2023年金属增材制造行业研究:全球及中国主要企业分析

  • 来源:中信建投证券
  • 发布时间:2023/07/20
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金属增材制造行业深度报告:代新工艺,先军后民踏上新征程。

一、 全球:欧美发达国家主导行业,工业级竞争格局良好

增材制造行业龙头市场份额较大,新兴企业发展迅速。行业发展早期,以 EOS、SLM Solution、3D Systems、Stratasys 为代表的龙头企业拥有技术和专利优势,抢占了大量市场份额,客户群稳定。2009 年以来 随着以 SLM 为代表的一批技术专利陆续到期,一批新兴企业快速涌现,挤占龙头份额。根据 Wohlers Associates,以价格计算,龙头 Stratasys 和 3D Systems 18A/19A/20A 的合计市场份额分别为 13.8%/10.7%/8.5%; 以 工 业 级 增 材 制 造 出 货 量 计 算 , CR3/CR5/CR10 从 17A 的 45.0%/51.6%/64.6% 下降至 21A 的 30.3%/41.5%/53.8%,龙头市场份额明显受到新兴企业挤压。

近年来,3D 打印设备制造商的数量增长迅速。根据《Wohlers Report 2022》披露的数据,2021 年,全球 有 266 家制造商生产和销售工业 3D 打印系统(价格高于 5000 美元),与 2020 年相比,增加了 38 家,自 2012 年 以来,工业系统制造商的数量增长了近 8 倍;且 2021 年有 39 家公司的工业 3D 打印系统销量超过了 100 套。 这 266 家系统制造商来自于世界各地,其中中国制造商数量从 20 年 26 家增长到了 21 年的 37 家。美国系统制 造商同期从 47 家增长到 59 家。

金属增材制造市场头部效应明显。根据 SmarTech Publishing,2017 年 EOS、Concept Laser、SLM Solutions 分别占据全球金属增材制造市场份额的 28.0%、18.1%、12.6%,CR3 达 58.7%,市场集中度较高。2016 年 GE 收购 Concept Laser 和 Arcam,成为金属增材制造行业头号玩家之一;2022 年 Nikon 收购 SLM Solutions 入局金 属增材制造。

国内企业与国外主要竞争对手 EOS、惠普(HP)、SLM solutions 等跨国公司相比,业务体量、行业运 营经验、品牌影响力、资源网络、业务覆盖面等方面尚存在一定差距。根据 Wohlers Associates 统计数据显示, 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,SLM Solutions 设备销售市场占有率为 2.15%,3D Systems 设备销售市场占有率为 6.89%,华曙高科设备销售市场占有率为 1.42%,铂力特设备销售市场占有率为 1.06%。 全球 3D 打印市场美国占据约 1/3,中国 3D 打印市场规模仍然离美国有很大差距。2020 年美国 3D 打印产 业规模占全球比重 34.4%,中国为 10.8%。作为 3D 打印起步较晚的中国,近几年,抓紧自主创新和研发,虽 然和国外的技术还有一定差距,但也一步步朝着精细化和专业发展。当然,国内巨大的市场潜能,也吸引了不 少国外 3D 打印行业巨头的目光和投资,进一步推动了中国 3D 打印产业的发展。

1.1 EOS——全球最大的金属增材制造设备提供商

德国 EOS 成立于 1989 年,是金属和高分子材料工业 3D 打印的领导者。EOS 公司现在已经成为全球最大 的金属增材制造设备提供商,产品类型覆盖增材制造设备、打印服务、材料、工艺和咨询服务等。公司实力强 劲,2017 年全球市占率达 28%,EOS 公司目前已经成为全球最大的金属增材制造设备提供商。 EOS 所设计的 3D 打印机最初运用于汽车领域,德国慕尼黑的宝马汽车公司是第一个用户。物理学博士 Hans J. Langer 于 1989 年成立了 EOS GmbH Electro Optical Systems 公司。在 1990 年,公司开始研发第一款产 品,宝马汽车制造商无法在美国市场上找到一种满足其规格的基于树脂的 3D 打印机,因此在 EOS 还只是设计 阶段的时候,就为专门满足宝马要求的激光 3D 打印机项目提供了风险投资。1991 年,EOS 交付了 STEREOS 400,其能满足慕尼黑汽车制造商的要求与期望。因此,一时之间,EOS 成为首家也是唯一一家欧洲高端快速 原型系统供应商。

1992 年,3D 打印在汽车领域的成功吸引了其他汽车制造商的关注,EOS 继续奉行其发展战略,推出了市 场上的第二台 3D 打印机 STEREOS600,并提供给奔驰公司使用。1993 年,第一次商业销售 2 台 STEREOS 600 给日本日立公司,前两台 EOSCAN 100 分别安装在 BMW 和 IPT Aachen。1995 年,EOSINT S 350 是第一 款采用激光烧结技术制作金属砂模的系统,为宝马公司制作金属铸造件。1996 年,EOSINT S 700 砂质激光烧 结系统在宝马公司安装。 EOS 持续开拓海外业务,实现业务的持续扩产与上下游整合。1991 年,EOS 在法国开设了第一家分支机 构 EOS Electro Optical Systems S.A.。1997 年,意大利公司 EOS s.r.l. Electro Optical Systems 在米兰成立。2000 年,在芬兰成立 EOS Oy,用于研究金属材料。2001 年,在英国成立 EOS Electro Optical System Ltd.,在美国 成立 EOS of North America, Inc.。在 2005 年,在印度成立 EOS India Branch Office。在 2006 年,在新加坡成立 EOS Singapore Pte. Ltd。在 2007 年,在韩国成立 EOS GmbH Korea Branch Office。在 2008 年,EOS 成立开姆 尼茨的子公司,专门从事微型激光烧结。在 2010 年,在瑞典成立 Electro optical Systems Nordic AB,面向北欧 与波罗的海国家。在 2012 年,在中国香港成立 EOS GmbH Electro Optical Systems Ltd.。在 2013 年,在上海成立 office and technology center。在 2016 年,随着在德克萨斯州开设新办事处,公司在美国的业务得到了扩展。 在 2018 年,公司在日本成立 EOS Electro Optical Systems Japan K.K.。

公司主要产品包括 EOS M 290、EOS M 300 系列、EOS M 400、EOS M 400-4 等多种型号,尺寸覆盖 250*250*325mm3到 400*400*400mm3,全球装机 4180 多个,面向全球进行服务,且在 15 个国家设有销售和服 务办事处。

根据 Wohlers Report 2022,当增材制造服务供应商被问到 2021 年盈利性最强的增材制造设备时,16.8%的 供应商首选了来自 EOS 的聚合物粉末床熔融,而同时 EOS 的金属增材制造设备也成为了 9.5%的服务供应商的 首选,表明 EOS 在整个增材制造行业中的龙头地位。

1.2 SLM Solutions——技术为王,世界一流金属增材设备商

SLM Solutions(AM3D.DF)是世界领先的金属激光增材制造设备生产商。公司成立于 1996 年,2003 年 公司发布首款商用 SLM 打印机 SLM 250,2014 年公司在德意志交易所上市;2016 年曾与 GE Additive 洽谈收 购事宜,但最终收购失败;2022 年 11 月尼康(Nikon)宣布完成 SLM Solutions 92.38%的股份的收购。公司实 力强劲,2017 年全球市占率达 12.6%。 SLM Solutions Group AG 是一家上市公司,总部位于德国吕贝克,该公司是选择性激光熔化工艺的发明 者,于 1996 年获得 SLM 技术专利,专利布局较早奠定发展基础,先发优势抢占增材制造市场。公司专注于 开发和分销最具创新性、以生产为导向的金属增材制造系统。SLM Solutions 是第一家将多激光引入 SLM 系统 中并将其产业化的公司,是多激光器技术领域先驱,且 100%投入到金属增材制造设备以及材料的研究。SLM 解决方案所采用的选择性激光熔化技术,特别是激光束-粉床融合技术(LB-PBF)仍然是增材制造领域的主导 技术,其中金属 PBF 是最大的单一创收技术,占系统供应商创收的 40%左右。咨询公司 AMPOWER 将选择性 激光熔化(SLM)技术评为金属基增材制造领域最知名的领先技术。在总共 18 种技术中,选择性激光熔化被评估 为具有最高的技术成熟度,因此是唯一可以广泛用于工业的技术。此外,根据安装基地的规模,粉末床熔化技 术(PBF)的总市场份额为 84%。且 SLM Solutions 的动态产品组合与多激光器系统为客户提供了广泛的利益,以 满足他们的需求,从而很好地从这种增长中受益。

公司主要 产品包括 SLM125 、SLM280、SLM500、SLM800、NXG XII 600 多种型号 ,尺寸 覆盖 125*125*125mm3 到 600*600*600mm3,,截止 2022 年 9 月,全球装机数量超过 800 台,其中 SLM125、 SLM280、SLM500&SLM800、NXG XII 600 装机数量占比为 17%、63%、19%、1%。公司下游客户包括罗尔 斯·罗伊斯、BMW、保时捷、波音、空客、博世、NASA 等,客户质量较高。

公司于 2020 年发布的 NXG XII 600 打印机系全球最先进的大尺寸 SLM 打印机之一,打印效率较上一代 提升约 500%。该系列打印机配有 12 个激光器,打印速率可达 1000cm3 /h,打印尺寸达 600*600*600 mm3,系 最先进大尺寸 SLM 打印设备之一。

公司营收自 2012 年以来快速增长,2017 年后陷入调整,2020 年后逐步企稳回升。公司营收自 2012 年的 1780 万欧元增长至 2017 年的 8250 万欧元,5 年 CAGR 达 35.85%,但此后营收急速下跌至 2019 年的 4900 万 欧元。公司营收下跌或与 SLM 技术专利于 2016 年到期行业竞争加剧,和 3D 打印需求增长不及预期有关。新 冠疫情爆发严重冲击全球供应链,供应链依赖度更低的 3D 打印技术受到市场青睐,公司也在 2020/2021/2022 年实现营收 6180/7510/10571 万欧元,同比增长 26.1%/21.6%/40.7%。公司毛利率总体保持在 50%以上水平,盈 利能力优秀。业务结构方面,设备及辅件销售和粉末等商品销售两个板块占比约为 1:4,结构总体稳定。

公司营收主要来自欧洲和北美,亚太营收占比持续走低。从营收地区来源看,22A 来自德国/亚太/欧洲 (非德国)/北美的营收占比分别为 13.12%/17.10%/21.24%/47.81%,17A-22A 来自亚太的营收占比分别为 28.21%/32.08%/28.82%/23.50%/9.18%/17.10%。亚太地区营收下滑严重,或与亚太地区新兴 3D 金属打印设备制 造商崛起有关。

1.3 3D Systems——世界上首家 3D 打印公司,增材制造行业龙头

1983 年创立 3D Systems,至今已 30 余年。3D Systems 公司由 3D 打印技术之父 Charles (“Chuck”) Hull 参 与创建,至今已发展成为一家全球化的 3D 解决方案提供商,凭借世界一流专业知识与先进的数字化制造流程, 为客户解决业务、设计和工程等各方面的需求。从数字化、设计与仿真,到制造、检验和管理,全方位的技术 产品组合提供可定制的一体化工作流程,实现产品与工艺优化,同时加速制造成果产出。凭借先进的软硬件和 材料资源,以及按需制造服务和全球专家团队,3D Systems 将通过制造创新,担当企业变革的领路人。

公司金属 3D 打印机主要产品包括 DMP Flex 100、DMP Flex 200、DMP Factory 350 系列、DMP Flex 350 系列、DMP Factory 500 Solution 等多种型号,尺寸覆盖 100*100*90mm3到 500*500*500mm3。 公司营收自 2009 年以来快速增长,2014 年后陷入调整,规模并购或对短期业绩造成压力,但长期来看有 助于龙头地位巩固。公司营收自 2009 年的 11283.5 万美元增长至 2014 年的 65365.2 万美元,5 年 CAGR 达 42.10%,但此后营收基本在 6 亿美元左右波动。3D Systems 自 2015 年以来营收和利润增长陷入停滞,或与公 司大规模并购行为密切相关。虽然大规模并购行为对公司短期业绩造成了压力,但长期而言具有以下优势:1) 布局多技术路线有助于保持企业技术先进性;2)整合上下游产业链有助于提升公司行业话语权,例如通过优 势地位强制捆绑销售打印材料;3)兼并竞争对手有助于公司实现扩张。因此尽管近年来业绩承压,行业龙头 仍在进行大规模并购活动,龙头效应不断提升。

1.4 复盘国际增材巨头成长之路:并购重组巩固产业链地位

并购重组是增材制造龙头扩张及新玩家入局的重要途经。安永认为增材制造行业并购行为主要有三大驱动 因素:1)行业外制造企业通过收购 3D 打印公司获取新技术和知识;2)增材制造企业通过收购和合作扩大产 品范围,从而提升其在价值链中的地位;3)增材制造设备制造商通过收购规模较小的企业吸收新技术。反映 在调查数据上,增材制造行业并购交易的动机主要包括市场份额(Market share,并购竞争对手,42%)、进入 市场(Market Entry,28%)、产品扩张(Product Expansion,20%)、地理扩张(Geogr. Expansion, 7%)。

Stratasys 并购 Desktop Metal 形成第一家覆盖从设计到大规模生产整个制造周期,金属与非金属的工业化 增材制造公司。2023 年 5 月 25 日,Stratasys Ltd.(纳斯达克代码:SSYS)和 Desktop Metal, Inc.(纽约证券交 易所代码:DM)宣布达成最终协议,双方将通过一项价值约 18 亿美元的全股票交易进行合并,预计该交易将 在年底前完成。根据其 Investor Presentation,合并后的公司将包括聚合物和金属在内的多种独特的 3D 打印工 艺,这些工艺能够相互补充,为用户提供最全面的增材制造解决方案。此外,Stratasys 表示,合并后的实体将 拥有约 3400 项专利和 800 多名科学家和工程师。双方四年累计研发支出已超过 5 亿美元,这也是一项重要资 产。预计合并后的公司将覆盖广泛的垂直行业和应用市场。

GE 收购 Arcam 和 Concept Laser 布局金属增材制造。GE(通用动力,NYSE:GE)是全球主要航空航天、 汽车、医疗设备生产商,也是全球增材制造行业的重要下游客户。GE 非常重视 3D 打印技术在航空航天零部 件制造中的潜力,2016 年 GE 通过收购 Concept Laser 和 Arcam 同时掌握了 SLM 和 EBM 技术,大大促进了金 属增材制造技术在其航空航天产品中的应用。

3D Systems 通过大量收购布局全产业链和多技术路线。公司收购 dp polar 、Oqton、Z Corporation、 Geomagic 、 botObjects 、 Volumetric 、 Rapidform 、 Quickparts 、 Kumovis 、 TitanRobotics 、 Volumetric Biotechnologies 等公司布局打印材料、打印软件、打印服务等且上下游产业链覆盖金属、塑料、陶瓷多种材料 打印技术。大批收购扩张了 3D Systems 的增材制造技术路线和业务版图,有利巩固了 3D Systems 的龙头地位。

1.5 欧美军工集团与航天局:加速布局金属增材,逐步提高增材制造渗透率

美国各大军工集团不断加大对于增材制造的运用,并在政策的驱动下加大对于增材制造工艺的使用以及投 入,且航天航空是金属增材制造应用的重要领域,当前应用程度与未来潜在空间都较大。各大军工集团与航天 局很早便开始布局金属增材制造,主要采取合作与建立厂房的方式将增材制造技术融入到日常设计与生产当中, 其中绝大多数都已经设立专门的增材制造中心来加强对增材制造技术的使用并评估其在各自领域中的运用前景。 2022 年,美国国防部通过一项名为“提高吸气式高超声速增材制造成熟度”(Growing Additive Manufacturing Maturity for Airbreathing Hypersonics,GAMMA-H)的计划,将相关材料和工艺用于制造超 过 5 马赫的飞行和机动系统部件。目前,传统的制造工艺无法满足先进高超声速武器所需的复杂结构零件的制 造要求,GAMMA-H 计划将有助于推动增材制造工艺的应用与发展,以满足现代高超声速空气助燃系统所需 的推进和温度要求。

拜登政府为了解决美国高企的通货膨胀推出了 AM Forward,将通过提高美国中小型制造商的竞争力,创 造和维持高薪的制造业工作,形成更安全、更有韧性的供应链,从而帮助降低美国家庭的成本。在该计划当中, 大型标志性制造商与他们美国本土的小型供应商之间签订自愿契约。通用航空、霍尼韦尔、洛克希德-马丁公 司、雷神公司和西门子能源公司是 AM Forward 的最初参与者,这些公司均做出了明确的公开承诺: 1) 洛克希德-马丁公司将与其中小企业供应商合作开展研究,以提高增材制造技术的性能,特别是侧重于 将 3D 打印作为铸件和锻件的替代品;它将进一步参与大学和技术学院的增材制造劳动力发展计划。 2) 波音公司将提高中小企业供应商对涉及增材制造的产品报价订单的竞争能力。波音公司还将为合格的 中小企业供应商增加 30%的需求量,同时为资格要求提供技术援助。 3) 雷神公司将寻求中小企业制造商参与其使用增材制造技术制造的产品的 50%以上的询价;该公司还将 寻求简化和加速增材制造零件的采购过程。 4) 诺斯罗普-格鲁曼公司正寻求从小型美国公司采购其 50%的增材制造产品、机械、工具和工艺研发包。

1.5.1 洛克希德马丁公司(Lockheed Martin):增材制造首批主要倡导者

航空航天业是 3D 打印的首批主要倡导者之一,因为该行业一直是这项技术发展的推动力。早在 2011 年 由 NASA 发射升空的 JUNO,是由洛克希德马丁公司研发的第一艘飞行 3D 打印部件的行星航天器,其中有十 几个由钛合金制成的 3D 打印波导支架。2016 年 7 月 4 日晚,朱诺号以每小时 130,000 英里的速度接近木星的 北极上空,此时它成为进入环绕行星轨道的最快航天器。2017 年,当美国空军的第六颗 AEHF-3 卫星发射到太 空时,其中有一个 3D 打印部件也将随之而去。该远程接口单元是一个铝制电子外壳,旨在容纳航空电子电路, 并且是在常规加工下需要多个组件和工艺才能制造的部件。但是通过 3D 打印,零件总数减少到只有一个,这 反过来又将制造时间从六个月减少到 1.5 个月,并将装配时间从 12 小时减少到仅 3 小时。该零件也成为第一个 经认证可用于洛克希德马丁公司军用卫星上的 3D 打印部件。

洛克希德马丁公司与电子束增材制造先驱 Sciaky 展开合作。2011 年,Sciaky 被洛克希德马丁航空公司选 为国防部 Mentor-Protege 协议,协议表明洛克希德马丁航空公司将帮助 Sciaky 扩大制造能力和管理基础设施, 以提供价格合理,高质量,创新的钛原材料预制件,以支持未来的国防部和主承包商需求。该协议的最初重点 将是为洛克希德马丁公司的 F-35 飞机项目制造钛结构部件。根据 3D Printing Industry,在 2014 年,Sciaky 开 始向商业市场提供交钥匙电子束增材制造(EBAM®)系统,洛克希德马丁作为其第二个客户从 Sciaky 购买了 工业级 EBAM 3D 打印机。并且洛克希德马丁公司已经为一个高压罐生产了两个大型钛 3D 打印圆顶,该高压 罐负责在轨道卫星上容纳燃料。使用 Sciaky 的电子束增材制造(EBAM)技术制造的钛圆顶直径为 46 英寸, 是洛克希德马丁公司最大的 3D 打印部件。且缩短了 87% 的穹顶建造时间,将总交付时间从两年缩短到三个月。

洛克希德马丁公司与多家 3D 打印厂商展开合作。2019 年,空中客车公司的德国子公司 Premium AEROTEC 已经与洛克希德马丁公司签署了一项增材制造协议。为了优化生产和降低成本,合作伙伴将努力确 定 F-35 闪电 II 飞机中可以使用 3D 打印技术生产的部件。2020 年,洛克希德马丁公司选择 Relativity Space 的 3D 打印技术进行实验性 NASA 任务。洛克希德计划与美国宇航局及其合作伙伴合作设计和建造低温系统,但 该公司需要在开发过程中与其发射提供商密切合作。为了优化火箭的设计灵活性,并在尽可能短的时间内建造 它,该公司选择分包 Relativity Space。 2021 年,质量保证软件开发商 Sigma Labs 获得洛克希德马丁公司的合同,使用 PrintRite3D 为其太空部门 提供过程中质量保证技术支持。2022 年,国防巨头洛克希德马丁公司的太空部门已选择电子公司 SWISSto12 和 CAES(Cobham Advanced Electronic Solutions)为未来的卫星任务打印相控阵天线。并在同年年底,为表明 洛克希德马丁公司致力于白宫 AM Forward 计划,扩大增材制造的使用并创建弹性供应链,洛克希德马丁公司 和 Sintavia 宣布合作扩大金属增材制造机会的研究,作为铸件和锻件的替代品。新的合作将探索其他增材制造 技术领域,包括激光粉末床融合、电子束定向能量沉积和摩擦搅拌增材制造。

1.5.2 波音公司(The Boeing Company):勇当军工行业增材制造拓荒者

早在 2001 年,Boeing 便第一次使用激光部件在其 X-37A 上。2003 年,波音就通过美国空军研究实验室 来验证一个 3D 打印的金属零件,这个零件是用于 F-15 战斗机上的备品备件。当需要更换部件时,3D 打印的 作用显现出来,因为通过模具加工的时间太长了,并且通过 3D 打印加工钛合金,替代了原先的铝锻件,而钛 合金的抗腐蚀疲劳更高,反而更加满足这个零部件所需要达到的性能。当时这个零件是通过激光能量沉积的工 艺加工金属粉末来获得的,这种定向能量沉积(DED)的工艺被首次应用到军事飞机上。直至今天,波音有超 过 70000 个 3D 打印零件在波音产品中飞行,包括聚合物和金属部件。

在波音的奥本工厂,建立了波音增材制造(BAM)制造中心,其于 2020 年春季竣工。其建立目标在于进 一步推动公司开发可重复、稳定和可靠的增材制造工艺,并满足认证和资格要求,以增加飞机零件和系统的增 材制造生产。该制造中心具有以下功能:1)铝和钛金属粉末床打印在一个 32000 平方的占地面积室中,有九 台机器和实验室设备。2)在大型增材制造打印机上进行工具的大型聚合物打印,该打印机位于制造厂内,与 打印室相邻。大型增材制造打印机有一个 20 英尺的打印床,可以打印 10 英尺宽、20 英尺长、5 英尺高的工具。 3)聚合物打印在一个 4500 平方英尺的空间里,有 13 台熔融丝制造机器和后处理机器。他们的聚合物熔融丝 制造机器可以打印工具和零件,如管道、支架和内饰。4)在工厂车间上方的夹层中的是办公空间和会议室, 其用于推动增材制造工程师和机器技术人员之间加强合作和整合。

Boeing 777X 于 2021 年成功完成了首次长途飞行,使其成为市场上最大的双引擎飞机之一。GE9X 具有许 多 3D 打印部件,因为波音和 GE 准备使用 777X 进行首次试飞。由大约 300 个 3D 打印部件组成,这些部件共 同构成了七个多部件组件。这包括著名的 GE 3D 打印燃料喷嘴。其他组件,包括温度传感器和燃料混合器, 以及较大的部件,如热交换器、分离器和一英尺长的低压涡轮叶片,有助于减轻发动机的重量。2019 年晚些 时候,据透露,GE 航空集团增加了 27 台 Arcam 电子束熔化(EBM)机器,为 GE9X 发动机生产钛铝化物 (TiAl)叶片。据 GE 称,3D 打印有助于使 GE9X 发动机的燃油效率比 GE10 高 90%。

波音公司组建新的波音增材制造(BAM)业务单元,并在波音的奥本工厂建立了波音增材制造(BAM)制 造中心,布局多台金属 3D 打印机,抬高增材制造技术战略地位。并将该技术广泛的用于公司各路产品当中, 787 Dreamliner 以及 777X 均有携带增材制造部件。且波音公司长期与 GE 公司展开合作,GE Additive 作为 GE 的一部分为金属增材制造提供机器、软件、咨询和粉末,并使用增材制造技术打印航空发动机多部件组件。

1.5.3 雷神科技公司(Raytheon Technologies Corporation):打造全球增材制造中心网络

2020 年 4 月 3 日雷神公司与联合技术公司正式合并组建雷神科技公司。主要包括 4 项业务:来自雷神的 太空与机载系统(Space & Airborne Systems)、来自雷神的综合防御与导弹系统、来自联合技术公司的柯林 斯航空、来自联合技术公司的普惠发动机(Pratt & Whitney)。柯林斯航空航天系统公司专门从事航空结构、 航空电子设备、内饰、机械系统、任务系统和动力控制,为商业、区域、商务航空和军事领域的客户提供服务。 普惠公司为商用、军用和公务机设计、制造和服务世界上最先进的飞机发动机和辅助动力系统。雷神情报与空 间部门专门开发先进的传感器、培训以及网络和软件解决方案——提供其客户在任何领域、面对任何挑战时取 得成功所需的颠覆性技术。雷神导弹与防御部门提供业界最先进的端到端解决方案,以探测、跟踪和对付威胁。

2022 年,柯林斯航空航天公司宣布在其位于北卡罗来纳州门罗的园区开设一个新的增材制造中心并扩大 其维护、修理和检修(MRO)能力。柯林斯公司在门罗的新增材制造中心包括两台 3D 打印机,并计划在未来 增加更多。它有两台激光粉末床熔化机作为其初始能力,一台是雷尼绍 RenAM 500Q(仅用于铝),另一台是 SLM Solutions 的 SLM 500(用于钛)。新的设施将加入公司现有的全球增材制造网络,包括位于爱荷华州、 明尼苏达州和新加坡的增材制造中心,以及位于康涅狄格州和波兰的增材研究中心,以最先进的系统和优化设 计支持下一代飞机。

虽然 AMCoE 是在整个企业中扩大增材制造操作的催化剂,但它并不是 UTC 在该领域的第一次或唯一的 尝试。自 20 世纪 80 年代以来,普惠公司已经批量制造了超过 10 万个原型,其中数百个原型支持其 “PurePower ”齿轮传动涡扇(GTF)发动机系列的开发。2017 年,该公司将其 PW1500G 齿轮传动涡扇发动 机的增材制造部件投入生产,该发动机被庞巴迪公司独家用于其 C 系列飞机家族,现在被打造成空客 A220。 基于其在该领域几十年的工作,UTC 已经开始实现新的市场机会。例如,在柯林斯航空航天公司,仅用四个 部件就生产出了一个完全增材制造的工业燃料喷嘴,而传统的标准燃料喷射器需要 17 个部件,这为柴油机领 域的业务带来了新的可能性。增材制造燃料喷嘴还产生了显著的优势,如交货时间缩短 75%,重量减轻 10%, 操作步骤减少 70%,原材料减少 80%。

在 2020 年,普惠公司(Pratt & Whitney)宣布首次将 3D 打印应用于航空发动机部件的维护、修理和大 修(MRO)中。3D 打印的航空发动机部件利用了 ST Engineering 公司的生产级 3D 能力,以及通过普惠公司 操作的受控流程在金属打印方面的强大领域知识。该 3D 打印部件将首先被用于普惠公司的一个发动机模型的 燃料系统部件中。 雷神科技公司设立多家增材制造中心以推动增材制造的研究与开发,提升增材制造在该公司业务中的使用 以及渗透。雷神科技公司旗下的柯林斯公司建立起了全球增材制造中心网络,包括位于爱荷华州、北卡罗来纳 州门罗、明尼苏达州和新加坡的增材制造中心,以及位于康涅狄格州和波兰的增材研究中心,并配备来自于 Renshaw、SLM Solutions 等老牌增材制造公司的 3D 打印机器,且其购置了全球最先进的大尺寸 SLM 打印机之 一 NXG XII 600,足以见得其对增材制造技术的重视。雷神科技公司旗下的普惠公司(Pratt & Whitney)也在 2013 年与康涅狄格大学合作成立了普惠公司增材制造中心(PW AMC),该增材制造中心配备 Arcam、EOS、 3D Systems 等行业巨头所产的 3D 打印机。

1.5.4 通用电力(General Electric Company):制造巨头收并购布局增材制造

GE 公司在 2016 年便设立了 GE Additive,标志着 Concept Laser 技术和 GE 生产业务的结合。随后在 2017 年增加了 Arcam EBM 和 AP&C 技术,以进一步加强产品。在过去的十年中,GE 逐渐在 3D 打印领域站 稳了脚跟,最初是通过收购 Arcam EBM,Concept Laser 和 Morris Technologies 来实现的,收购使 GE 同时掌握 了 SLM 和 EBM 技术。除了继续销售前两家公司的机器外,GE 还利用它们在其 GE Additive 和 GE Aerospace 业务中进行创新,大大促进了金属增材制造技术在其航空航天产品中的应用。

GE Additive 是 GE 公司的一部分,该部门研发并且售卖基于 PBF 的金属 3D 打印机。其主要包括增材机 品牌 Concept Laser 和 Arcam EBM,以及增材制造粉末供应商 AP&C。其中 Arcam EBM 于 2017 年加入 GE Additive,以独特的电子束熔化(EBM)技术进一步加强增材制造产品,该技术是金属部件批量生产的理想选 择之一。Arcam AB 成立于 1997 年,并于 2003 年交付了第一套 EBM 系统。迄今为止,全球已经安装了 300 多 套系统。Concept Laser 成立于 2000 年,并迅速成为世界领先的金属零件 3D 打印的机器和设备技术供应商之一。 2016 年 12 月,Concept Laser 加入了 GE Additive 公司,为 GE 的增材制造专业领域增加了广泛的 DMLM 机器 尺寸。AP&C 拥有 10 多年与主要生物医学和航空航天 OEM 合作的经验。AP&C 不断投资于研发,以优化专有 的先进等离子体雾化(APA)工艺,是唯一能够以有竞争力的价格提供最高质量的 3D 打印粉末的公司。

美国空军过去在寻找方法为他们服役了几十年的飞机来采购所需的关键备件,而且二手部件非常稀缺。使 用直接金属激光熔化(DMLM)技术,GE 的工程师与美国空军合作,为 GE F110 发动机建造了一个 3D 打印 的油槽盖。油底壳是机油润滑系统的一部分,而油底壳是发动机的一个关键部分。 喷气发动机原型和最终使用的部件的 3D 打印已经对开发和生产产生了重大影响。GE90 系列高旁路涡轮 风扇飞机发动机于 1995 年首次投入使用。现在,GE 航空的下一代 GE9X 将使用 19 个 3D 打印的燃料喷嘴,并 将 300 多个发动机零件组合成七个 3D 打印组件,从而减轻了重量,且整个 GE9X 发动机上拥有 300 多个增材 制造零部件,为波音 777X 等下一代宽体飞机提供动力。GE9X 是有史以来制造的最大和最强大的喷气发动机 ——仅前部风扇的直径就达 11 英尺。 2016 年 4 月,空客为其下一代 A320 客机接收了首批两台 LEAP-1A 发动机。GE 航空和法国赛峰集团是该 发动机制造商 CFM 国际公司的平等合作伙伴。CFM 已经收到了超过 12000 份 LEAP 发动机及其 3D 打印燃料 喷嘴的订单。阿拉巴马州的一家制造厂将生产成千上万的喷嘴,以满足订单的要求。在使用增材制造工艺时, 功能原型测试通常更便宜、更简单、更快速。

1.5.4 美国其他军工集团增材制造使用情况

近年来美国各大军工集团加大了对于金属增材制造的投入,并将金属增材制造工艺广泛运用于航空航天装 备制造等领域。2021 年 6 月,美国空军向三家公司授予了三份为期 15 个月的合同,以完成高超声速巡航导弹 的初步设计。雷神的发动机提供商是诺格,在 2019 年第一次成功测试后,诺格公司负责先进项目和技术的副 总裁约翰·威尔科克斯表示,诺格的整个超燃冲压发动机都是使用先进材料进行 3D 打印的。2022 年 7 月,雷神 宣布完成第二次高超音速武器飞行试验,发动机依然由诺格提供。2022 年 9 月,美国国防部称,雷神和诺格击 败了波音和洛克希德·马丁,获得美国空军 9.58 亿美元的高超声速武器制造合同。 根据诺斯罗普-格鲁曼公司官网,该公司已经在增材制造方面投资了 7000 多万美元,目前有 5000 多个 3D 打印部件集成到公司的航空平台上,且这些零部件全部由中小型供应商和合作伙伴生产。该公司目前还与几所 大学和学院进行合作。

1.5.5 美国国家航空航天局(NASA):推动增材制造技术开发大规模和多合金火箭发动机部件

增材制造中心(AMC)是喷气推进实验室(JPL)的增材制造的研究实验室和生产设施,其由 NASA 拥 有和赞助,并由加州理工学院管理和管理。 它使用激光粉末床融合(LPBF)、直接能量沉积(DED)和熔融 沉积模型(FDM)技术,为实验室提供金属和聚合物增材制造服务。 AMC 专注于早期研究和原型设计,旨在 为各种任务和项目注入新技术,并为 NASA/JPL 任务制造空间飞行硬件和机械地面支持设备(MGSE)。 该中 心是该国开发多功能分级材料(又称梯度合金)、极端环境下的多功能结构、两相热交换器、3D 打印顺应机 制、晶格结构、拓扑优化和增材制造设计(DFAM)等工作的首要设施之一。 该中心的研究重点是开发新的合 金,优化金属 3D 打印机的工艺参数,以及评估并与提供增材制造服务的供应商进行合作。

2018 年,美国国家航空航天局(NASA)正在通过低成本上阶段级推进项目在增材制造领域取得突破。该 机构在阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心成功地对一个燃烧室进行了热火测试,该燃烧室 是使用一种新的 3D 打印技术组合制造的。并证明了电子束自由形态制造生产的燃烧室护套可以保护燃烧室衬 垫免受燃烧室中的压力影响。

该项目是由美国宇航局的三个中心——俄亥俄州克利夫兰的格伦研究中心、弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究 中心和马歇尔联合开展的。该机构于 2015 年在马歇尔成功打印了第一个全尺寸的 3D 打印铜燃烧室衬垫,使用 的是格伦的材料科学家创造的粉末状铜合金。衬垫随后被送到兰利,在那里,电子束自由成型制造技术,一种 使用电子束和金属丝制造金属结构的层加工艺,被用来在衬垫上沉积镍合金以形成燃烧室外套。虽然铜衬里具 有良好的导热性,但它并不十分坚固,因此它被覆盖在镍合金护套中,以提供一个坚固的结构,能够承受腔体 中所包含的压力。 NASA 实现了使用 DMD 技术对于 RS-25 发动机喷嘴衬垫的增材制造,RS-25 发动机为美国宇航局的太空 发射系统(SLS)运载火箭提供动力,该运载火箭被选为 Artemis 月球计划。这个衬垫(高度为 10 英尺,直 径为 8 英尺)超出了现有 3D 打印工艺的打印能力。为了打印这个零件,对 DMD 技术进行了重大改进,使工 艺吞吐量增加了一倍,显著扩大了技术规模,并与工艺模拟相结合,制造出以前认为不可行的大型零件。这是 通过在定制机器中加入两个同时进行的工艺头和扩大工作范围来实现的,以便在一个安全和高效的环境中制造 这样的大型零件。RS25 发动机喷嘴衬垫的增材制造的成功演示,标志着 3D 打印的新时代,并将目前的 3D 打 印技术提升到一个新的水平,使大型金属零件的制造成本更低。

利用超声增材技术还可以将对温度敏感的传感器直接嵌入结构件中, 如 NASA 与 Fabrisonic 公司合作,将 直径为 195μm的光纤应变传感器(工作温度:-180~260℃)嵌入铝合金结构件中。随后上述技术被用于 NASA 数字孪生项目中,在结构件内部应力集中的区域,利用增材制造技术布置了 30 个光纤应变传感器,提 前预测部件的疲劳寿命。

1.5.6 欧洲航天局(ESA,European Space Agency):引入新的增材制造 "一站式服务"

欧空局增材制造基准中心(AMBC)于 2017 年 5 月成立,由位于英国考文垂的 MTC 领导。位于考文垂 的 MTC 研究机构是英国国家增材制造中心的所在地,它将管理新的欧空局增材制造基准中心,该中心将为欧 空局项目和高科技公司调查 3D 打印在其工作中的潜力提供一个简单易行的方法。欧空局将调用 MTC 的专业 知识,该中心提供最新的最先进的 3D 打印设备,允许生产原型零件,然后评估其对特定应用的适用性。 国家增材制造中心有几个车间,放置着他们的增材制造和下游加工设备。这些设施具有工业规模,为开发 工作提供了代表性的试验台。它们也是数字连接的,能够从工艺链的各个阶段获取数据,并用于优化加工。其 中包括金属粉末床熔融(PBF)设备:Renishaw RenAM 500Q、Renishaw-AM250 PlusPac、Trumpf TruPrint 3000、EOS M280、EOS M400-4、AddUp FormUp 350 和 Arcam Q20+。定向能量沉积(DED)设备:Tec Laser Processing Cell、Trumpf Laser Processing Cell、FANUC ARC Welding Cell 和 10KW IPG Cell。

ESA 通过英国航天局为协同喷气式火箭发动机 SABRE 的开发投资了 1000 万欧元,加上英国航天局的 5000 万英镑。ESA 还代表英国航天局履行技术监督的职责,该引擎由 Reaction Engines 公司进行研发。目前 的 SABRE 4 发动机需要对火箭发动机的推力室和喷嘴进行新的设计,以允许在空气呼吸和火箭模式下运行, 并在两者之间有一个平稳的过渡。先进喷嘴实验一直在解释这一概念的可行性,并代表了对 SABRE 发动机的 重要技术开发努力。该试验发动机采用了几项新技术,包括一个 3D 打印的主动冷却推进剂喷射器。自 2015 年 春季投入使用以来,该试验发动机已成功发射了 30 多次。

1.5.7 商业航天增材制造使用情况

近年来商业航天领域的增材制造使用也越来越频繁,各大商业航天公司也加大了对于金属增材制造的投入。 SpaceX 公司作为最早推出增材制造火箭发动机的公司之一,让其他公司了解到了金属增材制造的优势及其作 为先进、高性能部件制造工艺的可靠性。越来越多的商业航天公司开始将增材制造技术融入到自己日常生产当 中,以 Relativity 为例,其已经实现了全火箭 3D 打印,旗下的 Terran1 火箭的 85%质量均由 3D 打印制造,尽 管没有进入轨道,但是已经通过了 Max-Q。Relativity 在加利福尼亚州的巨型工厂中拥有三台大型 EOS M400 级 DMLS 系统,四台 Velo3D Sapphire 系统(包括两台 Sapphire XC 级系统)和内部开发的巨型 Stargate 金属 DED(定向能量沉积)系统。

二、 中国:依托航空航天快速成长,技术跻身世界前列

增材制造金属粉体材料供应商以欧美厂商为主,如德国 EOS、德国 TLSTechNIk、AP&C、Arcam、瑞典 solvay、 瑞典 Hoganas、Concept Laser、ExOne 等,总产能超过 10,000 吨/年。国内金属增材制造粉材市场激烈 竞争与高端粉材供给不足矛盾并存。国内 3D 打印金属粉材厂商众多,但多数企业技术含量低,在激烈的市场 竞争中大打“价格战”;与此同时《铂力特定增说明书》指出“市场金属粉末材料种类偏少、品质偏低、专用化 程度不高、供给不足”,金属粉材市场存在结构性矛盾。2021 年主要厂商包括中航迈特、飞而康、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 1,600 吨/年。其中,中航迈特公司销售高温合金和钛 合金粉末超 100 吨,江苏威拉里公司销售模具钢粉末超 100 吨。

国内外粉材质量仍有差距,国内厂商正快速追赶。总体上,国产金属粉末在质量上与国外同类产品仍存在 差距,但近年来国内企业发展迅速,部分产品已赶超国外同类产品。以有研粉材的 15μm-53μm 规格 AlSi10Mg 粉体材料为例,与竞争对手德国 TLSTechNIk 公司相比,产品在球形度、松装密度、振实密度、流动性、粒度 分布等技术指标上均具备优势,同时产品原材料成本降低 50%,产品综合竞争力明显优于对手。母合金原料质 量是金属增材制造粉材的痛点。

材料的制作成本和使用性能是上游核心痛点。金属 3D 打印工艺中,金属粉末质量是影响最终打印部件结 构及性能质量以及使用成熟度的关键因素之一。金属粉末质量越好,一致性越高,波动越小,粒径越小,其打 印出的产品致密性、机械性能越好。相比较而言,我国 3D 打印粉末材料在各个方面都落后于国外,而专用粉 末材料体系不完备、标准缺乏、工艺性验证不足等问题是造成现阶段国内金属粉末性能略差于国外的主要原因。

国内龙头部分产品性能已能比肩海外龙头。以铂力特 S510/S600、华曙高科 FS811M 和易加三维 EP-M650 为例,上述产品关键技术指标达到了 EOS、SLM Solutions 同类产品水平,部分指标如成形尺寸、预热温度、 氧含量控制以及铺粉效率等方面甚至有所超越,国内外水平基本相当。

国内金属增材制造企业与航空航天产业深度绑定,业绩增长有支撑。以铂力特和华曙高科为例,铂力特/ 华曙高科 19A/20A/21A 来自航空航天领域营收占比分别为 62.79%/52.60%/57.27%和 23.56%/55.15%/59.43%, 下游客户涵盖中航工业、中航科工、航发动力等国家队。此外,国内金属增材制造企业常与各大研究院所合作 攻关相关技术,形成黏性极强的产学研复合体。航空航天客户需求稳定增长,销售费用率低,业绩增长有支撑。 当前国内金属增材制造企业正依托航空航天产业逐步向其他行业扩张。

2.1 有研粉材——有色央企龙头,入局增材制造

有研粉材成立于 2004 年 3 月,由有研科技集团控股,专业从事有色金属粉体材料的设计、 研发、生产和销售,是国内铜基金属粉体材料和锡基焊粉材料领域的龙头企业。2021 年 12 月公司与钢研投资 合资设立有研增材技术有限公司,新增金属增材制造粉末产能 500 吨/年(根据公司公告,2022 年 10 月年产能 已达 300 吨),采用真空气雾化制粉技术、高压水雾化制粉技术和高速离心雾化制粉技术三种技术路线,产品 覆盖铝合金、铜合金、高温合金、模具钢、钛合金等多种常见粉末。

有研增彩技术有限公司以市场需求为导向,依托自身在金属粉末制备环节的技术优势,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。其可生产多牌 号金属粉末:铝合金粉末(AlSi10Mg、CPAL-G 高强铝合金粉末、CPAL-G2 高强铝合金粉末)、高强高导铜 合金粉末(纯铜、CuCrZr、CuNiSiCr、 CuSn10 等增材制造用铜及铜合金粉末)、高温合金粉体材料 (GH4169、 GH3536、GH3625 三个牌号为主)以及模具钢粉末。

2.2 中航迈特——增材制造设备、材料及工艺一站式服务商

中航迈特增材科技(北京)有限公司成立于 2015 年,位于北京经济技术开发区,是北京市市属国企京城 机电控股企业,国家高新技术企业,国家级专精特新“小巨人”企业。公司以国家战略为指引,以市场需求为导 向,专注金属粉末材料、金属 3D 打印设备研发生产,掌握高性能金属粉末材料设计与制备、智能化增材成形 装备与工艺等核心技术,服务国家科技战略目标和重大工程建设。

中航迈特核心团队来自我国航空航天材料院所,拥有 10 年以上先进合金材料研发经验,掌握高性能金属 粉末材料设计、制备工艺及成套装备关键技术,先后解决了粉末收得率低、流动性差、力学性能不稳定等行业 技术难题。中航迈特科研团队先后成功研发了 TC4、TA15、TC11、TA19 等钛合金,GH3536、GH4169、 GH3625、GH5188、GH3230、GH4099 等高温合金,NiTi50 形状记忆合金,TiAl4822 金属间化合物, AlSi10Mg、AlMgErZr 等铝合金,Ta、W 等难熔金属,18Ni300、CX 等模具钢等 3D 打印专用粉末材料,产品 纯度高、球形度好、性能稳定、品质卓越,可 100%替代国外产品,广泛应用于航空、航天、医疗、汽车、模 具、消费电子等行业领域。

面向大型化、一体化、复杂化等空天产品特点及轻量化、低成本、快速研制的迫切需求,中航迈特可以用 户提供包含设备、材料及工艺的一站式金属增材制造解决方案。根据中航迈特官网,公司使用 MT-280 完成了 燃油喷嘴的批量化应用,其中材料选择公司自产的 MT-GH3536,针对合金沉积态开裂及高温延伸率低等问题, 进行针对性粉末成分优化,实现粉末微裂纹明显消除。并实现了发动机关键部位的合理结构设计、多零件整合, 并且实现整体减重以提高了飞机发动机的效率。

2.3 江苏威拉里——做金属粉末行业的“隐形冠军”

江苏威拉里新材料科技有限公司是江苏省国资委重点培育、徐州矿务集团有限公司投资组建的国家级高 新技术企业,主要从事金属 3D 打印粉末的研发生产,成功解决我国增材制造领域关键原材料“卡脖子”难题, 入选国家科改示范企业、国家专精特新“小巨人”企业名单,融入长三角国家技术创新中心体系,是全球领先的 金属增材制造整体解决方案提供商。主攻高温合金、钛合金、模具钢和铝合金等增材制造用金属粉末,主营产 品市场占有率居行业前列,高端智能装备及关键零部件自主化率 100%、达到世界先进水平。 公司与多所院校展开合作,联合中南大学、西北工业大学、哈尔滨工业大学共同研发真空气雾化、电极感 应气雾化制粉技术。并与同行业华曙高科、铂力特、汉邦科技展开合作,下游客户包括中国航天、中国兵器工 业集团等大型军工集团,客户质量高。

2023 年 7 月,威拉里公司完成 A 轮融资,融资额近亿元,本轮融资将助力二期项目智慧工厂建设和产业 链拓展延伸。威拉里二期项目位于徐州市经开区,占地 50 亩,规划建设 40 条生产线,设计产能 1500 吨/年, 项目建成后将更好满足航空航天、生物医疗等领域对高端金属粉末材料需求,对于公司着力延链补链强链、锻 造产业竞争优势、巩固行业头部地位具有重要意义。 近 5 年,威拉里公司经营业绩保持高速增长,今年上半 年营业收入同比增长近 100%,在高温合金粉末、钛合金粉末等细分领域中优势明显、位居行业前列。 真空惰性气体雾化系统(VIGA)生产线 10 条,3D 打印分年产能 750 吨以上。采用惰性气体保护生产, 粉末球形状度高,氧含量低,卫星球低等特点。适用于生产不锈钢、模具钢、铝合金、高温合金、钴铬合金、 铜合金、定制合金。VIGA 设备完成了全自动制粉流水线的设计,能够在该设备上实现雾化、冷却、转运、筛 分、包装的流水线式操作,粉末生产将从现在的半自动方式转变为全自动方式,单条线的产能将增长 4 倍以上。

2.4 大族激光——工业激光装备龙头布局增材制造

大族激光是一家专业从事智能制造装备及其关键器件的研发、生产和销售的高新技术企业, 具备从基础器件、整机设备到工艺解决方案的垂直一体化优势,是全球领先的智能制造装备整体解决方案服务 商。3D 打印机多是采用光纤激光器作为能量源,配置高精密扫描振镜,成熟切片及路径规划软件等,达到高 速扫描和生产,安全可靠,稳定高精,适用于不锈钢,铝、钛合金,模具钢等材料打印。融合该公司多年在激 光及自动化设备开发领域积累的研发成果及丰富经验,以市场为主导,专注于工业级 3D 打印设备开发与应用。

伴随着近年来国内增材制造逐步升温,得益于在激光器、运动控制、机械机构、软件开发、工艺研究以及 材料领域雄厚的技术积累,加之客户端的需求反馈,大族激光在最近几年逐步加大增材制造领域的布局。其有 能力自主生产 3D 打印所需要的光纤激光器以及扫描振镜。其自主生产的可变光斑光纤激光器 ABS 系列和连续 光纤激光器单模组系列 500-3000W 均可用于增材制造,ExtraScan 数字振镜产品型号覆盖全面并且自主研发高 精度光栅编码器,打破国外技术垄断,适用于精度要求高的客户,就比如增材制造。

2.5 华曙高科——3D 打印技术先驱许小曙博士创办,技术实力国际领先

华曙高科由国际 3D 打印技术先驱许小曙博士创办,技术实力雄厚。公司创始人许小曙博士系国际 3D 打 印知名专家和技术先驱,曾先后担任美国焊接研究所(AWI)、DTM、3D Systems、Solid Concepts 公司技术 总监,在 3D Systems 期间带领团队发明了 SLS 技术,荣获世界 100 位应用科学领域突出贡献奖(R&D100 Award)、美国“Dinosaur Award”(恐龙奖)。许小曙博士 2009 年回国创办华曙高科,目前公司专注于 SLM 和 SLS 技术路线,已开发设备 20 余款,并配套专用材料及工艺 40 余款,其中 SLM 产品覆盖从 120 mm×120mm×100mm 小尺寸入门级到 1330 mm×700mm×1700mm 超大型专用设备的各类尺寸,能够满足不同行 业的打印需求。公司业务覆盖全球 32 个国家和地区,全球销量超过 800 台。

华曙高科金属 3D 打印设备技术达到国际先进水平。华曙高科金属 3D 打印设备最大成形尺寸和振镜最大 扫描速度居于第一,公司深度掌握动态聚焦和定焦两种光学系统技术,可贴合用户需求灵活配置,设备的技术 难度和制造效率优于国内外可比公司。

公司业务由“3D 打印设备及辅机配件”、“3D 打印粉末材料”、“售后服务及其他”三大板块组成,产品广泛 应用于航空航天、模具、汽车等领域。21A 三大板块营收占比分别为 87.84%/8.04%/4.12%,其中 “3D 打印设备 及辅机配件”在航空航天/模具及加工服务/高校及科研/汽车/医疗/消费及电子品的营收比重分别为 59.43%/21.38%/8.59%/4.33%/0.53%/2.41%。

公司 2020-2022 年分别实现归母净利润 0.41 亿元/1.17 亿元/0.99 亿元,YOY 依次为 128.19%/186.60%/- 15.52%,三年归母净利润的年复合增速 76.78%;实现扣非归母净利润 0.33 亿元/0.71 亿元/0.89 亿元,归母净利 润受补贴等非经常性损益略有下降,但扣除非经常性损益后归属于母净利润总体呈现良好态势。

华曙高科 3D 打印设备及辅机配件主要应用于航空航天领域、模具及加工服务领域,其中金属设备及辅机 配件主要应用于航空航天领域,高分子设备及辅机配件主要应用于模具及加工服务领域。对于航空航天领域, 由于相关零部件形态复杂,对轻量化要求较高,3D 打印突破了传统制造技术对结构尺寸、复杂程度、成形材 料的限制,已发展成为提升设计与制造能力的一项关键核心技术;对于模具领域,3D 打印随形水路可以更加 均匀地接近产品外壁,减少冷却盲点,从而更快更好地带走热量,让模具生产效率和光洁度大幅提升,同时能 有效解决产品的变形开裂问题,提高成品的良品率。随着 3D 打印技术在汽车领域的应用推广,该领域客户对 公司的设备需求上升。 华曙高科 3D 打印设备的主要使用领域为航空航天,模具及加工服务以及汽车领域。19A/20A/21A/22H1 公 司 3D 打 印 设 备 及 辅 机 配 件 收 入 在 航 空 航 天 , 模 具 及 加 工 服 务 以 及 汽 车 领 域 分 别 占 比 为 23.56/55.15/59.43/35.91%,34.81/19.75/21.38/25.44%以及 10.28/4.26/4.33/25.02%。随着 3D 打印技术在模具及加 工服务领域的深度应用,国内下游企业需求呈增长趋势。

积极“走出去”,加速国际化布局。公司与全球创新及产业资源进行了有效融合,以全球视野、居国际前 沿、立足“自主”加速推进自身创新与产业化能力跃升。为更好服务当地客户,开拓当地市场,公司分别于 2017 年和 2018 年成 立美国华曙和欧洲华曙全资子公司,海外子公司的主要职责是推广公司品牌,进行产品销售、 提供技术支持和售后服务。截至目前公司海外区域和渠道销售网络已覆盖全球 30 多个主要国家和地区,公司 连续多年参加美国 AMUG、Rapid 和德国 Formnext 等国际 3D 打印行业展会,在国际舞台上展示了中国增材制 造的品牌与力量。 技术实力强劲,下游客户广泛认可。公司创始人许小曙系国际 3D 打印界知名专家,SLS 技术发明人,原 3D Systems 技术总监。公司 SLM 技术在最大成形尺寸、振镜扫描速率等指标上均处于全球领先地位,技术实 力强劲。公司牵头或参与制定了 10 项增材制造技术国家标准和 6 项行业标准,申请专利与软件著作权登记超 400 项。公司用户主要包括飞而康、航天科工、峻宸集团等优质客户,积极参与长征五号等一批重大项目保障 工作,技术实力受到用户广泛认可。

2.6 易加三维——专注 PBF 技术的新兴独角兽

易加三维成立于 2014 年(原为先临三维子公司,2021 年 9 月独立),致力于研发和生产工业级 3D 打印 (增材制造)系统与应用技术,为航空航天、高性能工业制造、模具制造、精准医疗等领域提供专业的增材制 造应用解决方案。公司目前在金属粉末床熔化(MPBF™)、选择性粉末床烧结(PPBF™)两种设备的设计、装备、 工艺、软件、材料及后处理等方面拥有丰硕的成果,产品远销 40 多个国家和地区。 易加三维金属打印设备品种广泛,大中小型金属增材制造齐头并进,关注大型制造设备。Eplus3D 金属打 印机从入门级型号到多激光机,可用于工业级的增材生产。我们还提供与各种金属材料兼容的工业金属 3D 打 印先进工艺,包括铝合金,钛合金,钴铬合金,镍基合金,不锈钢,模具钢,铜合金和其他微型金属粉末。

易加三维金属增材制造设备助力航空航天领域。根据易加三维公司官网,易加三维 EP-M650 四激光机生 产的 3D 打印件顺利通过验收测试。金属件的整体尺寸为 620mm × 620mm × 150mm,打印 D 工艺采用层厚 50μm 的打印参数,耗时 255h。在打印过程中,无需在线调整重叠区域的精度,过滤器循环系统支持在线反吹 除尘,可实现长时间不间断打印。EP-M650 采用 MPBF (Metal Powder Bed Fusion)技术,采用 655 × 655 × 800mm3 的成型室和四个激光系统,确保高效打印生产。精确定位和创新的区域拼接控制技术,整个打印过程 均匀和稳定。该系统可以操作各种金属粉末,如钛,铝和镍基合金、模具钢、不锈钢、铬钴合金和其他材料。 适用于航空航天、汽车、国防等行业的大尺寸、高精度、高性能零件的直接制造。

2.7 鑫精合——Pre-IPO 轮增材制造独角兽

鑫精合激光科技发展有限公司是中国领先的金属增/减材制造整体解决方案提供商。公司成立于 2015 年, 最初为外购 SLM 设备的 3D 打印服务提供商,近年来逐渐成为 3D 打印设备提供商。公司于 2022 年 1 月完成 Pre-IPO 轮融资,融资规模 5 亿元人民币,参投机构包括鼎晖百孚、中车资本、红塔创投、安徽省投、中铝创 投、日出资本等。 公司技术路线覆盖激光选取融化(SLM)、激光近净成型(LENS)、电弧增材制造(WAAM)等多种技 术路线,成型尺寸覆盖范围大,产品齐全。

公司屡获行业殊荣。2017 年获得国家高新技术企业荣誉称号,2018 年初被工信部增材制造研究院授予中 国增材制造产业联盟理事单位,2019 年成为中国增材制造(3D 打印)产业推进工程战略合作伙伴,成为工信 部工业强基“一条龙”示范企业,2020 年荣获金桥奖,2021 年被评为工信部专精特新“小巨人”企业,2022 年 5 月入选工信部重点支持的国家级专精特新“小巨人”企业名单。 公司深度绑定军工产业,客户资源优秀。公司多次承接国家重点任务,合作方涵盖国家航空及航天各领域 的大型企业、科研院所及高校,主要客户涉及中航工业集团,中国航发集团,中国航天科工、中国航天科技等 四大产业集团。2019 年公司交付某型四倍音速无人机前中机身项目。2020 年长征五号 B 火箭成功发射的我国 新一代载人飞船试验船,其返回舱防热大底框架由中国航天科技集团空间技术研究院总研制,沈阳精合(鑫精 合子公司)利用金属 3D 打印工艺制造,成功实现了减轻重量、缩短周期、降低成本等目标。

2.8 中科煜宸——专注大型和中小型激光增材制造设备

中科煜宸成立于 2013 年,由中国科学院上海光学精密机械研究所孵化,是一家专业从事激光增材制造装 备(金属 3D 打印、表面处理技术)、智能激光焊接装备、自动化生产线、核心器件的研发与制造的高新技术 企业。中科煜宸在大型及中小型金属激光增材制造装备方面已取得突破性进展,大型送粉式金属 3D 打印装备 采用具有自主知识产权的核心部件(如加工头、送粉器、工艺软件等)。 并于 2022 年江苏独角兽企业评估中入 选江苏潜在独角兽企业。 中科煜宸已经形成同轴送粉打印(LENS)、铺粉打印(SLM)、电弧 3D 打印装备(WAAM)三大类标 准机型。中科煜宸专业从事激光增材制造装备(3D 打印、激表面技术)、智能激光焊接装备、自动化生产线、核 心器件(工艺软件、送粉器、加工头)和金属粉末材料的研发与制造。其成果已广泛应用于汽车、船舶、模具 等行业,为以上领域的终端用户提供了上百套智能金属激光增材制造装备,中科煜宸已成为国内系列化金属激 光增材制造装备的供应商。

2.9 汉邦科技——LACM 增减材复合加工技术,解决内表面过程精加工的世界 级难题

汉邦科技,于 2007 年进入金属 3D 打印领域,专注于设备的研发、制造、销售、应用和技术服务,是国 内专业的工业级金属增材制造(3D 打印)设备制造商。行业应用覆盖航空航天、医疗齿科、骨科、新能源、 模具、汽车、教育科研等多个领域,逐步走出一条产业多元化高质量发展新路,得到客户的高度认可并达成长 期战略合作,包括中国钢研、中国核动力院、未来工场、珠海格力、深圳光韵达、上海交大等各名企高校。 2022 年 1 月 27 日,金属 3D 打印行业领军者汉邦科技宣布完成近 4 亿人民币首轮融资,创下该领域首次融资 额最高纪录。本轮融资由前海方舟领投,远翼投资、中信证券投资共同投资,云岫资本担任独家财务顾问。

汉邦科技致力于成为金属 3D 打印行业大工匠。依托强大的先进装备设计与制造能力,目前已成功研发大 中小多款强力迭代机型,产品矩阵完整。其中 HBD E500、HBD 1000 及 HBD 1200 等多光路大尺寸设备,已 与多家航空航天、能源和知名高端工业企业达成稳定合作并批量供货。从金属增材制造技术到 LACM 激光增 减材复合加工工艺,汉邦科技以智能、自动、数字化为抓手,提供一体化专业金属增材制造解决方案,为客户 提供更加高效、柔性的新业态合作方式,持续为客户创造最大价值。

2.10 飞而康——国际 3D 打印全套解决方案提供商

飞而康科技是中国领先的金属增材制造技术全套解决方案提供商,公司下设三个事业部:特种金属粉末事 业部, 3D 打印解决方案事业部,特种制造技术事业部。这三个部门可以共同为客户提供金属粉末研发和生产、 应用工艺研发、部件生产、后处理检验等整体标准化工艺闭环线。 飞而康科技可以提供高品质钛合金粉末和其他粉末,且其生产的钛合金粉末已经通过民用航空的资质认证, 并用于民航飞机。近年来,飞而康与工业制造、技术研究等领域的众多先锋企业进行了紧密的合作,其高端钛 合金粉末材料在中国和全球范围内都得到了广泛应用和一致认可。目前飞而康钛合金粉末年产量可达到近 90 吨,并以超高品质脱颖而出,在全球高端材料市场中占有重要的市场份额。

飞而康与增材制造龙头企业合作,是中国领先的 3D 打印(激光选区熔化)航空级零件产品供应商。2020 年 6 月,飞而康对外宣布了金属增材制造超级工厂计划,这个计划包含安装 50 台华曙高科金属增材制造设备, 其中绝大多以大型和超大型设备为主。截止 2020 年 10 月底,超级工厂已成功验收第 24 台华曙高科金属增材 制造设备,在华曙高科技术团队的鼎力支持下,飞而康提前完成了 2020 年装机计划。 飞而康科技作为国内领先的金属增材制造(3D 打印)解决方案提供商,承担了天龙二号运载火箭 TH11 闭式补燃循环发动机的部分结构 3D 打印任务。根据飞而康官网,液体火箭发动机零件具有结构复杂、流道丰 富、一体化程度高、拓扑优化程度高等结构特征,充分体现了激光选区熔融(SLM)工艺的生产制造优势。飞 而康团队通过调校打印激光参数、稳定热处理工艺制度、优化磨粒流处理工艺等方法,突破了金属 3D 打印工 艺的稳定性、一致性、重复性、控形控性等难点,解决了液发零件狭小流道、异形曲面、复杂结构的加工制造 难题,实现零件质量上的精益求精。同时,通过热等静压(HIP)工艺,消除零件内部潜在的疏松、缩孔等细 微缺陷,有效提高零件的冶金性能水平,保障了零件在恶劣工况下的使用可靠性和寿命。

2.11 铖联科技:齿科 3D 打印全流程数字化服务平台

铖联科技专注于用新一代技术实现口腔齿科全流程数字化,提供一站式齿科 3D 打印数字化解决方案。 2021 年 5 月,公司完成品牌升级,从“铖联激光”升级为“铖联科技”,同时开始商业模式转型之路。从传统的 3D 打印设备供应商转型为云打印服务模式,铖联科技开创性地把硬件即服务(HaaS)的模式应用在齿科 3D 打印领域,将 3D 打印机智联上网,在全球范围内建设大规模分布式义齿制造云工厂,打通义齿加工的数据—设计—制造全流程,构建齿科全流程数字化服务平台。并于 2023 年 4 月,完成 2.36 亿元人民币的 B 轮融资。 本轮融资由三正健康领投,祥峰投资中国基金和老股东真成投资跟投,泰合资本担任财务顾问。

当下,数字化已成为口腔齿科行业上下游企业的共识,而 3D 打印是实现齿科产业升级的最佳供给。铖联 云平台能够提供普惠的齿科 3D 打印服务,用户无需付出昂贵的设备成本和人力成本,即可按需选用数字化设 计、数据处理、3D 打印、后处理等多项服务。只需通过铖联云平台发送任务需求,数字化设计团队即可在线 进行工业 CAD 设计和数据处理,云平台的智能生产调度系统将打印任务分配到最优的云工厂完成半成品或成 品制作,最后通过智慧物流系统将产品快速交付到用户的手中。目前,铖联科技已进入全球 27 个国家,在世 界各地落地 260 多个云工厂,日生产牙冠 80000 颗,支架 8000 个,为 1500 家义齿工厂提供服务,铖联科技金 属 3D 打印机装机量已经突破 1000 台,稳居 3D 打印义齿行业 TOP 1 的领先地位。 得益于扎实的研发实力,铖联科技对义齿加工全链条进行科技赋能,实现数字化升级。研发出 DLP 光敏 树脂 3D 打印机,替代传统手工石膏模型;应用金属 3D 机,代替手工铸造工艺;研发热处理炉、抛光机等后 处理设备,大大缩短后处理时间,全面覆盖义齿生产加工的整个流程。金属 3D 打印方面拥有多型号 3D 打印 机,全球装机量超 1000 台。

铖联科技开创性地将硬件即服务模型应用在义齿 3D 打印领域,将所有金属 3D 打印机联网变成一个义齿 打印云工厂,提供义齿三维模型设计、3D 打印、后处理等 3D 打印云服务。并提供一站式齿科 3D 打印服务, 从接收模型/数据、设计、数据处理、3D 打印、后处理最后到质检发货。专业的数字化齿科 3D 打印解决方案, 为义齿工厂带来全新的齿科产品制作流程和工作方式。高精度、高效率、低成本的柔性制造,使义齿制造向更 加精准、高效、个性化的方向发展。

公司在齿科 3D 打印领域基本实现全产业链布局,提供设备、软件、打印材料以及打印服务。软件方面, 公司提供齿科智能设计软件以及 LionSky 智能切片软件,前者可以基于大数据、人工智能技术的个性化义齿设 计软件,替代传统人工,快速设计出义齿三维模型;后者是专为齿科金属 3D 打印研发的数据切片软件解决方 案,深度结合金属打印义齿产品的技术特点,采用先进的图形图像处理算法,大大减少用户数据处理时间,显 著提高了打印的成功率和效率。3D 打印材料方面,公司提供金属材料主要包含钛合金以及钴铬合金,粉末杂 质元素和有害元素含量低,球形度和流动性好,松装密度高,可满足牙科修复体、金属烤瓷修复体的金属内冠、 桥,金属修复体的金属全冠、桥、嵌体、桩核、可摘局部义齿支架及卡环,全口义齿支架的 3D 打印要求。


(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。)

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