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1、3D打印为传统制造业的补充，技术特点契合航空航天

1.13D打印可成形定制化复杂结构，是传统制造业的重要补充

3D打印，又称增材制造（AdditiveManufacturing，AM），是对于传统工业生产的一种变革性方法。传统的减材制造工艺是指利用已有的几何模型工件，用工具将材料逐步切削、打磨、雕刻，最终成为所需的零件。而3D打印恰恰相反，通过借助于3D打印设备，对数字三维模型进行分层处理，将金属粉末、热塑性材料、树脂等特殊材料一层一层地不断堆积黏结，最终叠加形成一个三维整体。3D打印是一种跨学科的交叉技术，涵盖机械、材料、计算机视觉、软件、电子等多个学科，而其中核心的技术在于3D打印机的制造，对于材料、软件、设计等也有特殊要求。

与传统制造工艺相比，3D打印具有可成形复杂结构、缩短产品实现周期、产品强度高重量轻、材料利用率高等特点，但其成本也比较高。3D打印技术的特点具体如下：（1）可制造复杂几何结构的部件，实现一体化生产，结构的复杂性不会带来额外的成本。设计师不再受到传统制造工艺的约束，可以更自由地创造零件。（2）缩短新产品研发和实现周期。传统工艺在研发新产品时，需要设计生产新模具，建立装配流程，而3D打印无需模具，工艺流程短。（3）产品具有强度高、重量轻的特点。3D打印部件可以实现传统工艺难以加工的蜂窝点阵结构，在保证性能的前提下，大幅减轻重量。基于3D打印快速凝固的工艺特点，可以实现良好的力学性能，从而保证强度有所提高。（4）材料利用率大幅提高。由于材料是逐层叠加的，在生产过程中几乎不会产生材料的浪费，材料利用率达到90%以上。（5）设备成本和材料成本较高。工业级3D打印设备价格昂贵，少则一两百万元，多则上千万元。此外，由于工艺比较特殊，3D打印对材料有特殊的要求，普通材料需要经过调整。而材料的研发难度大，成本较高，在一定程度上限制了3D打印的发展。

1.余年发展技术逐步完善，多材料、大型化、批量化为改进方向

经过30多年的发展，3D打印技术不断完善，目前已形成了3D生物打印、有机材料打印、金属打印等多种打印模式，鉴于国内大型3D打印企业如铂力特等主营金属打印，本文重点论述该打印模式的特征。金属3D打印一般利用激光、电子束能量源熔化金属粉末，使得金属粉末熔结，堆积形成一个整体结构。在整个工艺中金属粉末的输入方式有两种，铺粉和送粉。根据不同送粉方式，金属3D打印工艺原理分为定向能量沉积（也称为送粉）和粉末床选区熔化（也叫为铺粉）。铺粉指把金属粉末铺到基板上，形成一个薄层，然后通过激光熔化薄层上的特定区域进而熔结在一起。与铺粉相比，送粉未形成薄层，通过粉末喷嘴直接把粉末输送到激光在基体上形成的熔池中，熔结形成一个整体。主流的金属3D打印技术根据原理可以大致分为激光选区熔化技术（SLM）、电子束熔化成形（EBM）、激光净成形技术（LENS）电子束熔丝沉积技术（EBF）。

金属3D打印工艺中金属粉末质量是影响最终打印部件结构及性能的关键因素之一，目前国内制粉水平接近国外但仍有差距。金属粉末质量越好，粒径越小，其打印出的产品致密性、机械性能越好。年国外公司3DSystems制出的粉末粒径为6-9μm,国内钢研高纳年生产粉末粒径为10μm。铂力特公司建成的粉末生产线，可用于其自制的3D打印设备，提高打印产品质量。根据铂力特招股书，其研制粉末粒径最低为20μm左右，与国内外先进公司有一定差距。

对于金属3D打印（增材制造）而言，其特性决定了它的应用将是传统制造工艺的重要补充而非完全替代，且体现在不同行业的不同环节上应用均有所差异。据德勤咨询发布的《科技、传媒和电信行业预测》与《Additivemanufacturingmethods–stateofdevelopment,marketprospectsforindustrialuseandICT-specificchallengesinresearchanddevelopment》，与使用数控机床相比，增材制造的每个零件成本更加高昂，且每个零件制造时间为数小时而非数分钟（同样不包含精加工和各类后期加工时间）。相对于传统制造业擅长的批量化、规模化生产领域，3D打印效率较低、成本较高。此外，3D打印机目前功能比较单一，对于不同的材料，可能需要不同型号、工艺的打印机，这就需要制造企业购置多台不同型号打印机，增加了生产成本。尽管如此，某些零件只可能通过3D打印制作，如上文所述的部件内几何蜂窝结构。另外，当零件量过低时，如原型制作以及模具应用环节，传统制造方法和减材制造工艺不适用或者成本过高、时间过长时，则也只可采用3D打印方法。基于3D打印自身的特点，从环节上来看，3D打印更偏向于设计端，更适用于部分小批量、个性化、定制化高端产品的设计与生产，在铸模、铸件、工具、模具和夹具上亦有更广泛的应用。

金属增材制造技术发展中有三个重要的因素，设备、材料和工艺，目前在这三方面还有提高的空间。为了扩大3D打印技术的应用规模，金属增材制造技术正在朝着低成本、大尺寸、多材料、高精度、高效率方向发展。（1）金属增材设备朝着大型化、专业化方向发展。随着对打印大尺寸结构和特定领域的需求不断增加，金属3D打印设备朝着大型化、专业化发展已经成为趋势。（2）可打印原材料不断增加，复合材料打印开始出现。目前应用于金属3D打印的原材料种类偏少、材料质量不高，随着增材制造在工业领域的不断渗透，市场对于金属3D打印可实现多材料混合打印的需求也逐步上升。此外，多种复合材料同时打印开始出现，可结合不同材料的优点。（3）开发新的金属增材制造技术。传统的金属增材制造技术存在高成本、效率低等问题，其中效率低也是限制增材制造在许多领域替代传统减材制造的关键因素之一。预计随着未来该技术的逐渐成熟，如激光功率的提高、打印路径的优化等，增材制造生产速率或有所改进。

1.3增材制造可打印复杂件，减重、周期短的特点契合航空航天需求

金属增材制造工艺能够契合航天航空产业的苛刻条件。例如，飞行器要求高速、续航时间长、安全高效低成本等条件，对结构设计、材料和制造提出了更高要求。对于增材制造这一改进工艺流程，其较多技术优势能够很好的契合航空航天的多项要求。例如，结合上文，（1）增材制造可实现传统减材工艺无法实现的复杂几何结构件，实现传统工艺无法加工的蜂窝点阵结构，能够在保证性能的前提下大幅减轻部件质量，达到提升航空航天装备机动性、速度及节省高昂的航空燃油费的目的；（2）同时3D打印技术能够缩短高性能部件的制造流程，无需研发制造部件使用的模具，大大缩短了研发周期，降低时间成本，利于加快项目进程；（3）因航空航天装备服役环境恶劣，尤以航空发动机为典型，使用环境为高温、高压，传统材料难以承受，适配于此类环境的材料的研制难度大、价格高昂。增材制造工艺可大幅提高材料利用率的特点可较好契合这特征，可节省装备研制经费。

3D打印技术在航天航空领域也存在一定的缺陷，还需要技术稳定性验证积累。增材制造技术由于本身各向异性的特点决定了机械性能，在不同方向的波动相对较大。例如，据《激光增材制造在航空航天领域中的应用》一文，由于内应力问题和内部质量难控多变等因素，控制增材制造成形零件的变形开裂是一个永恒的问题。此外，在增材制造技术制造的零件机械性能稳定性达到航空航天部门的要求之前，还需要做进一步的工作。随着技术的改进和科技水平的提高，3D打印有望在航空航天领域或有更大的作为。

2、商业模式：具有范围经济优势，掌握设备制造居产业主导

2.13D打印产品偏小批量居多、定制化直销，范围经济或降成本

3D打印产业链覆盖多种服务与应用领域，打印设备厂商占产业链主导地位。3D打印行业上游包括原材料、核心硬件及建模工具（软件）。中游涵盖各类打印技术，以打印设备生产厂商为主，由于设备的匹配性要求，此类厂商往往同时涉及上游。3D打印的下游除了跟踪服务平台，3D打印出的产品应用领域广泛，以航空航天、汽车工业等领域为主，在生物、食品及建筑领域也有特殊应用。由于3D打印的成本较高，真正掌握打印生产能力或设备制造能力的中游厂商在行业中占主导地位。在国际竞争中领先的3DSystems、GE增材、SLMSolutionsGroup等，以及国内主要厂商铂力特、鑫精合、先临三维等均具备3D打印设备制造的相关业务。

基于增材制造工艺特性下目前多为定制化生产，需较早介入甚至参与客户产品设计，这决定了其定制化产品多为直接销售。以铂力特为例，其下游主要是航天航空领域客户。增材制造对微观组织结构的控制能力，能较好满足功能集成性零件、拓扑优化异性零件等需求。而为了更好地完成产品定制化需求，相关公司会进行定制化原材料选择、定制化生产以及设计定制化工艺等。但3D打印产品的定制化直销，有时或导致公司销售额易受下游大客户需求波动所影响。例如，铂力特在-年航空航天领域客户收入占主营业务收入分别为62.35%、54.32%、62.21%，前五大客户也主要集中该领域。

增材制造对原材料利用率明显高于减材制造，但设备成本高，目前多为小批量生产。相较于传统建材制造中材料去除、切削、组装等流程，增材制造按分层制造、逐层叠加的工艺顺序，减免了打磨、拼接等过程中材料的浪费，据铂力特招股书，金属3D打印技术材料利用率可高达95%。尽管根据美国国家标准与技术研究院（NIST），增材制造总体成本与传统制造业相比并不存在明显劣势，但增材制造初始精密设备成本占总成本45%-74%。根据国际成本估算和分析协会（InternationalCostEstimationandAnalysisAssociation）于年发布的研究，按重量计算，增材制造材料的成本比传统制造材料高8倍，设备、材料成本降低依托技术且周期长，边际成本随销量增加几乎不变，难从规模经济受益，导致目前3D打印产品主要是小批量模式。

依托增材制造缩短产品研发周期、降低产品生命周期成本，中短期降成本或依靠范围经济而不是规模经济。相对于规模经济，3D打印行业依托专一核心技术，可以覆盖多种完全不同的产品领域，且只要产品设计合理，几乎不存在设备上的转换成本，可以通过打印模型有效缩短研发周期、产品上市时间，帮助制造企业迅速争取或维持市场份额。例如，据《AnalyzingProductLifecycleCostsforaBetterUnderstandingofCostDriversinAdditiveManufacturing》，数字齿帽（invisalign）从模拟全球牙科生产到数字本地生产的转换节省了85％的物流步骤，将生产以及生产活动的能耗降低了80％。

批量生产并不能进一步降低边际成本，这限制了3D打印产品大批量制造形成规模效应。为更好的分析AM制造过程中的成本变化情况，《AnalyzingProductLifecycleCostsforaBetterUnderstandingofCostDriversinAdditiveManufacturing》一文中采用Augsburg的一个汽车部件样本生产案例进行分析，对机器利用率、折旧、投资、维护费用、构建速率、材料价格等关键因素进行限定，证实机器成本占比高达70%以上。后续论证发现，增加生产数量后，单位成本出现断崖式下降后基本不再受数量增加影响，这是由于建造室利用率对扩大产能不再敏感，而单位产品所需材料固定，即批量生产并不能进一步降低边际成本，这限制了3D打印产品大批量制造形成规模效应。而在之后的论证中发现，改变构建速率、材料成本对成本结构影响较大，而改变利用率、机器投资对成本结构影响较小，这说明3D打印成本降低主要环节集中在设备、材料技术升级。

2.2增材设备直销的客户依赖性低于产品，代理经销多用于培育市场

基于前文论述，主要厂商多进行设备销售，但由于设备定制化程度比产品低，且应用领域较广，下游客户对其依赖程度较低。与铂力特所含的定制化产品制造业务不同，先临三维主要3D打印业务涵盖3D打印设备及材料、3D打印服务，其在-年前五大直销客户变化较大，且营收占比只有10%-30%，对下游客户的依赖程度明显低于铂力特对航空航天客户的依赖。

设备的定制化程度低的同时，易使公司可通过代理经销模式培育及拓宽市场，代理商及供应商对渠道依赖程度高于直销。对于国际巨头如EOS等，以及主要集中于打印设备制造的厂商如先临三维等，3D打印设备及技术的推广需要依靠经销商，设备经销是拓宽国际市场的重要渠道。而对于铂力特等提供全套服务的厂商，尽管代理业务毛利低于直销，但代理国际知名厂商EOS业务有助于其绑定部分重要客户，即通过介绍客户使用代理产品拓展客户群，后推进自产设备进行低成本替代，进而促进长期合作。就渠道依赖程度而言，由于供应商需要对经销商进行设备配套服务的专业培训，经销代理渠道较直销依赖程度略高，如先临三维与UFPDeutschlandGmbH、南京威布三维科技有限公司等存在两年或以上的合作关系，公司海外经销客户促进了海外业务拓展；铂力特主要代理德国EOS的几种设备，代理销售设备及配件营收占比在-年分别达29.08%、36.51%、27.64%。

3、竞争格局：美欧发达国家主导，工业级竞争格局良好

3.1全球竞争格局：美、欧发达国家主导，亚洲国家正后起直追

全球3D打印市场主要集中在北美、欧洲和亚太三个地区，行业内部设备厂商之间竞争激烈。据WohlersAssociates发布的报告，如今美、欧、亚三个地区的3D打印设备累计装机量占到了全球的95%，其中北美占据四成，欧洲和亚太地区各占近三成，美国、中国、日本和德国装机量位列前四。3D打印内部竞争集中于设备厂商之间，年从市场份额看，Stratasys的市场份额为27.2%，虽不及16年，但仍连续16年占据市占率榜首，累计装机量超过五万台。年3Dsystems的市场份额为9.8%，位列全球第二。

金属3D打印新老企业并存，老牌龙头地位稳固，小型企业发展迅速，中低端市场竞争激烈。3D打印材料可分为金属和非金属两大分类，不同材料需要不同的打印原理和设备。美国企业以非金属材料为主，欧洲企业更偏向于金属材料领域。EOS、SLMsolution、3DSystems、ConceptLaser/Arcam（GE收购）等老牌金属3D打印巨头在早期引领了产业的发展，凭借技术优势和企业的深厚底蕴，已经拥有较高的市场份额和客户认知度，并且老牌龙头企业大多与客户高度绑定，地位相对稳固，年Stratasys的市场份额为27.2%，市占率连续16年居全球第一。DesktopMetal、DigitalAlloys等新创企业大多成立于年以后，相关专利到期后技术壁垒降低，新创企业通过不断改进工艺技术、创新业务模式、提升成本控制，部分企业发展迅速。但是由于老牌企业通过长期市场开拓维持着较高的客户稳定性，而且金属3D打印领域对技术和资金的要求很高，大多数小规模3D打印企业处于亏损状态，加之在政府激励政策下涌现了大批企业。据前瞻产业研究院数据统计，年中国3D打印市场66.7%的企业营收规模不到万，整体中低端市场竞争尤为激烈。

金属3D打印总体技术路线趋于稳定，不同企业技术路线相似，新型技术应用空间有限，较难形成竞争优势。金属3D打印经过多年发展，总体技术路线已基本定型，大多数企业选择使用粉末床选区熔化（铺粉）和定向能量沉积（送粉）两大技术，这两种技术占据了全球72%企业的技术路线（据Wohlers年统计）。但是在具体实现工艺上仍有较多分支路线。根据DigitalAlloys的统计，在两大总体技术路线中，激光烧结是主要的工艺实现方式，采用该技术的企业数量占比过半，产值更是占据主导地位。但新的工艺实现方式依然不断涌现，不过中短期内市场拓展难度较大，主要为一些面向特定市场的新型企业等。

3.2国内：铂力特、鑫精合等企业着力培育市场以加大增材制造渗透

国内龙头产品的关键技术指标能够达到国外巨头同类产品水平，产品整体性能相当。由于3D打印设备关键零部件仍然依赖进口（如激光器、振镜等），国内企业技术研发主要集中于基于进口零部件之上的设备制造与软件优化，因此短期内产品性能可迅速赶上国际领先水准。国内企业拥有金属3D打印工程化应用的丰富经验，针对下游客户使用过程中的难点和痛点，进行相关技术的优化和改进，产品性能得到了提升，部分产品指标如成形尺寸、预热温度、氧含量控制以及铺粉效率等方面甚至超过了国外老牌企业。相较于国外公司近30年的发展历史，国内增材制造设备起步较晚，虽然在短时间内取得较快进步，但在设备运行的稳定性、产品质量等方面需要进一步提升。

国内金属3D打印企业主要客户集中于航空航天高端装备领域，盈利能力和稳定性较高，有利于营收规模的稳步增长。海外金属3D打印龙头3DSystems主要客户领域较为分散，汽车、航天、医药、材料以及各类消费级市场皆有所涉猎，尽管年毛利率为47.17%，但期间费用率高达约53.45%，其中销售及一般行政费用率较高，一定程度上反映消费级及工业级市场的竞争较大且推广应用的难度。国内企业在品牌效应、渠道、技术等方面有所劣势的情形下，多个领域多管齐下难度较大且难以稳定快速发展。航空航天领域客户粘性较大，销售费用率相对较低，盈利能力的绝对值以及稳定性往往能够得到可靠保证，因此大多数国内优质企业主要依托于航空航天领域发展并逐渐拓宽市场。铂力特在航空航天领域的主要客户比例高达68.94%，为盈利质量和成长稳定性提供了重要保障。

国内企业发展时间较短，整体营收规模和市占率水平较低。国内优质企业领衔开展市场培育与国产替代进程，由代理逐步走向自产，基于成本和需求端的一定优势，发展前景良好。多数国内3D打印企业于年后进入高速发展期，目前整体市占率依然较低。随着自有技术和产品的不断进步，国内龙头企业成长较快，已具备一定的市场规模。据3D科学谷统计，目前中国市场份额前八的企业中，国外品牌占37.6%，国内联泰(树脂)、华曙(尼龙及金属)、铂力特(金属)分别占16.4%、6.6%和4.9%。但相比海外老牌企业，国内企业的整体营收规模相对较小，仍有较大的成长空间。由于国内产品相比国外同类产品价格较低，而整体毛利水平较为一致，都接近50%，反映出在成本端具有一定优势。例如铂力特主推3D打印设备S平均单价.16万，同类产品EOS-M平均单价.63万，在产品性能相当的前提下，国内产品具有一定价格竞争优势。目前国内企业如铂力特等，正逐步开展市场培育与国产替代进程。以国内金属3D打印领先企业铂力特为例，其商业模式包括以销售代理EOS设备产品为先获取稳定客户群体，之后向客户推荐性能相当但价格更低的自产产品进行国产替代，由此从代理逐步走向自产。近年来铂力特自产比重逐步提高，在航空航天领域逐步加大使用。

4、金属增材制造市场规模稳步上升，航空航天或为主要增量

4.1全球增材制造市场规模稳步增长，航空航天及汽车应用提升

全球增材制造市场规模持续上升，下游应用领域多元。据WohlersAssociates数据，年全球增材制造市场规模达到96.8亿美元，同比增长32%，参考其年的预测，年市场规模或达到亿美元。年增材制造五大应用领域分别为航空航天、汽车、工业机械、消费电子和医疗，合计占比接近80%。3D打印在航空航天和汽车领域应用规模稳步提升。年度，3D打印在航空航天和汽车领域应用规模占比分别18.9%和16%，市场规模为13.87亿美元和11.74亿美元，相较年分别提升了2.3%和2.2%。此外，增材制造在消费电子、医疗器械等方向也有一定拓展。

3D打印技术满足航空航天零部件制造和研发的主要目标，增长潜力较大。3D打印在航空航天领域主要应用于飞机、飞船等精密零部件的设计与制造等方向。它能够缩短设计和测试航空发动机的时间，减轻零部件重量，提高燃料效率等。与其他应用领域相比，航空航天领域注重安全与性能，价格敏感度较低，使得3D打印在该领域率先发展。据EY年发布的《If3Dprintinghaschangedtheindustriesoftomorrow,howcanyourorganizationgetreadytoday?》，EY称航空航天当前为3D打印渗透率最高的应用，且未来最有可能成为规模较大的市场。3D打印性能的提升与成本的降低使其应用规模逐渐扩大。从到年3D打印市场一直发展低迷，由于性能不高，应用领域狭窄。年之后，3D打印快速发展，得益于新的打印机、耗材和商业模式的推出，不断提升3D打印机性能以及探索应用边界。行业巨头加快收购，扩张全球化销售网络，亚太市场从无到有，欧洲经济回暖等多重因素促使近年来3D打印行业获得快速发展。欧美市场占比较大，中国市场有增长潜力。据WohlersAssociates预测，年-年全球3D打印行业将保持年均24%的复合增速。统计数据显示，年中国3D打印市场规模为17.5亿元，同比增长47.4%，高于平均水平。从年地区增材制造设备装机量分布格局看，据铂力特招股说明书，北美、亚太、欧洲为全球最主要市场，其中分国家看中国装机量占比达10.6%位于全球第二，略高于日本的9.3%，但较大幅低于美国的35.9%。中国地区3D打印市场是价值洼地，目前国内产业化不足，高端金属材料紧缺。但随着政策扶持、技术瓶颈攻克和企业间合作加深，中国市场3D打印将取得快速发展。工信部等部门印发的《增材制造产业发展行动计划（-年）》明确提出，我国增材制造年销售收入超过亿元，年增速在30%以上。

4.2以SLM技术为代表的金属增材制造正逐步加大在航空航天应用

金属增材制造SLM、EBM、LENS技术正逐步加大在航空航天领域的应用。应用到航空航天制造领域的金属增材制造技术，按工艺类型主要可分为:激光选区熔化(SLM)，电子束选区熔化(EBM)，激光近净成形(LENS)等，这三项技术在航空航天制造中都有很多应用。其中，SLM技术是近年快速发展的新型金属增材制造技术，在整体化航空航天复杂零件等领域具有广泛应用前景。目前，欧美发达国家尤其是美国在SLM的设备研发、软件开发、粉末原材料制备、工艺优化及质量监测等方面处于领先地位。此外，3D打印市场近几年最大的转变是市场从塑料打印转向金属打印。据德勤《科技、传媒和电信行业预测》报告，至年间，一项3D打印行业调查显示，尽管塑料仍然是最常见的物料，但塑料打印在3D打印领域的占比仅一年已从88%下滑至65%，而金属打印的占比从28%增至36%，按该比率计算，金属似乎有可能取代塑料，且最快于或年占据过半3D打印市场。

航空航天领域正逐步加大对增材制造的应用，以GE布局及收购进程尤为典型。GE公司从年开始布局增材制造技术，通过不断并购实现从增材制造的用户方到服务提供方的转变。如上文所述，金属增材制造的工艺特点使其可打印内部结构轻量化的复杂部组件，减重特性下亦吸引国际航空巨头GE公司进入该市场。据铂力特招股书，以燃油喷嘴为例，采用3D打印技术比传统生产将零部件数量从20个降为3个，重量减少25%，使用寿命延长到5倍，燃油效率也大大提升。GE于年4月获得了其首个增材制造零件的联邦航空管理局（FAA）认证，其喷气发动机LEAP-1C被誉为革命性推进系统。年，GE公司成功收购瑞典Arcam公司和德国ConceptLaser公司，成为金属增材制造领域的巨头，在航空发动机领域实现了增材制造零部件的规模化应用。据GE年年报，这两次收购使得GE在增材制造设备市场占据了20%的份额，我们相信增材制造的长期市场潜力是巨大的，大约有亿美元，我们计划到年在附加设备和服务方面，从现在3亿美元发展到10亿美元收入…在未来十年，增材制造可以使通用电气的产品成本减少30亿至50亿美元，并创造新的性能…我们AdvancedTurboprop是第一个充分利用增材工具的航空产品，减少了30%的零件并将其‘cycletime’缩短50%。据GE年年报，GE已经为CFMLEAP发动机（也是我国C飞机选用的发动机）使用增材制造技术生产了超过00个燃料喷嘴头，仅在年一年中就交付了多个，未来3D打印技术还将在GE9X、Catalyst涡轮螺旋桨发动机和T等型号上实现更大规模的应用。

3D打印技术在民用航空领域同样备受

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