陕西省增材(3D打印)产业初期市长/市场调查
一、陕西省和各市产业发展概况
陕西省根据资源分布特点,利用资源优势形成四大建设基地,北市以化工能源为发展重点,陕西南部自然环境利用美丽、生物资源丰富等优势为绿色产业基地,关中以先进制造业为建设重点。
推动高端装备、电子信息、节能与新能源汽车、现代化工、新材料、生物医药6大支柱产业高质量发展。在2021年陕西省人民政府发布的《全省国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》中提出:推动制造业高质量发展、提升能源产业高端化水平、发展壮大战略性新兴产业、构建服务业发展新体系、推动传统产业转型升级、大力发展数字经济与优化产业平台和空间布局为产业发展“十四五”的基础目标,达到“做实做强做优实体经济,构建具有陕西特色的现代产业体系”。
1、陕西省“十四五”规划产业布局
陕西省“十四五”规划产业布局分为:战略性新兴产业布局、现代服务业发展布局、先进制造业布局和能源化工产业发展规划布局。
陕西“十四五”规划产业布局图中可以清晰的看出:战略性新兴产业布局分为:榆林高新区组团、西安航空基地和富阎组团、西安经开区组团、西安航天基地组团、西安高新区组团、咸阳高新区和西咸新区沣西新城组团、杨凌示范区组团、宝鸡高新区组团、汉中经开区组团。共有9个组团,主要集中在西安和咸阳一带。
现代化服务业布局图主要以旅游、电子商务、运动休闲、现代金融、航空体验、医疗服务、会议会展等产业为主。11个地级市现代服务业发展要突出城市特色资源。
先进制造业布局图主要分为传统制造业(西安市、咸阳市、宝鸡市)和先进制造业(渭南市、铜川市、杨凌示范区、西咸新区)。以西安为中心,宝鸡为副中心,打造以关中平原为主脊梁的先进制造业大走廊。
能源化产业发展布局分为:结合资源优势分为:榆林能源革命创新示范区、渭北多能互补示范基地、大西安能源科技创新基地、延安综合能源基地、彬长旬麟清洁低碳能化基地、关中能化装备制造服务基地、陕南绿色清洁能源基地。
2、陕西省6大支柱产业布局发展
西安、宝鸡、汉中、咸阳、榆林重点发展高端装备
高端装备方面,西安重点发展航空航天装备、智能制造装备、先进轨道交通装备、重型装备等产业;宝鸡重点发展智能制造装备、先进轨道交通装备、节能环保装备、石油装备等产业;汉中重点发展智能制造装备和应急装备等产业;渭南重点发展智能制造装备、工程机械等产业;咸阳重点发展电力装备、节能环保装备、农机装备等产业;榆林重点发展节能环保装备产业;杨凌示范区重点发展智能农机装备。
电子信息产业发展以西安为核心
电子信息产业重点形成以西安为核心,咸阳、宝鸡、铜川为重点支撑,汉中、安康、渭南联动发展的产业格局。其中,西安重点发展半导体及集成电路、智能终端、太阳能光伏等重点领域;咸阳重点发展新型显示、智能终端、基础电子材料与元器件等细分领域;宝鸡着力打造电子元器件集聚区;铜川做精新型电子材料,渭南做大电子化学品配套,汉中、安康、商洛加快承接智能终端、基础电子材料与元器件等产业转移。
能与新能源汽车将构建“一带两翼多园”布局
节能与新能源汽车产业着重构建“一带两翼多园”的新布局。“一带”即关中汽车产业带,以西安、宝鸡、咸阳、渭南、铜川为核心,推动节能与新能源汽车、智能网联汽车及零部件全产业链发展。“两翼”即北翼—陕北氢燃料电池汽车产业集聚区,南翼—陕南专用车及零部件产业聚集区。依托榆林、延安两地丰富的煤、油、气等资源,打造涵盖制氢、储氢、运氢、加氢和氢燃料电池发动机及整车制造的延榆氢燃料电池汽车产业链集聚区,并积极开展氢能重卡的示范应用;依托陕南丰富的矿产资源和坚实的精密制造工业基础,打造陕南专用车及零部件产业集聚区。
重点打造陕北绿色石化和现代煤化工产业示范区
现代化工产业充分发挥榆林、延安等资源优势,推动榆林现代煤化工、石油化工和精细化工行业高端化发展,加快延安石油化工绿色化转型升级并向下游精细化学品延伸,重点打造陕北绿色石化和现代煤化工产业示范区。
推动关中地区打造全省能源化工产业科技创新、化工材料应用重要基地,提升渭南现代煤化工发展能级,支持宝鸡、咸阳聚焦航空航天、电子信息产业发展需要,着力发展精细化工和橡胶化工等。
着力打造关中新材料产业核心区。
新材料产业重点推动西安、咸阳、宝鸡、渭南发展以钛基稀有金属为主的先进金属材料,以碳纤维、超导、增材制造为主的前沿新材料,着力打造关中新材料产业核心区。
以榆林、汉中为区域中心,支持榆林大力发展铝、镁合金等先进金属材料,汉中大力发展光电能源材料、石墨新材料等前沿新材料。推动延安、铜川、渭南、商洛、安康和杨凌示范区结合自身资源和市场优势,实现新材料产业差异化、特色化发展。
推动西安现代中药、生物制品发展。
生物医药产业重点形成以西安为核心,咸阳、汉中、铜川、安康、商洛和杨凌示范区为支撑的产业发展格局。其中,重点推动西安现代中药、化学药、生物制品、高端医疗器械、医药研发与医疗服务等产业发展,加快推动咸阳现代中药、生物制品、高端医疗器械发展,支持汉中、杨凌示范区等建设全省重要的中成药生产基地,引导铜川、安康、商洛等市(区)现代中药创新发展
3、各地市主要产业发展规划
西安:依托西咸新区,西安高新技术产业开发区、西安经济技术开发区、陕西航天经济技术开发区、陕西航空经济技术开发区、西安泾河工业园区等重点产业集聚区,重点发展高端装备、电子信息、节能与新能源汽车、新材料、生物医药、食品、轻工、纺织和新兴产业,强化在航空航天装备、智能制造装备、先进轨道交通装备、重型装备、半导体及集成电路、智能终端、太阳能光伏、电子元器件等细分领域的竞争优势,重点推动节能与新能源汽车、智能网联汽车及零部件、先进金属材料、前沿新材料、现代中药、化学药、生物制品、高端医疗器械、医药研发与医疗服务等细分领域做大做强,加快乳业、粮油、家具、塑料制品、纺织等传统优势领域转型升级,积极布局人工智能、物联网、增材制造、光子、量子信息、空天信息等新兴产业。
宝鸡:依托宝鸡高新技术产业开发区、凤翔高新技术产业开发区、宝鸡蔡家坡经济技术开发区等重点产业集聚区,重点发展高端装备、电子信息、节能与新能源汽车、现代化工、新材料、冶金、食品、轻工、纺织等产业,加快推动智能制造装备、先进轨道交通装备、节能环保装备、石油装备、电子元器件、节能及新能源乘用车、智能网联汽车及关键零部件、精细化工、先进金属材料等细分领域做大做强,推动钛材加工、粮油、乳业、酒水饮料、家具、工艺美术品、棉纺织等传统优势领域转型升级,做好增材制造、光子、空天信息等细分领域的前瞻布局。
咸阳:依托咸阳高新技术产业开发区、咸阳经济技术开发区、三原高新技术产业开发区等重点产业集聚区,重点发展高端装备、电子信息、节能与新能源汽车、现代化工、新材料、生物医药、建材、食品、轻工、纺织等产业。提升电力装备、农机装备、新型显示、智能终端、基础电子材料与元器件、橡胶化工、先进金属材料、前沿新材料等细分领域竞争力,积极培育新能源汽车及零部件、智能网联汽车、化学药、生物制品、高端医疗器械等细分领域竞争力,推动水泥、玻璃、粮油、乳业、家具、棉纺织等传统优势领域转型升级,做好增材制造、光子等细分领域的前瞻布局。
铜川:依托铜川高新技术产业开发区等重点产业集聚区,重点发展电子信息、节能与新能源汽车、新材料、生物医药、建材、轻工等产业,积极培育基础电子材料与元器件、汽车零部件、先进金属材料、现代中药等细分领域产业,加快推动水泥、陶瓷、塑料制品等传统优势领域转型升级,做好云计算与大数据、光子等细分领域的前瞻布局。
渭南:依托渭南高新技术产业开发区、渭南经济技术开发区、韩城高新技术产业开发区、韩城经济技术开发区等重点产业集聚区,重点发展高端装备、电子信息、节能与新能源汽车、现代化工、新材料、冶金、建材、食品等产业,加快提升智能制造设备、工程机械、基础电子材料与元器件、新能源汽车、汽车零部件、现代煤化工、精细化工、先进金属材料、前沿新材料等细分领域竞争力,加快推动钢铁、贵金属冶炼、钼冶金、水泥、建筑陶瓷等传统优势领域转型升级,做好增材制造等细分领域的前瞻布局。
延安:依托延安高新技术产业开发区、安塞高新技术产业开发区等重点产业集聚区,重点发展节能与新能源汽车、现代化工、新材料、食品等产业,提升石油化工、现代煤化工、精细化工、前沿新材料细分领域竞争力,加快推动传统优势领域转型升级,积极培育发展动力电池、氢燃料电池、云计算与大数据等新兴产业。
榆林:依托榆林高新技术产业开发区、榆林经济技术开发区、府谷高新技术产业开发区、靖边经济技术开发区、神木高新技术产业开发区等重点产业集聚区,重点发展高端装备、节能与新能源汽车、现代化工、新材料、冶金、轻工、纺织等产业,强化现代煤化工、石油化工、精细化工等细分领域优势,积极培育节能环保装备、氢燃料电池、先进金属材料等细分领域产业,加快推动发展铝镁冶金、水泥、玻璃、建筑陶瓷、塑料制品、服装、产业用纺织品等传统优势领域转型升级。
汉中:依托汉中经济技术开发区、汉中高新技术产业开发区、汉中航空产业园区等重点产业集聚区,重点发展高端装备、电子信息、新材料、生物医药、冶金、纺织等产业,积极培育航空装备、智能制造装备、应急装备、电子元器件、前沿新材料、现代中药等细分领域产业,加快钢铁、服装及产业用纺织品等传统优势领域转型升级。做好增材制造等细分领域的前瞻布局。
安康:依托安康高新技术产业开发区、旬阳高新技术产业开发区、汉阴经济技术开发区等重点产业集聚区,重点发展电子信息、节能与新能源汽车、新材料、生物医药、纺织等产业,做大做强富硒食品和功能食品产业,提升智能终端、电子元器件、汽车关键零部件、现代中药、新型墙体材料等细分领域竞争力,推动棉纺织、服装和丝绸等传统优势领域转型升级。
商洛:依托商洛高新技术产业开发区、商丹循环工业园等重点产业集聚区,重点发展电子信息、节能与新能源汽车、新材料、冶金等产业,推动电子元器件、汽车关键零部件、镁合金、钼冶金等细分领域做大做强。
杨凌示范区:依托杨凌省级农产品加工贸易示范园,重点发展高端装备、生物医药、新材料、食品等产业,提升智能农机装备、现代中药、乳业、功能食品、酒水饮料等细分领域竞争力。
二、增材制造(3D打印)行业
1、增材制造(3D打印)简介
增材制造俗称3D打印,融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以三维数字模型为基础,通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料,按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积,制造出实体物品的制造技术,相对于传统的减材制造,是一种“自下而上”材料累加的制造方法。
增材制造(3D打印)材料的类别分为:金属增材制造材料、非金属增材制造材料、有机高分子增材制造材料和生物增材制造材料。
金属增材制造材料包括:钛合金、高温合金、铝合金等金属粉末、液态金属材料等,主要应用于航天航空、船舶工业、核工业、汽车工业、轨道交通等高性能、难加工零部件与模具的直接制造。
非金属增材制造材料包括:高性能陶瓷、非金属矿、宝玉石材料、树脂砂、覆沙膜、硅砂、硅酸盐类等,主要应用于航天航空、汽车发动机等制造用模具开发及功能零部件制造;工业产品原型制造及创意产品生产。
有机高分子增材制造材料有树脂类的光敏树脂、丝材类的PLA(聚乳酸)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PC(聚碳酸酯)、PPSF(聚丙烯短纤维)、PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯)等;粉末,主要应用于工/模具制造、原型验证、科研教学、文物修复与保护、生物医疗等。
生物增材制造材料包含生物可降解材料、生物相容性材料、活细胞等,主要应用于药物控制释放、器官移植、组织和软骨质结构再生与重建等。
在实际应用过程中主要分为三大步骤,首先是在计算机上使用相关软件设计出需要打印的模型,其次利用相关的成型设备也就是3D打印机,使用各种材料实施打印过程,进而将所需产品制造出来。
技术原理:以计算机三维设计模型为蓝本,通过软件分层离散和数控成形系统,将三维实体变为若干个二维平面,利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末、树脂等特殊材料进行逐层堆积黏结,最终叠加成形,制造出实体产品。增材制造将复杂的零部件结构离散为简单的二维平面加工,解决同类型零部件难以加工难题。
2、增材制造(3D打印)产业链
3D打印产业链全景梳理:工业级金属3D打印设备是未来发展的重点方向。
3D打印产业链的上游为原材料及基础配件,原材料分为金属专用材料及非金属专用材料两大类,是基础配件及3D打印耗材的原材料。基础配件包括核心零部件(主板、振镜系统、芯片、电子束枪、激光器、DLP光引擎等)和辅助运行系统(三维扫描仪、三维建模软件、打印控制软件及切片软件等);
中游为3D打印耗材(金属粉末、光敏树脂、工程塑料、陶瓷材料、生物材料等)及3D打印设备的研发制造;
下游为3D打印服务及应用,3D打印主要应用场景于航空航天、模具铸造、生物医疗、汽车、军工等领域。
中国3D打印产业链代表性企业分布在广东、江苏、山东、安徽等地区,中国3D打印产业集聚态势明显。
从中国3D打印市场规模来看,相比于打印耗材及打印服务,3D打印设备仍然占据主导地位。全球3D打印市场正从塑料打印转向金属打印。塑料适合用于制作原型和某些最终零件,但3D打印机应以价值万亿美元的金属零件制造市场为目标,工业级金属3D打印设备是3D打印产业未来的重点发展方向。
目前,中国国内生产金属3D打印机代表性企业包括铂力特、新松机器人、光韵达、先临三维、嘉一三维、长朗三维、永年激光、中瑞科技、易加三维、峰华卓立、创想三维、盈普三维、雷佳增材等。
3、我国增材制造(3D打印)产业政策
2012年以来,我国多部门相继推出增材制造(3D打印)产业政策。2015年,三部委发布《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,增材制造(3D打印)产业发展上升到国家战略层面。此后,国家分别从产业体系、技术创新与行业标准等多方面对增材制造(3D打印)产业进行政策推动与规范。2020年,国标委及工信部等联合发布的《增材制造标准领航行动计划(2020-2022年)》主要在增材制造(3D打印)行业的发展标准方面提出具体目标,到2022年,推动2-3项我国优势增材制造(3D打印)技术和标准制定为国际标准,增材制造(3D打印)国际标准转化率达到90%。在工信部2021年4月发布的《“十四五”智能制造发展规划》中提出,到2025年国内市场智能制造装备水平满足率超过70%,主营业务收入超50亿元的系统解决方案供应商达到10家以上;制修订200项以上智能制5造国家、行业标准。
随着增材制造(3D打印)技术的不断成熟,产业总收入持续增加,优势企业发展壮大。据中国增材制造(3D打印)产业联盟估算,2021年增材制造(3D打印)企业营收约为265亿元,同比上年增长27%,近四年平均增长率为30%。国家统计局数据显示,中国增材制造(3D打印)规模以上企业由2016年20余家增至2021年的100余家,营收超过1亿的企业数量已超过40家。目前,国内现有以增材制造(3D打印)为主营业务的上市公司22家(含新三板),国家级专精特新“小巨人”企业10家,在2021年我国增材制造(3D打印)企业融资额达到48亿元,鑫精合、上海联泰、西安赛隆等企业单次融资均超1亿元。
2020年3D打印厂商的营业收入超过1亿元的有29家,超过10亿元的仅深圳创想三维一家,因此,要达到2025年智能制造行业的发展目标,作为重要细分领域的3D打印产业,还需进一步加快提升技术水平,拓宽技术应用范围,实现产业规模的进一步扩大。
4、陕西省增材制造(3D打印)发展规划
在陕西省“十四五”制造业高质量发展规划中提到新材料产业之前沿新材料领域发展规划:“发挥技术研发优势,持续推动3D打印材料成果产业化,促进下游工业化规模化应用。”在现代化工产业之精细化工领域发展规划提到:“加速培育形成高端化、差异化的精细化工和化工新材料产业体系,鼓励发展3D打印材料等化工新材料,为全省增材制造(3D打印)先进制造业提供原材料保障。”在生物医药产业之高端医疗器械领域发展规划提到:“充分发挥增材制造(3D打印)产业优势,探索非标医疗器械和耗材研发生产。”
2021年,陕西部署打造包括增材制造(3D打印)产业链在内的23条重点产业链。作为增材制造(3D打印)产业链提升工作责任部门,省科技厅加快建立完善链长工作机制,锻长板、补短板,推动增材制造(3D打印)产业呈现良好发展态势。一年多来,陕西增材制造(3D打印)产业链不仅实现了多项关键技术的落地应用,还带动了产业链整体水平的提升。截至目前,陕西增材制造(3D打印)产业链集聚企业突破100家,产品涵盖领域广泛、门类齐全。
2022年,围绕增材制造(3D打印)产业领域,省科技厅将持续部署实施“两链”融合重点专项,发布一批“揭榜挂帅”技术需求,支持建设2到3家新型研发机构,培育2到3个省级科技创新团队,加快企业上市培育,力争实现全省增材制造(3D打印)产业产值增速突破30%。
陕西省将继续实施增材制造(3D打印)“两链”融合重点专项,以企业需求为导向,聚焦产业链条短板,开展基础研究与共性技术研究,努力攻克一批“卡脖子”领域关键核心技术和产品。陕西省还将不断强化增材制造(3D打印)技术创新和应用拓展,设立增材制造(3D打印)产品购置补贴资金,加快增材制造(3D打印)产业应用推广。
陕西省将不断加大增材制造(3D打印)领域科技型企业孵化培育力度,重点支持铂力特、康拓医疗、赛隆金属等“链主”企业做大做强,构建完整的产业链上下游生态;推动“链主”企业、核心配套企业园区化、集群化、集聚化发展,打造特色产业园区,增强产业链整体协作发展,形成差异化协同发展的增材制造(3D打印)特色园区;发展壮大一批有地方特色的增材制造(3D打印)产业链“支链”企业,结合我省文创、旅游、教育资源,拓宽增材制造(3D打印)与地方性资源的深入融合,建立新的产业经济增长点。
陕西省将不断加强增材制造(3D打印)领域高端人才培养,通过增材制造(3D打印)领域领军人才、创新团队、科技新星等人才计划,重点培育3到5个国内一流、全球有影响力的科技创新团队,建设若干增材制造(3D打印)产业职业经营团队;完善人才引进体制,加大高端人才引进力度;促进增材制造(3D打印)领域职业教育发展,探索“项目制”培养定制化增材制造(3D打印)产业链发展所需人才的培养机制。
5、3D打印技术的国产化迭代
(一)我国的3D打印技术发展历程如下:
1988年丨FDM技术元年。在美国加州大学洛杉矶分校做访问学者的颜永年回国后,建立了清华大学激光快速成形中心,成为中国快速成型技术的先驱。
1993年丨3DP技术元年,我国成立第一家3D打印公司。
1994年丨EBM技术元年,我国西安交通大学卢秉恒教授开始研发国产3D打印机。
1995年西安交通大学卢秉恒教授在经过艰苦的研发煎熬后,他们研发的样机于1995年9月18日在国家科委论证会上获得很高的评价,并争取到“九五”国家重点科技攻关项目资助;中国西北工业大学黄卫东教授,产生了一个关于快速成型技术的新构思:把3D打印技术和同步送粉激光熔覆相结合,形成一种新技术,用于直接制造可以承载高强度力学载荷的致密金属零件。
1998年中国华中科技大学快速制造中心引进史玉升教授,专门负责SLS选择性激光烧结技术和SLM选择性激光熔融技术。
2011年丨3D打印医疗应用元年,我国华中科技大学史玉升教授率领的团队开始为空客和欧洲航天局等单位制作飞机、卫星、航空发动机用大型复杂钛合金零部件的铸造蜡模。
2012年丨3D打印技术科普元年,10月,我国工程院启动调查,论证3D打印技术的“终极前景”。这项调查由中国工程院和行业专家共同参与,并在之后向国务院提交报告;11月,我国宣布是世界上唯一掌握大型结构关键件激光成型技术的国家。
2013年,我国3D打印技术产业联盟正式宣告成立。国内各类媒体开始铺天盖地报道3D打印的新闻。
2018年,我国昆明理工大学增材制造中心超大3D打印钛合金复杂零件试制成功,是当时使用SLM工艺成形的最大单体钛合金复杂零件。
2019年3月,3D打印凉亭亮相河南郑州,太空灰3D建筑打印技术团队在河南郑州的3D建筑特色园区里面把凉亭打印了出来,耗时12小时;4月,西北工业大学汪焰恩教授团队3D打印出“可生长的骨头”;7月,中国首个纯3D打印企业铂力特成功上市;10月,西安交大恒通智能东莞松山湖基地推出国内首台SLA“双料机”,两个料缸、两个刮刀、一个激光器,可实现不同材料同时打印,节省刮刀刮平液面大部分的时间;3D打印赵州桥现身河北工业大学。
2020年3月,香港理工大学(PolyU)设计并在香港制造的3D打印医用防护设备在全球抗疫方面做出大贡献;5月,中国空间技术研究院:我国成功完成首次“太空3D打印”,同样也是全球首次连续纤维增强复合材料的3D打印实验。
我国从20世纪 90 年代初就开始布局对3D打印典型成形设备、软件、材料等方面的研究,但产业化进程相对滞后,直到近几年才迎头赶上。
我国3D打印的产业化分两个阶段:第一个阶段是技术突破和标准制定,十二五期间增材制造相关的专利数量从 2011年的 5 个激增至 2016 年的 6564 个,打印材料、设备零件、产业标准等核心能力成长迅速。
第二个阶段是产业化的落地,2016年国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》,提出发展增材制造等技术,次年科技部公布《“十三五”先进技术领域科技创新专项规划》,将增材制造作为重点任务发展,3D打印成为国家重点资助领域。2018年国内拥有约 90 多家涉及3D 打印业务的公司,近半数企业为2016年后进入市场。目前,我国在选区激光熔化(SLM)等金属 3D 打印技术和设备制造上,已经达到世界先进水平。
(二)3D打印产业国产化替代
3D打印产业主要契合工业级应用,潜力大、成长快。金属3D打印可服务于高端制造业金属部件的制造,颠覆性强、发展潜力大。非金属 3D 打印通常使用塑料、树脂材料等,金属3D打印通常使用各类合金粉末和线材。
金属3D打印除了具备无模化可定制优势外,能够完成传统工艺无法制造的高复杂度高精密度零部件的打印,具有良好的发展潜力。金属3D打印在航空航天、医疗的义齿和植入体制造、汽车等应用领域具有广阔前景。以金属3D打印产业化应用加速为契机,高价值量的工业级3D打印机的销售规模持续扩大,3D打印正往高端制造市场渗透。
2009 年后中国专利申请数量超过美国,国产化加速,专利布局集中在提升可靠性和降低成本。从专利分布看,无论中美两国,提高打印工艺可靠性和降低打印设备和打印工艺成本均是最主要的技术研发方向,这反映了行业在大力推动产业化的同时新的工艺技术依然在快速革新,这也体现在了3D打印行业现阶段技术的多元化和互补性,尚未有单一的技术占据主导地位。
对比中美结构差异,中国专利分部在打印工艺可靠性方面数量不及美国,但在降低设备和工艺成本以及提升设备可靠性方面数量远超美国。前者主要是因为3D打印技术起源于美国,美国在基础性专利和工艺革新方面在全球起主导作用。后者主要是因为中国设备制造企业在近几年进入高速发展通道,相关专利的布局略微落后于美国。
专利到期、国产替代背景下,设备零部件和打印原材料采购单价逐年下降,产业化条件愈发成熟。以铂力特为例,其打印设备的核心零部件光纤激光器主要从IPG采购,单价从2016年的14.5万元大幅下降至2018年的11.2万元,这与锐科激光等国产优质供应商的崛起有密不可分的关系。诺雅光电的振镜也由2016年的3.0万元降低至2018 年的1.8万元,带动设备成本大幅降低,提升了产品盈利能力和市场开拓能力。打印材料方面,价格下降也较为明显,例如其中某种规格20~53μm的金属粉末由2016年的2506元下降至2018年的1049元,进一步降低金属打印的产业化应用门槛。
原材料是金属3D打印的制造成本中占比最大的一部分。DigitalAlloys 以钛粉末(6Al-4V)为例,对于SLM、EBM、DED、Binder Jetting、Digital Alloys 等金属3D打印工艺的制备成本进行统计,发现每千克产品的打印成本中原材料成本是占比最高的(除SLM工艺外),同时随着成型精度、成型质量、打印时间的增长,设备、维护和人工的占比逐步提升,在SLM工艺中,设备、维护和人工成本是占比最高的,其中也有专利保护因素,但是在打印效率越来越高、 规模效应越来越明显的趋势下,材料成本占比将进一步提升。
近年来,随着3D打印商业化应用持续推广,打印材料的重要性愈发凸显:一方面打印材料逐渐由打印设备的配套部门转变为独立业务部门。另一方面,2016年以来全球大型材料制造商成立了专门的3D打印部门,如巴斯夫、杜邦等传统材料企业纷纷开始布局专用材料领域,说明3D打印的产业应用价值已经得到广泛认可,随着商业化生产规模的持续扩大,更具增长弹性的材料端开始发力,尤其是处于产业化应用初期且技术难度较大的金属专用材料领域。
国内3D打印金属材料企业成长迅速, 但限于发展历史较短,产品集中于中低端领域。目前国内已经开发出钛合金、高强钢、铝合金、镍基合金、尼龙粉末、碳纤维复合材料、玻璃微珠复合材料等近百种牌号专用材料,材料品质性能、种类逐步提升。
目前国内的基础3D打印材料已基本满足国产设备的增材制造需要,但高性能金属粉末耗材依然依赖进口,国产材料在纯净度、颗粒度、均匀度、球化 度、含氧量等对打印成品性能影响较大的原料指标方面相比国外仍存在较大的差距。
6、3D打印行业龙头企业和行业利润
3D打印(增材制造)作为制造业向高端化、智能化转型升级过程中最重要的技术手段之一,目前正处于快速成长期,近几年越来越多的公司开始布局3D打印业务。
目前,我国3D打印行业相关上市公司较多,多分布在3D打印材料与核心部件等产业链上游,但其业务布局都相对较为广泛,代表企业有海原复材、有研粉材、金运激光与杰普特等;而产业链中下游,即布局3D打印设备、3D打印服务与产品的上市企业相对较少,主要因为3D打印的技术壁垒较高,目前大部分专注于3D打印产业的企业规模都相对较小。而3D打印行业上市公司龙头,国内主要为铂力特与先临三维,都为全产业链一体化布局企业,其业务全面覆盖3D打印材料、3D打印设备与3D打印产品,提供整套3D打印解决方案。
行业主要上市公司:铂力特(688333)、先临三维(600588)、极光科技(871953)、有研粉材(688456)、杰普特(688025)等。
目前,在我国3D打印行业,最具代表性的龙头企业为铂力特与先临三维。通过对比两大企业在3D打印领域的业务布局、技术水平、业务运营与业绩情况,前瞻认为铂力特在3D打印领域整体上更具竞争力。
从区域分布来看,目前我国3D打印行业的上市公司主要集中在珠三角、长三角与中西部地区。广东省为我国3D打印行业上市公司最多的省份,代表企业有爱司凯、光韵达、杰普特与大族激光等;其次为江苏省,中天科技与亚太科技等为其3D打印产业领先企业;而我国3D打印行业两大龙头企业铂力特与先临三维分别位于陕西西安与浙江杭州。
从业务布局来看,3D打印龙头企业的业务布局覆盖全产业链。其中,铂力特的3D打印技术具备国际影响力,其从3D打印材料、3D打印设备与3D打印服务都拥有自身研发的核心技术,其主要产品金属3D打印设备广销国内外市场;先临三维作为在3D打印行业进行技术深耕多年的龙头企业,其核心业务在于3D数字化与3D打印技术的融合研发,产品主要为工业级3D打印设备。
3D打印行业的企业集中度相对较高,行业龙头的业绩规模明显领先于其他企业,如铂力特与先临三维的3D打印业务营业收入均在亿元以上,而其他企业则均在千万元规模以下。从毛利率来看,行业领先企业的3D打印业务毛利率水平在35%以上,铂力特与迈普医学甚至超过50%,处在较高水平;从相关产品产量来看,头部企业如铂力特也远超其他企业。
2021年是3D打印行业发展的“黄金时期”,传统制造业受到疫情的冲击,资本和市场逐渐转向新型数字化制造。行业主要企业均提出积极的发展规划,龙头企业铂力特业务向3D打印专用材料领域进一步延伸,力图形成全产业链一体化发展的世界级金属3D打印领军企业;先临三维也提出进一步拓展海外市场,抢占全球3D打印产业发展先机。爱司凯、迈普医学、有研粉材等材料与医疗企业也规划进一步加强3D打印技术的研发投入,深化3D打印产业的业务延伸。
7、行业风险
增材制造是制造业有代表性的颠覆性技术,集合了信息网络技术、先进材料技术与数字制造技术,是先进制造业的重要组成部分。近年来,增材制造技术的应用领域逐步拓宽,越来越多的企业将其作为技术转型方向,用于突破研发瓶颈、解决设计难题或直接生产最终零部件,助力智能制造、绿色制造等新型制造模式,增材制造已经从研发转向了产业化应用,尽管如此,增材制造的技术成熟度还不能同减材、等材等传统制造技术相比,仍需要从科学基础、工程化应用到产业化生产等环节开展大量基础性研究工作。增材制造产业处于快速发展期,应用成本已经出现拐点,但整体产业规模相对于传统制造规模依旧较小。此外,目前我国尚未建立起涵盖设计、材料、工艺设备、产品性能、认证检测等在内的完整的增材制造标准体系。行业标准的缺失,一定程度上制约了增材制造技术成果的累积、固化和推广应用,未能架起技术和产业衔接的桥梁,减缓了产业发展进程。
8、行业发展趋势
传统的制造方式是根据设计、生产模具/型,对原材料进行减法加工,如切削、磨、钻、车等方法将零部件加工成型。传统的制造方法也叫减法制造,如近代先进的计算机数控(CNC),它在加工时会产生大量的废料,而且产品不易定制修改。当设计改变后,必须进行新的减法制造。
而现在的3D打印称为增材制造,它将产生比减法制造少得多的废料,这无疑减少了材料的浪费,有利于环保和促进企业的可持续发展,下图对传统制造和增材制造做了一个形象的对比。
对于传统制造,发布新产品和改进产品需要大量的制造设置时间和成本,但是对于3D打印,企业可以仅通过调整数字蓝图来继续进行升级。
然而,没有完美的技术,3D打印也存在它的局限性:如成本、材料限制等,本书不进行详细介绍。并且在它的早期被夸大了,由于材料问题、成本居高等,曾一度从兴起到衰微。但自2017年以来,由于金属3D打印的创新进展和其他3D打印及数字技术的发展,以及它为改革制造业带来的便利性、定制性、灵活性、环保性、适应性等居多好处及强大的竞争优势,它又再度兴起。
增材制造使供应链能够提高可持续性的四种方法:
·通过本地化生产(和就业)减少运输;
·通过减少生产过剩和在某些情况下简化生产操作来减少材料消耗;
·通过附加维修和按需备件延长产品使用寿命;
·使用改进的零部件对使用中的产品进行升级和翻新。
增材制造正在改变制造商以库存零件来进行快速维护的局面,因为某些需要用于维护的零件可以通过3D打印技术快速生产出来。
增材制造可帮助实现按需制造,制造即服务。在这种情况下,供应链将是成功实现此方法的关键因素。我们可以想象一个数字文件可以在世界某个地方创建,几个小时后在另一个地方进行原型制作,第二天发送到地球的另一端。
增材制造将在供应链库存管理中发挥战略作用,并且能帮助优化物流流程。
物流巨头之一UPS(美国联合包裹运送服务公司)就将增材制造技术视为行业的下一个战略视野。随着其发展数字制造策略,UPS着眼于可用于增材制造的几类零件。第一类是难以利用传统制造方法制造的零件,如晶格结构。第二类是缓慢移动的维修零件,这些零件很关键,但偶尔会少量使用。利用3D打印,UPS的维修零件供应商可以减少其零件库存,否则这些零件会在架子上放置数月或数年。第三类是批量定制,或者每次打印时都可以定制具有不同序列号的零件。还有加快产品开发和原型制作。UPS创新战略经理亨特说:“对于未来,3D打印是供应链管理器工具箱中的另一个工具。”3D打印正在促进传统供应链和物流的变革。
据《Wohlers Associates 2022》(沃勒斯公司报告)的统计总结,报告指出,受疫情影响,2021年全球增材制造市场规模达到152.44亿美元,相比2020年增长19.5%,过去 4年(2018-2021)平均增长率为20.4%,这比2020年的7.5%的增长要高,主要归功于COVID-19新冠疫情后期的的全球复苏。其中3D打印服务占比41%,打印材料占比23.4%,打印装备占比22.4%,其他占比13.2%。
2021年增材制造材料产业规模达到25.98亿美元,较2020年增长23.4%,占总产值的17%。报告中将增材制造专用材料被分为金属、光敏树脂、聚合物粉材、聚合物丝材等四类进行统计,其中金属原材料业务占比18.2%,光敏树脂占比25.2%,聚合物丝材占比19.9%,聚合物粉材占比34.7%。
2021年增材制造装备售总额达到34.17亿美元,同比2020年增长13.4%,占总产值的22.4%。《Wohlers Report2022》中将增材制造装备分为金属增材制造装备和非金属增材制造装备两类统计,金属打印机制造占比36.1%,非金属打印机制造占比63.9%。2021年增材制造服务产值规模达到62.35亿美元,较2020年增长18.3%,占总产值的41%。报告中统计了包括航空航天、医疗、汽车、消费/电子产品、科研机构、能源、政府/军事、建筑等领域。航空航天占比16.8%,消费类/电子产品占比11.8%,政府/军事占比6%,医疗占比15.6%,科研机构占比11.1%,建筑4.5%,汽车14.6%,能源7%,其他12.6%。
我国早在2015年《中国制造2025》提出了大力发展核心基础零部件、先进基础工艺、关键基础材料和产业技术基础,即3D打印技术。2016 年国务院《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提出打造增材制造产业链,研发增材制造专用材料;搭建增材制造工艺技术研发平台,提升工艺技术水平;研制推广主流增材制造工艺装备;加快研制配套核心器件和嵌入式软件系统,提升软硬件协同创新能力,建立增材制造标准体系;在航空航天、医疗器械、交通设备、文化创意等领域大力推动增材制造技术应用,加快发展增材制造服务业。2017年工信部联合国家发改委、教育部等11部门印发《增材制造产业发展行动计划(2017—2020年)》(以下简称《行动计划》),等计划,保障我国3D打印产业保持高速发展,提高3D打印技术、在重点制造业领域获得规模化应用,建设完善生态体系基,全球布局初步实现。《增材制造标准领航行动计划(2020-2022)年》国家标准化管理委员会、工信部等6部委于2020年2月提出构建和完善增材制造标准体系,到2022年,增材制造专用材料、工艺、设备、软件、测试方法、服务等领域的“领航”标准数量达到80-100项。2021年陕西省发布《陕西省增材制造产业发展三年行动计划》,以“链主带动,创新应用,构建产业特色鲜明的增材制造产业集群和产业示范基地,到2023年增材制造产业产值达到100亿元”。
总体来说,我国增材制造产业获得大量国家、政府支持,并取得快速发展,目前与国外相比,在金属3D打印技术及装备方面与国外持平,甚至某些领域优于国外,正处于产业快速扩大规模,新材料、核心元器件、专用软件核心关键技术迸发,行业标准体系构建的发展期,同时面临协同推进机制有待完善,应用广度深度有待加强问题。因此,未来增材制造产业将重点发展产业链短板,突破核心关键技术,构建产业标准体系,大力推进大批量、规模化应用生产。
目前,我国在选区激光熔化(SLM)等金属3D打印技术和设备制造上,已经达到世界先进水平。
未来,增材制造产业仍将保持高速发展,工业级增材制造应用场景将继续增加,消费级增材制造将趋于平稳。美国、欧洲等国将持续对增材制造产业注能,加上国产化替代,未来增材制造市场中,我国将会与美国分庭抗争。3D打印在包括航空航天、汽车和医疗在内的垂直领域的潜力仍在增长。疫情的大流行为该行业提供了一剂强心针,因为供应链中的薄弱环节因增材制造而显著缓解其压力。增材制造运输、增材制造库存、按需制造、增材制造配送将成为供应链和物流的新模式。未来智能工厂的再次被提上议程。材料资质的进步以及对更高性能材料的需求量不断增加,表明制造商对增材制造技术整套供应链充满信心。
三、铂力特公司详细介绍
1、铂力特公司介绍
西安铂力特增材技术股份有限公司(简称“铂力特”)成立于2011年7月,是中国领先的金属增材制造技术全套解决方案提供商;早期应用技术的创始团队西北工业大学凝固技术国家重点实验室黄卫东教授团队于1995年开始研究金属增材制造技术,是国内外较早开展相关研究的团队之一。
西安铂力特下设5全额控股家子公司,分别是:铂力特(渭南)增材制造有限公司(增材制造)、铂力特科技(香港)有限公司(贸易)、铂力特(江苏)增材制造有限公司(增材制造)、铂力特(深圳)增材制造有限公司(增材制造)、铂力特(上海)技术有限公司(技术研发)。铂力特属于制造业(C)行业中细分行业为通用设备制造业(C34)——其他通用设备制造业(C349)中的增材制造装备制造(C3493)。
铂力特注册资本目前为8079.125万元人民币,研发投入数千万。铂力特的业务范围涵盖金属3D打印服务、设备、原材料、工艺设计开发、软件定制化产品等,构建了较为完整的金属3D打印产业生态链。
铂力特拥有员工1100余人,研发人员占23.84%,拥有增材制造装备240余台,相关分析检测装备80余台,可成形材料涵盖钛合金、高温合金、铝合金、铜合金、不锈钢、模具钢、高强钢等多个种类,涉及50余种材料,目前可实现年交付零件50000余件,是国内最大的金属增材制造产业化基地,也是国内外较早开展增材制造相关研究的参与者之一。
铂力特拥有独立的研发机构和技术团队,具备较强的自主创新能力,是具有增材制造装备、原材料、定制化产品及技术自主研发及产业化应用能力的国家级高新技术企业,拥有国家级企业技术中心、金属增材制造国家地方联合工程研究中心等国家级研发平台,累计申请专利370项,拥有授权专利217项,其中发明专利67项,实用新型专利130项,外观设计专利20项。
铂力特现建有国家企业技术中心、国家级金属增材制造国家地方联合工程研究中心、陕西省省级企业技术中心、陕西省金属增材制造工程研究中心、博士后创新基地研发平台等,承担了“国家重点研发计划”、“智能制造”、“工业强基工程”、“国防基础科研”等多项国家重大专,在金属增材制造技术研发以及应用推广科研项目并取得大量科技成果;同时公司也是陕西省工业化和信息化融合典型示范企业、陕西省智能制造试点示范企业。
铂力特已发展成为国内最具产业化规模的金属增材制造创新研发生产企业,业务覆盖金属增材制造全产业链,粉末原材料、装备、定制化产品及服务广泛应用于航空航天、工业机械、能源动力、科研院所、医疗研究、汽车制造、船舶制造及电子工业等领域。尤其在航空航天领域,金属3D打印定制化产品在国内航空航天增材制造金属零部件产品市场占有率较高。
2021 年度铂力特公司营业收入为55,199.30万元,增长13,982.50万元,增幅33.93%,营业利润8,440.76万元,营业毛利率48.23%,较上年减少4.49个百分点。
2、公司产品技术介绍
铂力特最早于西北工业大学增材制造研发团队发而来,是国内外较早开展增材制造相关研究的团队之一,拥有独立的研发机构和技术团队,具备较强的自主创新能力,是具有增材制造装备、原材料、定制化产品及技术服务等相关技术自主研发及产业化应用能力的国家级高新技术企业,研发实力雄厚。
铂力特自2011年设立以来,围绕金属增材制造装备国产化、粉末材料制备、工艺技术自主研发以及增材制造产品工程化应用推广进行不懈努力。在装备研制方面,对硬件结构进行不断优化调整,控制系统进行自主开发、优化,并前瞻性组织软件研发团队,开发装备专用控制系统、处理软件,解决成形过程控制、处理。掌握大尺寸增材制造装备硬件结构设计、控制系统、过程处理软件、成形过程在线监控等核心技术。自主研发并生产了BLT-A160、BLT-A300、BLT-A320、BLT-S210、BLT-S310、BLT-S320、BLT-S400、BLT-S450、BLT-S510、BLT-S600、BLT-S800、BLT-C400、BLT-C600、BLTC1000等十余个型号的增材制造装备,其中BLT-C600获得IF大奖、REDDOT红点奖;BLT-S300获得REDDOT红点奖;BLT-S310获得中国首届工业设计展优秀工业设计奖且成功出口德国,BLT-S300和BLT-S600获得陕西省“工业精品”荣誉;BLT-S500及BLT-S600装备获得陕西省“首台套”荣誉。BLT-S800可实现800mm*800mm幅面成形,可实现10激光同步扫描,有效提升成形效率以及成形尺寸。增材制造装备部分核心关键参数达到国际先进水平。
增材制造工艺技术方面,不断研发新型高温合金打印工艺、以及大尺寸复杂结构精密成形。可成形材料60余种,生产的定制化金属增材制造产品,广泛应用于航空航天、汽车、医疗、模具等领域,与1000余家单位建立合作关系,参与支持国家多个重点型号建设。
增材制造专用粉末原材料方面,已完成10条增材制造专用高品质金属粉末生产线建设,设备实现正常运行,已经成功开发的高品质钛合金球形粉末及高温合金粉末材料包括TA1、TA1ELI、TA15、TC4、TC4ELI、TA18、TC11、TC18、TC21、Ti65、γ-TiAl、GH5188、GH3536、GH3230、GH4169、GH4099等。生产粉末制备工艺成熟稳定,其中,粉末球形度、空心粉率、杂质含量、特殊元素含量均达到行业先进水平。增材制造工艺技术方面,不断研发新型高温合金、钛合金、铝合金、镁合金等打印工艺、以及大尺寸复杂结构精密成形、损伤件的快速、高性能修复、超大尺寸构件的高效成形。目前主要材料增材制造方式分为:激光选区熔化技术、激光立体成形技术、激光修复技术、电弧增材制造技术,可成形材料60余种,铂力特生产的定制化金属增材制造产品,涵盖钛合金、高温合金、铝合金、钛铝系合金、镁合金、铜合金、不锈钢、模具钢、高强钢等多个种类。2021 年承担国家发改委3D打印钛粉产业化项目,粉末制备能力大幅提升。
铂力特目前主要使用三项金属3D打印技术及形成的设备,即激光选区熔化技术(SLM)设备、激光熔覆沉积技术(LSF)设备、电弧增材制造技术(WAAM)设备。
激光选区熔化成形设备:是其自主研发的采用SLM技术的金属增材制造设备。SLM技术是采用激光有选择地分层熔化烧结固体粉末,在制造过程中,金属粉末加热到完全融化后成形。其工作原理为:被打印零部件提前在专业软件中添加工艺支撑与位置摆放,并被工艺软件离散成相同厚度的切片,工艺软件根据设定工艺参数进行打印路径规划。实际打印过程中,在基板上用刮刀铺上设定层厚的金属粉末,聚焦的激光在扫描振镜的控制下按照事先规划好的路径与工艺参数进行扫描,金属粉末在高能量激光的照射下其发生熔化,快速凝固,形成冶金结合层。当一层打印任务结束后,基板下降一个切片层厚高度,刮刀继续进行粉末铺平,激光扫描加工,重复这样的过程直至整个零件打印结束。
激光立体成形设备:也是其自主研发的采用LSF技术的成形设备。其成形原理是:聚焦激光束在数控系统的控制下,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。该设备不仅可以快速成形大型金属结构件,而且可以进行损伤零件的快速修复。其修复原理是:以损伤零件为基体,对待修复区域逐层堆积熔化粉末,在不破坏零件本体性能的前提下,对损伤零件进行性能修复与再制造,恢复零件的几何性能和力学性能,使零件再次达到使用要求。
电弧增材制造技术(WAAM):利用逐层熔覆原理,采用电弧为热源,通过同步送丝方式,在数控程序控制下,根据三维数字模型由点-线-面-体逐渐成形金属零件的先进数字化制造技术。其优势是沉积效率高,丝材利用率高;整体制造周期短,成本低;对零件尺寸几乎无限制,易于修复零件;无需模具,柔性化程度高,能够实现数字化,智能化和并行化制造;对金属材质不敏感,可以成形对激光反射率高的材质,如铝合金,铜合金等;对设计相应快,特别适合于小批量,梯度材料及多品种产品的定制化制造。基于上述特点,电弧增材制造技术在大尺寸/超大尺寸构件的高效低成本制造领域优势显著。铂力特开展了基于智能机器人技术的WAAM装备研制,实现了4机器人,12机器人的协同增材制造,其最大成形尺寸分别达到直径4m级和10m级,并采用该设备完成了直径3.5m,3.64m 产品的打印及直径10m级样件的打印,解决了客户单件短周期定制化产品的迫切需求,取得了良好的效果。
铂力特公司通过自有金属增材设备为客户提供金属3D打印定制化产品的设计、生产及相关服务,主要应用于航空航天、工业机械、能源动力、科研院所、医疗研究、汽车制造及电子工业等领域。
铂力特公司金属增材定制化打印产品用途以及优势如下:
①结构轻量化,实现大幅减重:通过金属增材制造技术,解决了拓扑优化、多孔、镂空、点阵等轻量化减重结构的制造问题,利用中空夹层、薄壁加筋、镂空点阵、内置蜂窝等结构,在保证产品性能的同时最大限度的实现零件减重。
②实现复杂内腔结构成形:通过金属增材制造技术,解决了薄壁结构件、薄壁蜂窝结构、异形孔结构件难加工问题,使客户可以根据零件内腔形状、尺寸、布局等需求进行零件自由设计而无需过于顾及零件生产可行性等因素,帮助客户实现“功能优先”的设计思路。
③实现零件整体化功能集成:利用金属增材制造技术,可将传统制造方式下分离的零件进行一体制造,将复杂零件进行整体化功能集成,可大大减少零件数量,降低装配风险,实现减重、增加可靠性、缩短生产周期。
④实现损伤修复与再制造:通过激光立体成形设备对于某些昂贵零件服役期间的磨损或生产过程中的产品加工缺陷进行修复与再制造,恢复产品的几何性能与力学性能。目前,铂力特为航空航天、煤炭机械、能源电力等领域解决了大量的复杂受损零部件修复问题,形成了以航空发动机叶片、航空飞机结构件、采煤机刮板输送机刮板链轮修复为代表的批量化修复服务,叶片修复产品已经在我国航空领域多个核心型号发动机上实现批量装机应用。
⑤实现单件定制化大尺寸构件的快速制造:采用大尺寸电弧增材制造装备,实现了铝合金、不锈钢等超大尺寸构件的高效低成本制造,解决了大尺寸构件协同打印拼接精度与质量控制,变形与尺寸控制问题。目前铂力特采用电弧增材制造技术制造的铝合金构件、不锈钢构件,部分已通过航天客户的应用验证,未来将持续优化工艺,深耕应用领域,为航空、航天、核电、石油、煤炭等领域客户的大尺寸构件的高效低成本制造提供可靠的解决方案。
铂力特在金属材料、功能材料、金属基复合材料方面具有丰富的研究基础,在金属增材制造的新材料开发领域处于领先地位。已经成功开发多个传统牌号的钛合金材料和高温合金材料,另外,铂力特自主研发专用粉末材料 TiAM1、AlAM1 等 10 余种,解决了传统牌号材料成形沉积态残余应力高、工艺适应性差等问题,避免了 3D 打印过程中开裂、变形等问题的出现。生产高品质 3D 打印专用钛合金粉末材料和高温合金材料,主要应用于航空航天、工业机械、科研院所、医疗研究、汽车制造、电子工业以及文创等领域3D打印。
铂力特在为客户提供多种尺寸、多种成形工艺的金属增材制造的同时,可提供全方位、专业性强的金属3D打印技术服务,具体包括工艺咨询服务、设计优化服务、逆向工程服务、软件定制服务等。
德国EOS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,覆盖设备、工艺和咨询服务等一整套体系。由于铂力特在金属3D打印领域有着丰富的工程化应用经验,可以在应用端为客户提供全方位的示范、培训、服务等工作,增强了德国EOS本地化服务的及时性和专业性,因此,铂力特与德国EOS公司建立了较为紧密的合作关系,铂力特代理销售部分EOS金属增材制造设备,并向客户提供本地化的EOS设备相关维护等服务。
铂力特主要设备产品包括:BLT-S系列主要用于大型航空航天、发动机、医疗、汽车、电子、模具和科研院所设备领域;BLT-A系列主要用于模具、工业、齿科和职业教育领域;BLT-C系列主要用于小型航空航天、发动机、医疗、汽车、电子、模具和科研院所设备领域。
主要粉末产品为钛及钛合金粉末,生产的气雾化钛及钛合金粉末,具有优良的流动性、高松装密度、低空心粉率、氧/氮/氢含量可控的特点,是航空、航天、医疗、化工等领域增材制造的理想选择。
可以形成材料包括:钛及钛合金、铝合金、高强钢、铜及铜合金、不锈钢、高温合金、模具钢、钨合金等。
一站式金属3D打印服务包括:粉末/设备服务、打印服务、后处理(线切割、打磨、抛光、精加工、热处理等)、检测服务(化学成分分析、力学性能、物理性能、微观组织、零件的几何量测试和无损检测)和质量标准认定。
3、公司经营/盈利情况
铂力特围绕金属增材制造产业链,开展金属3D打印设备、金属3D打印定制化产品及金属3D打印原材料的研发、生产、销售,同时亦向客户提供金属3D打印工艺设计开发及相关技术服务。铂力特根据客户的需求,为客户提供金属增材制造与再制造技术全套解决方案。铂力特向客户提供的产品或服务的增值部分即为公司的盈利来源。
铂力特2021年度营业收入55,199.30万元,较上年度增长33.92%;营业成本28,577.96万元,较上年增长46.65%;营业利润8,440.76万元;营业毛利率48.23%,较上年减少4.49个百分点。
铂力特2021年度主营业务分行业情况
单位:元 币种:人民币
主营业务分行业情况 | ||||||
分行业 | 营业收入 | 营业收入比上年增减(%) | 营业成本 | 营业成本比上年增减(%) | 毛利率(%) | 毛利率比上年增减(%) |
航空航天 | 316,135,840.09 | 45.84 | 147,052,779.03 | 69.16 | 53.48 | 减少6.41个百分点 |
工业 | 177,227,152.63 | 53.91 | 109,507,223.30 | 51.62 | 38.21 | 增加0.94个百分点 |
科研院所 | 41,962,610.73 | -42.71 | 19,703,816.52 | -35.41 | 53.04 | 减少5.31个百分点 |
医疗研究 | 16,459,690.41 | 140.85 | 9,364,202.55 | 83.96 | 43.11 | 增加17.59个百分点 |
其他 | 207,729.21 | 34.68 | 151,627.15 | 24.65 | 27.01 | 增加5.88个百分点 |
总计 | 551,993,023.07 | 33.93 | 285,779,648.55 | 46.65 | 48.23 | 减少4.49个百分点 |
航空航天领域仍为公司营业收入的主要来源,占比相对稳定,占营业收入比例为57.27%,金额较上年增长45.84%;同时,工业领域占营业收入比例为32.11%,金额较上年增长53.91%,主要是铂力特公司2021年度继续大力开拓各个行业的市场,进一步挖掘市场应用领域所致。
铂力特2021年度主营业务分产品情况
单位:元 币种:人民币
主营业务分产品情况 | ||||||
分产品 | 营业收入 | 营业收入比上年增减(%) | 营业成本 | 营业成本比上年增减(%) | 毛利率(%) | 毛利率比上年增减(%) |
自研3D打印设备、配件及技术服务 | 218,112,191.36 | 44.4 | 102,051,470.72 | 36.82 | 53.21 | 增加2.59个百分点 |
3D打印定制化产品及技术服务 | 277,948,164.19 | 29.61 | 142,049,522.79 | 66.23 | 48.89 | 减少11.26个百分点 |
3D打印原材料 | 16,402,348.24 | 26.65 | 9,752,852.10 | 8.84 | 40.54 | 增加9.73个百分点 |
代理销售3D打印设备及配件 | 39,530,319.28 | 17.28 | 31,925,802.94 | 23.41 | 19.24 | 减少4.01个百分点 |
总计 | 551,993,023.07 | 33.93 | 285,779,648.55 | 46.65 | 48.23 | 减少4.49个百分点 |
铂力特自研类产品的营业收入实现稳步增长。其中,3D打印定制化产品、自研3D打印设备及3D打印原材料营业收入比上年分别增长29.61%、44.40%、26.65%,主要是铂力特公司2021年度继续深耕航空航天领域,持续开发新的设备型号,且不断开拓新的市场和应用领域所致。
铂力特2021年度主营业务分地区情况
单位:元 币种:人民币
主营业务分地区情况 | ||||||
分地区 | 营业收入 | 营业收入比上年增减(%) | 营业成本 | 营业成本比上年增减(%) | 毛利率(%) | 毛利率比上年增减(%) |
华北地区 | 166,450,623.18 | 24.86 | 79,084,092.40 | 30.17 | 52.49 | 减少1.94个百分点 |
华东地区 | 131,861,619.13 | 48.11 | 82,537,472.80 | 30.65 | 37.41 | 增加8.36个百分点 |
西南地区 | 77,606,620.75 | 72.82 | 30,910,322.69 | 119 | 60.17 | 减少8.40个百分点 |
西北地区 | 46,956,291.10 | -20.38 | 27,966,394.80 | 24.25 | 40.44 | 减少21.39个百分点 |
华中地区 | 36,846,758.29 | 19.70 | 14,017,667.06 | 28.03 | 61.96 | 减少2.48个百分点 |
东北地区 | 42,520,739.13 | 4.39 | 24,754,350.24 | 82.54 | 41.78 | 减少24.92个百分点 |
华南地区 | 42,293,139.59 | 211.10 | 23,045,056.89 | 149.35 | 45.51 | 增加13.49个百分点 |
海外地区 | 7,457,231.90 | 799.95 | 3,464,291.67 | 503.17 | 53.54 | 增加22.86个百分点 |
总计 | 551,993,023.07 | 33.93 | 285,779,648.55 | 46.65 | 48.23 | 减少4.49个百分点 |
铂力特除西北地区外其余地区的营业收入稳步增长,其中华南地区及西南地区较上年分别增长211.10%、72.82%,主要是铂力特公司2021年度努力加大以上地区的市场开拓力度且不断挖掘新的应用领域所致。
铂力特2021年度主营业务分销售模式情况
单位:元 币种:人民币
主营业务分销售模式情况 | ||||||
分销售模式 | 营业收入 | 营业收入比上年增减(%) | 营业成本 | 营业成本比上年增减(%) | 毛利率(%) | 毛利率比上年增减(%) |
直接销售 | 551,993,023.07 | 33.93 | 285,779,648.55 | 46.65 | 48.23 | 减少4.49个百分点 |
代理销售 | - | - | - | - | - | - |
铂力特2021年度采用的分销售模式为直接销售,未采用代理销售模式。
铂力特2021年度产销量情况表
主要产品 | 单位 | 生产量 | 销售量 | 库存量 | 生产量比上年增减(%) | 销售量比上年增减(%) | 库存量比上年增减(%) |
自研3D打印设备 | 台(套) | 293 | 140 | 59 | 91.50 | 72.84 | 180.95 |
铂力特生产用于自用和销售的3D打印设备共计293台(套),销售140台(套),比上年分别增长91.50%、72.84%,主要是铂力特公司2021年度积极发掘新的应用领域、开拓新的市场,同时报告期内产能提升及生产效率提高所致。
铂力特2021年度成本分析表
单位:元 币种:人民币
分产品情况 | ||||||
分产品 | 成本构成项目 | 本期金额 | 本期占总成本比例(%) | 上年同期金额 | 上年同期占总成本比例(%) | 本期金额较上年同期变动比例(%) |
3D打印设备(自研) | 直接材料 | 97,530,834.93 | 95.57 | 70,668,306.54 | 94.74 | 38.01 |
直接人工 | 1,982,119.92 | 1.94 | 1,422,957.10 | 1.91 | 39.3 | |
制造费用 | 2,538,515.87 | 2.49 | 2,499,046.73 | 3.35 | 1.58 | |
3D打印定制化产品 | 直接材料 | 29,113,999.58 | 20.50 | 17,342,829.29 | 20.30 | 67.87 |
直接人工 | 21,108,512.46 | 14.86 | 8,808,106.90 | 10.31 | 139.65 | |
制造费用 | 91,827,010.75 | 64.64 | 59,281,720.43 | 69.39 | 54.90 |
铂力特自研3D打印设备及3D打印定制化产品的成本结构均比较稳定,随着生产规模的扩大,直接材料和直接人工总额增长较大;随着生产效率的提升,制造费用占比有所下降。
4、铂力特公司上下游关系
主要客户包括航空工业下属单位、中国航发下属单位、航天科工下属单位、航天科技下属单位、中国商飞、中国神华能源、中核集团下属单位、中船重工下属单位以及各类科研院校等。
铂力特前五名客户2021年度销售额31,791.35万元,占年度销售总额57.60%。
铂力特是空中客车公司金属增材制造服务的合格供应商,2018年8月,公司与空中客车公司签署A350飞机大型精密零件金属3D打印共同研制协议,从供应商走向联合开发合作伙伴,标志着其在金属3D打印工艺技术与生产能力方面达到世界一流水平,尤其在大型精密复杂零件打印方面,处于领先地位。
铂力特前五名供应商2021年度采购额26,432.73万元,占年度采购总额39.07%。
5、铂力特的商业模式
铂力特目前覆盖行业三种商业模式,具备粉末自制、设备自研、服务定制的 全产业链布局优势。该公司是国内铺粉路线领先企业,并已拓展至送粉路线,因与德国金属增材制造设备老牌企业EOS技术差距较小,公司自研铺粉设备已逐步或客户认可并已实现德国出口。尤其是对于高端装备客户,采用新技术所制造的产品若进入批产且性能突出,铂力特有望继续参与后续其他部件的替换及新装备研制。且若在后期实现自制金属打印粉末的规模应用及量产,客户粘性更大,先发地位及卡位优势突出,并有望拓展至其他工业领域。
6、公司核心竞争力
研发领先优势:铂力特一直专注主业,致力于金属增材制造技术研究,作为国家级高新技术企业,拥有国家级企业技术中心、金属增材制造国家地方联合工程研究中心、省级企业技术中心、陕西省金属增材制造工程研究中心,担任全国“增材制造产业联盟联盟”的副理事长单位。公司承担多个国家级科研项目和课题,包括“国家重点研发计划”、“智能制造”、“工业强基工程”等,取得一系列科技成果,培养一大批科技人才。不断的技术创新是公司快速发展强有力的驱动,促使公司增材制造技术保持领先,装备、产品、技术服务质量不断提升,目前,已形成大量提升装备精度、稳定性、产品性能、批次稳定性以及生产流程智能化程度的领先技术。报告期内,完成钛合金以及高温合金粉末材料制备以及应用验证,实现批量化生产,产能达到400吨以上;同时有多项装备以及工艺技术研发成果直接应用于装备性能提升以及产品工艺优化,完成大尺寸多光束激光选区熔化装备BLT-S800研发,对外发售;另外BLT-S1000设备研发完成,已经达到稳定生产状态,设备布局完成首次迭代优化。
规模优势:铂力特是国内生产规模最大的金属增材制造商,已形成了以增材制造装备、定制化产品、技术服务以及粉末原材料主产品,辅以结构优化设计、专用软件开发、进口装备销售代理、软件、配件销售的产品结构。目前公司二期金属增材制造智能工厂项目建成,投入生产。未来,还将进一步扩展大尺寸激光选区熔化装备、工艺技术以及粉末材料等产品的研发、生产规模,以自身需求为驱动,同步补短板,积极开拓结构优化设计、专用软件、文创产品、人才培养等产业,不断促进金属增材制造产业链的全面发展,形成良性发展增材制造生态圈。
原料采购优势:铂力特建立了完善的采购管理体系,本着与供应商合作共赢的原则,对采购产品质量控制各环节提出相应的要求,督促供应商严格控制并持续改善产品的质量,确保供应链质量稳定。
与主要供应商保持长期稳定合作,保证了增材制造装备配件、相关处理软件、增材制造粉末原材料以及增材制造配套加工检测环节的稳定合格供应,在供应商群体中累积的信誉,以及铂力特采购量较大且近年来稳步提升,使其公司的原材料采购价格在行业内具有一定的指导作用。
技术和管理团队优势:铂力特建立了在董事长兼总经理领导下,副总经理带头负责的技术以及质量与运营服务保障体系。从领导层到服务人员都经过严格挑选而成的一支技术过硬、经验丰富的队伍。技术团队负责粉末材料、3D打印装备、定制化产品、专用软件、技术服务实施以及质量,严格按照规范操作,对产品整个流程做到全程跟踪,确保产品流转工序中出现的问题及时发现、高效解决。经过多年发展,铂力特在广泛认同和积极实践的基础上沉淀出自己的企业文化,“让制造更简单、世界更美好”是企业的使命,是公司未来发展的精神动力。
品牌优势:铂力特自2011年成立以来一直保持高质量高速发展,是中国领先的金属增材技术全套解决方案提供商,也是国内较早开展金属增材制造产业化应用的企业。在与客户不断的沟通中,逐渐意识到增材制造技术的潜力和无限可能,不断地有新的应用产生,不断地有新的行业加入,铂力特更是不断地积极探索更为广阔的技术以及应用空间。增材制造技术是未来制造发展的核心方向之一,是引领未来制造业变革的革命性技术,是技术和时代发展大势所趋。因此,铂力特起步早、技术硬、规模大、实力强以及团队的艰苦奋斗、拼搏向前的意志,构成其公司的品牌优势。秉承“做得出、用得起”的宗旨,让客户透过产品欣赏我们,坚持以产品为媒介,以高品质的服务团队为基础,建立服务、产品质量、售后等多维体系为坚实基础的行业龙头企业品牌。
7、公司战略
发展目标:铂力特始终坚持以最终应用零件为牵引,围绕金属3D打印服务、设备、打印用原材料、零件创新设计与技术服务等构建完整的产业生态链,为客户提供3D打印“一站式”服务。以市场需求为导向,聚焦金属3D打印主航道,秉持 “做得出、用得起”的产品理念,实现让金属3D打印走进千万家工厂的愿望,并进一步推动制造业的转型升级,使公司成为全球领先的增材技术解决方案提供商。
规划与措施:铂力特通过不断加强自身研发团队能力以提高产品竞争力,并不断开拓国内外市场以实现公司战略目标。目前已形成成熟的研发团队,并获得多项核心自主专利技术及知识产权,产品技术指标水平不断加强,在国内金属增材制造市场已具备强有力的竞争力。铂力特已采取并将进一步深入推行以下措施:
(1)坚持以市场需求为导向,对标国际先进技术标准,坚持创新发展和品牌发展战略,持续推进技术创新、设计创新、制造创新、管理创新,从金属3D打印设备、材料、工艺及定制化产品等方面不断优化打印服务能力,不断加大自身科技创新力度,加速科技成果转化应用,持续解决用户的深度需求,全过程精细化、多元化开拓市场;
(2)建立健全产品质量保障体系,强化产品质量管控,持续保障产品质量,为行业高质量发展赋能;
(3)健全产业链配套能力,逐渐形成增材制造系统的全产业链能力,做大做强产业优势和产业规模,降低生产成本,构建规模领先的金属3D打印产业基地;
(4)不断进行技术升级和创新,完善技术研发体系与人才培养体系,加强技术研发能力提升,加速科技成果转化应用,提升公司产品核心竞争力。
经营计划:坚持技术创新,持续增强公司竞争力。铂力特将持续加大研究开发和技术创新投入力度。以市场需求为导向,不断加强对新领域、新技术、新材料、新产品、新工艺的探索和创新,同时持续健全和完善技术创新体制,不断引进行业内高精尖技术人才及先进的研发设备,会同高等院校、科研院所等机构,通过自主研发创新与和合作研发的方式,不断提升公司新产品的开发能力、技术成果转化能力和产品开发效率,将研发创新转化为生产力,提高生产效率,增强公司核心技术及市场竞争力。
加快健全产业链综合配套能力建设。围绕金属应用发展趋势,铂力特将坚持以金属3D打印为核心,聚焦主航道,持续优化从前端设计到成品零件交付的一站式解决方案,在金属材料、检测、机加工、热处理等产业链布局上持续发力,随着金属增材制造智能工厂建设项目逐步推进,打造集3D打印、高品质球形粉末生产、智能增材研发于一体的现代化金属增材制造智能工厂,全面提升金属增材制造产业综合配套能力,降低生产成本,进一步提高盈利水平和生产经营能力。
进一步提高产品市场占有率和资本市场知名度。铂力特将持续加强市场开拓力度,深度挖掘市场需求,针对更广阔的细分行业开发专门的解决方案,积极快速响应市场与客户需求,不断进行新产品、新技术、新材料、新工艺的探索和研发,不断提高自身的产品和服务竞争力。将在深入开拓现有客户需求的同时,进一步提升和扩展在金属3D打印领域的市场份额和市场占有率,保持健康快速发展。
提升内部管理,卓越运营,打造高效经营体系。随着铂力特业务规模不断增长,将持续优化管理机制,提升经营质量与管理效率,及时识别运行风险,增强风控能力,实现全过程控制。同时,建立以目标为导向的考核与激励机制,配置与效益挂钩、有竞争力的薪酬方案,健全长效激励机制,吸引和留住优秀人才,提升员工主观能动性,释放组织活力。进一步加强企业文化建设,增进员工认同、凝聚员工力量、丰富员工生活、打造有活力、有创造力、有积极性的组织。
8、风险分析
竞争力风险:近年来,增材制造专用材料和新产品种类逐渐增多;增材制造技术随着应用领域的扩展也在不断细分升级,一方面体现为细分市场的专业化升级,另一方面体现为以增材制造技术为核心的多专业耦合带来的新产品市场,细分市场和专业耦合的发展进一步带动技术的升级迭代加快,不同技术种类之间的竞争加剧,技术创新和新产品开发仍是行业竞争的关键。铂力特在增材制造领域具有深厚的技术积累,并紧跟国际先进技术的发展趋势,在各类新技术方面都有持续研发投入,但若公司未能持续保持技术先进性和不断开发新的更高品质的产品,可能面临公司竞争力下降,后继发展乏力的风险。
经营风险:下游客户领域较为集中的风险。目前,增材制造技术的产品应用已从定制化产品逐步进入小批量生产阶段,多个行业多个种类的批量化生产试制订单,给予增材制造为主要工艺的批量化生产模式以信心,在此基础上,批量化带来的产业链成熟化、成本降低和制造模式转变,势必下游客户群体将会不断扩大,以3D打印为设计思路的产品将会大量出现,替代原有生产模式下的产品,增材制造在未来的制造业发展中起着引领性的作用,但是就目前的情况而言,增材制造在其整体制造体系中的占比还较为有限,若该领域增材制造应用成长速度不及预期,或由于铂力特产品质量、行业竞争等因素流失主要客户,将对铂力特的经营发展产生不利影响。
增材制造装备关键核心器件依赖进口的风险。我国工业级增材制造装备核心器件严重依赖进口的问题依然较为突出。增材制造装备核心器件,如高光束质量激光器及光束整形系统、高速扫描系统、大功率激光扫描振镜、动态聚焦镜等精密光学器件等存在对进口产品的依赖,公司进口核心元器件主要为激光器及扫描振镜。公司设备的部分核心器件对国外品牌存在一定的依赖性。若上述核心器件受出口国贸易禁用、管制等因素影响,短时期内或导致铂力特无法按需及时采购,将对公司的生产经营产生不利影响。铂力特正在进行国产化替代产品研制及应用,将降低对此的负面影响。
财务风险:收入季节性波动风险。铂力特公司业务主要面向航空、航天制造业。因客户行业特点造成上述业务合同的取得多集中在下半年,加之公司3D打印定制化产品和3D打印自研设备生产周期的原因,交付也是下半年较多。因此,公司经营业绩存在季节性波动风险,存在一定的账期。
应收账款坏账风险。截止2021年度,铂力特应收账款及应收票据账面价值分别为28,190.43万元、8,700.80万元,占期末总资产的比例为13.38%、4.13%。其应收账款金额较大,主要是由于营业收入快速增长及下游客户资金结算的特点所致。尽管铂力特主要客户多为国内大型集团公司及其下属单位、科研院所等,资信状况良好,且报告期内公司实际发生坏账损失较少,但仍存在部分账款无法收回的风险。若其客户的信用状况发生不利变化,应收账款的可回收性将受到负面影响,铂力特的资产状况、利润情况和资金周转也可能会受到不利影响。
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