【行业报告】3D打印行业分析报告

第1章 3D打印行业概况

1.1 3D打印行业简介

1.1.1 3D打印的涵义

3D打印技术，又称增材制造技术，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是先进制造业的重要组成部分。


3D打印的步骤，是首先将想要打印的物品的三维形状信息写入到3D打印机可以解读的文件，然后将文件传输到3D打印机，3D打印机解读文件后，以材料逐层堆积的形式打印出立体形状。


这种以逐层堆积材料来获得最终形状的形式，也是3D打印被称为“增材制造”的原因。人们通常所见的范围内，立体的形状是功能的基础，因此，打印出了形状，也就打印出了功能。


平面打印是为了传递信息，而3D打印作为一种制造加工的技术，却可以直接实现功能，这也是3D打印最大的魅力所在。

1.1.2 3D打印的类别



按照最终产品的应用领域和对应所需要的精度等要求的不同，3D打印可分为消费级3D打印和工业级3D打印。


首先二者下游市场不尽相同，消费级3D打印主要面对消费型、娱乐型以及对产品精度要求不高的产品，例如玩具模型、教学模型等；而工业级3D打印主要面对质量精度要求较高的航空航天、医疗器械、汽车、模具开发等下游市场。


二者在众多方面存在较大差别，工业级3D打印精度更高、打印速度更快，可打印尺寸范围更广，产品可靠性也更好。但也正由于这些，工业级3D打印的价格更高，目前不能为普通消费者所接受。


按照打印技术特点的不同，3D打印又可分为选择性激光熔化成型、选择性激光烧结成型、激光直接烧结技术、电子束熔化技术、熔融沉积式成型、选择性热烧结、立体平板印刷、数字光处理、三位打印技术及细胞绘图打印等。


经过近30年的发展，3D打印的技术类型也越来越丰富，在最初的基础上已经衍生出几十种打印技术。


目前的3D打印技术不仅可以使用光敏树脂、ABS塑料等原料进行打印，还允许使用铝粉、钛粉等金属粉末，以及氧化铝、碳纤维等陶瓷粉末为原料进行打印；甚至还出现了以活细胞为原料的生物3D打印技术，这种技术目前已经在组织工程领域小范围使用。





对于高分子3D打印来说，立体平板印刷技术（SLA）是目前最成熟的3D打印技术之一。除SLA技术外，用以打印高分子材料的3D打印技术还包括熔融沉积式成型技术（FDM），选择性热烧结技术（SHS）、数字光处理技术（DLP）等。


其中FDM技术应用较为广泛，这种技术可以用于大体积物品的制造，成本也较低，设备技术难度较低；缺点是所生产的物品常常纵向的力学性能小于横向的力学强度，且打印速度缓慢，产品表面质量也有待进一步提高。


对于金属3D打印来说，选择性激光熔化成型技术（SLM）和选择性激光烧结成型技术（SLS）是发展最早也是目前使用最广泛的金属3D打印技术。SLM技术所使用的材料多为单一组分金属粉末，主要缺点是打印速度慢、零件尺寸受到限制、后处理过程比较慢。目前该技术已较广泛地应用到了航空航天、微电子、医疗、珠宝首饰等行业。


电子束熔化技术（EBM）是一种较新的可以打印金属材料的3D打印技术，它与SLS或SLM技术最大的区别在于使用的热源不同：SLS或SLM技术以激光作为热源，而EBM技术则以电子束为热源。EBM技术在打印速度方面具有显著优势，所得工件残余应力也较小，但设备比较昂贵，耗能较多。

1.2 行业监管体制与相关政策



（1）行业监管体制
3D打印行业的行政主管部门为国家工业和信息化部，主要负责信息产业的规划、政策和标准的制定及实施、统筹推进国家信息化工作、软件企业认证、软件产品登记等工作。


（2）行业主要法律法规
2015年2月28日，工信部、财政部等印发《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》，首次明确将3D打印列入了国家战略层面，对3D产业的发展做出了整体计划，提出到2016年，初步建立较为完善的增材制造产业体系。


2015年8月21日，李克强主持国务院先进制造与3D打印专题讲座，明确指出：以信息技术与制造技术深度融合为特征的智能制造模式，正在引发整个制造业的深刻变革。


3D打印是制造业有代表性的颠覆性技术，要瞄准世界产业技术发展前沿，加快3D打印、高档数控机床、工业机器人等新技术新装备的运用和制造，以个性化定制对接海量用户，以智能制造满足更广阔市场需求，以绿色生产赢得可持续发展未来。


2016年3月28日，工信部在北京组织召开增材制造（又称“3D打印”）产业发展座谈会，下一步，工信部将加快建立增材制造行业管理体系，积极推动增材制造关键技术和设备研发，大力推进增材制造技术与传统产业结合，开展示范应用，拓展服务领域，全面推进增材制造产业发展。行业主要法律法规如表1.3所示。

表1.3 行业主要法律法规

序号	法规、政策、规划名称	发布时间	主要内容
1	《信息化和工业化深度融合专项行动计划（2013-2018年）》	2013年8月	将增材制造归为先进制造技术,拓宽在工业产品研发设计中的应用范围,推进增材制造技术向工业领域全面渗透，如医疗、电子商务等领域的率先应用。
2	《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》	2015年2月	首次明确将3D打印列入了国家战略层面，对3D产业的发展做出了整体计划。到2016年，初步建立较为完善的增材制造产业体系，整体技术水平保持与国际同步，在航空航天等直接制造领域达到国际先进水平，在国际市场上占有较大的市场份额。
3	《中国制造2025》国发（2015）28号	2015年5月	加快发展智能制造装备和产品，组织研发具有深度感知、智慧决策、自动执行功能的增材制造装备等智能制造装备以及智能化生产线；推进制造过程智能化、在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间，加快增材制造等技术和装备在生产过程中的应用，促进制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监控和自适应控制。加快增材制造等前沿技术和装备的研发。
4	《推进大众创业万众创新若干政策措施的意见》国发（2015）32号	2015年6月	鼓励依托三维（3D）打印、网络制造等先进技术和发展模式，开展面向创业者的社会化服务。
5	《“十三五”国家科技创新规划》	2016年8月	以智能、高效、协同、绿色、安全发展为总目标，构建网络协同制造平台，研发智能机器人、高端成套装备、三维（3D）打印等装备，夯实制造基础保障能力。开展高性能金属结构件激光增材制造控形控性等基础理论研究，攻克高效高精度激光增材制造熔覆喷头等核心部件，研发金属、非金属及生物打印典型工艺装备，构建相对完善的增材制造技术创新与研发体系。

数据来源：国海证券整理


1.3 行业产业链分析

3D打印行业产业链如图1.1所示。

图1.1 3D打印行业产业链

资料来源：3D打印网


（1）3D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。


（2）3D打印产业链中游——3D打印设备及软件


其一是3D数字化建模软件，3D数字化建模软件是3D打印的基础，无论是直接建模，还是逆向扫描，都需要用到3D数字化建模软件。


其二是3D打印机硬件，3D打印机包含很多种类型，如选择性激光烧结（SLS）、直接金属激光烧结（DMLS）、熔融沉积成型（FDM）、立体平板印刷（SLA）、熔丝制造（FFF）、融化压模（MEM）、分层实体制造（LOM）、电子束熔化成型（EBM）、选择性烧结（SHS）、粉末层喷头三维打印（PP）等模式。


（3）3D打印产业链下游——应用领域


产业链的下游主要有三维模型设计服务、打印服务和打印产品应用等，下游应用领域包括制造领域、医疗领域、教育领域、考古领域、建筑领域及军事领域等。3D打印产业链下游应用领域如图1.2所示。

第2章 3D打印行业发展现状

2.1 3D打印行业发展概况

2.1.1 3D打印行业全球市场规模



根据美国咨询公司Wohlers Associates的数据显示，2011年全球3D打印市场规模为17.14亿美元，2012年3D打印产业规模比上年增长25%，达到21.4亿美元，而到2015年已达到51.65亿美元，复合增速超过30%。


据《Wohlers Report》预测，2018年全球3D打印市场规模将达到125亿美元，比2014年翻4倍。全球3D打印市场规模如图2.1所示。

2.1.2 3D打印行业中国市场规模



中国3D打印产业已经发展二十年左右，如今已然成为国内各大企业争相投资的热点，虽然中国3D打印产业仍处于产业发展的初始阶段，但潜力巨大。


我国已有部分技术处于世界先进水平。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造；


生物细胞3D打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。目前，国内的3D打印主要集中在家电及电子消费品、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等领域。


中国3D打印技术的发展、普及和产业化过程开始较晚，与行业领先国家存在差距，但发展势头不容小觑。根据中国产业信息网数据显示，2012年中国3D打印机市场规模达到1.61亿美元，至2015年，中国3D打印市场规模达到7.78亿美元，复合增长率为69%。
中国3D打印市场规模如图2.2所示。

2.1.3 消费级及工业级3D打印行业情况



（1）消费级打印设备出货量逐年上涨，但竞争激烈


消费级3D打印机的应用起源于业余爱好者，但随着科技的发展和人们创新意识的增强，现在可以与互联网结合，开创新的商业模式。
消费级3D打印机以FDM技术为主，打印材料大多为PLA、ABS等高分子材料，消费领域主要分布在文化创意产业及教育行业。


2015年，全球消费级3D打印设备保持了较快增长，但增长幅度有所放缓，年出货量为218616台，同比增长56.62%。2016年对消费级3D打印机而言,可谓喜忧参半,喜的是相对工业级设备，销售数量逐年稳步增长，另一层面，作为消费级的代表，FDM 3D打印技术的低门槛引来激烈的市场竞争，价格从1000美元降到500美元，再在Kickstarter上降到200美元，低端设备层出不穷。


2008-2015年全球消费级/桌面级3D打印设备出货量增长情况如图2.3所示。





（2）工业级打印设备出货量有所下降，但收入占比达78%


2015年以来，工业级3D打印设备出货量出现了明显下滑，年出货量11612台，同比降低9.89%。2016年上半年，产品出货量继续保持了下滑态势，同比降低13.6%。但是如果按销售额计算，2016年上半年工业级3D打印机占据了整个市场销售收入的78%。


尽管工业级3D打印机部分增长停滞，但是在2016年上半年整个3D打印机的销售收入仍然增长了3%——尤其是在金属3D打印机的推动下。


2008-2015年全球工业级/专业级3D打印设备出货量增长情况如图2.4所示。

虽然工业级3D打印在近两年的总体销量并不是令人满意，但是2015年以来工业级3D打印行业出现了一个现象，那就是许多桌面级3D打印设备厂商将注意力转向工业级3D打印设备。可以看出，随着消费级3D打印设备长期推广困难，工业级3D打印设备尤其是金属打印设备已经成为了业内普遍关注的焦点。


（3）全球3D打印市场以工业应用为主，消费电子、汽车制造、医疗市场仅次于工业应用


据iiMedia Research（艾媒咨询）报告显示，2014年，工业级应用在全球3D打印机的应用领域分布中占比达到20.2%。艾媒咨询分析师认为：随着工业级设备的寿命到期，新进入厂商将会增加，工业级打印机的价格将会进一步下降，预计未来大规模工业级应用将迎来爆发式增长。3D打印应用行业领域分布如图2.5所示。

2.2 3D打印主要应用领域需求分析

2.2.1 生物医药领域对3D打印的需求分析



在医疗行业，特别是修复性医学领域，个性化需求十分明显。用于治疗个体的产品，基本上都是定制化的，不存在标准的量化生产。而3D打印技术的引入，降低了定制化生产的成本。


因此，近些年来，这一技术在医疗领域的使用比例持续上升。3D打印相比传统制造业，一个区别在于其“个性化”特征。3D打印最适合临床医学，因为每个病人要用的“零部件”，都必须个性化定制。以牙套设计为例，采用3D打印进行制造的隐适美牙套，由于可按照牙齿情况进行定做，因此更加舒适，且采用透明高分子材料，达到隐形的效果。目前Align Technology公司的营业额接近5亿美元。


（1）3D打印在医学领域发展仍然保持高速增长

就相关医学领域未来发展趋势来看，3D打印的应用仍然会保持较高增速。


一方面，随着全球老龄化程度的提升，修复性医学中的结构性移植器官的使用将会持续增长，特别是牙科领域，这一方面的发展已相对成熟；


另一方面，微创手术和针对不同身体条件个体的手术设计在近些年来逐渐发展，对手术工具性能和复杂程度提出更高的要求，未来这一方面的发展仍然具备较大空间。


（2）未来向功能性的人体器官研究发展


此外，在医疗领域未来发展中，最具有想象空间是3D生物打印技术，可以“打印”出功能性的人体器官。它利用干细胞为材料，按3D成型技术进行制造。
一旦细胞正确着位，便可以生长成器官，“打印”的新生组织会形成自给的血管和内部结构。在这一领域领军的Organovo公司，已经成功研发打印出心肌组织、肺脏、动静脉血管等，目前这一技术的应用尚处于试验阶段，但近十年内有望逐步应用于器官移植手术中。


2.2.2 航空航天领域对3D打印的需求分析



现阶段，3D打印技术对航空业的贡献，相对于每年约5000亿美元的行业产值而言显得微乎其微。


主要应用包括：1）无人飞行器的结构件加工；2）生产一些的特殊的加工、组装工具；3）涡轮叶片、挡风窗体框架、旋流器等零部件的加工。3D打印技术在未来航空领域的应用得益于该行业发展的两个趋势特点：


（1）3D打印零部件设计需求不断增大


主要包括机体结构的轻质化和基于部件设计对飞行性能的提高。


（2）私人飞行器的设计发展和定制化需求的增长


通用航空和无人机制造领域的定制化需求相对商用领域会更多。小批量、复杂一体化的设计部件的生产会成为主流，而借助3D打印技术会更容易实现。现阶段，波音和一些通用航空制造商，已经开始应用这一技术进行喷气机和直升机的设计和制造。


2.2.3 机器设备领域对3D打印的需求分析



中国3D打印在机器设备领域应用范围较广，主要应用于机器设备的零部件打印。许多通用机器设备的零部件复杂构造使用3D打印可以提高效率和精确度。


随着3D打印技术的进一步成熟、金属打印材料的应用、设备及打印材料的价格下降，未来几年内，3D打印技术在通用设备零部件研发领域会得到越来越广泛的应用。


许多企业不断创新产品研发理念，积极采用新工艺、新技术，率先在行业引进了3D打印技术，并开始应用于重点产品设计研发领域，有效缩短了关键零部件的研发周期，成为国内零部件行业率先应用该项技术的企业。

第3章 3D打印行业市场竞争格局分析



我国3D打印行业的发展、普及和产业化过程开始较晚、与行业领先国家存在差距。从区域格局看，欧美国家占居先发优势，无论是在机器保有量还是在市场规模方面，我国均位居欧美等国之后。从产业链看，全球3D打印产业链已经建完成，几乎每隔两到三年就能看到材料、技术或产品上的重大突破，但我国目前尚未形成完整的3D打印产业链，在产学研结合方面也存在一定的劣势。


我国目前尚未形成完整的产业体系，市场集中度较低，企业规模普遍较小。因潜在市场空间巨大、应用领域众多，目前各企业直接竞争的机会较少。但国内技术相对领先的少数企业都在积极成长，争取更大的市场份额，竞争日趋激烈。


3.1 国外3D打印行业主要竞争企业

3.1.1 3D Systems



3D Systems Corporation （DDD）来自美国，纽约上市，是全球3D打印行业中的3D打印设备、3D扫描设备、服务、材料提供商和领先者，能够提供基于SLA、SLS、DM、MJP、CJP、FTI、PJP技术在内的各种类型桌面及工业3D打印机，同时提供相应的材料及软件服务。


提供“从设计到制造”全套解决方案，包括3D打印机、打印材料和云计算按需定制部件；其强大的数字化流程真正把创意带入生活，可选材料包括塑料、金属、陶瓷和食品等。公司领先的医疗解决方案包括全套仿真、培训、互动式个人化的手术和患者特定解决方案以及牙科类设备上的应用等。


3DS个性化的三维设计和检测产品提供最前沿的采集和触摸技术，成熟的集成式解决方案替代并补充传统方法，数据输入直接打印实物件减小设计新产品的时间和成本。这些解决方案都可用来加快设计、创造、沟通、原型或产生实物件，助力客户“制造未来”。2015年3DSystems实现收入66616.3万美元。


3.1.2 Stratasys



Stratasys来自美国，是全球3D打印的行业领导者，由原Stratasys Inc.和以色列Objet Geometries公司（以下简称“Objet”）于2012年合并而成，合并后的公司更名为Stratasys Ltd.。主营3D打印设备、耗材、打印服务，产品线非常丰富。


利用资本的力量，拥有了Solidscape（高精度蜡模打印）、MakerBot（桌面级FDM 3D打印机）、Objet（PolyJet喷射型打印）、GrabCAD（机械工程师模型平台）等3D打印领域一流的产品和技术。


StratasysLtd （SSYS）在纳斯达克上市，2015年Stratasys实现收入69599.5万美元。


3.1.3 Faro Technologies



法鲁全球（Faro）总部位于佛罗里达州玛丽湖，公司在埃克斯顿拥有技术中心及约90400平方英尺的生产基地，在宾夕法尼亚州拥有FARO激光跟踪仪TM和法鲁钴阵列三维成像仪产品线的研发、制造和服务运营。


公司欧洲总部位于德国斯图加特，亚太区总部位于新加坡法鲁在美国、加拿大、墨西哥、巴西、德国、英国、法国、西班牙、意大利、波兰、土耳其、荷兰、瑞士、印度、中国、马来西亚、越南、泰国、韩国和日本均设有分支机构。


公司是全球最值得信赖的三维测量、成像和实现技术供应商，主要从事计算机辅助测量设备和软件的开发和销售。


FARO便携式测量设备可在生产和质量监控过程中进行高精度的三维测量，以及零部件和复合结构的比对。设备被广泛应用于检测、快速成型、大空间和结构的三维存档、现场勘测以及事故现场或犯罪现场的调查和重建。2015年Faro Technologies实现收入31754.8万美元。


3.1.4 Materialise



Materialise公司总部位于比利时，自1990年起就一直致力于快速成型领域的开发与研究。随着公司不懈的努力，其开发的行业领先的创新性软件使得RP/RT/RM得到更深入的应用，现在Materialise已发展成为全球RP快速成型/RT快速模具/RM快速制造解决方案的最大供应商，是这一领域的领导者。


全球知名汽车公司，航空制造公司以及电子消费品公司都已成为公司的合作伙伴。2015年Materialise实现收入11084.1万美元。


3.1.5 Slm Solution



Slm Solution G （AM3D）来自德国，德国法兰克福上市，市值4.5亿欧元（约合33亿人民币），Slm Solution的特色是类似于选择性激光烧结（SLS）的金属3D打印技术，使用电子束激光熔化3D打印机加工金属，称之为选择性激光熔融（SLM），公司拥有此技术的相关专利。2015年Slm Solution实现收入7000万美元。

3.2 国内3D打印行业主要竞争企业

3.2.1 先临三维（830978）



公司成立于2004年，于2014年8月8日在新三板挂牌（830978），是中国3D数字化与3D打印第一股，主营3D扫描仪及扫描服务（通过杭州本部、北京天远三维）、金属尼龙砂型3D打印设备及服务（通过北京易加三维）、生物3D打印（通过杭州捷诺飞）等业务，致力于建设3D数字化与3D打印技术生态系统，业务领域涵盖3D扫描、3D打印、3D材料、3D设计与制造服务、3D网络云平台，在综合实力、销售规模、技术种类、服务保障能力等多方面均处于行业领先水平。


3.2.2 联泰科技（836987）



上海联泰科技股份有限公司成立于2000年，是国内最早从事3D打印技术应用的企业之一，参与并见证了中国3D打印产业的主要发展进程，公司现为中国3D打印技术产业联盟理事单位，上海增材制造协会副会长、理事单位，上海产业技术研究院3D打印技术产业化定点单位。2016年4月22日，上海联泰科技股份有限公司在全国中小企业股转系统（新三板）获准正式挂牌，证券简称：联泰科技，证券代码：836987。


通过十余年来在3D打印行业的努力耕耘，联泰科技目前拥有国内SLA技术最大份额的工业领域客户群，国内市场占有率超过60%，产业规模位居国内同行业前列，在国内3D打印技术领域具有广泛的行业影响力和品牌知名度。


2014年至2015年，联泰科技荣获2014中国3D打印机最具发展潜力企业和2015年度中国工业级3D打印机优秀推荐品牌两项殊荣。


3.2.3 峰华卓立（834914）



广东峰华卓立科技股份有限公司，是中国最早研究3D打印技术并产业化的公司之一，成功创造了以砂型3D打印为核心的先进制造技术并将之应用于国家最基础的铸造工业，是目前3D打印行业于工业产业化应用方面最为深刻和成功的企业。


峰华卓立公司已经发展成为了拥有完全的砂型3D打印设备的研发与制造、三维数据处理及3D数字化综合技术应用服务、数字化3D打印各类耗材的研发与销售，以及后续金属零部件与模具制造的成熟的工艺能力与设施的综合能力技术公司。


其中，国内独创的微滴喷射砂型3D打印的冷芯制造技术正逐步替代铸造行业内被广泛使用的热芯制造技术，其独有的工艺优越性及同传统工艺的无缝兼容性，将极大的改变传统铸造行业的固有生产模式及制造技术。


而基本3D打印技术所衍生发展完成的强大后端设计与铸造工艺能力，成就了峰华卓立公司各类型高端复杂金属零部件及模具制造上的顶尖技术优势。


3.2.4 嘉一高科（834755）



嘉一高科（股权代码：834755）是由湖北嘉一三维高科股份有限公司及其多家省级全资子公司和控股子公司组成的专门从事数控与3D技术研发、生产与应用服务的高新技术企业，是中国3D技术综合应用第一股。


公司以数控技术为基础，将数控技术、计算机软件技术、材料科学有机融合，自主研发生产系列高速数控多工位转塔冲床和数控送料机、系列3D打印机（包括FDM桌面打印机、SLA和DLP光固化3D打印机、医疗专用3D打印机、快装系列FDM3D打印机、以及提供SLS、SLM、3DP等各种3D打印机设备的定制及OEM服务）、三维扫描仪、3D投影仪和3D应用材料；提供专业技术咨询、培训与服务。


嘉一高科总部及3D技术应用中心、3D数据处理中心、3D远程医疗交互技术总站设在武汉市国家级文化创意园区（徐东大街338号）；公司生产基地位于湖北省赤壁市嘉一科技园，厂区占地4万多平米；公司在各省（市区）设有20多家省级全资或控股子公司、与知名高等学府科研院所合作共建10多个工程技术研究中心；拥有20多项国家专利和自主知识产权。


3.2.5 康硕集团



康硕电气集团有限公司（简称“康硕集团”）总部位于北京，旗下拥有高精度3D打印机的云服务生产基地（佛山）和可辐射全国的服务网点，分别位于：北京、广州、上海、佛山、深圳、沈阳、西安。总注册资本1亿7千万元人民币。集团先后获得国家级高新技术企业、瞪羚企业、资信等级3A证书、ISO9001、ISO14001、OHSAS28001等资质认证，并同时入选广东省“十三五”规划重大建设项目和广东省2016年重点建设项目。


作为高新技术企业，康硕集团致力于推动3D打印行业的发展，已形成以全球最高精度3D打印生产、销售、服务为一体的行业知名企业，并依托自身现有优势，整合资源，先后建立了3D打印生产链：一、引进先进技术，由Solidscape公司授权在国内建立全球最高精度的3D打印机制造工厂；


二、建立亚太地区最大的3D打印云服务中心，100多台高精度3D打印机为企业和个人提供全方位的打印服务。