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江南体育:金属3D打印行业研究报告:传统技术的革新,高成长与高壁垒
发布时间:2024-02-02 10:09 来源:本站

(报告出品方:招商证券)

1、技术原理

增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)又称 3D 打印(3DPrinting),是 一种以数字三维建模为基础,融合计算机辅助设计、材料加工、材料成形技术, 使用金属材料、非金属材料及医用生物材料,按照层层叠加、分层制造的离散堆积原理,快速制备形状复杂工件的成型技术。相比传统的材料去除(切削加工) 技术,是一种“自下而上”材料累加的制造方法。美国材料与试验协会(ASTM) F42 国际委员会对增材制造给出的权威定义为:依据三维模型数据将材料连接制 作物体的过程,相对于减法制造它通常是逐层累加过程。

2、发展历程

3D 打印启蒙于 1940 年,美国人 Perera 提出切割硬纸板并逐层粘结成三维地形 图的方法。1986 年美国人 Hull 发明光固化技术(SLA)并成立了全球首家 3D 打印公司 3D Systems,标志着 3D 打印技术逐步从理想走进现实,并相继开创 出粉末激光烧结(SLS)、熔融沉积(FDM)和喷射打印(3DP)等多种 3D 打 印技术路线,该阶段 3D 打印主要以模型、原型制造为主。2000 年以后,金属 3D 打印如激光选区融化(SLM)、激光近净成形(LENS)等技术的出现,近乎 完美地解决了传统制造无法实现超复杂加工的痛点,3D 打印进入到大规模产业 化试制和应用阶段。

3、产业政策梳理

目前政策重点主要集中在 3D 打印材料、技术提升与标准建设方面。2015 年,我 国 3D 打印产业在“中国智造”引导下迎来高速发展契机,《中国制造 2025》等一 系列政策描绘了增材制造行业的发展路径。2016 年国务院印发的《“十三五”国 家战略性新兴产业发展规划》标志着产业化的落地。2017 年工信部、发改委等十 二部门发布《增材制造产业发展行动计划(2017-2020 年)》,设立了 2020 年增材 制造产业年销售收入超过 200 亿元,年均增速在 30%以上的目标。2020 年国家标 准化管理委员会、工信部等发布了《增材制造标准领航行动计划2020-2022年)》。

4、产业链

3D 打印行业产业链上游主要包括 3D 打印原材料(金属、非金属等)、核心硬件 (主板、DLP 光引擎、振镜系统、激光器等)、辅助运行(扫描仪、软件等)供 应商等。中游以 3D 打印设备及打印服务厂商为主,大多设备提供商亦提供打印 服务业务及原材料供应,在整个产业链中占据主导地位。下游应用领域已覆盖航 天航空、汽车工业、医疗等领域。

目前打印服务为 3D 打印行业最大板块。根据 Wohlers Report 2022 报告数据, 2021 年全球 3D 打印服务的收入约 90.15 亿美元,占比达 59.1%;全球 3D 打印 设备实现销售额 31.74 亿美元,占比达 20.8%;全球 3D 打印材料销售额为 30.55 亿美元,占比为 20.0%,相比 2020 年提升了 3.5pcts。

江南体育:金属3D打印行业研究报告:传统技术的革新,高成长与高壁垒(图1)


1、原材料

3D 打印产业链上游主要包括 3D 打印原材料、核心硬件、辅助运行工具供应商。 3D 打印原材料主要包括金属材料、工程塑料、光敏树脂材料等类别。核心硬件 主要包括主板、DLP 光引擎、振镜系统、激光器等 3D 打印设备的核心零件。辅 助运行工具主要包括 3D 建模软件、3D 建模扫描仪和 3D 模型数据平台,相关包 括三维软件开发商以及耗材生产商等。

国内 3D 打印金属材料占比高于全球,以钛合金、铝合金和不锈钢为主。2021 年全球 3D 打印材料中占比最高为聚合物粉材和光敏树脂,分别为 34.7%和 25.2%,金属 3D 打印材料占比约为 18.2%,预计未来随着建筑、汽车、航空航 天和医疗等下游行业的发展,金属 3D 打印材料的需求量将不断攀升,其市场空 间也将进一步扩大。2021 年我国 3D 打印金属材料占比约 40%,钛合金、铝合 金和不锈钢占比分别为 20.2%、10%和 9.1%。

2、金属粉末制备工艺

金属粉末为金属 3D 打印主要原材料形态。金属 3D 打印依据材料维度分类,可 以继续细分为金属粉末、金属丝(棒)材料和金属箔材打印,也即颗粒粉末材料、 一维金属材料和薄膜金属材料。在所有金属 3D 打印技术中,超过 90%的装备以 金属粉末作为原材料。

金属粉末制备方法按照制备工艺主要分为:机械破碎法和物理化学方法的还原法、 电解法、雾化法等。机械法制备的粉末呈不规则状,并且只适合脆性金属或合金 粉末的破碎制粉。雾化法克服了还原法和电解法仅限于单质金属粉末的生产缺陷, 不仅可以生产出合金粉末,还可以对粉末的形状和雾化效率进行控制。

3D 打印金属粉末的制备方法主要有气雾化(GA)、等离子旋转电极雾化(PREP)、 等离子熔丝雾化(PA)和等离子球化(PS)技术。

(1) 气雾化制粉技术(GA)

气雾化制粉技术(GA)是目前制备球形粉末最普遍的方法。历史起源于 1920s,属于二流雾化范畴。采用高速惰性气体直接将熔融金属或者合金液体击碎凝固冷 却得到粉末。根据熔炼方式的不同分为多种气雾化技术,最适合 3D 打印用金属 粉末制备的技术有真空感应熔炼雾化(VIGA)和电极感应熔炼雾化(EIGA)。

具体过程:1)母合金置于真空感应炉熔炼至熔融状态;2)熔融态的 合金液流流入雾化喷嘴被高速气体击碎形成细小液滴;3)液滴在雾化 室飞行过程中迅速冷却凝固为粉末颗粒;4)粉末收集系统收集颗粒。 VIGA:将金属在真空状态下在坩埚中进行熔炼,陶瓷坩埚主要适 用于 Fe 基、Ni 基、Co 基、Al 基和 Cu 基合金等非活性金属粉末 的制备。活性金属如 Ti 合金在熔化条件下会与陶瓷坩埚剧烈反应, 对粉末造成污染,需使用水冷铜坩埚。 EIGA:将合金加工成棒料安装在送料装置上,抽真空并充入惰性 保护气体,电极棒以一定的旋转速度和下降速度进入下方锥形线 圈,棒料尖端在锥形线圈中受到感应加热作用而逐渐熔化形成熔 体液流,在重力作用下流入锥形线圈下方的雾化器,高压氩气经 气路管道进入雾化器,在气体出口下方与金属液流发生交互作用, 经过高压气体作用将液流破碎成小液滴,液滴在雾化室飞行过程 中由于自身表面张力球化凝固形成金属粉末。

江南体育:金属3D打印行业研究报告:传统技术的革新,高成长与高壁垒(图2)


(2) 等离子旋转电极雾化(PREP)

等离子旋转电极雾化(PREP)通过将高速旋转的棒料端部熔化,金属液滴在离 心力作用下飞出并在惰性介质环境中冷却成固态而制备球形金属粉末,在 1974 年由美国 Nuclear 公司开发。 具体过程:1)在等离子枪作用下,利用大功率熔化超高转速的电极棒,在合金电极棒一端产生约 20000℃的高温,形成 10-20μm 厚度的金属 熔化层;2)在电极棒超高转速旋转条件下,金属液滴所受离心力逐渐 克服金属熔化层的黏滞力,在合金棒的径向形成小液滴,称为“冠”;3) 冠积累形成“露头”,在雾化室内通过自由落体和低温氦气的冷却形成 近似球状的金属粉末颗粒。 优点:1)粉末粒径分布窄,粒度更可控,球形度高,粒度分布在 20-200 μm 之间。2)基本不存在空心球和卫星球;3)粉末陶瓷夹杂少、洁 净度高;4)粉末氧增量少,可控制在 0.005%以下。 缺点:受电极棒转速和工艺限制,细粉收得率低,生产成本较高。 代表性企业:美国 Nuclear、中航迈特、威拉里、西北有色金属研究院、 顶立科技等。

(3) 等离子熔丝雾化(PA)

等离子熔丝雾化(PA)利用等离子热源制备球形粉末,由加拿大 Pegasus Refractory Materials 公司于 1995 年发明,随后加拿大 AP&C 将该技术商业化, 其母公司 Arcam 被美国 GE 公司收购。 具体过程:1)将丝材校直后送入三束汇聚的等离子射流中心;2)在 高焓的等离子射流加热条件下,丝材端部发生熔化,在汇聚的超音速等 离子射流撞击下发生雾化;3)破碎液滴在表面张力作用下发生球化, 飞出等离子射流后冷却凝固形成高球形粉末。 优点:1)相较 GA 工艺,耗气量非常低,空心粉问题改善;2)球形度 高;3)等离子射流具有极高温度,覆盖所有的金属及其合金熔点范围。 缺点:丝材制粉限制了可使用金属类型且增加了制备粉末成本 。 代表性企业:AP&C 拥有该技术的垄断。

(4) 等离子球化(PS)

等离子球化(PS)利用射频等离子体将粉末颗粒熔化,在表面张力和极高温度 梯度共同作用下迅速凝固形成球形粉体。 具体过程:1)在惰性气体保护下,将不规则形状粉末输送到等离子体 高温区,利用等离子体区域 10 4K 的高温作用,粉末颗粒迅速熔融变为 细小液滴;2)液滴在表面张力影响下形成球形,经冷却后得到粉末。优点:球化率高、细粉比例高 。 缺点:难以制备低氧含量细粒径钛合金粉末、尚未实现工业化生产。 代表性企业:加拿大 TEKNA,国内部分科研院所自主研发了设备但尚 未商业化。

3、竞争格局

目前 3D 打印金属粉体材料以欧美厂商为主,如瑞典 Sandvik、美国 Carpener、 GKN 等,总产能超过 10,000 吨/年。国内市场,主要厂商包括中航迈特、铂力特、 飞尔康、有研粉材、西安赛隆、成都优材、亚通焊材、宇光飞利、南通智源等, 总产能约 2000 吨/年。目前国内金属粉末制备存在氧含量高、球形度差和粒径分 布不均匀等问题,超细粉及优质粉末仍需进口。

1、3D 打印主要工艺

3D 打印工艺分为 7 大类。根据国际标准化组织 ISO/TC261 增材制造技术委员会 2015 年发布的国际标准 ISO/ASTM52900:2015,3D 打印工艺原理可分为 7 大 类:粉末床选区熔化(PBF)、定向能量沉积(DED)、立体光固化、粘结剂喷射、 材料挤出、材料喷射、薄材叠层。目前打印设备主要以 SLS/SLM、FDM、SLA、 DLP 为主,分别占比达 32%、15%、15%和 14%。 依据耗材差异可分为金属 3D 打印与非金属 3D 打印。金属 3D 打印通常以金属 粉末或金属丝材为原料,采用激光束、电子束、电弧等高能束作为能量源,以计 算机三维 CAD 数据模型为基础,运用离散-堆积原理,在软件和数控系统的控制 下将原料融化逐点、逐层堆积,实现金属构件的快速制造。金属 3D 打印技术以 粉末床熔融(PBF)和定向能量沉积(DED)两大类为主。PBF 通过热能选择 性的熔化/烧结粉末床区域,DED 利用聚焦热能将材料同步熔化沉积。

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(1) 粉末床熔融(PBF)

PBF 技术主要分为激光选区熔化(SLM)、电子束选区熔化(EBM)两类,其中 SLM 是主流术可广泛应用于复杂形状的金属零件的批量生产,在航空航天及医 疗植入体等领域具有广阔的应用前景。 SLM(SelectiveLaserMelting)技术采用激光依据设定参数有选择地分层熔 化烧结固体金属粉末,在制造过程中,金属粉末加热到完全融化后成形。工 作原理为:先在工作平台上铺一层金属粉末材料,计算机将物体三维数据转 化为一层层截面的 2D 数据并传输给打印机,激光束在计算机控制下按照截 面形状对实体部分所在的粉末进行照射,选区内的金属粉末加热到完全融化 后成形,形成一层固体零件截面层。当一层烧结完成后,工作台下降一截面 层的高度,再铺上一层粉末进行下一层烧结;此过程逐层循环直至物体成形。 EBM:工作原理与 SLM 相似,主要区别是使用高能电子束熔化金属粉末。

(2) 定向能量沉积(DED)

DED 技术主要分为激光近净成形技术(LENS)、电子束熔丝沉积技术(EBDM)、 电弧增材制造(WAAM)三类,以 LENS 为主。 激光近净成形技术(LENS)也叫激光金属熔覆沉积技术(LMD),铂力特 称为激光立体成形技术(LSF)。工作原理是:聚焦激光束在控制下,按照 预先设定的路径,进行移动,移动的同时,粉末喷嘴将金属粉末直接输送到 激光光斑在固态基板上形成的熔池,使之由点到线、由线到面的顺序凝固, 从而完成一个层截面的打印工作。这样层层叠加,制造出接近实体模型的零部件实体。特点是不仅能直接打印出三维金属零件,还能在已有零件上进行 打印,因此可用来解决受损零部件的修复再制造问题。 电弧增材制造技术(WAAM):利用逐层熔覆原理,采用熔化极惰性气体保 护焊(MIG)、钨极惰性气体保护焊(TIG)以及等离子体焊接电源(PAW) 等产生的电弧为热源,以金属丝材为原材料,在程序的控制下,根据三维数 字模型由线-面-体逐渐成形金属零件。 电子束熔丝沉积(EBDM):将截面参数生成激光扫描路径的控制代码,控 制工作台的移动和激光扫描路径,采用电子束熔化金属丝材或粉末进行逐层 堆积,最终形成具有一定形状的三维实体模型。

金属 3D 打印技术相比传统精密加工优势体现在:1)缩短新产品研发及实现周 期。3D 打印工艺成形过程由三维模型直接驱动,无需模具、夹具等辅助工具, 可以极大地降低产品的研制周期,并节约昂贵的模具生产费用,提高产品研发迭 代速度。2)可高效成形更为复杂的结构。3D 打印原理是将复杂的三维几何体剖 分为二维的截面形状来叠层制造,故可以实现传统精密加工较难实现的复杂构件 成形,提高零件成品率,同时提高产品质量。3)实现一体化、轻量化设计。金 属 3D 打印技术的应用可以优化复杂零部件的结构,在保证性能的前提下,将复 杂结构经变换重新设计成简单结构,从而起到减轻重量的效果,3D 打印技术也 可实现构件一体化成形,从而提升产品的可靠性。4)材料利用率较高,可节约 大量材料和成本。5)实现优良的力学性能。基于 3D 打印快速凝固的工艺特点, 成形后的制件内部冶金质量均匀致密,无其他冶金缺陷;同时快速凝固的特点, 使得材料内部组织为细小亚结构,成形零件可在不损失塑性的情况下提高强度。 主要劣势体现在目前金属 3D 打印技术在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、 加工效率等方面与传统的精密加工技术相比还存在较大的差距。

2、竞争格局

当前中国市场的主流 3D 打印设备品牌包括联泰、Stratasys、EOS、GE、3D Systems、 华曙高科、铂力特、惠普等,其中联泰、华曙高科、铂力特等均为国产品牌。据 3D 科学谷数据显示,联泰在 3D 打印行业中市场占比最高,达 16.4%,其次为 Stratasys 和 EOS,分别占比 14.8%和 13.1%。随着国内 3D 打印企业技术的不断 积累,与国外先进水平的差距快速缩小,在大尺寸成型等部分领域甚至实现了反 超。

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预计 2025 年全球 3D 打印市场规模 298 亿美元,CAGR 为 18.3%。根据 Wohlers Report 2023 报告数据,2022 年全球 3D 打印市场规模 180 亿美元,同比+18.1%, 2015-2022 年复合增长率 19.5%,预计 2025 年全球市场规模将达到 298 亿美元, 2022-2025 年 CAGR 为 18.3%,2030 年达到 853 亿美元,2025-2030 年 CAGR 预计 达23.4%。根据赛迪顾问数据,2021年我国3D打印市场规模262亿元,同比+34.4%, 2016-2021 年复合增长率 27.7%,预计 2024 年达 500 亿元,CAGR 为 24%。

金属 3D 打印面向中高端,预计未来增速高于整体 3D 打印市场规模增速。根据 SmarTech Analysis 预计,全球金属 3D 打印行业市场规模将由 2019 年的 33 亿美 元增加至 2024 年的 110 亿美元,CAGR 为 27.2%。 3D 打印目前已被广泛应用于航空航天、医疗/牙科、汽车、消费及电子产品、学 术科研、能源、军工、建筑等领域,根据 Wohlers Report 2022 报告数据,2021 年上述领域分别占比 16.8%、15.6%、14.6%、11.8%、11.1%、7.0%、6.0%、4.5%。

1、航空航天及国防领域

根据 Wohlers Associates 数据,2021 年全球 3D 打印在航空航天和国防工业的 应用占比分别为16.8%和6.0%,对应市场规模分别为25.6亿美元和9.1亿美元。 2019-2021 年全球航空航天 3D 打印市场规模占比由 14.7%增加至 16.8%。

3D 打印技术在航空航天零部件制造和研发中的优势主要体现在:1)缩短新型航 空航天装备及零部件的研发周期;2)复杂结构设计得以实现;3)满足轻量化需 求,减少应力集中,增加使用寿命;4)提升航空航天装备的零部件强度和耐用 性;5)提高材料的利用率,降低制造成本;6)增材再制造是未来蓝海市场,对 装备损伤零部件进行再制造修复。 2023 年 5 月 28 日,我国自主研发的国产大型客机 C919 顺利完成首次商业载客飞 行,C919 飞机中应用了大量通过 3D 打印技术制造的零部件,包括机头主风挡窗 框、中央翼缘条、发动机燃油喷嘴、舱门复杂件、发动机叶轮叶片、飞机起落架 等。机头挡风窗框采用 3D 打印技术,制造周期仅 55 天,零件成本不足欧洲锻造 磨具费的十分之一。钛合金材质的 C919 中央翼缘条,尺寸 3.07 米,重量 196 千 克,传统方法制作需使用 1607 公斤锻件毛坯,3D 打印技术节省了约 90%的材料, 精坯重量仅 136 公斤。

2、医疗领域

根据 Wohlers Associates 数据,2019-2021 年全球医疗领域 3D 打印市场规模 占比由 13.9%增加至 15.6%,2021 年全球 3D 打印在医疗领域市场规模为 23.8 亿美元。

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依照材料的发展与生物性能的差别,医疗领域 3D 打印分为两类:非生物 3D 打 印与生物 3D 打印。相对于生物 3D 打印而言,非生物 3D 打印的原理相对较为 简单,所需材料也相对易得,因此在医疗领域的应用已经比较广泛。非生物 3D 打印的产品大多不具备生物相容性,大多产品可归于医疗器械的范畴,具体应用 在:①个性化假体的制造,可用在骨科、齿科、整形外科等;②复杂结构以及难 以加工的医疗器械制品,包括植入物与非植入物,如多孔结构的髋关节、模拟人 体器官的医用模型等。 非生物 3D 打印是指利用非生物材料和 3D 打印技术来打印非生物假体,非 生物材料包括塑料、树脂、金属、高分子复合材料等,主要应用于齿科、骨 科、医疗器械、辅助器械(术前模拟)、医用教学等医疗领域。 生物 3D 打印是基于活性生物材料、细胞组织工程、MRI 与 CT 技术以及 3D 重构技术等而进行的活体 3D 打印,其目标是打印活体器官。

3D 打印金属粉末是 3D 打印金属部件的关键材料之一,应用最广泛的金属粉末包 括钛、钴铬合金和不锈钢等,具有优异的生物相容性、耐腐蚀性和耐磨性,非常 适合用于制造医疗设备和部件,涵盖了骨科、牙科、听力学、心脏和神经系统等 多个领域。 骨科领域:3D 打印金属粉末主要应用于制造假体和骨修复植入物。金属材 料的高强度和生物相容性使其成为理想的骨植入材料,3D 打印技术则能够 制造出与患者骨骼完全匹配的假体和植入物。此外,3D 打印技术还能够制 造出非常复杂的骨科植入物,如定制的脊柱植入物和颌面部假体等,以满足不同患者的个性化需求。 牙科领域:3D 打印金属粉末主要运用于制造牙冠和牙桥等修复材料。相比 传统制造方法,3D 打印技术能够更准确地制造出与患者口腔完全匹配的修 复材料,并且还能够在一次制造中完成多个牙齿的修复。 听力学领域:3D打印金属粉末主要运用于制造耳蜗和听骨链等助听器部件。 3D 打印技术能够制造出非常复杂的耳蜗和听骨链等助听器部件,以实现更 加精准的听觉恢复效果。 心脏和神经系统:3D 打印金属粉末主要运用于制造心脏支架和脑植入物等 医疗器械。3D 打印技术能够制造出与患者心脏和脑部完全匹配的支架和植 入物,以提高手术成功率和患者康复效果。

3、汽车领域

根据 Wohlers Associates 数据,2019-2021 年全球汽车领域 3D 打印市场规模 占比小幅下降,由 16.4%降至 14.6%,2021 年全球 3D 打印在汽车领域市场规 模为 22.3 亿美元。

3D 打印技术在汽车行业的应用贯穿汽车整个生命周期,包括研发、生产以及使 用环节。就应用范围来看,目前 3D 打印技术在汽车领域的应用主要集中于研发 环节的试验模型和功能性原型制造,在生产和使用环节相对较少。未来,3D 打 印技术在汽车领域仍将被广泛应用于原型制造。随着 3D 打印技术不断发展、车 企对 3D 打印认知度提高以及汽车行业自身发展需求,3D 打印技术在汽车行业 的应用将向市场空间更大的生产和使用环节扩展,在最终零部件生产、汽车维修、 汽车改装等方面的应用将逐渐提高。

4、消费电子:有望打开行业天花板

根据 Wohlers Associates 数据,2019-2021 年全球消费电子领域 3D 打印市场 规模占比小幅下降,由 15.4%降至 11.8%,2021 年全球 3D 打印在消费电子领 域市场规模为 18.0 亿美元。 目前 3D 打印在消费品行业的应用主要集中在产品设计和开发环节。消费品行业 涵盖范围较广,主要包括手机、电子产品、电脑、家电、工具和玩具等行业。消 费品行业具有产品生命周期短,更新换代快的特性,需要持续不断的开发和投入。 借助 3D 打印的优势,可以缩短产品开发周期,大幅削减设计成本,现有的 3D打印技术可以实现各种复杂设计的模型制作,赋予设计师更多的自由,产品设计 水平大幅提升。

金属3D打印行业研究报告:传统技术的革新,高成长与高壁垒

荣耀、苹果手机有望引入钛合金 3D 打印技术,有望打开行业天花板: 荣耀 7 月 12 日发布的荣耀 Magic V2,是全球首款采用钛合金铰链的折叠旗 舰机,铰链的轴盖部分首次采用钛合金 3D 打印工艺。卷轴的轴盖是影响折 叠屏厚度的关键,钛合金技术可以让轴盖变得更轻更薄,相比铝合金材质的 强度提升了 150%,铰链宽度降低 27%,而且更韧、更耐腐蚀。 苹果已累计获得钛合金材料相关专利 8 项,预计下半年发布的 Apple Watch Ultra 智能手表的部分钛金属机械部件将采用 3D 打印工艺。未来在 iPhone 15 上有可能将中框结构件用钛合金替换之前的铝合金。

1、铂力特(军工覆盖):全产业链布局—粉体、设备、产品

铂力特专注于工业级金属 3D 打印的高新技术企业,在国内外金属 3D 打印领域 处于领先地位。公司形成了完整的金属 3D 打印产业链布局,包括原材料研 发 及生产、3D 打印设备、3D 打印定制化产品服务、工艺设计开发及相关技术服务 等。

公司深耕航空航天和工业机械两大领域,营收规模高速增长。2022 年公司实现 营业收入 9.2 亿元,同比增长 66.3%,增速自 2019 年以来持续提升。分行业来 看,公司产品主要应用于航空航天和工业机械领域,占比分别达 69%和 26%, 分产品来看,公司以 3D 印定制化产品和 3D 打印设备及配件为主,占比分别达 51%和 46%,“代理销售增材制造设备及配件”已由 2016 年的 29%降为 0。从 盈利能力上,3D 印定制化产品和 3D 打印设备及配件毛利率均超过 50%,分别 达到 59%和 51%,3D 打印原材料毛利率为 39%。

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受股份支付费用影响,公司净利润波动较大。公司 2021 年亏损 0.53 亿元,2022 年扭亏为盈,实现归母净利润 0.79 亿元。 2023 年后股份支付影响预计将大幅下降:公司于 2020 年 10 月推出限制性 股票激励计划,2020-2022 年股份支付金额分别为 0.15 亿元、1.73 亿元、 1.63 亿元,对归母净利润的影响分别为0.12 亿元、1.47 亿元、1.38 亿元。 预计 2023-2025年股份支付金额逐渐降为0.89 亿元、0.42 亿元、0.09 亿元。 剔除股份支付影响后,2022 年公司归母净利润为 2.18 亿元,净利率波动基 本与毛利率一致。

公司持续加大研发投入,研发费用自 2016 年的 0.15 亿 2022 年研发费用 1.62 亿,同比+42.3%,研发费用率高达 18%。

定增项目新增 800 吨粉末产能以及 489 台/套金属 3D 打印定制化产品生产线设 备。公司于 2022 年 8 月公布定增预案,拟募资总额不超过 31.09 亿元投入金属 增材制造大规模智能生产基地项目(25.09 亿元)及补充流动资金(6 亿元)。公 司 2021 年钛合金以及高温合金粉末材料制备已实现批量化生产,产能达 400 吨 以上,此次定增项目将新建金属 3D 打印原材料粉末生产线,设计产能 800 吨, 包括 16 条生产线,对应气雾化制粉系统、氩气循环系统和粉末后处理系统各 16 套。此次粉末产能单位投资额 13.19 万元/吨,略超 IPO 项目的 10.38 万元/吨, 主要因此次项目增加了粉末后处理系统,剔除该部分投资后,本次募投项目金属 3D 打印原材料生产设备投资金额下降为 8,440.48 万元,单位投资额 10.55 万元 /吨,与前次募投项目基本一致。

金属3D打印行业研究报告:传统技术的革新,高成长与高壁垒

2、有研粉材:3D 打印粉体材料有望成为最大业绩增长极

公司以铜基粉末和锡基焊粉为主,3D 打印材料目前占比较低。公司主要产品包 括铜基金属粉体材料、微电子锡基焊粉材料和 3D 打印粉体材料等,2022 年实 现营业收入 27.8 亿元,同比持平,实现归母净利润 0.55 亿元,同比-31.7%,主 要原因是受宏观经济下行、南方地区高温限电等因素影响,公司产销量下降,原 材料价格下跌导致公司存货跌价损失。2022 年铜基金属粉体材料、微电子锡基 焊粉材料和 3D 打印粉体材料分别占公司总营收的 55%、33%和 1%,毛利占比 分别为 48%、33%和5%。

公司新设立有研增材子公司,规划 500 吨/年增材项目。2021 年 12 月,公司与 全资子公司北京康普锡威、钢研投资共同设立新公司有研增材技术有限公司,公 司合计持股比例 80%(含康普锡威 20%),钢研投资占比 20%。设计产能 2500 吨/年,其中增材 500 吨/年。有研粉材将围绕航空航天、汽车、国防军工、医疗 健康、模具设计等下游应用领域,重点开发、生产增材制造金属粉体材料,以及 软磁粉末、注射成型(MIM)粉末、真空钎焊粉末等高温特种粉体材料产品,设 计产能共计 2,500 吨/年。其中增材制造金属粉体材料设计产能 500 吨/年,高温 粉末材料设计产能 2,000 吨/年。

金属3D打印行业研究报告:传统技术的革新,高成长与高壁垒
江南体育:金属3D打印行业研究报告:传统技术的革新,高成长与高壁垒(图10)


产能扩张叠加单位附加值高,3D 打印粉体材料有望成为最大业绩增长极。2022 年 3D 打印粉体材料产销量大幅增长,分别为 74.4 吨和 73.4 吨,同比+196%和 +169%。根据公司公告,公司目标客户各类粉末年用量为铝合金约 120 吨、高 温高导铜合金 30 吨、高温合金 80 吨、钛合金 80 吨、模具钢 150 吨,合计约 460 吨,随着公司 500 吨产能逐渐投产,预计公司未来 3D 打印粉体材料销量仍 将维持高增长。并且 3D 打印粉体材料盈利能力显著高于公司其他业务,2022 年毛利率为 43.6%,单吨毛利 12.7 万元,同期公司整体毛利率仅为 7.4%。

3、楚江新材:顶立科技可提供金属 3D 打印整体解决方案

公司控股子公司顶立科技是一家专业从事高端热工装备及新材料研制、生产和销 售,以国家重大工程需求为牵引的军民深度融合的“国家重点高新技术企业”。 公司致力于超大型、超高温、全自动、智能化特种装备的研发制造,公司研制开 发的热工装备产品包括碳陶热工装备、真空热处理装备、新型环保装备、粉末冶 金装备等,为客户提供全方位的热处理技术解决方案;新材料产品包括高纯石墨 材料、金属基 3D 打印材料及制品等。公司产品广泛应用于航空航天、国防军工、 汽车制造、工业互联、高温合金、光伏能源等领域。2022 年顶立科技实现营业 收入 4.55 亿元,同比+45%,净利润 0.62 亿元,同比-28%。

3D 打印材料布局方面,公司可为客户提供金属 3D 打印整体解决方案,包括超 纯洁净金属基 3D 打印球形实心粉体材料、高性能金属制品 3D 打印服务、高端 金属 3D 打印制品关键热处理工艺及装备和适用于 3D 打印的结构拓扑优化与轻量化设计等,主要面向结构材料,产品可应用于航空航天、生物医疗、家电消费、 汽车、模具、工业等领域。目前主要是军工方面的需求,公司生产的 3D 打印涡 流器已实现批量生产和销售,在航天、军工等多个领域得到客户应用。公司制粉 设备包括真空气雾化制粉设备(VIGA)以及等离子旋转电极雾化制粉设备(PREP) 等,3D 打印材料及构件产品包括钛及钛合金、镍基高温合金、钴基合金、铝合 金、不锈钢合金、模具钢合金等粉末和制品。

4、华曙高科(军工覆盖)

华曙高科专注于工业级增材制造设备的研发、生产与销售,提供金属(SLM)增 材制造设备和高分子(SLS)增材制造设备,并提供 3D 打印材料、工艺及服务。 公司已开发 20 余款设备,并配套 40 余款专用材料及工艺,正加速应用于航空航 天、汽车、医疗、模具等领域。公司是全球极少数同时具备 3D 打印设备、材料 及软件自主研发与生产能力的增材制造企业,销售规模位居全球前列,是我国工 业级增材制造设备龙头企业之一。公司拥有产品和服务所对应的完整知识产权体 系,自主开发了增材制造设备数据处理系统和控制系统的全套软件源代码,是国 内唯一一家加载全部自主开发增材制造工业软件、控制系统,并实现 SLM 设备和 SLS 设备产业化量产销售的企业。 公司以 3D 打印设备及辅机配件为主,营收规模高速增长。2019-2022 年公司营 业收入自 1.6 亿元增至 4.6 亿元,CAGR 达 43.3%。分行业来看,公司产品主要 应用于航空航天和模具及模具加工领域,占比分别达 52.2%和 23.7%。分产品来 看,公司以 3D 打印设备及辅机配件为主,占比高达 88.2%,3D 打印粉末材料 为公司第二大产品,占比 7.4%,二者毛利率分别为 53.1%和 47.6%。

江南体育:金属3D打印行业研究报告:传统技术的革新,高成长与高壁垒(图11)


公司 2022 年归母净利润 0.99 亿元,同比-15.5%,2019 年 0.18 亿元,CAGR 达 76.8%,2022 年扣非归母净利润 0.89 亿元,同比+25%。主要系 2021 年下 半年公司成功组建长沙增材制造(3D 打印)工业技术研究院,将 4000 万元项 目补助资金确认为政府补助,导致 2021 年下半年非经常性损益金额较大。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】。「链接」


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