金属级增材制造行业研究分析报告--行业趋势和观点
04行业趋势和观点
4.1金属级增材装备关键零部件情况
【金属级增材制造行业研究分析报告--行业趋势和观点】金属级增材制造设备主要由软件、扫描仪、基板等零部件组合而成 ， 增材制造的核心专利主要来源于中游的设备厂商 ， 同时中游设备厂商不断向上下游扩张 ， 通过产业整合或并购 ， 掌握适合增材制造的原材料和先进的增材服务工艺技术方法 ， 从而更好地为设备更新迭代做准备 。 金属级增材制造设备的核心零部件主要为光学设备 ， 包括高功率光纤激光器和激光扫描振镜 ， 一般占设备成本结构比重的20-40% 。 以上关键元器件技术壁垒较高 ， 国产化率较低 ， 绝大多数需要进口 ， 是目前制约我国增材设备发展的最大瓶颈 。 国内高质量金属级增材制造设备选用的光纤激光器基本以IPG和Trumpf为主 ， 激光扫描振镜市场则主要被德国Scanlab公司占有 。 我国光纤激光器近年来发展速度加快 ， 随着锐科激光、创鑫激光的出现 ， 正逐步迎头赶上 ， 但从目前国产化水平来看 ， 与国外激光器尤其是高功率激光器仍存在显性和隐性的差距 ， 如速光斑大小、定制化、稳定性和一致性等方面 。 随着国内不断加大对以上卡脖子技术的研发投入 ， 关键零部件的国产化替代趋势将在未来愈加明显 。
4.2上游原材料是行业发展的基础
增材制造业是一种新兴产业 ， 增材材料也创造性地经历了从无到有 ， 从有到优的发展过程 ， 研发更多品类的增材材料可以更好地拓展应用范围 ， 因此原材料是金属级增材制造行业发展的基础 。 随着适用金属原材料的增加 ， 增材制造将创造出更多种类的产品 ， 未来应用范围也会越来越广泛 。 目前常用的金属增材材料包括有色金属材料和黑色金属材料两大类 ， 其中有色金属材料包含钛合金、钨合金、铝镁合金等 ， 黑色金属材料包含不锈钢、模具钢、高温合金等 。 我国金属增材原材料已基本摆脱依赖进口的局面 ， 供应量和质量较为稳定 ， 国内代表厂商包括：瑞熙钛业、铂力特、飞而康、西安欧中、宇光飞力、海宝、华曙高科、赛隆金属、敬业增材等 。 增材材料与增材设备、增材服务相辅相成 ， 相同技术路线的不同型号的金属级增材设备也会对同类金属材料提出不同的性能指标要求 ， 材料的发展决定了设备的普及和加工工艺的定型 。
根据3D科学谷的市场调研 ， 国内增材制造市场对金属材料的需求占比已经接近一半 ， 其中金属材料中需求量最大的是钛合金 ， 占比达到38% ， 其在航空航天等高端领域应用较为广泛 ， 铝合金、不锈钢和钴铬合金占比也超过了10% ， 分别占比为19%、17%和11% ， 位居主流金属材料需求量占比的前四位 。
文章图片
图24：主流金属材料在国内需求占比
资料来源：九鼎投资
4.3软件研发是金属级增材制造的重要保障
软件开发投入较大 ， 并且每年需要不断更新维护 ， 属于资金和技术密集型行业 。 金属级增材制造软件主要包括：系统软件、切片软件、三维绘图软件、生成G代码软件（用于指导伺服运转）等 。 软件成本占金属级增材制造设备成本结构的比重接近20% ， 目前软件是整个我国增材制造生态产业链的短板之一 ， 软件开发仍集中在学术科研上 。 系统软件主要依靠国外成熟的操作系统装机运行 ， 如西门子系统等 。 国内增材制造设备厂是软件研发的主力军 ， 以自有知识产权的软件匹配自主研发设备 ， 一方面可以降低增材设备的生产成本 ， 另一方面设备销售收入也为软件开发提供了资金保障 。 国内企业的软件研发发力点主要集中在三维绘图、切片软件 ， 和生成G代码方面 。
4.4增材制造服务领域的拓展推动着整个产业链条技术的更新 ， 航天军工将优先受益
下游金属级增材制造服务涵盖了产品的设计研发、激光成形、后处理和检验交付等多个环节 ， 其产成品性能指标的优劣直接反映了整个增材制造产业链条配合的成熟度 。 通过对终端产品的结果把控 ， 不断调整优化和升级前序产业链条 ， 形成正反馈 。 在当前阶段 ， 由于技术更新换代快 ， 研发成本高 ， 产量小等原因 ， 目前可接受的行业领域主要集中在航空航天、国防军工等 。 行业属性决定了造价成本并非第一敏感要素 ， 而是更加注重产品整体可靠性的提升 ， 结构的优化升级 ， 重量的明显降低 ， 大尺寸规格的突破等 。
随着增材制造的逐渐成熟 ， 金属级增材制造企业近年来连续开展军工多型号零部件的研发设计、试验和试制 ， 铂力特甚至已经实现了批产供货 ， 说明增材技术应用已经得到航天军工专家的认可 。 根据铂力特的招股说明书 ， 公司的增材制造零部件已经批产应用于7个飞机型号 ， 4个无人机型号 ， 7个航空发动机型号 ， 2个火箭型号 ， 3个卫星型号 ， 5个导弹型蛤 ， 1个空间站型号 ， 2个燃机型号 ， C919等军民用大飞机项目 。 中国航天科技集团五院529厂的增材制造技术已在载人航天、深空探测、遥感、通信等多个领域的正样、初样产品研制中得到广泛应用 ， 涉及型号近20个、零件产品300余件 。 随着近年来科研合作军品的逐渐定型 ， 预计未来2-5年内增材制造的军工订单将实现爆发式增长 ， 且持续性较强 ， 航天军工有望成为带动金属级增材制造快速崛起的第一推动力 。
4.5金属级增材装备需求激增 ， 大尺寸高效成型是未来趋势
虽然金属级增材制造可以创造出传统加工工艺无法实现的微观结构 ， 客户对增材设备和服务的需求增长迅猛 ， 但增材技术仍非主流应用 。 造成这一现象的原因之一是当前金属级增材设备的产品成型尺寸有限 ， 难以满足大多数工业制造的需求 。 较小成型尺寸额增材设备更多是用于科研教育 ， 因此 ， 为满足客户从“概念探索”到“样品试制” ， 再到“规模化生产”不同阶段的需求 ， 不论是选区熔化技术路线还是近净成形技术路线的设备制造商均在更大成型尺寸设备的研发上持续探索 。 金属级增材制造产业正处于从“以科研为主”到“以生产制造为核心”的转变 ， 大尺寸、多激光器、数字化、高稳定性、智能化、定制化、用户友好性的增材设备代表着增材制造的未来竞争力 ， 其可以降低设备使用难度 ， 及时发现生产中的问题减少损耗 ， 提高打印速度和打印质量 ， 满足更大规格零部件的制造需求 。
4.6行业整合加剧 ， 行业巨头加速布局增材制造产业
随着增材制造行业竞争的不断加剧 ， 企业为了增强自身竞争力 ， 开始布局行业整合 。 行业整合方式包括：向上下游并购或扩张 ， 以及其他行业跨界并购或参与增材制造 。 德国EOS属于典型的上下游扩张 ， 目前EOS已经不仅仅是全球最大的金属级增材设备厂商 ， 还是粉末原材料、制造工艺、服务咨询等多板块的解决方案提供商 ， 打造出完整的产业链条 。 美国GE作为工业企业的代表 ， 从2010年开始参与增材制造 ， 2016年成功并购瑞典Arcam和德国ConceptLaser公司 ， 目前已成功在航空发动机领域实现了增材制造的规模化应用 。
其他案例还包括阿迪达斯、强生等跨界投资增材制造商Carbon ， 阿迪达斯借助Carbon的3D打印技术已大规模生产了一款3D鞋 。 宝马集团先后投资了Carbon和金属增材制造公司DesktopMetal ， 并于2018年5月斥资1,000万欧元打造增材制造工业园区 。
增材制造行业整合的加剧 ， 不但加速了行业内上中下游产业链条的快速融合 ， 而且随着跨界巨头对行业的深度参与 ， 增材制造将加速大规模产业化的应用 。
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