team 2016年5月發(fā)布），美國助聽器生產(chǎn)在不到500天的時間內(nèi)就轉(zhuǎn)換為 100％ 3D打印。這種轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵是3D打印機使人工勞動密集型行業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊?業(yè)。降低成本，提高質(zhì)量并以患者為中心，其他子行業(yè)也在研究增材制造技術(shù)。該技 術(shù)通過提供義肢和牙科的定制功能，以及通過生物打?。茖W家可以在其中打印人 類大小的骨骼，軟骨和肌肉）實現(xiàn)了以患者為中心的方法，醫(yī)療植入體領(lǐng)域的定制 化特征使其更適合用增材制造技術(shù)。

            

            

            

五、復盤：全行業(yè)覆蓋的雙刃劍，聚焦專業(yè)領(lǐng)域求突破

            

（一）3D 系統(tǒng)：短期并購推動營收，盈利能力受限于多領(lǐng)域滲透不足

            

多年布局下，3D系統(tǒng)已實現(xiàn)多領(lǐng)域3D打印應用全流程覆蓋。3D 系統(tǒng)公司（股票代 碼：DDD.N）于1993年成立于美國特拉華州，向全球客戶提供全面的3D打印解決方 案，包括塑料和金屬3D打印機、材料、數(shù)字設(shè)計工具、定制服務(wù)等。公司的3D打印 機類型多樣，包括立體光刻（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、直接金屬打印機（DMP）、 多點噴射打印機（MJP）和彩色噴射打印機（CJP），滿足醫(yī)療保健、航空航天、汽 車和耐用品等應用場景的不同需求。公司的打印機大多使用自主開發(fā)且銷售的專有 材料，包括塑料、尼龍、金屬、聚合物牙科材料等，同時通過第三方的研發(fā)和購買補 充材料組合。為了實現(xiàn)價值鏈全流程覆蓋，公司還提供設(shè)計工具、掃描儀、模擬器等 產(chǎn)品和維修培訓服務(wù)。多環(huán)節(jié)覆蓋下，公司營業(yè)收入位于同業(yè)前列。在全球主要上 市3D打印公司中（AM3D.DF、VJET.N、DDD.N、SSYS.O、688333.SH），2022 年以美元結(jié)算下，公司營收位居第一達6.16億美元。

            

公司下游應用廣泛易受宏觀因素影響，階段性營收增長的主要推力為并購擴張。自 1990年以來，公司營收規(guī)模持續(xù)增長，但增長率波動較大。一方面，公司消費級品 類多樣，營收增速受宏觀經(jīng)濟影響，如2008-2009年全球經(jīng)濟衰退造成公司營收下降 28%，2010年經(jīng)濟復蘇拉動營收增長率超過40%。另一方面，增長率受公司自身因 素影響，如1994年公司推出新的產(chǎn)品和服務(wù)使得營收增長率從19%躍升至39%， 2006年銷售渠道受阻導致營業(yè)收入轉(zhuǎn)增為減?？傮w來看，公司2010-2014年銷售額 增加的絕對值最為明顯，但主要來源于企業(yè)并購，自身原有的經(jīng)營業(yè)績增長較為平 緩。不完全統(tǒng)計，2009年至2014年初，公司累計發(fā)生40余次并購交易，累計貢獻超 過40%的營收。

            

整體毛利率長期穩(wěn)定，高毛利的打印服務(wù)及材料收入占比提高，利于穩(wěn)定打印設(shè)備 業(yè)務(wù)毛利率的波動帶來的消極影響。目前公司主營三大業(yè)務(wù)，分別為打印設(shè)備、打 印服務(wù)及打印材料。打印設(shè)備業(yè)務(wù)受競爭加劇影響，毛利率波動較大且呈逐步下降 趨勢，該業(yè)務(wù)毛利率已從2012年的42.80%下降至2018年的30.80%，2017年已降至 23.40%，對整體毛利率造成消極影響。相比之下，輕資產(chǎn)運營模式的打印服務(wù)、打 印材料，公司可憑借迅速響應、周到服務(wù)、定制化等維持其一定的溢價能力，毛利率 相對穩(wěn)定。打印服務(wù)、打印材料毛利率2012年分別為45.70%、68.20%，2018年略 有提高達48.40%、70.30%。分業(yè)務(wù)占比看，產(chǎn)品類（打印設(shè)備及打印材料銷售）占 比已從2004年的67.0%下降至2018年62.4%，相對輕資產(chǎn)運營的打印服務(wù)占比提高。

            

            

            

（二）3D 打印滲透低限制前期營收規(guī)模擴大，先發(fā)專利奠定發(fā)展基礎(chǔ)

            

全應用領(lǐng)域布局下公司與行業(yè)整體規(guī)模協(xié)同性突出，前期3D打印滲透率不足限制規(guī) 模擴大。3D系統(tǒng)公司雖于90年代初成立，但其營收規(guī)模卻相對較小，2000年突破1 億美元達到1.10億美元，2010年才達到1.60億美元，之后隨著公司開始大規(guī)模并購其營收規(guī)模實現(xiàn)了較大提升，2021年營收達到6.16億美元。其中，在公司發(fā)展前期 （指公司開始大規(guī)模并購的2009年之前），3D打印應用滲透率不足是造成公司經(jīng)營 規(guī)模較小的主要原因。一方面，市場的疲軟來自于高昂的機器價格，工業(yè)級市場不 易消化，更不用談后期才逐漸增長的消費級市場。據(jù)WILLIAN BLAIR & COMPANY， 在1996年之前，相關(guān)機器的ASP接近30萬美元，市場需求僅局限于部分大型公司及 科研院所。后期，主要廠商開始推出低成本的3D打印機器及增材制造系統(tǒng)。3D系統(tǒng) 公司主要競爭對手之一，Stratasys在2002年推出行業(yè)內(nèi)第一臺真正意義上的低成本 3D打印機器，該型機器的價格下降至2.99萬美元，2006年相似產(chǎn)品價格下降至1.89 萬美元。另一方面，相關(guān)必需軟件如CAD建模工具等尚未發(fā)展成熟，以及此類軟件 的高價格限制3D打印技術(shù)的更新?lián)Q代。據(jù)WILLIAN BLAIR & COMPANY稱，CAD設(shè) 計席位在90年代初大概花費4萬至5萬美元，到2005年只需花費5000美元?；诖耍?在該時期，行業(yè)滲透率的不足致使公司營收規(guī)模較低，且與行業(yè)的協(xié)同性較大。

            

專利布局較早奠定發(fā)展基礎(chǔ)，先發(fā)優(yōu)勢搶占利基市場。據(jù)上文，3D打印行業(yè)核心技 術(shù)集中在打印設(shè)備及打印材料的研制。3D系統(tǒng)公司在2009年大舉并購前期，就已掌 握較多核心專利。例如，公司在1986年最先推出基于SLA技術(shù)的快速原型制造技術(shù)， 2001年通過收購DTM（選擇性激光熔融技術(shù)SLS發(fā)展者，該技術(shù)于1992年推出）進 入了高端系統(tǒng)市場。除打印設(shè)備外，公司在早期已具備打印多種材料，包括金屬、塑 料、尼龍、石蠟等的能力，并可在同一型機器中實現(xiàn)打印。至2014年，3D系統(tǒng)公司 已具備為客戶提供超過100中材料的打印服務(wù)。此外，公司陸續(xù)推出利基市場產(chǎn)品， 將其技術(shù)逐步拓展至新興市場。2005年，公司推出應用SLS技術(shù)的Sinterstation Pro Models 140及230，采用智能處理系統(tǒng)、模塊設(shè)計、自動粉末處理、靈活激光布置等 多種先進技術(shù)。彼時，公司推出第四代工業(yè)級領(lǐng)先設(shè)備InVision LD打印設(shè)備，價格 為1.49萬美元，并運用于教育市場，逐步滲透入當時的新興領(lǐng)域，為后續(xù)的全產(chǎn)業(yè)鏈 布局奠定一定基礎(chǔ)。

            

在維持打印及增材制造設(shè)備技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，公司通過拓展材料服務(wù)提高客戶粘 性及盈利能力。據(jù)上文，打印設(shè)備毛利率波動較大，而打印材料業(yè)務(wù)具有輕資產(chǎn)、高 毛利的特征，并且相比設(shè)備，其具有消費品的特征，是現(xiàn)金流可持續(xù)性較強的優(yōu)質(zhì) 資產(chǎn)之一。基于此，公司在維持其3D打印及增材制造設(shè)備技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，致力 于提高自制打印材料研制能力及銷售渠道。一方面，公司不斷提高自產(chǎn)材料的性能 及推出可適合打印的多種專有材料。21世紀初，3D系統(tǒng)公司借助其更新的系統(tǒng)，已 實施了專有的閉環(huán)物料輸送系統(tǒng)，并引入了新的工程物料，以期重新獲得其可消耗 的經(jīng)常性物料收益業(yè)務(wù)，并研發(fā)專用于自產(chǎn)設(shè)備的材料。2004年，其自產(chǎn)專用材料 營收已達到整體收入的三分之一。例如，2006年第二季度，3D Systems推出了 DuraForm FR，專用于新型Sinterstation Pro SLS系統(tǒng)。DuraForm FR進一步擴大了 TDSC的競爭地位。截至2013年，公司大多3D打印材料是其專有的，直接應用于自 產(chǎn)設(shè)備，包括Accura DuraForm、CastForm、LaserForm和VisiFel等材料系列。另 一方面，公司采取“強制銷售”方式，加大其材料業(yè)務(wù)在客戶群體中的滲透。公司 通過RFID芯片跟蹤打印設(shè)備材料的使用，并通過“懲罰性損害賠償”（比如取消對 打印系統(tǒng)的保修），來“強制”客戶使用其專利材料。但大多數(shù)客戶選擇專利材料 是為了自己的利益，因為多數(shù)材料是與公司系統(tǒng)一起設(shè)計的，系統(tǒng)在這些專用材料 上運行速度更快、效率更高。此外，公司3D打印部件的材料成本通常大大低于終端 用戶所打印設(shè)備的價值，因此少有客戶“詬病”此種銷售方式。

            

            

            

（三）大舉并購忽視行業(yè)需求埋隱患，部分專利到期競爭加劇惡化盈利

            

2009-2014年大舉并購，以實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈及多市場領(lǐng)域布局。在2009年之前，公司 也有進行并購，但數(shù)量較少、領(lǐng)域多為打印技術(shù)的收購。例如1997年收購EOS的 stereos立體印刷業(yè)務(wù)、2001年收購DTM獲得選擇性激光熔融技術(shù)等。2009~2014年， 是公司快速發(fā)展的時期，期間多數(shù)營收由并購而得，公司也因此實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈及多 市場領(lǐng)域的布局。例如，據(jù)Fabbaloo網(wǎng)站新聞，截至2015年5月，3D系統(tǒng)公司在過 去6年期間進行了多次收購，累計超過50次；其中，最大的收購系2012年初以1.37億 美元收購Z corporation以及Vidar systems；分領(lǐng)域，2011年之前公司大多數(shù)并購交 易在打印服務(wù)領(lǐng)域進行，例如2010年從Bytes corporation收購主營個人3D打印業(yè)務(wù) 的Bits以進軍消費品市場。2011~14年間則在硬件、軟件和材料領(lǐng)域的收購力度有所 增加，例如2012年收購具有從掃描到CAD軟件自制能力的RapidForm，2013年收購 生產(chǎn)消費者定制3D打印產(chǎn)品的COWEB、全球領(lǐng)先的3D創(chuàng)作解決方案供應商 Geomagic、以1500萬美元收購選擇性激光燒結(jié)打印機研制公司Phenix Systems。

            

忽視行業(yè)需求下巨額并購埋商譽減值風險，家庭式及消費性打印產(chǎn)品需求增長乏力 是主因。在2009-2014年公司大舉并購時期，恰是時任美國白宮總統(tǒng)奧巴馬陸續(xù)發(fā)布 一系列關(guān)于增材制造及3D打印激勵舉措，以及航空巨頭GE、惠普集團高調(diào)進入3D 打印及增材制造的時期。且該時期由于部分專利到期，行業(yè)內(nèi)競爭加劇，公司在此 環(huán)境下采取激進并購方式，擬維護其高市場份額的地位。但并購大部分為家庭及個 人消費式桌面打印需求，增長潛力受限，娛樂性及獵奇心難以維系后需求增長乏力， 前期并購公司商譽大額減值使得業(yè)績承壓。基于此，公司層面，2015年共計提5.37 億美元的商譽減值，占同期毛利潤的183.90%，致使該年公司凈利潤同比下滑 5732.83%。在該領(lǐng)域業(yè)務(wù)持續(xù)萎縮的壓力下，公司同年決定停止消費者打印設(shè)備的 消費者網(wǎng)站運營及產(chǎn)品零售，如停止銷售999美元的消費級3D打印機、關(guān)閉公司消 費級產(chǎn)品銷售網(wǎng)站Cubify.com，開始專注工業(yè)應用。次年，公司退出四條入門級3D 打印產(chǎn)品生產(chǎn)線。除公司外，消費者業(yè)務(wù)需求乏力還體現(xiàn)在美國另一3D打印巨頭 Stratasys經(jīng)營上。該公司于2013年花費4億美元收購專門從事塑料型家庭3D打印設(shè) 備企業(yè)MakerBot，但在次年2月Stratasys發(fā)布業(yè)績時，MakerBot部門收入增長從快 速增長降至7%，并在后續(xù)連續(xù)5個季度虧損。該部門在2015年10月宣布重組，并裁 員20%，宣告該筆收購失敗。

            

            

            

巨頭布局催化金屬增材制造市場熱度，客戶粘性不足下主營設(shè)備銷售的公司業(yè)績安 全邊際較低。SLM SOLUTIONS GROUP（股票代碼：AM3D.DF）是德國一家金屬 增材制造技術(shù)領(lǐng)先的供應商。SLM Solutions致力于在選擇性激光熔化，真空和金屬 鑄造領(lǐng)域的機器和集成系統(tǒng)解決方案的研制。SLM Solutions下游客戶涵蓋航空航天， 能源，醫(yī)療保健和汽車行業(yè)。2016年9月SLM收到GE的要約收購，但因收購未達到 75%的最低門檻后于同年10月末終止。SLM于2014年5月上市，在2016年GE陸續(xù)收 購多家金屬增材制造企業(yè)期間，疊加9月末GE對SLM的要約收購，SLM股價在2016 年全年的漲幅為70.99%。但在后期，因SLM主營設(shè)備銷售且規(guī)模較小，抗風險能力 較低，營收增速逐步下滑。2017年，據(jù)SLM公司年報，公司2017年雖有較大額訂單， 但訂單的簽署卻有所延遲到年后，公司稱“雖然客戶對我們的產(chǎn)品很感興趣，但到 實際簽署的時候客戶卻都很沉默”；2018年，因一臺機器在內(nèi)部運輸過程中損壞， 公司在與客戶進行談判過程中拒絕對某些條款如折扣進行讓步，訂單受較大影響， 且由于增材制造的應用仍處于前期滲透階段，公司拓展新客戶壓力增加，營收增速 出現(xiàn)較大幅度的下滑。2017年營收增速從2012年以來的兩位數(shù)回落到個位數(shù)達 2.21%，次年營收增速更是下滑至-13.13%。從毛利率近幾年持穩(wěn)看，公司產(chǎn)品并未 有較大幅降價，或反映公司實際技術(shù)溢價能力在同業(yè)中仍然較強，影響盈利規(guī)模及 能力的提升關(guān)鍵或在于客戶對增材制造產(chǎn)品的接受程度而非業(yè)內(nèi)競爭。

            

來源：未來智庫

（報告出品方/作者：廣發(fā)證券，孟祥杰、代川）            

一、3D 打印為傳統(tǒng)制造補充，技術(shù)特點契合航空航天

            

（一）3D 打印可成形定制化的復雜結(jié)構(gòu)件，是傳統(tǒng)制造技術(shù)的重要補充

            

3D打印，又稱增材制造（Additive Manufacturing，AM），是對于傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的 一種“變革性”方法。傳統(tǒng)的減材制造工藝是指利用已有的幾何模型工件，用工具 將材料逐步切削、打磨、雕刻，最終成為所需的零件。而3D打印恰恰相反，通過借 助于3D打印設(shè)備，對數(shù)字三維模型進行分層處理，將金屬粉末、熱塑性材料、樹脂 等特殊材料一層一層地不斷堆積黏結(jié)，最終疊加形成一個三維整體。3D打印是一種 跨學科的交叉技術(shù)，涵蓋機械、材料、計算機視覺、軟件、電子等多個學科，而其中 核心的技術(shù)在于3D打印機的制造，對于材料、軟件、設(shè)計等也有特殊要求。

            

與傳統(tǒng)制造工藝相比，3D打印具有可成形復雜結(jié)構(gòu)、縮短產(chǎn)品實現(xiàn)周期、產(chǎn)品強度 高重量輕、材料利用率高等特點，但其成本也比較高。3D打印技術(shù)的特點具體如下： （1）可制造復雜幾何結(jié)構(gòu)的部件，實現(xiàn)一體化生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)的復雜性不會帶來額外的 成本。設(shè)計師不再受到傳統(tǒng)制造工藝的約束，可以更自由地創(chuàng)造零件。（2）縮短新 產(chǎn)品研發(fā)和實現(xiàn)周期。傳統(tǒng)工藝在研發(fā)新產(chǎn)品時，需要設(shè)計生產(chǎn)新模具，建立裝配流程，而3D打印無需模具，工藝流程短。（3）產(chǎn)品具有強度高、重量輕的特點。3D 打印部件可以實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝難以加工的蜂窩點陣結(jié)構(gòu)，在保證性能的前提下，大幅 減輕重量?；?D打印快速凝固的工藝特點，可以實現(xiàn)良好的力學性能，從而保證 強度有所提高。（4）材料利用率大幅提高。由于材料是逐層疊加的，在生產(chǎn)過程中 幾乎不會產(chǎn)生材料的浪費，材料利用率達到90%以上。（5）設(shè)備成本和材料成本較 高。工業(yè)級3D打印設(shè)備價格昂貴，少則一兩百萬元，多則上千萬元。此外，由于工 藝比較特殊，3D打印對材料有特殊的要求，普通材料需要經(jīng)過調(diào)整。而材料的研發(fā) 難度大，成本較高，在一定程度上限制了3D打印的發(fā)展。

            

            

            

（二）30 余年發(fā)展技術(shù)逐步完善，多材料、大型化、批量化為改進方向

            

經(jīng)過30多年的發(fā)展，3D打印技術(shù)不斷完善，目前已形成了3D生物打印、有機材料打 印、金屬打印等多種打印模式，鑒于國內(nèi)大型3D打印企業(yè)如鉑力特等主營金屬打印， 本文重點論述該打印模式的特征。金屬3D打印一般利用激光、電子束能量源熔化金 屬粉末，使得金屬粉末熔結(jié)，堆積形成一個整體結(jié)構(gòu)。在整個工藝中金屬粉末的輸 入方式有兩種，鋪粉和送粉。根據(jù)不同送粉方式，金屬3D打印工藝原理分為定向能 量沉積（也稱為送粉）和粉末床選區(qū)熔化（也叫為鋪粉）。鋪粉指把金屬粉末鋪到 基板上，形成一個薄層，然后通過激光熔化薄層上的特定區(qū)域進而熔結(jié)在一起。與 鋪粉相比，送粉未形成薄層，通過粉末噴嘴直接把粉末輸送到激光在基體上形成的 熔池中，熔結(jié)形成一個整體。主流的金屬3D打印技術(shù)根據(jù)原理可以大致分為激光選 區(qū)熔化技術(shù)（SLM）、電子束熔化成形（EBM）、激光凈成形技術(shù)（LENS）電子束 熔絲沉積技術(shù)（EBF）。

            

對于金屬3D打印（增材制造）而言，其特性決定了它的應用將是傳統(tǒng)制造工藝的重 要補充而非完全替代，且體現(xiàn)在不同行業(yè)的不同環(huán)節(jié)上應用均有所差異。據(jù)德勤咨 詢發(fā)布的《2019 科技、傳媒和電信行業(yè)預測》與《Additive manufacturing methods –state of development, market prospects for industrial use and ICT-specific challenges in research and development》，與使用數(shù)控機床相比，增材制造的每 個零件成本更加高昂，且每個零件制造時間為數(shù)小時而非數(shù)分鐘（同樣不包含精加 工和各類后期加工時間）。相對于傳統(tǒng)制造業(yè)擅長的批量化、規(guī)模化生產(chǎn)領(lǐng)域，3D 打印效率較低、成本較高。此外，3D打印機目前功能比較單一，對于不同的材料， 可能需要不同型號、工藝的打印機，這就需要制造企業(yè)購置多臺不同型號打印機， 增加了生產(chǎn)成本。盡管如此，某些零件只可能通過3D打印制作，如上文所述的部件內(nèi)幾何蜂窩結(jié)構(gòu)。另外，當零件量過低時，如原型制作以及模具應用環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)制造 方法和減材制造工藝不適用或者成本過高、時間過長時，則也“只可”采用3D打印 方法。基于3D打印自身的特點，從環(huán)節(jié)上來看，3D打印更偏向于設(shè)計端，更適用于 部分小批量、個性化、定制化高端產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)，在鑄模、鑄件、工具、模具 和夾具上亦有更廣泛的應用。

            

            

            

金屬增材制造技術(shù)發(fā)展中有三個重要的因素，設(shè)備、材料和工藝，目前在這三方面 還有提高的空間。為了擴大3D打印技術(shù)的應用規(guī)模，金屬增材制造技術(shù)正在朝著低 成本、大尺寸、多材料、高精度、高效率方向發(fā)展。（1）金屬增材設(shè)備朝著大型化、 專業(yè)化方向發(fā)展。隨著對打印大尺寸結(jié)構(gòu)和特定領(lǐng)域的需求不斷增加，金屬3D打印 設(shè)備朝著大型化、專業(yè)化發(fā)展已經(jīng)成為趨勢。（2）可打印原材料不斷增加，復合材 料打印開始出現(xiàn)。目前應用于金屬3D打印的原材料種類偏少、材料質(zhì)量不高，隨著 增材制造在工業(yè)領(lǐng)域的不斷滲透，市場對于金屬3D打印可實現(xiàn)多材料混合打印的需 求也逐步上升。此外，多種復合材料同時打印開始出現(xiàn)，可結(jié)合不同材料的優(yōu)點。 （3）開發(fā)新的金屬增材制造技術(shù)。傳統(tǒng)的金屬增材制造技術(shù)存在高成本、效率低等 問題，其中效率低也是限制增材制造在許多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)減材制造的關(guān)鍵因素之一。 預計隨著未來該技術(shù)的逐漸成熟，如激光功率的提高、打印路徑的優(yōu)化等，增材制 造生產(chǎn)速率或有所改進。

            

（三）增材制造可打印復雜件，減重、周期短的特點契合航空航天需求

            

金屬增材制造工藝能夠契合航天航空產(chǎn)業(yè)的苛刻條件。例如，飛行器要求高速、續(xù) 航時間長、安全高效低成本等條件，對結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料和制造提出了更高要求。對于 增材制造這一改進工藝流程，其較多技術(shù)優(yōu)勢能夠很好的契合航空航天的多項要求。 例如，結(jié)合上文，（1）增材制造可實現(xiàn)傳統(tǒng)減材工藝無法實現(xiàn)的復雜幾何結(jié)構(gòu)件， 實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法加工的蜂窩點陣結(jié)構(gòu)，能夠在保證性能的前提下大幅減輕部件質(zhì) 量，達到提升航空航天裝備機動性、速度及節(jié)省高昂的航空燃油費的目的；（2）同 時3D打印技術(shù)能夠縮短高性能部件的制造流程，無需研發(fā)制造部件使用的模具，大 大縮短了研發(fā)周期，降低時間成本，利于加快項目進程；（3）因航空航天裝備服役 環(huán)境惡劣，尤以航空發(fā)動機為典型，使用環(huán)境為高溫、高壓，傳統(tǒng)材料難以承受，適 配于此類環(huán)境的材料的研制難度大、價格高昂。增材制造工藝可大幅提高材料利用 率的特點可較好契合這特征，可節(jié)省裝備研制經(jīng)費。

            

3D打印技術(shù)在航天航空領(lǐng)域也存在一定的缺陷，還需要技術(shù)穩(wěn)定性驗證積累。增材 制造技術(shù)由于本身各向異性的特點決定了機械性能，在不同方向的波動相對較大。 例如，據(jù)《激光增材制造在航空航天領(lǐng)域中的應用》（賈玉梅，2019年7月）一文， 由于內(nèi)應力問題和內(nèi)部質(zhì)量難控多變等因素，控制增材制造成形零件的變形開裂是 一個永恒的問題。此外，在增材制造技術(shù)制造的零件機械性能穩(wěn)定性達到航空航天 部門的要求之前，還需要做進一步的工作。隨著技術(shù)的改進和科技水平的提高，3D 打印有望在航空航天領(lǐng)域或有更大的作為。

            

            

            

二、商業(yè)模式：范圍經(jīng)濟強，掌握設(shè)備制造居產(chǎn)業(yè)主導

            

（一）3D 打印產(chǎn)品以偏小批量居多、定制化直銷，范圍經(jīng)濟或降成本

            

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋多種服務(wù)與應用領(lǐng)域，打印設(shè)備廠商占產(chǎn)業(yè)鏈主導地位。3D打印 行業(yè)上游包括原材料、核心硬件及建模工具（軟件）。中游涵蓋各類打印技術(shù)，以打 印設(shè)備生產(chǎn)廠商為主，由于設(shè)備的匹配性要求，此類廠商往往同時涉及上游。3D打 印的下游除了跟蹤服務(wù)平臺，3D打印出的產(chǎn)品應用領(lǐng)域廣泛，以航空航天、汽車工 業(yè)等領(lǐng)域為主，在生物、食品及建筑領(lǐng)域也有特殊應用。由于3D打印的成本較高， 真正掌握打印生產(chǎn)能力或設(shè)備制造能力的中游廠商在行業(yè)中占主導地位。在國際競 爭中領(lǐng)先的3D Systems、GE增材、SLM Solutions Group等，以及國內(nèi)主要廠商鉑 力特、鑫精合等具備3D打印設(shè)備制造的相關(guān)業(yè)務(wù)。

            

基于增材制造工藝特性下目前多為定制化生產(chǎn)，需較早介入甚至參與客戶產(chǎn)品設(shè)計， 這決定了其定制化產(chǎn)品多為直接銷售。以鉑力特為例，其下游主要是航天航空領(lǐng)域 客戶。增材制造對微觀組織結(jié)構(gòu)的控制能力，能較好滿足功能集成性零件、拓撲優(yōu) 化異性零件等需求。而為了更好地完成產(chǎn)品定制化需求，相關(guān)公司會進行定制化原 材料選擇、定制化生產(chǎn)以及設(shè)計定制化工藝等。但3D打印產(chǎn)品的定制化直銷，有時 或?qū)е鹿句N售額易受下游大客戶需求波動所影響。例如，鉑力特在2016-2018年航 空航天領(lǐng)域客戶收入占主營業(yè)務(wù)收入分別為62.35%、54.32%、62.21%，前五大客 戶也主要集中該領(lǐng)域。

            

增材制造對原材料利用率明顯高于減材制造，但設(shè)備成本高，目前多為小批量生產(chǎn)。 相較于傳統(tǒng)建材制造中材料去除、切削、組裝等流程，增材制造按分層制造、逐層疊 加的工藝順序，減免了打磨、拼接等過程中材料的浪費，據(jù)鉑力特招股說明書，金屬 3D打印技術(shù)材料利用率可高達95%。根據(jù)Nano Dimension官網(wǎng)新聞《Additive Manufacturing Cost Drivers: 4 Key Considerations》，增材制造總體成本與傳統(tǒng)制 造業(yè)相比并不存在明顯劣勢，但增材制造初始精密設(shè)備成本占總成本45%-74%；按 重量計算，增材制造材料的成本比傳統(tǒng)制造材料高8倍，設(shè)備、材料成本降低依托技 術(shù)且周期長，邊際成本隨銷量增加幾乎不變，難從規(guī)模經(jīng)濟受益，導致目前3D打印 產(chǎn)品主要是小批量模式。

            

            

            

批量生產(chǎn)并不能進一步降低邊際成本，這限制了3D打印產(chǎn)品大批量制造形成規(guī)模效 應。為更好的分析AM制造過程中的成本變化情況，《Analyzing Product Lifecycle Costs for a Better Understanding of Cost Drivers in Additive Manufacturing》（C. Lindemann，2012年）一文中采用Augsburg的一個汽車部件樣本生產(chǎn)案例進行分析， 對機器利用率、折舊、投資、維護費用、構(gòu)建速率、材料價格等關(guān)鍵因素進行限定， 證實機器成本占比高達70%以上。后續(xù)論證發(fā)現(xiàn)，增加生產(chǎn)數(shù)量后，單位成本出現(xiàn) 斷崖式下降后基本不再受數(shù)量增加影響，這是由于建造室利用率對擴大產(chǎn)能不再敏 感，而單位產(chǎn)品所需材料固定，即批量生產(chǎn)并不能進一步降低邊際成本，這限制了 3D打印產(chǎn)品大批量制造形成規(guī)模效應。而在之后的論證中發(fā)現(xiàn)，改變構(gòu)建速率、材 料成本對成本結(jié)構(gòu)影響較大，而改變利用率、機器投資對成本結(jié)構(gòu)影響較小，這說 明3D打印成本降低主要環(huán)節(jié)集中在設(shè)備、材料技術(shù)升級。

            

（二）增材設(shè)備直銷的客戶依賴性低于產(chǎn)品，代理經(jīng)銷多用于培育市場

            

基于前文論述，主要廠商多進行設(shè)備銷售，但由于設(shè)備定制化程度比產(chǎn)品低，且應 用領(lǐng)域較廣，下游客戶對其依賴程度較低。 設(shè)備的定制化程度低的同時，易使公司可通過代理經(jīng)銷模式培育及拓寬市場，代理 商及供應商對渠道依賴程度高于直銷。對于國際巨頭如EOS等，3D打印設(shè)備及技術(shù)的推廣需要依靠經(jīng)銷商，設(shè)備經(jīng)銷是拓寬國際市場的重要渠道。而對于鉑力特等提 供全套服務(wù)的廠商，盡管代理業(yè)務(wù)毛利低于直銷，但代理國際知名廠商EOS業(yè)務(wù)有 助于其綁定部分重要客戶，即通過介紹客戶使用代理產(chǎn)品拓展客戶群，后推進自產(chǎn) 設(shè)備進行低成本替代，進而促進長期合作。就渠道依賴程度而言，由于供應商需要 對經(jīng)銷商進行設(shè)備配套服務(wù)的專業(yè)培訓，經(jīng)銷代理渠道較直銷依賴程度略高，如鉑 力特主要代理德國EOS的幾種設(shè)備，代理銷售設(shè)備及配件營收占比在2016-2018年 分別達29.08%、36.51%、27.64%。

            

            

            

三、競爭格局：歐發(fā)達國家主導，工業(yè)級競爭格局良好

            

（一）全球競爭格局：美、歐發(fā)達國家主導，亞洲國家正后起直追

            

全球3D打印市場主要集中在北美、歐洲和亞太三個地區(qū)，行業(yè)內(nèi)部設(shè)備廠商之間競 爭激烈。據(jù)鉑力特招股說明書援引Wohlers Report 2018，2018年美、歐、亞三個地 區(qū)的3D打印設(shè)備累計裝機量占到了全球的95%，其中北美占據(jù)四成，歐洲和亞太地 區(qū)各占近三成，美國、中國、日本和德國裝機量位列前四。3D打印內(nèi)部競爭集中于 設(shè)備廠商之間，2017年從市場份額看，Stratasys的市場份額為27.2%，雖不及16年， 但仍連續(xù)16年占據(jù)市占率榜首，累計裝機量超過五萬臺。2017年3D systems的市場 份額為9.8%，位列全球第二。

            

金屬3D打印新老企業(yè)并存，老牌龍頭地位穩(wěn)固，小型企業(yè)發(fā)展迅速，中低端市場競 爭激烈。3D打印材料可分為金屬和非金屬兩大分類，不同材料需要不同的打印原理 和設(shè)備。美國企業(yè)以非金屬材料為主，歐洲企業(yè)更偏向于金屬材料領(lǐng)域。EOS、SLM solution、3D Systems、Concept Laser/ Arcam（GE收購）等老牌金屬3D打印巨頭 在早期引領(lǐng)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，憑借技術(shù)優(yōu)勢和企業(yè)的深厚底蘊，已經(jīng)擁有較高的市場 份額和客戶認知度，并且老牌龍頭企業(yè)大多與客戶高度綁定，地位相對穩(wěn)固。Desktop Metal、Digital Alloys等新創(chuàng)企業(yè)大多成立于2010年以后，相關(guān)專利到期后技術(shù)壁壘 降低，新創(chuàng)企業(yè)通過不斷改進工藝技術(shù)、創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式、提升成本控制，部分企業(yè)發(fā) 展迅速。但是由于老牌企業(yè)通過長期市場開拓維持著較高的客戶穩(wěn)定性，而且金屬 3D打印領(lǐng)域?qū)夹g(shù)和資金的要求很高，大多數(shù)小規(guī)模3D打印企業(yè)處于虧損狀態(tài)，加 之在政府激勵政策下涌現(xiàn)了大批企業(yè)。

            

            

            

金屬3D打印總體技術(shù)路線趨于穩(wěn)定，不同企業(yè)技術(shù)路線相似，新型技術(shù)應用空間有 限，較難形成競爭優(yōu)勢。金屬3D打印經(jīng)過多年發(fā)展，總體技術(shù)路線已基本定型，大 多數(shù)企業(yè)選擇使用粉末床選區(qū)熔化（“鋪粉”）和定向能量沉積（“送粉”）兩大技 術(shù)，但是在具體實現(xiàn)工藝上仍有較多分支路線。且新的工藝實現(xiàn)方式依然不斷涌現(xiàn)， 不過中短期內(nèi)市場拓展難度較大，主要為一些面向特定市場的新型企業(yè)等。

            

（二）國內(nèi)：鉑力特、鑫精合等企業(yè)著力培育市場以加大增材制造滲透

            

國內(nèi)龍頭產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)指標能夠達到國外巨頭同類產(chǎn)品水平，產(chǎn)品整體性能相當。 由于3D打印設(shè)備關(guān)鍵零部件仍然依賴進口（如激光器、振鏡等），國內(nèi)企業(yè)技術(shù)研 發(fā)主要集中于基于進口零部件之上的設(shè)備制造與軟件優(yōu)化，因此短期內(nèi)產(chǎn)品性能可 迅速趕上國際領(lǐng)先水準。國內(nèi)企業(yè)擁有金屬3D 打印工程化應用的豐富經(jīng)驗，針對下 游客戶使用過程中的難點和痛點，進行相關(guān)技術(shù)的優(yōu)化和改進，產(chǎn)品性能得到了提 升，部分產(chǎn)品指標如成形尺寸、預熱溫度、氧含量控制以及鋪粉效率等方面甚至超 過了國外老牌企業(yè)。相較于國外公司近30年的發(fā)展歷史，國內(nèi)增材制造設(shè)備起步較 晚，雖然在短時間內(nèi)取得較快進步，但在設(shè)備運行的穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量等方面需要 進一步提升。

            

國內(nèi)金屬3D打印企業(yè)主要客戶集中于航空航天高端裝備領(lǐng)域，盈利能力和穩(wěn)定性較 高，有利于營收規(guī)模的穩(wěn)步增長。海外金屬3D打印龍頭3D Systems主要客戶領(lǐng)域較 為分散，汽車、航天、醫(yī)藥、材料以及各類消費級市場皆有所涉獵，盡管2021年毛 利率為43%，但期間費用率高達約48%，其中銷售及一般行政費用率較高，一定程 度上反映消費級及工業(yè)級市場的競爭較大且推廣應用的難度。國內(nèi)企業(yè)在品牌效應、 渠道、技術(shù)等方面有所劣勢的情形下，多個領(lǐng)域多管齊下難度較大且難以穩(wěn)定快速 發(fā)展。航空航天領(lǐng)域客戶粘性較大，銷售費用率相對較低，盈利能力的絕對值以及 穩(wěn)定性往往能夠得到可靠保證，因此大多數(shù)國內(nèi)優(yōu)質(zhì)企業(yè)主要依托于航空航天領(lǐng)域 發(fā)展并逐漸拓寬市場。據(jù)鉑力特招股說明書，2018年鉑力特在航空航天領(lǐng)域的主要 客戶比例高達68.94%，為盈利質(zhì)量和成長穩(wěn)定性提供了重要保障。

            

國內(nèi)企業(yè)發(fā)展時間較短，整體營收規(guī)模和市占率水平較低。國內(nèi)優(yōu)質(zhì)企業(yè)領(lǐng)銜開展 市場培育與國產(chǎn)替代進程，由代理逐步走向自產(chǎn)，基于成本和需求端的一定優(yōu)勢， 發(fā)展前景良好。多數(shù)國內(nèi)3D打印企業(yè)于2010年后進入高速發(fā)展期，目前整體市占率 依然較低。隨著自有技術(shù)和產(chǎn)品的不斷進步，國內(nèi)龍頭企業(yè)成長較快，已具備一定 的市場規(guī)模。但相比海外老牌企業(yè)，國內(nèi)企業(yè)的整體營收規(guī)模相對較小，仍有較大 的成長空間。由于國內(nèi)產(chǎn)品相比國外同類產(chǎn)品價格較低，而整體毛利水平較為一致， 都接近50%，反映出在成本端具有一定優(yōu)勢。例如鉑力特主推3D打印設(shè)備S300平均 單價255.16萬，同類產(chǎn)品EOS-M290平均單價354.63萬，在產(chǎn)品性能相當?shù)那疤嵯拢?國內(nèi)產(chǎn)品具有一定價格競爭優(yōu)勢。目前國內(nèi)企業(yè)如鉑力特等，正逐步開展市場培育 與國產(chǎn)替代進程。以國內(nèi)金屬3D打印領(lǐng)先企業(yè)鉑力特為例，其商業(yè)模式包括以銷售 代理EOS設(shè)備產(chǎn)品為先獲取穩(wěn)定客戶群體，之后向客戶推薦性能相當?shù)珒r格更低的 自產(chǎn)產(chǎn)品進行國產(chǎn)替代，由此從代理逐步走向自產(chǎn)。近年來鉑力特自產(chǎn)比重逐步提 高，在航空航天領(lǐng)域逐步加大使用。

            

            

            

四、金屬增材制造規(guī)模穩(wěn)增，航空航天或為主要增量

            

（一）全球增材制造市場規(guī)模穩(wěn)步增長，航空航天及汽車應用提升

            

全球增材制造市場規(guī)模持續(xù)上升，下游應用領(lǐng)域多元。據(jù)3D Printing Trend Report 2022的數(shù)據(jù)，2019年全球增材制造市場規(guī)模達到104億美元，參考其預測值，2026 年市場規(guī)?；蜻_到445億美元。據(jù)鉑力特招股說明書，2017年增材制造五大應用領(lǐng)域 分別為航空航天、汽車、工業(yè)機械、消費電子和醫(yī)療，合計占比接近80%。3D打印 在航空航天和汽車領(lǐng)域應用規(guī)模穩(wěn)步提升。2017年度，3D打印在航空航天和汽車領(lǐng) 域應用規(guī)模占比分別18.9%和16%，市場規(guī)模為13.87億美元和11.74 億美元，相較 2015年分別提升了2.3%和2.2%。此外，增材制造在消費電子、醫(yī)療器械等方向也有 一定拓展。

            

3D打印技術(shù)滿足航空航天零部件制造和研發(fā)的主要目標，增長潛力較大。3D打印在 航空航天領(lǐng)域主要應用于飛機、飛船等精密零部件的設(shè)計與制造等方向。它能夠縮 短設(shè)計和測試航空發(fā)動機的時間，減輕零部件重量，提高燃料效率等。與其他應用 領(lǐng)域相比，航空航天領(lǐng)域注重安全與性能，價格敏感度較低，使得3D打印在該領(lǐng)域 率先發(fā)展。據(jù)EY2016年發(fā)布的《If 3D printing has changed the industries of tomorrow, how can your organization get ready today?》，EY稱航空航天當前為3D 打印滲透率最高的應用，且未來“最有”可能成為規(guī)模較大的市場。

            

3D打印性能的提升與成本的降低使其應用規(guī)模逐漸擴大。從1993到2012年3D打印 市場一直發(fā)展低迷，由于性能不高，應用領(lǐng)域狹窄。2012年之后，3D打印快速發(fā)展， 得益于新的打印機、耗材和商業(yè)模式的推出，不斷提升3D打印機性能以及探索應用 邊界。行業(yè)巨頭加快收購，擴張全球化銷售網(wǎng)絡(luò)，亞太市場從無到有，歐洲經(jīng)濟回暖 等多重因素促使近年來3D打印行業(yè)獲得快速發(fā)展。歐美市場占比較大，中國市場有 增長潛力。據(jù)鉑力特招股說明書援引資料，中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計，在2015- 2017年的3年間，我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模年均增速超過30%，高于平均水平。從2018 年地區(qū)增材制造設(shè)備裝機量分布格局看，據(jù)鉑力特招股說明書，北美、亞太、歐洲為 全球最主要市場，其中分國家看中國裝機量占比達10.6%位于全球第二，略高于日本 的9.3%，但較大幅低于美國的35.9%。中國地區(qū)3D打印市場是價值洼地，目前國內(nèi) 產(chǎn)業(yè)化不足，高端金屬材料緊缺。但隨著政策扶持、技術(shù)瓶頸攻克和企業(yè)間合作加 深，中國市場3D打印將取得快速發(fā)展。

            

            

            

（二）以 SLM 技術(shù)為代表的金屬增材制造正逐步加大在航空航天應用

            

金屬增材制造SLM、EBM、LENS技術(shù)正逐步加大在航空航天領(lǐng)域的應用。應用到 航空航天制造領(lǐng)域的金屬增材制造技術(shù)，按工藝類型主要可分為: 激光選區(qū)熔化 (SLM)，電子束選區(qū)熔化(EBM)，激光近凈成形(LENS)等，這三項技術(shù)在航空航天制 造中都有很多應用。其中，SLM 技術(shù)是近年快速發(fā)展的新型金屬增材制造技術(shù)，在 整體化航空航天復雜零件等領(lǐng)域具有廣泛應用前景。目前，歐美發(fā)達國家尤其是美 國在 SLM 的設(shè)備研發(fā)、軟件開發(fā)、粉末原材料制備、工藝優(yōu)化及質(zhì)量監(jiān)測等方面 處于領(lǐng)先地位。此外，3D打印市場近幾年最大的轉(zhuǎn)變是市場從塑料打印轉(zhuǎn)向金屬打 印。據(jù)德勤《2019科技、傳媒和電信行業(yè)預測》報告，2017至2018年間，一項3D打 印行業(yè)調(diào)查顯示，盡管塑料仍然是最常見的物料，但塑料打印在3D打印領(lǐng)域的占比 僅一年已從88%下滑至65%，而金屬打印的占比從28%增至36%。

            

航空航天領(lǐng)域正逐步加大對增材制造的應用，以GE布局及收購進程尤為典型。GE 公司從2010年開始布局增材制造技術(shù)，通過不斷并購實現(xiàn)從增材制造的用戶方到服 務(wù)提供方的轉(zhuǎn)變。如上文所述，金屬增材制造的工藝特點使其可打印內(nèi)部結(jié)構(gòu)輕量 化的復雜部組件，減重特性下亦吸引國際航空巨頭GE公司進入該市場。據(jù)鉑力特招 股說明書，以燃油噴嘴為例，美國GE增材制造公司已經(jīng)采用SLM技術(shù)打印了超過3 萬個航空發(fā)動燃油噴嘴，實際應用于LEAP發(fā)動機（我國C919飛機選用的發(fā)動機）， 采用3D打印技術(shù)比傳統(tǒng)生產(chǎn)將零部件數(shù)量從20個降為3個，重量減少25%，使用壽 命延長到5倍，燃油效率也大大提升。據(jù)GE公司官網(wǎng)，2016年，GE決定成立一個全 新的專注于添加劑行業(yè)的業(yè)務(wù)——銷售添加劑機器、添加劑粉末和工程咨詢服務(wù)。 GE獲得了Concept Laser（一家提供激光增材機的德國公司）75%的股份和Arcam （一家提供電子束增材機的瑞典公司）76%的股份；金屬增材制造對于工程設(shè)計產(chǎn) 生革命性影響的例子是GE航空的ATP產(chǎn)品，GE Aviation工程師能夠?qū)?55個減材制 造零件減少到12個獨特復雜的增材制造零件（占發(fā)動機總架構(gòu)的35%），從而減輕 了重量、成本并提高了性能，GE業(yè)務(wù)現(xiàn)在有超過10,000種增材部件在運營。

            

            

            

3D打印技術(shù)在民用航空領(lǐng)域同樣備受關(guān)注。波音、空客、GE將其作為戰(zhàn)略性技術(shù)之 一進行攻克，并已開展布局建設(shè)。我國3D打印技術(shù)雖然起步較晚，但也取得了輝煌 的成就。中國商飛設(shè)計制造的國產(chǎn)大飛機C919在設(shè)計過程中也大量采用了3D打印技 術(shù)制造的鈦合金技術(shù)部件。3D打印在民用航空航天市場的應用不僅體現(xiàn)在制造領(lǐng)域， 也體現(xiàn)在機務(wù)維修方面。3D打印發(fā)動機零部件的出現(xiàn)解決了發(fā)動機維修所需備件的 采購難題。利用3D打印技術(shù)可以方便快捷地制造出所需的零備件，解決了航空發(fā)動 機維修企業(yè)采用傳統(tǒng)方法短時間內(nèi)無法滿足設(shè)備、工藝等基礎(chǔ)條件的難題，大大縮 短了維修周期。在機務(wù)維修領(lǐng)域，會接觸到很多外形結(jié)構(gòu)復雜的異形零件，在高空 的極端環(huán)境下，可能發(fā)生結(jié)構(gòu)的形變，這時候可以利用3D打印制造出同樣零件進行 對比、測量判定磨損或者腐蝕情況，從而確定該零部件是否需要更換。

            

（三）汽車及醫(yī)療領(lǐng)域也是主要方向，短期受成本及規(guī)模限制拓展有限

            

汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域的3D打印技術(shù)也正在應用。汽車工業(yè)是 3D 打印技術(shù)最早的應用 領(lǐng)域之一，其在模型設(shè)計、復雜零件制造、整車模型制作等方面相比傳統(tǒng)工藝具有 高精度、低成本、重量輕的特點，可滿足汽車零部件定制化需求。而醫(yī)療行業(yè)一直是 3D 打印技術(shù)主流應用領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可應用于齒科、骨科甚至活體器官制作。 在模具行業(yè)，3D打印可替代CNC加工技術(shù)，具有周期短、成本低的優(yōu)勢。3D打印開 辟了多元化應用，但由于3D打印技術(shù)目前受體積、成本、規(guī)模化限制，目前拓展有 限。隨著技術(shù)進步，3D打印機大型化、打印速度加快，3D打印未來有一定增長空間。

            

此外，長期看，醫(yī)療領(lǐng)域有望也是長期內(nèi)增材制造主要應用市場之一。據(jù)《Global Additive Manufacturing Market, Forecast to 2025》（Frost & Sullivan's Global 360° Research Team 2016年5月發(fā)布），美國助聽器生產(chǎn)在不到500天的時間內(nèi)就轉(zhuǎn)換為 100％ 3D打印。這種轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵是3D打印機使人工勞動密集型行業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊?業(yè)。降低成本，提高質(zhì)量并以患者為中心，其他子行業(yè)也在研究增材制造技術(shù)。該技 術(shù)通過提供義肢和牙科的定制功能，以及通過生物打?。茖W家可以在其中打印人 類大小的骨骼，軟骨和肌肉）實現(xiàn)了以患者為中心的方法，醫(yī)療植入體領(lǐng)域的定制 化特征使其更適合用增材制造技術(shù)。

            

            

            

五、復盤：全行業(yè)覆蓋的雙刃劍，聚焦專業(yè)領(lǐng)域求突破

            

（一）3D 系統(tǒng)：短期并購推動營收，盈利能力受限于多領(lǐng)域滲透不足

            

多年布局下，3D系統(tǒng)已實現(xiàn)多領(lǐng)域3D打印應用全流程覆蓋。3D 系統(tǒng)公司（股票代 碼：DDD.N）于1993年成立于美國特拉華州，向全球客戶提供全面的3D打印解決方 案，包括塑料和金屬3D打印機、材料、數(shù)字設(shè)計工具、定制服務(wù)等。公司的3D打印 機類型多樣，包括立體光刻（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、直接金屬打印機（DMP）、 多點噴射打印機（MJP）和彩色噴射打印機（CJP），滿足醫(yī)療保健、航空航天、汽 車和耐用品等應用場景的不同需求。公司的打印機大多使用自主開發(fā)且銷售的專有 材料，包括塑料、尼龍、金屬、聚合物牙科材料等，同時通過第三方的研發(fā)和購買補 充材料組合。為了實現(xiàn)價值鏈全流程覆蓋，公司還提供設(shè)計工具、掃描儀、模擬器等 產(chǎn)品和維修培訓服務(wù)。多環(huán)節(jié)覆蓋下，公司營業(yè)收入位于同業(yè)前列。在全球主要上 市3D打印公司中（AM3D.DF、VJET.N、DDD.N、SSYS.O、688333.SH），2022 年以美元結(jié)算下，公司營收位居第一達6.16億美元。

            

公司下游應用廣泛易受宏觀因素影響，階段性營收增長的主要推力為并購擴張。自 1990年以來，公司營收規(guī)模持續(xù)增長，但增長率波動較大。一方面，公司消費級品 類多樣，營收增速受宏觀經(jīng)濟影響，如2008-2009年全球經(jīng)濟衰退造成公司營收下降 28%，2010年經(jīng)濟復蘇拉動營收增長率超過40%。另一方面，增長率受公司自身因 素影響，如1994年公司推出新的產(chǎn)品和服務(wù)使得營收增長率從19%躍升至39%， 2006年銷售渠道受阻導致營業(yè)收入轉(zhuǎn)增為減?？傮w來看，公司2010-2014年銷售額 增加的絕對值最為明顯，但主要來源于企業(yè)并購，自身原有的經(jīng)營業(yè)績增長較為平 緩。不完全統(tǒng)計，2009年至2014年初，公司累計發(fā)生40余次并購交易，累計貢獻超 過40%的營收。

            

整體毛利率長期穩(wěn)定，高毛利的打印服務(wù)及材料收入占比提高，利于穩(wěn)定打印設(shè)備 業(yè)務(wù)毛利率的波動帶來的消極影響。目前公司主營三大業(yè)務(wù)，分別為打印設(shè)備、打 印服務(wù)及打印材料。打印設(shè)備業(yè)務(wù)受競爭加劇影響，毛利率波動較大且呈逐步下降 趨勢，該業(yè)務(wù)毛利率已從2012年的42.80%下降至2018年的30.80%，2017年已降至 23.40%，對整體毛利率造成消極影響。相比之下，輕資產(chǎn)運營模式的打印服務(wù)、打 印材料，公司可憑借迅速響應、周到服務(wù)、定制化等維持其一定的溢價能力，毛利率 相對穩(wěn)定。打印服務(wù)、打印材料毛利率2012年分別為45.70%、68.20%，2018年略 有提高達48.40%、70.30%。分業(yè)務(wù)占比看，產(chǎn)品類（打印設(shè)備及打印材料銷售）占 比已從2004年的67.0%下降至2018年62.4%，相對輕資產(chǎn)運營的打印服務(wù)占比提高。

            

            

            

（二）3D 打印滲透低限制前期營收規(guī)模擴大，先發(fā)專利奠定發(fā)展基礎(chǔ)

            

全應用領(lǐng)域布局下公司與行業(yè)整體規(guī)模協(xié)同性突出，前期3D打印滲透率不足限制規(guī) 模擴大。3D系統(tǒng)公司雖于90年代初成立，但其營收規(guī)模卻相對較小，2000年突破1 億美元達到1.10億美元，2010年才達到1.60億美元，之后隨著公司開始大規(guī)模并購其營收規(guī)模實現(xiàn)了較大提升，2021年營收達到6.16億美元。其中，在公司發(fā)展前期 （指公司開始大規(guī)模并購的2009年之前），3D打印應用滲透率不足是造成公司經(jīng)營 規(guī)模較小的主要原因。一方面，市場的疲軟來自于高昂的機器價格，工業(yè)級市場不 易消化，更不用談后期才逐漸增長的消費級市場。據(jù)WILLIAN BLAIR & COMPANY， 在1996年之前，相關(guān)機器的ASP接近30萬美元，市場需求僅局限于部分大型公司及 科研院所。后期，主要廠商開始推出低成本的3D打印機器及增材制造系統(tǒng)。3D系統(tǒng) 公司主要競爭對手之一，Stratasys在2002年推出行業(yè)內(nèi)第一臺真正意義上的低成本 3D打印機器，該型機器的價格下降至2.99萬美元，2006年相似產(chǎn)品價格下降至1.89 萬美元。另一方面，相關(guān)必需軟件如CAD建模工具等尚未發(fā)展成熟，以及此類軟件 的高價格限制3D打印技術(shù)的更新?lián)Q代。據(jù)WILLIAN BLAIR & COMPANY稱，CAD設(shè) 計席位在90年代初大概花費4萬至5萬美元，到2005年只需花費5000美元?；诖耍?在該時期，行業(yè)滲透率的不足致使公司營收規(guī)模較低，且與行業(yè)的協(xié)同性較大。

            

專利布局較早奠定發(fā)展基礎(chǔ)，先發(fā)優(yōu)勢搶占利基市場。據(jù)上文，3D打印行業(yè)核心技 術(shù)集中在打印設(shè)備及打印材料的研制。3D系統(tǒng)公司在2009年大舉并購前期，就已掌 握較多核心專利。例如，公司在1986年最先推出基于SLA技術(shù)的快速原型制造技術(shù)， 2001年通過收購DTM（選擇性激光熔融技術(shù)SLS發(fā)展者，該技術(shù)于1992年推出）進 入了高端系統(tǒng)市場。除打印設(shè)備外，公司在早期已具備打印多種材料，包括金屬、塑 料、尼龍、石蠟等的能力，并可在同一型機器中實現(xiàn)打印。至2014年，3D系統(tǒng)公司 已具備為客戶提供超過100中材料的打印服務(wù)。此外，公司陸續(xù)推出利基市場產(chǎn)品， 將其技術(shù)逐步拓展至新興市場。2005年，公司推出應用SLS技術(shù)的Sinterstation Pro Models 140及230，采用智能處理系統(tǒng)、模塊設(shè)計、自動粉末處理、靈活激光布置等 多種先進技術(shù)。彼時，公司推出第四代工業(yè)級領(lǐng)先設(shè)備InVision LD打印設(shè)備，價格 為1.49萬美元，并運用于教育市場，逐步滲透入當時的新興領(lǐng)域，為后續(xù)的全產(chǎn)業(yè)鏈 布局奠定一定基礎(chǔ)。

            

在維持打印及增材制造設(shè)備技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，公司通過拓展材料服務(wù)提高客戶粘 性及盈利能力。據(jù)上文，打印設(shè)備毛利率波動較大，而打印材料業(yè)務(wù)具有輕資產(chǎn)、高 毛利的特征，并且相比設(shè)備，其具有消費品的特征，是現(xiàn)金流可持續(xù)性較強的優(yōu)質(zhì) 資產(chǎn)之一。基于此，公司在維持其3D打印及增材制造設(shè)備技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，致力 于提高自制打印材料研制能力及銷售渠道。一方面，公司不斷提高自產(chǎn)材料的性能 及推出可適合打印的多種專有材料。21世紀初，3D系統(tǒng)公司借助其更新的系統(tǒng)，已 實施了專有的閉環(huán)物料輸送系統(tǒng)，并引入了新的工程物料，以期重新獲得其可消耗 的經(jīng)常性物料收益業(yè)務(wù)，并研發(fā)專用于自產(chǎn)設(shè)備的材料。2004年，其自產(chǎn)專用材料 營收已達到整體收入的三分之一。例如，2006年第二季度，3D Systems推出了 DuraForm FR，專用于新型Sinterstation Pro SLS系統(tǒng)。DuraForm FR進一步擴大了 TDSC的競爭地位。截至2013年，公司大多3D打印材料是其專有的，直接應用于自 產(chǎn)設(shè)備，包括Accura DuraForm、CastForm、LaserForm和VisiFel等材料系列。另 一方面，公司采取“強制銷售”方式，加大其材料業(yè)務(wù)在客戶群體中的滲透。公司 通過RFID芯片跟蹤打印設(shè)備材料的使用，并通過“懲罰性損害賠償”（比如取消對 打印系統(tǒng)的保修），來“強制”客戶使用其專利材料。但大多數(shù)客戶選擇專利材料 是為了自己的利益，因為多數(shù)材料是與公司系統(tǒng)一起設(shè)計的，系統(tǒng)在這些專用材料 上運行速度更快、效率更高。此外，公司3D打印部件的材料成本通常大大低于終端 用戶所打印設(shè)備的價值，因此少有客戶“詬病”此種銷售方式。

            

            

            

（三）大舉并購忽視行業(yè)需求埋隱患，部分專利到期競爭加劇惡化盈利

            

2009-2014年大舉并購，以實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈及多市場領(lǐng)域布局。在2009年之前，公司 也有進行并購，但數(shù)量較少、領(lǐng)域多為打印技術(shù)的收購。例如1997年收購EOS的 stereos立體印刷業(yè)務(wù)、2001年收購DTM獲得選擇性激光熔融技術(shù)等。2009~2014年， 是公司快速發(fā)展的時期，期間多數(shù)營收由并購而得，公司也因此實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈及多 市場領(lǐng)域的布局。例如，據(jù)Fabbaloo網(wǎng)站新聞，截至2015年5月，3D系統(tǒng)公司在過 去6年期間進行了多次收購，累計超過50次；其中，最大的收購系2012年初以1.37億 美元收購Z corporation以及Vidar systems；分領(lǐng)域，2011年之前公司大多數(shù)并購交 易在打印服務(wù)領(lǐng)域進行，例如2010年從Bytes corporation收購主營個人3D打印業(yè)務(wù) 的Bits以進軍消費品市場。2011~14年間則在硬件、軟件和材料領(lǐng)域的收購力度有所 增加，例如2012年收購具有從掃描到CAD軟件自制能力的RapidForm，2013年收購 生產(chǎn)消費者定制3D打印產(chǎn)品的COWEB、全球領(lǐng)先的3D創(chuàng)作解決方案供應商 Geomagic、以1500萬美元收購選擇性激光燒結(jié)打印機研制公司Phenix Systems。

            

忽視行業(yè)需求下巨額并購埋商譽減值風險，家庭式及消費性打印產(chǎn)品需求增長乏力 是主因。在2009-2014年公司大舉并購時期，恰是時任美國白宮總統(tǒng)奧巴馬陸續(xù)發(fā)布 一系列關(guān)于增材制造及3D打印激勵舉措，以及航空巨頭GE、惠普集團高調(diào)進入3D 打印及增材制造的時期。且該時期由于部分專利到期，行業(yè)內(nèi)競爭加劇，公司在此 環(huán)境下采取激進并購方式，擬維護其高市場份額的地位。但并購大部分為家庭及個 人消費式桌面打印需求，增長潛力受限，娛樂性及獵奇心難以維系后需求增長乏力， 前期并購公司商譽大額減值使得業(yè)績承壓。基于此，公司層面，2015年共計提5.37 億美元的商譽減值，占同期毛利潤的183.90%，致使該年公司凈利潤同比下滑 5732.83%。在該領(lǐng)域業(yè)務(wù)持續(xù)萎縮的壓力下，公司同年決定停止消費者打印設(shè)備的 消費者網(wǎng)站運營及產(chǎn)品零售，如停止銷售999美元的消費級3D打印機、關(guān)閉公司消 費級產(chǎn)品銷售網(wǎng)站Cubify.com，開始專注工業(yè)應用。次年，公司退出四條入門級3D 打印產(chǎn)品生產(chǎn)線。除公司外，消費者業(yè)務(wù)需求乏力還體現(xiàn)在美國另一3D打印巨頭 Stratasys經(jīng)營上。該公司于2013年花費4億美元收購專門從事塑料型家庭3D打印設(shè) 備企業(yè)MakerBot，但在次年2月Stratasys發(fā)布業(yè)績時，MakerBot部門收入增長從快 速增長降至7%，并在后續(xù)連續(xù)5個季度虧損。該部門在2015年10月宣布重組，并裁 員20%，宣告該筆收購失敗。

            

            

            

巨頭布局催化金屬增材制造市場熱度，客戶粘性不足下主營設(shè)備銷售的公司業(yè)績安 全邊際較低。SLM SOLUTIONS GROUP（股票代碼：AM3D.DF）是德國一家金屬 增材制造技術(shù)領(lǐng)先的供應商。SLM Solutions致力于在選擇性激光熔化，真空和金屬 鑄造領(lǐng)域的機器和集成系統(tǒng)解決方案的研制。SLM Solutions下游客戶涵蓋航空航天， 能源，醫(yī)療保健和汽車行業(yè)。2016年9月SLM收到GE的要約收購，但因收購未達到 75%的最低門檻后于同年10月末終止。SLM于2014年5月上市，在2016年GE陸續(xù)收 購多家金屬增材制造企業(yè)期間，疊加9月末GE對SLM的要約收購，SLM股價在2016 年全年的漲幅為70.99%。但在后期，因SLM主營設(shè)備銷售且規(guī)模較小，抗風險能力 較低，營收增速逐步下滑。2017年，據(jù)SLM公司年報，公司2017年雖有較大額訂單， 但訂單的簽署卻有所延遲到年后，公司稱“雖然客戶對我們的產(chǎn)品很感興趣，但到 實際簽署的時候客戶卻都很沉默”；2018年，因一臺機器在內(nèi)部運輸過程中損壞， 公司在與客戶進行談判過程中拒絕對某些條款如折扣進行讓步，訂單受較大影響， 且由于增材制造的應用仍處于前期滲透階段，公司拓展新客戶壓力增加，營收增速 出現(xiàn)較大幅度的下滑。2017年營收增速從2012年以來的兩位數(shù)回落到個位數(shù)達 2.21%，次年營收增速更是下滑至-13.13%。從毛利率近幾年持穩(wěn)看，公司產(chǎn)品并未 有較大幅降價，或反映公司實際技術(shù)溢價能力在同業(yè)中仍然較強，影響盈利規(guī)模及 能力的提升關(guān)鍵或在于客戶對增材制造產(chǎn)品的接受程度而非業(yè)內(nèi)競爭。

            

來源：未來智庫