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3D打印行业分析报告
3D打印研究报告
3D打印又被称为增材制造，是一种新型的制造方式，始于上世纪80年代，经过30多年的发展，技术已经比较成熟，被广泛应用于航天、军工、医疗等领域，同时也被应用于与我们生活息息相关的文化创意领域。
3D打印技术将深刻改变传统行业的产业模式，实现从传统制造向智能制造迈进。
3D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术之一，也越来越受到投资界的关注。
2015年2月，工信部、发改委和财政部联合发布《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》；8月份，李克强总理主持国务院先进制造与3D打印专题讲座，听取了相关专家对于3D打印的介绍。
我们相信未来将会有更多的扶持政策出台以支持国内3D打印的发展，该行业有望涌现出一批优秀的企业。
从市场表现看，未来几年，全球3D打印市场规模年均增速有望继续保持在30%以上，国内则超过40%，相关优质企业业绩增速则远高于行业平均水平。
对于银行来说，降低投资风险最为重要，本文针对3D打印相较于传统制造方式的优势及存在的问题，以及国内外的相关行业发展情况做了分析。
第一章3D打印行业及其发展现状
1.13D打印概念
3D打印技术，学术上又称“添加制造”（additivemanufacturing）技术，也称增材制造或增量制造。
根据美国材料与试验协会（ASTM）2009年成立的3D打印技术委员会（F42委员会）公布的定义，3D打印是一种与传统的材料加工方法截然相反，基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式。
其采用直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。
3D打印技术内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”（rapidprototyping）和全生产周期的“快速制造”（rapidmanufacturing）相关的所有打印工艺、技术、设备类别和应用。
3D打印涉及的技术包括CAD建模、测量、接口软件、数控、精密机械、激光、材料等多种学科的集成。
3D打印其实和传统打印机类似，都是由数据驱动硬件完成打印，且都集合了软件、机械、电子多个学科。
但两者在打印材料和原理上存在极大的差异。
3D打印材料可以分为金属和非金属两大类，形态包括固态、液态、粉末等。
每一类材料都对应一种或多种打印原理。
因此，3D打印在复杂程度上远超传统打印。
图表1传统打印与3D打印对比
3D打印流程一般包括数据获取、数据处理，打印和后处理四个步骤。
前两个步骤主要涉及软件和光学成像技术，第三个步骤涉及材料、机械和电子。
前三个步骤相辅相成，任何一个环节存在问题都会影响打印的最终结果。
后处理步骤更多是采用传统加工方式改善打印物品的外观和特性。
由于打印步骤所涉及的技术和领域最广泛，行业内的关注点普遍集中在打印步骤。
3D打印的核心技术大多也围绕着这一步骤发展。
图表23D打印流程图
3D打印技术发展至今，在最初的基础上已经衍生出几十种打印技术。
ASTMF42增材制造技术委员会在其发布的《增材制造技术标准术语》（ASTMF2792-12a）把打印原理分为七大类，主流的技术都可以归入这七类原理。
图表33D打印技术的类型和属性
3D打印技术的发展起源可追溯至20世纪70年代末到80年代初期，美国3M公司的AlanHebert（1978年）、日本的小玉秀男（1980年）、美国UVP公司的CharlesHull（1982年）和日本的丸谷洋二（1983年）四人各自独立提出了这种概念。
1986年，CharlesHull率先推出光固化方法（stereolithographyapparatus，SLA），这是3D打印技术发展的一个里程碑。
同年，他创立了世界上第一家3D打印设备的3DSystems公司。
该公司于1988年生产出了世界上第一台3D打印机SLA-250。
1988年，美国人ScottCrump发明了另外一种3D打印技术——熔融沉积制造（fuseddepositionmodeling，FDM），并成立了Stratasys公司。
目前，这两家公司是仅有的两家在纳斯达克上市的3D打印设备制造企业。
1989年，C．R．Dechard发明了选择性激光烧结法（selectivelasersintering，SLS），其原理是利用高强度激光将材料粉末烧结直至成型。
1993年，麻省理工大学教授EmanuaSachs发明了一种全新的3D打印技术。
这种技术类似于喷墨打印机，通过向金属、陶瓷等粉末喷射粘接剂的方式将材料逐片成型，然后进行烧结制成最终产品。
这种技术的优点在于制作速度快、价格低廉。
随后，ZCorporation公司获得麻省理工大学的许可，利用该技术来生产3D打印机，“3D打印机”的称谓由此而来。
此后，以色列人HananGothait于1998年创办了ObjetGeometries公司，并于2000年在北美推出了可用于办公室环境的商品化3D打印机。
图表43D打印行业发展历程表
1.23D打印发展现状
1.2.1全球3D打印行业发展现状
根据WohlersAssociate统计，2014年全球3D打印收入规模约为41亿美元，其中打印服务收入规模约为13亿美元。
相对一些成熟行业，3D打印行业整体规模较小。
市场主要集中在北美、欧洲和亚太三个地区。
这三个地区的3D设备累计装机量占到了全球的95%，其中四成在北美（美国为主），欧洲和亚太地区各占近三成。
美国、德国、日本和中国四个国家累计装机量排名前列。
2014年设备销售规模排名前四的国家依次为美国、中国、日本、德国。
3D打印需求端主要分为工业打印机和桌面打印机。
桌面级外形样式大小接近于个人电脑，主要用于工业设计、大众消费品制造领域，而专业级又细分为两个部分：
原型制造、大型金属结构件直接制造，已在汽车、航空航天等工业领域应用中初露锋芒。
美国和欧洲企业在全球3D打印行业处于领导地位。
技术方面美国和欧洲起步最早，其他地区普遍起步于20世纪90年代中后期。
3D打印最初的4项技术均源自美国。
美国和欧洲在产业化方面优势明显，3D打印产业链上下游公司多为欧美企业。
欧洲设备厂商在金属3D打印领域技术领先。
日本早在1988年就研制出光固化设备，后来设备价格下降，很多厂商退出了市场，近年来也在朝金属3D打印领域发展。
中国在技术方面起步并不算晚，但在产业化方面相对落后。
图表5截至2014年全球工业3D打印机累计装机量分布
图表61988-2014年全球工业级3D打印机出货量
图表72007-2014年全球消费级/桌面级3D打印机出货量
1.2.2中国3D打印行业发展现状
我国3D打印相对欧美国家起步较晚，不论在技术还是市场推广方面均存在差距。
其中，技术方面，我国工业机与国外先进技术水平相比落后10年左右，消费级相差不大；市场推广方面，工业级与国外（欧美）相比落后10年以上，桌面级落后国外2~3年。
但正如汽车、高铁等高端制造领域一样，我国3D打印拥有全球最大的潜在消费市场。
受全球3D打印热潮的席卷以及在工业4.0、智能制造背景下，我国3D打印近几年实现快速发展，市场规模几乎是每年翻倍式增长。
2015年，中国3D打印市场有望超过日本，成为仅次于美国的全球第二大3D打印市场。
中长期来看，中国未来必将超过美国，成为全球最大的3D打印市场。
有人预言，中国在移动互联网领域的发展将会帮助中国3D打印技术达到世界级水平，而中国特有的制造业背景，将会帮助中国成为3D打印技术的领军者。
图表6通过进入壁垒、替代品威胁、买方议价能力、卖方议价能力以及现存竞争者之间的竞争来分析中国3D打印机行业的竞争格局。
图表8我国3D打印机行业竞争格局分析
地理上，我国3D打印分布不平衡，主要分布在长三角、珠三角（广东），北京，湖北武汉，湖南长沙，陕西西安，山东等地区和省市。
其中长三角、珠三角、山东地区临海，相对来说轻工业制造发达，这些企业主要偏重于3D打印应用和材料。
北京地区偏设备，由于教育、理念等相对发达，主要是桌面机；湖南、湖北、西安地区也偏设备，这些地区相对重工业集中，主要是工业机。
图表9我国主要3D打印企业地理分布
1.2.3天津3D打印行业发展现状
滨海新区作为国内最早发展3D打印产业的地区之一，在这一领域已经发力10余年，新区3D打印企业早期主要从事3D打印的技术服务、产品代理销售或者是3D扫描等相关业务。
最近两三年，新区3D打印企业完成换挡，一批具有自主知识产权的产品纷纷亮相。
例如，微深科技便拥有最新研发的GRAMG1桌面式3D打印机；天大银泰公司自主研发的普及型3D打印机也已上市销售；空港经济区内的中国航天科工三院8358所自主研发的3D打印机也在加速产业化。
在业内人士看来，新区3D打印产业化成果的涌现，一方面得益于行业企业的技术积累和突破，另一方面则缘于产业发展环境的向暖。
去年发布的《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》是国内3D打印产业重要的“东风”。
这份计划中明确提出，3D打印销售收入的年均增长速度将达到30%以上。
目前新区的3D打印技术已经应用到国家航天工程中。
此外，3D打印企业和滨海新区先进制造业企业的合作也日趋紧密。
在个人应用领域，天津3D打印的发展还相对滞后，2013年天津首家3D打印体验店在天津市泰安道五大院开门迎客，市民可以在此观看3D打印过程，接触经3D打印快速成型技术打印出的物品。
可见以后3D打印在天津的个人消费领域还有很大的发展空间。
另外，天津也有更多的企业应用3D打印技术生产相关产品。
天津市杰冠医疗科技有限公司（乙方）与银邦股份（甲方）签订了《关于联合开发3D打印义齿的战略合作协议》。
议约定合作业务及目标：
针对乙方的经营义齿业务中可使用3D打印技术的部分，双方充分发挥各自优势，合作完成产品的设计、生产及交付，合作开展3D打印等先进技术在齿科领域的应用推广。
双方希望通过双方的努力合作，争取在1年内完成打印牙冠的相关认证并实现日销售3D打印义齿不少于300颗，3年内实现日销售量不少于2000颗；在3D打印金属牙冠的基础上进行3D打印种植体的研发和推广，争取3年内完成3D打印种植体的医疗认证。
中孚航空科技（天津）有限公司生产的一款型号为Z5的无人机，已经实现了用3D打印技术直接打印飞机外壳。
今后，机内的很多零部件也有望用3D打印出来。
从打印时间上看，达到实验级别的飞机，打印机头和机身各需要10多个小时，这比在工厂里动辄一周的生产时间相比大大缩短，而且还减少了在实验阶段更换飞机部件，每次开模具的时间和费用。
第二章3D打印相关产业链
目前，国内从事3D打印产业的企事业单位根据其主要从事的3D打印产业内容大致可分为3类:
主要从事打印材料研发的上游公司、从事相关打印设备研发与销售的中游公司，以及从事3D打印服务的下游公司。
图表10增材制造产业链示意图
2.13D打印产业链上游——3D打印材料
从产业链横向角度进一步细分，上游材料可分为塑料、金属两大类，以及蜡、石膏、砂等其他各种材料。
对于不同打印技术，对原材料性质要求不同，如SLA技术原材料种类较为单一，主要以液体光敏树脂为主要原材料，而LOM、SLS和FDM对应材料种类较为丰富，涵盖金属、塑料、陶瓷粉末等。
图表113D打印技术用打印材料比对
具体至细分材料：
3D打印材料可分为工程类与光敏树脂两类，且以化学聚合物材料为主，而对于高熔点金属材料种类相对较为稀缺，从而限制了3D打印技术在高端领域应用。
新材料已成为我国七大战略新兴产业之一，政策扶持以及巨大的市场空间将促进3D打印材料的发展，从而进一步提升3D打印的产业化步伐。
图表10为我国主要生产3D打印材料公司的相关情况。
图表12国内3D打印行业上游公司及其主要业务
2.23D打印产业链中游——3D打印设备及软件
3D打印行业设备企业数量众多，规模较大的专业设备厂商有近30家。
按照收入水平划分，处在第一梯队的企业有美国3DSystems和Stratasys。
2014年两家公司的收入分别为6.5和7.5亿美元。
通过大量的并购，两家公司从技术单一的设备商发展为集合多项技术的综合服务商。
3DSystems在光固化、SLS、MJP（多喷头打印）、FTI（膜转印成像）、CJP（彩喷打印）、DMP（金属打印）、PJP（塑喷打印）六个主要技术领域拥有专利。
Stratasys的专利技术主要包括FDM、Polyjet和WDM（蜡沉积成型）。
其余公司大多属于第二梯队。
处在第二梯队的厂商多在细分领域技术领先，但是技术单一，收入规模相对较小，对产业链上下游的控制力也较弱。
EOS作为金属3D打印领域的龙头企业，2014年收入2.16亿美元，设备平均售价68万欧元。
Arcam、ExOne、SLMSolution、Voxeljet收入规模规模均在1亿美金以下。
金属和非金属是3D打印材料的两个主要分类，分别对应不同的打印原理和技术。
金属3D设备平均售价范围为10-80万美元（具体价格取决于打印尺寸和材料），非金属3D设备一般在1-5万美元之间。
美国企业多集中在非金属材料领域，欧洲企业多集中在金属材料领域。
2014年全球专业级3D打印设备出货量排名前三的公司都以非金属3D打印为主。
其中美国Stratasys和3DSystems两家公司的出货量占行业的近七成。
EOS、ConceptLaser、SLMSolutions、Arcam、PhenixSystems五家金属3D设备厂商累计装机量占全球的80%。
由于金属3D设备单价远高于非金属，因此出货量方面不及非金属3D设备。
受专利到期等因素影响，非金属3D打印行业竞争逐渐加剧，设备价格出现下降趋势。
相比之下，金属3D设备的价格仍维持在较高的水平。
我国3D打印的企业大体可分为三派：
学院派、市场派、新生派。
学院派，以“五大高校团队”（清华、北航、华中科大、西安交大、西北工大）为核心衍生出多家3D打印企业，这些企业在技术上有长时间的积累和投入，技术方面具有竞争优势，但由于此类企业往往都是老师和学生作为主力，到了企业，往往会延续之前状态，更多精力聚焦在技术研发上，缺少在市场方面的开拓。
代表企业有北京太尔、西安伯力特、陕西恒通、中航天地激光等。
市场派，则相反，由于涉足3D打印较晚较晚、技术积累不足，更多精力聚焦在市场。
大致有三种情况，一种是有3D打印工作经验的海归创立的企业，如华曙高科；一种是之前代理国外设备然后熟悉并自主开发的企业，如浙江闪铸；一种则是此前做的是3D打印配套业务，而后逐渐往3D打印业务转型，如先临三维。
市场派的企业，偏应用，整合能力较强。
新生派，多数是在3D打印浪潮兴起后的2013、2014年成立的3D打印企业，偏桌面机领域和下游的应用领域，创客居多。
这类企业不仅缺少技术的积累，对市场的把握也是缺少经验。
五大高校团队对3D打印均有十多二十年的研究积累，技术实力强劲。
过程中，他们都已将自己的研究产业化，成立了相应的公司。
这些公司在各自领域均是竞争力比较强的企业。
图表13我国3D打印“五大高校团队”衍生出的相关企业
图表14国内3D打印行业中游公司及其主要业务
2.33D打印产业链下游——应用领域
“中国制造2025”的出台力推中国制造业转型，工业打印机即将迎来蓬勃发展期，需求主要表现在航空航天、汽车工业领域
2.3.13D打印在航空航天和国防领域的应用
按照销售规模排名，2014年3D打印在航空航天业和国防工业的应用规模占比分别为14.8%和6.6%，市场规模分别为6亿美元和2.7亿美元。
航空航天业3D打印应用规模近年来增长迅速，从2013年到2014年，航空航天所占市场份额由10.2%提升到了14.8%。
根据咨询机构ICFInternational在2014的估计，航空航天零部件产业产值约为1500亿美元。
3D打印在其中仅占0.002%，未来市场空间巨大。
WohlersAssociation预计2020年全球3D打印市场规模将达到212亿美元，未来6年行业平均增速31.5%。
假设航空航天业应用规模平均占比保持在16%的水平，则2020年3D打印在航空航天业应用规模将达到34亿美元，未来6年平均增速为33.9%。
预计3D打印在国防工业领域的应用规模预计也将保持30%左右的增速。
目前3D打印在下游行业的应用主要分为原型制造、概念验证和直接制造。
直接制造是指直接用3D打印技术生产最终产品，是未来3D打印的主要发展趋势。
受制于成本和效率问题，直接制造目前只适用于小批量、个性化需求居多的行业，其中最典型的就是航空航天和国防。
图表153D打印在航空航天业的应用
3D打印的应用优势主要有以下几点：
（1）复杂结构的设计得以实现；
（2）满足轻量化需求；（3）提升强度和耐用性；（4）大幅节省成本。
目前3D打印大规模应用的最大障碍是打印件的质量问题。
航空航天业3D打印使用的材料以金属粉末材料为主，成型件和传统方式加工的产品在特性上存在差异，需要经过长时间的验证后才能应用于关键零部件。
3D打印技术的应用局限性主要体现在材料、成本和结构完整性三个方面。
图表163D打印应用局限性
2.3.23D打印在汽车行业中的应用
与航空航天行业一样，3D打印在汽车行业的应用可以降低生产成本，方便快捷的制作汽车中高精度造型复杂的零件，提升工作效率，降低新车型新零件的开发时间。
2014年3D打印在汽车行业的占比达到16.1%，占比有望持续增加。
通常来说，3D打印技术适合于生产小批量的商品。
但是宝马生产线的工人却用这种技术设计和打印了使零部件安装时更容易进行支撑和定位的工具，使用这些工具可以很大程度上增大量产能力；企业组建试验性的生产线也可以部分地采用3D打印技术；使用3D打印的产品临时替代生产设备上有时需要几周才能更换的零件或者一些难以找到的备用件。
使用原有传统生产工艺开发一款新车型，利用3D打印技术根本不需要制作模具，即使需要，时间也可以缩短到一两个小时，制作零部件几个小时就可以完成。
比如研发一个新车门内饰板，只需要把原有实体门板进行三维扫描，在电脑上生成3D数字模型文件，技术人员对文件数据进行调整后，3D打印机直接打印一两个小时后就能完成整个新门板研发。
3D打印在汽车行业中应用的主要优势有：
（1）加快研发速度；
（2）生产的汽车有更低的油耗，并且更加环保（图表15，以Urbee23D打印混合动力汽车为例）；（3）可以据顾客需求来订制打印汽车；（4）缩减运输及生产成本。
图表173D打印汽车与混合动力代表车型性能对比表
3D打印汽车的限制因素：
（1）直接打印产品的精度不高与速度不快；
（2）3D打印的设备和耗材价格仍然居高不下；（3）我国的3D打印技术核心环节如软件系统对外依赖较强。
如果能在汽车生产中有效地把3D打印技术与传统生产工艺相结合，将更适合未来工业生产需求。
2.3.33D打印在其他行业中的应用
医疗领域。
3D打印技术在医学领域的新应用层出不穷，不仅能够打印医疗模型、医疗器械，还可以根据患者需要，打印出相应的器官，精准指导手术。
未来期待可以定制出与人体原来器官一样具有生物活性的人造器官，实现为个别患者提供个性化定制方案，为器官功能衰竭的患者带来福音。
目前国内3D打印牙齿、骨骼修复技术已经成熟，并在各大骨科医院、口腔医院快速普及，而3D打印细胞、软组织、器官等方面的技术还需要进一步发展。
国内3D打印在医疗领域的已有案例包括假肢、气管支架、肝脏、牙齿等。
个人消费。
全球设计趋势发布会暨第三届中国国际设计产业联盟大会上，国际工业设计协会联合会第27届主席李淳寅表示，“未来3D打印技术会从为服务而设计转向为自己享受而设计。
”随着3D打印产业的快速发展，未来的3D打印会更加注重庞大的消费者市场，更多追求用户体验和用户追求，其发展趋势是每个家庭都能拥有3D打印机。
美国利用3D打印技术制成世界上首件4D打印连衣裙，所谓4D打印就是在3D打印的基础上增加时间纬度，该连衣裙成本约1.8万元人民币，用时48小时制成。
图表18国内3D打印行业下游公司及其主要业务
第三章3D打印产业相关企业经营情况分析
3.1国际领先企业
国外3D打印行业形成3DSystems与Stratasys公司双寡头，其余公司从专业化领域布局的现状。
（1）3DSystems公司
3DSystems公司是一家控股公司，注册在美国特拉华州，分支机构遍布美国，欧洲和亚太地区，在世界的其他地区设立销售代理。
作为世界上3D打印的领军者，公司由SLA的发明者ChuckHull在1986年建立。
在2011年，3DSystems收购了3D打印技术的发明者和专利拥有者ZCorporation，奠定了其在3D打印领域的龙头地位。
准确的说，3DSystems公司不仅仅是一家3D打印设备的提供商，它专注于内容打印解决方案，具体包括3D打印机、3D打印耗材、按需定制组件服务和3D数字模型制作软件。
2012年年中，这家公司的研发开支增加了一倍，同时完善了市场营销，以拓宽产品，促进销量。
图表192006~2014公司营收和归母净利润变化情况（单位：
万美元）
（2）Stratasys公司
公司成立于1989年，在2002年研发成功首款基于熔融沉积成型（FDM）技术的3D打印机，目前是FDM办公室型直接数字制造系统与工程材料快速原型系统以及桌上型ABS立体打印系统的最大生产制造商，且技术以塑料成型见长。
到目前为止，Stratasys在全球销售的3D打印机累计已超过2万台，全球客户8000家，可打印材料130余种，专利数量500多项。
近两年，Stratasys进行了两笔重量级收购，分别为1、2012年12月，Stratasys公司与以色列Objet公司合并。
管理层期望合并能够实现两家公司之间的协同效应：
包括
（1）收入增长超过20％，
（2）有效税率降低15-20%；（3）销售收入利润率净增加16-20%；（4）营业利润率提高到20-25%。
2、2013年6月，Stratasys和桌面型3D打印领导者MakerBot合并。
成立于2009年的MakerBot开发了桌面型3D打印市场，通过增强3D打印机的普及性，构建了强大的3D打印机客户群。
自2009年起，MakerBot已售出超过2.2万台3D打印机。
图表202009~2014公司营收和归母净利润变化情况
3.2中国领先企业
目前在A股市场上以3D打印为主业的上市公司还相对较少，以非上市公司为主。
由于3D打印的技术以及相关产业链还不成熟，目前3D打印仍然是一个高度分散的市场，还未出现龙头企业。
但随着3D打印技术的成熟和生产成本的下降，预计大量企业将进入成本较低的个人3D打印机市场，其中实力雄厚、布局较早的企业如先临三维、金运激光、光韵达等有望占据较高市场份额。
此外，在飞机零部件制造等高端3D打印领域，背靠军工等高端装备制造的相关企业有望取得先机，如中航重机、南风股份等。
图表213D打印相关上市公司标的一览
3.3天津相关企业
（1）天津微深科技公司
天津微深科技有限公司坐落于天津滨海新区华苑高新区。
公司成立以来致力于三维数字技术创新应用领域，持有多项三维扫描领域的专利权和著作权。
公司主打产品非接触式结构光三维扫描仪精度高、速度快，已达到国际同类产品先进水平。
为实现三维数字化技术应用于模具领域提供解决方案，在自身主导产品基础上，公司与国际知名3D打印机厂家有良好合作关系，可以为我国各行业客户提供完整的3D解决方案。
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