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3D打印进入快车道 关注布局长远的龙头企业

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-06-25  来源:第一财经日报  浏览次数:0
  3D打印是以数字模型文件为基础,运用可粘结或可固化材料,通过逐层打印的方式直接制造几乎任意形状三维实体的技术,属于快速成型技术的一种,其典型制造流程包括了前处理——3D打印成型——后处理三个阶段。
  过往的人类制造史是以等材制造、减材制造为主。3D打印又称增材制造,是基于近年来自动化控制、材料、激光等多领域科技进步基础上诞生的制造理念创新,从这个角度可更深刻的理解为何3D打印得到各国政府与诸多企业的广泛关注。
  从概念上看,3D打印确实可以“无所不能”;但从经济性和技术角度看,其定位是对现有制造工艺的补充与完善,而不是对传统制造工艺的颠覆,未来等材制造、减材制造和增材制造三者将长期共存。
  3D打印优势在复杂件制造、小批量个性化生产
  由于3D打印采用逐层“打印”(成型)的生产流程,其生产流程不受产品形状和规格的影响,因此3D打印的优势集中体现在复杂件制造与小批量个性化生产两个范畴。
  复杂件制造与小批量个性化生产结合,导致3D打印在3个领域有大力发展的空间和潜力:
  1、文化创意领域:
  3D打印可以轻松实现“所见即所得”,在工艺设计、视觉辅助、玩具制造、珠宝定制等文化创意领域,3D打印已全面取得应用突破,且目前技术水平亦可以基本满足要求。
  2、生物医学领域:
  由于人与人之间存在个体差异,生物医学领域具备最广的个性化需求空间。
  3D打印在生物医学领域的应用可以分为4个层次,从易到难依次为:
  ——3D模型打印:用于教学及病例讨论、模拟手术、整形手术效果比较等;
  ——医疗器材:如手术导板、假肢等;
  ——组织功能产品:如齿科材料、器官支架、骨结构、外耳等;
  ——活体组织器官:用于活体移植与药理分析等。
  目前国际领先技术水平在第3层次的临床研究和第4层次的基础研究突破上,在第1、2层次领域有普及趋势。
  3、工业生产领域:
  我们理解,3D打印在工业生产领域的三大应用领域有明显优势:
  ——前期研发和样品试制阶段:相对传统工艺,可以实现低成本、高效率、便于修改;
  ——复杂件生产:包括模具制造、产品直接成型,可优化设计,降低成本,实现原来无法实现的产品结构,亦可减少零件数量、提高系统可靠性;
  ——产品修复:如GE“冷喷涂”技术等。
  目前工业生产领域技术层面仍处于快速进步阶段。
  3D打印优势领域发展空间巨大
  3D打印是制造理念的创新,对一个新制造理念的市场容量测算颇为困难。从3D打印终端分布亦可以看出,其应用领域非常广泛,形式多样,并仍在快速拓展,我们尝试在总体容量和部分细分市场规模上建立一个数量级的概念。
  工业生产领域:
  我们理解,3D打印在前期研发与样品试制阶段、复杂件生产和产品修复领域都有大展身手的空间。从宏观的市场容量测算看,2013年全球GDP总量73.98万亿美元,近年来制造业在全球GDP的占比在16.2%-17.7%之间波动;以上数据分别按照70万亿美元、15%计算,假设3D打印在制造业中占比达到2%,制造业规模将达到2100亿美元,而2013年3D打印行业整体收入仅30.7亿美元,我们判断2100亿美元这个数量级应该是可以实现的。而以模具制造市场为例,全球模具市场规模在1000亿美元左右,中国约占1/3。
  大多数模具在生产过程中都会涉及到冷凝效率问题,这会极大地影响模具的生产效率,如塑料注塑加工过程中冷却时间占加工时间的80%左右。最理想的冷却方式是随形冷凝,但传统制造工艺因工艺限制导致实现成本很高,在部分异形件和小尺寸件上技术难度更大。而异形件的加工正是3D打印所擅长的。以最普通的塑料杯模具为例,随形冷却较传统冷却方式可提高50%的生产效率。理论上,1000亿美元容量的模具制造领域都可以受益于3D打印打来的商机。
  生物医学领域:
  3D打印在生物医学领域的应用可以分为4个层次,从易到难依次为3D模型打印、医疗器材、组织功能产品、活体组织器官。
  活体组织器官移植领域的空间自不必说。截至2014年2月20日,全球人口占比不足5%的美国即有7.7万人等待器官捐赠,且每年仍有数万例新增需求。
  以目前技术完全可实现的牙科领域为例。通过3D打印系统辅助,牙科诊断治疗中所需石膏模型、牙齿矫正工具、传送和定位托盘、隐形矫正器、牙架和手术导模等都可以非常快速地制作出来,同时在速度和准确性方面也较传统方式具备明显优势,减少了返修率,并能最大限度减少医生人为操作对手术的影响。
  有统计数据表明,2010年全球牙科种植超过1000万次,2013年国内手术次数约50万人次,按照单人次1万元支出计算,国内消费量达到50亿元,全球市场达到百亿美元以上。随着3D打印技术的进步和普及,牙科种植价格将明显下降,并逐步淡化高端服务业色彩,制造业色彩更浓。
  跨国巨头引导 工业3D打印门槛或抬高
  自2010年开始,3D打印行业收入增速开始加速,2011至2013年CAGR达到32.3%,2013年全行业实现收入30.7亿美元(同比+34.9%)。3D system2013年实现收入5.13亿美元,预期2014年将实现收入6.95-7.35亿美元,2015年计划实现10亿美元,2年内收入基本实现翻番。Wohlers2014年报告预期2014-2020年行业收入CAGE将达到32%,2020年收入将达到214亿美元,Gartner预期更乐观。无论未来CAGR是32%还是81.9%,行业爆发式增长已是不争的事实。
  2012年以来,伴随着3D system及STRATASYS等3D打印公司股价大幅上涨、源于政府及企业界持续的消息面刺激,及FDM技术专利到期并开源后桌面式打印机迅速放量,产业界与资本界对3D打印的关注度开始快速升温,并形成了良性互动,更多资源涌入行业,利于行业更好更快发展。
  归根到底,3D打印特别是工业3D打印仍属于制造业范畴。由于3D打印技术涉及学科较广,包括机械、控制、电子、材料、表面处理、激光等诸多领域(生物医药领域还需生物、医学等知识),行业技术经过26年发展后,在行业前景越来越明朗的同时,要取得跨越式技术进步变得越来越烧钱,而目前的参与者结构、企业整体技术和资金实力已经无法满足行业未来发展的需求,亟须有综合实力的企业加入。
  跨国巨头介入后,由于其兼具供需方的角色(用于自身传统生产领域),对需求理解更深刻;同时其又拥有资金和多种技术储备的综合优势,有望接棒引导行业发展,并导致竞争格局发生潜在变化——与现在创业型企业为主的行业格局不同,未来跨国巨头技术将掌握更多主动权,创业型企业将更多地被兼并收购,同时工业3D打印领域进入门槛有望被快速提升。
  国内资源投入有待加强
  3D打印技术的出现为国内制造业升级、改变全球竞争地位提供了契机,但未来需要政府和企业有更长远眼光和更多更持续的资源投入。国内科研机构在1990年前后即开始跟踪海外进展,并陆续开发了LOM、FDM、SLA、SLS等几乎所有技术路径的3D打印设备。特别是FDM专利到期并开源后,在桌面打印领域,国内短期涌现了无数组装型桌面3D打印机生产企业,有部分优质FDM厂家设备实现批量出口,如北京太尔时代的!UP系列打印机。但在真正比拼技术的工业3D打印领域,国内在实现技术突破后在全球占据了一席之地,但受限于企业综合实力,后续投入受限。如国内工业3D打印设备领先企业滨湖机电、湖南华曙等,设备累计收入均仅数亿元,服务领先的杭州先临三维等企业年收入仅在亿元附近,而3D system2013年的研发投入就达到近4400万美元。
  令人欣慰的是,资本的力量开始发挥作用。包括多家上市公司在内的诸多综合实力较强的企业通过各种形式开始介入3D打印领域,其中部分企业选择了颇具挑战的工业3D打印设备与材料领域,亦取得了阶段性进展,但后续仍需着眼长远、持续投入。
  在生物医学领域,国外以Organovo为首的企业已开始持续性投入,研发第四层次的活体组织器官,并联手软件巨头Autodesk开发第一款用于人体器官建模的软件,国内亦步亦趋于第三层次的骨科等领域。由于3D打印活体组织器官难度极大,同时生物医药领域认证周期长,审批严格,企业更需早做规划、持续投入。
  市场对3D打印期盼值偏高
  市场对3D打印关注度高,期盼值不低。我们认为行业刚进入快车道,未来必然面临各种问题,一如任何新事物刚出现时一样:
  1、设备层面:目前各种主流技术路线在加工精度、加工尺寸、加工速度及材料选择方面难以兼顾,限制了实际生产应用范围。但随着介入企业数量增加、综合实力更强的大企业加入,持续的技术进步甚至全新的技术路线都有可能诞生。
  2、材料层面:目前材料品种仍然较少,且真正能满足3D打印的材料价格较贵(用于3D打印耗材价格一般是同质普通材料的数倍,全球等离子雾化金属粉末行业领导者AP&C钛粉价格高达0.5-1万元/kg)。后续随着材料用量增加、材料技术突破企业数量增加,特别是中国企业真正意义上取得突破后,材料价格下降空间较大。
  3、软件层面:目前专业3D打印软件较少,多数是基于CAD软件制作得到的精度不高的STL文件,需专业人员开发使用,限制了大众的参与度。目前Autodesk已经全面介入工业和生物3D打印领域,期待Autodesk等能尽早开发专门针对3D打印领域的功能更强大、更智能化、界面更友好、精度更高的软件系统,以便于3D打印更快普及。
  4、标准层面:目前全球相关标准基本处于缺失状态,限制了下游客户的使用。新生事物常见的问题,3D打印行业多未能幸免,我们需要更多耐性。
  关注布局长远的龙头企业
  在工业应用领域,关注布局长远的龙头企业,主要公司包括:
  光韵达(300227):专注工业3D打印服务;服务是工业3D打印领域中相对容易放量并实现利润的领域。
  银邦股份(300337):公司旗下飞而康凭借技术和渠道优势,旨在提供航空航天领域3D打印零部件所需钛合金粉末,并积极向 3D 打印民用领域拓展。
  亚太科技(002540):公司与领先全球的利用金属激光沉积技术生产金属部件的DM3D公司成立合资公司,计划达到年产50台金属打印设备、年生产及修复5万套精密零部件的能力,并将可直接切入国内百亿规模的铝型材模具行业。
  在文化创意领域,设备端生产基本相当于当年的电脑组装机,耗材领域门槛亦不高,在行业需求充分放量前投资机会不大;关注商业模式创新、业绩弹性较大的金运激光(300220)。在生物医学领域,目前A股无直接相关标的。
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