头豹词条报告系列：3D打印设备

3D打印设备行业分类 目前，3D打印技术主要分为熔融堆积成型、光固化成型和烧结/粘结成型三大类，不同3D打印设备使用于不同打印技术，如选择性激光熔化成型(SLM)、选择性激光烧结·成型(SLS)、激光直接烧结技术(DMLS)、电子束熔 化技术(EBM)、熔融沉积式成型(FDM)、选择性热烧结(SHS)、立体平板印刷(SLA)、数字光处理(DLP)、三维打印技术(3DP)、及细胞绘图打印(CBP)等。按照应用领域等级的不同，3D打印设备可分为工业级和桌面级。其中 工业级主要应用于航空航天、汽车制造、医疗器械、工业制造和建筑与建造等领域。随着技术的进步和应用的不断拓展，工业级3D打印机的应用领域还将继续扩大。桌面级主要应用于教育、个人创作、家居装饰、模型制 作、制造小工具和配件等领域。随着3D打印技术的普及和桌面级3D打印机的不断改进，这些领域的应用将更加 丰富。 基于3D打印技术的设备分类 点式光源，打印最小单位就是一个点，分层打印，每一 (SLA)Stereolithography（像素打印） 层又通过点光源扫描式打印，每打完一层平面会移动至下一层。 (DLP)Digital Light Processing（切片打印） 采用了DLP投影技术，其可以投射整个平面。面式光源，分层打印，可实现整层打印，一次打印一层。 (SLS)Selective Laser Sintering 与SLA原理类似，但采用了粉末状材质，通过激光烧结方式成型。 (EBM)Electronic 3D打印设备分类 工业级3D打印设备由于需要满足工业制造等行业的使用强度和精度。对于设备的打印精度、速度、支撑的设计和去除质量、打印尺寸、打印可靠性和打印自检测功能都有较高要求。工业机广泛的运用于航空、 航天、汽车制造、医疗、模具、珠宝制作等行业，购买者大多集中在大型企业，以及制造分包商。 工业级 市场竞争程度加剧 随着3D打印市场规模的快速增长，3D打印设备行业除原有竞争者外，更多知名企业选择跨行业进入参与竞争。 2021年全球增材制造产值(包括产品和服务)152.44 亿美元，其中设备销售收入31.74亿美元。随着增材制造行业不断发展成熟，大型跨国公司如GE、HP、波音等纷纷进军3D打印行业，加剧了市场竞争的激烈程 度。与此同时，技术含量相对较低的小机型高分子设备市场参与者的数量也在不断增加，导致市场竞争进一步加剧。该情况下，如果行业原有企业不能持续强化自身的竞争优势和核心竞争力，就可能面临市场份 额和利润水平下降的风险。因此，企业需要不断进行技术创新和提升自身竞争力，以应对日益激烈的市场 竞争。 消费领域多元化 随着3D打印设备持续推进降本增效，下游应用市场领域不断丰富，细分市场日益增加。 随着3D打印技术不断进步和成熟，其设备的价格也逐渐下降并向中低端市场渗透。同时，下游应用市场领域也在不断丰富和拓展，细分市场日益增加。除原有医疗、航空航天、汽车、工业制造等领域；未来消费 电子、模具制造和文化旅游等领域具有广阔市场空间。该现象表明，3D打印技术具有广泛的应用前景和可塑性强的特点，为企业带来了新的商业机会和创新潜力。 启动期 普及型的三维打印机在小型化和简单化的研究理念下诞生, 其多选用塑料喷印材料, 外形美观, 结构紧凑, 操作简便, 原料供应方便, 价格适中。非常适合于普通办公场所及家庭使用。但由于对打印器物的 精确度以及打印时间的效率要求, 普及型三维打印机的三维打印成型件大多尺寸较小。该时期桌面级设备收入增速逐渐超过工业级设备。 从事三维打印机研发的单位, 把推广三维打印机到千千万万的普通家庭确立为技术的主要研究方向之一。因此三维打印机小型化、简便化的理念接踵而来。 高速发展期 2010~2023 随着三维打印技术的不断发展和创新，各种类型的三维打印机如雨后春笋般涌现，其所能制作的器物 已经涵盖了广泛的领域，从日常生活用品到生产制造中的复杂零件，均能见到三维打印技术的身影。 这种制造方式允许用户自定义或设计各种形状和结构的物体，使得其在实际生活和生产中的应用更加 广泛。三维打印机制造出的器物，其结构具有极高的精确度和稳定性，这归功于其逐层打印的制造过程，其允许制造出复杂的设计，包括各种曲线和形状。这种特性使得三维打印技术在机械、电子、物 理、化学及生物学等各个领域都得到了广泛的应用。例如，在机械领域，三维打印技术可以用于制造复杂的小型零件，其精确度和契合度远超传统制造方法。在电子领域，三维打印技术可以用于制造电 路板、微小电极等，使得电子产品的制造更加便捷和高效。在生物医学领域，三维打印技术更是可以用于制造各种生物组织或器官，为医学研究提供了全新的可能性。 现今三维技术研发和推广的速度, 预计普及型的三维打印机将会成为未来社区、公司、单位的必备器 械。需求层次的多样性造成目前方兴未艾的三维打印设备带有煽动第三次工业革命新浪潮的趋势。 [5] 1：https://webvpn.wh… 2：中国知网 [6] 3D打印设备产业链分析 3D打印设备上游环节主体环节为设备硬件提供商，需根据中游不同3D打印设备的技术提供不同特性的设备部件。上游另有软件开发辅助环节，自2012年3D打印技术引燃大众的热情开始, 大型三维软件开发商开始着手研 制操作流程更加便捷的三维打印机配套操作平台。中游整装设备和技术研发作为核心环节，直接决定3D打印设 备的市场应用规模。目前已形成选择性激光熔化成型（SLM）、选择性激光烧结（SLS）和熔融沉积成型 （FDM）为代表技术的3D打印设备。下游环节为工业消费市场和日常生活消费市场。随着中游3D打印设备持续 降本增效，3D打印将对现有工商业模式产生革命性影响。 3D打印设备的要求不仅体现在硬件和软件的协同上，还对原材料的使用和设备的原理、工艺有着紧密的联 系。因此，在设备研发和生产的过程中，与上游进行深度沟通和协同是必不可少的。一体化的布局不仅有益于提供完整产业链的服务，同时也促进了设备、材料和软件的协同发展。以3D Systems公司为例，作为3D打印龙头 公司。其不仅提供3D打印机服务，还提供材料服务，并与Oqton进行了深度合作，实现了软件和设备的深度结合。这种联合不仅优化了设备的性能，增强了打印过程的效率，而且使3D打印技术更加方便和高效。再以中国 3D打印龙头企业铂力特为例，除提供一站式3D打印服务以外，还进行各类原材料粉末和设备的研发与销售。全 产业链的环节布局使得铂力特在行业内有着较强的竞争力。同时，铂力特深耕原材料、设备及销售的创新研发环节，不断提升3D打印技术的性能和适用性。总体来看，3D打印设备行业的发展需要设备、材料、软件的协同发 展。一体化布局的龙头厂商，不仅提供完整产业链的服务，也是推动整个行业发展的动力。 上 产业链上游 生产制造端 设备硬件制造 上游厂商 湖南华曙高科技股份有限公司 江苏锐力斯三维科技有限公司 大族激光科技产业集团股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 组件生产研发是整装3D打印设备上游产业链的重要环节之一。 中国的硬件生产产能已成为3D打印行业的发展瓶颈。设备硬件主要有光纤激光器、主板、扫描振 镜。以光纤激光器为例，截至2021年，全球光纤激光器出货量近11.5万台。但由于其他领域对其需求 同步增加，面对3D打印行业的供需缺口将进一步拉大。 中国设备硬件市场准入条件严格，市场竞争格局集中，少数几家企业占据主要市场份额。华曙高科作 为3D打印机关键设备硬件的生产企业，其技术与资金要求较高。自2020年至2022年，公司盈利收入逐年增长，从2.17亿元跃升至4.57亿元，市场份额在硬件生产行业中接近25%。与此相对应，公司技 术创新投入逐年增加，以高技术优势成为行业的领军企业。 生产制造端 建模辅助软件 上游厂商 广州中望龙腾软件股份有限公司 山东山大华天软件有限公司 苏州浩辰软件股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 建模辅助软件作为3D打印上游产业链中模型设计及分析的环节。 当前阶段，中国尚未具备将3D CAD技术应用于高端领域的充分能力。建模辅助软件主要有三维 CAD、切片和控制系统。头部研发企业多为外企，国外有力竞争者代表有Dassault Systems、西门 子PLM、Autodesk；中国以中望软件、华天软件为首。全球三维CAD建模软件虽达到整个行业毛利 率首位，头部公司毛利率高达95%，中国市场却面临自有化程度低的现状。例如中国三维CAD软件设计研发头部企业中望软件，在达索系统、西门子PLM等有力外国竞争对手优势明显的情况下，2021 年中国市占率仅有3.90%。 中 产业链中游 品牌端 设备制造与技术研发 中游厂商 西安铂力特增材技术股份有限公司 中航迈特增材科技（北京）有限公司 先临三维科技股份有限公司 查看全部 产业链中游说明 相较于国外，中国的3D打印技术更专注于工业级别，较多应用于航天航空、汽车等领域。中国和国外在3D打印产业链的中游的主要参与者包括设备制造厂商和服务供应商。中国主要企业包括铂力特、 中航迈特和先临三维；而国外主要企业包括3D Systems、Stratasys和UnionTech泰联。以上企业主要依托于三大技术开展研发与设备制造，即熔融挤出成型技术、光固化成型技术和烧结/粘结成型技 术。目前，中国3D打印产业链中游的设备制造和技术研发环节正深入服务于不同的下游客户，3D打印机的级别也分为工业级和桌面级。金属类的选择性激光熔化成型（SLM）、选择性激光烧结 （SLS）技术占比约32%，更多应用在工业领域；非金属的熔融沉积成型（FDM）技术占市场的15%，主要应用于桌面级。 作为行业中游环节，设备制造与技术研发具有较低的可替代性和较强的稀缺性，因此潜在进入者相对较少。从附加值角度来看，中游环节毛利率虽不及上游。但其附加值处于中等水平，整体销售毛利水 平在50%上下波动。在3D打印行业内，头部企业通过内部业务贯穿产业链上、中游，形成规模优势。因为3D打印行业技术门槛高、生产壁垒大，从而使得中游市场格局呈现出寡头竞争的状态。 2022年，中国3D打印行业头部企业铂力特的营收规模达到了9.18亿元，同比增长66.48%，超过了同为头部企业的先临三维。铂力特贯穿全产业链的运作模式，成为了其市场份额占比进一步扩大的主要 推力。 随着2023年疫情防控开放，中游产学研结合将进一步推进。《2022年普通高等学校本科专业备案和 审批结果》显示，多所高校新增“增材制造工程”专业，推进材料、自动化等多学科高度交叉融合的创新。 下 产业链下游 渠道端及终端客户 工业领域和日常生活领域消费者 渠道端 比亚迪汽车工业有限公司 中国航空工业集团有限公司 中国惠普有限公司 查看全部 产业链下游说明 随着《增材制造产业发展行动计划（2017-2020年）》、《中国制造2025》等系列纲领性文件的出 台。以服务中国传统制造向中国智能制造转型升级的战略要求，3D打印设备领域在下游工业消费领域扮演重要角色。目前工业领域中，3D打印设备在汽车制造、航天航空和医疗等领域应用占比分别 达到16.4%、14.7%和13.9%。以特种型3D打印机为代表，采用喷墨、气动、电动、喷射和混合等方式。以满足不同工业领域精度，尺寸，场景及应用的要求。随着行业需求的多元化以及工业级增材制 造成本的下降，可以预见未来3D打印设备在其他领域的应用将逐步增多。从试验件、预研件向产业化、规模化的应用过渡。这一趋势将打开增材制造行业的发展空间，为该行业带来更大的市场潜力。 与工业级3D打印设备相反，桌面级3D打印设备消费者知识普及度仍有待提高。目前3D打印设备红利辐射到的下游终端领域广度和深度都有待提高，面对的消费群体也具有更多下沉空间。其中消费成本 和使用知识是