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1.国防军工设计大赛
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报告出品方:广发证券以下为报告原文节选------一、Gartner 曲线应用:3D 打印行业逐步进入产业化(一)Gartner 曲线:描述由情绪与渗透率曲线共同驱动的技术演变模式新技术成熟度曲线是对新技术演变模式的描述。
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美国信息技术研究与咨询顾问公司Gartner自1995年以来,每年发布The Hype Cycle for Emerging Technologies,国内一般翻译为“新兴技术成熟度曲线”该曲线横轴刻画技术随时间发展演变的不同阶段,纵轴为市场期望值,根据一般规律,描述了新兴技术发展从产生到通向生产力的五大阶段,技术触发期、期望膨胀期、泡沫谷底期、稳步复苏期、生产成熟期,该曲线的独特形状,显示了随着技术的进步,人们的期望是如何随着时间的推移而激增或者收缩的。
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不同时期含义有一定区别,如在技术触发期,当一项技术突破、公开演示或者其他事件引起媒体等注意时,炒作周期就已开始;在期望膨胀期,人们对该项新技术的期望超过了它目前的实际能力,在某些情况下,会形成一定的投资泡沫。 
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实际应用层面,Gartner曲线实际突出该技术的潜在和实际应用者的情绪变化,以及围绕投资该技术决策的压力变化在多数时候,Gartner曲线通常会涵盖多数的新兴技术,并且根据技术成熟度以及市场期望将其刻画在曲线的不同位置,即更多为静态指标。
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但在应用上,对于某项新兴技术,Gartner曲线实际突出了该技术的潜在和实际应用者的情绪变化,以及围绕投资该技术决策的压力变化例如,Gartner曲线在1999年出版的《e-business Hype Cycle》“准确地”预测了2001年的互联网泡沫。
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为了表述不同技术的应用成熟度,Gartner曲线将不同的技术分类到不同的类别,不同类别代表该技术在当前位置达到“生产高峰期”所需的时间,也就是该技术距离被主流市场采用还有多远,一般有五类,少于2年、2~5年、5~10年、10年以上、未成熟即面临淘汰等。 
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Gartner曲线形状的形成是两方面因素叠加的结果,受情绪驱动,以及受技术和商业进展驱动Gartner曲线有两个向上方向的阶段,即代表市场预期不断的增加,第一阶段为技术触发期,第二阶段为稳步复苏期前者,主要源于市场对创新将带来的新机遇的兴奋,受市场炒作情绪所驱动,但由于早期技术成熟度通常很低,在市场预期达到高点时技术应用程度仍处于低位,高预期+低成熟度下使得市场预期快速下降。
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例如,当存在如法规调整、重大技术突破、与前代产品存在革命性颠覆时,市场关注度往往会快速提升,多数投资者担心错过行业发展机遇期;但当市场投资者发现技术难以突破、用户数量增长缓慢时,无论是监管政策的变化、还是短期的盈利兑现等,市场热情将快速降低,使得该技术进入泡沫期;后者,主要源于技术成熟度的不断提高所驱动,真正实现了价值创造和市场预期的兑现。
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尽管前期存在抛弃,但随着技术成熟、客户增加、场景拓展等,技术渗透率不断提升,龙头企业业绩逐步兑现,估值回升,并在达到渗透率某个临界点时有望产生爆发性增长
技术成熟度的演变量化层面可表示为技术应用渗透率的提升据《Understanding Gartner’s Hype Cycles》(Gartner,2017),Gartner曲线不同阶段的技术成熟度、达到成熟度时间、市场渗透率之间存在一定的对应关系。
例如,在技术触发期,技术仍然处于实验室或者初期阶段,达到成熟度仍需5~10年或者10年以上,市场渗透率(以目标用户使用数量占比)低于1%或者在1%~5%之间据中科院科技创新投资产业联盟2022年5月微信公众号文,根据经验,若市场渗透率达到15%,将迎来爆发式增长。
(二)3D 打印或已过行业期望高速增长泡沫期,进入产业化发展新阶段对应Gartner曲线,3D打印行业在经历技术触发时期以及随后的期望快速膨胀期后,在21世纪10s中后期,逐步摆脱泡沫期、实现稳步复苏,并预计随着技术成熟度提高、生产成本下降,迎来新的产业化发展阶段。
以下是结合Gartner曲线以及Wohlers发布的《Wohlers report 2022》对3D打印历史的回顾分析:1. 1987年增材制造首次实现商业应用,诸多公司开始行业内首次布局3D系统公司在1987年发明立体光刻技术并制造世界第一台商用增材制造机器SLA-1,是曾广泛流行的SLA 250机器前身。
随后杜邦、乐泰等公司开始立体光刻技术的商业化应用2. 上世纪九十年代,增材制造技术路线、使用材料开始初步的多样化探索1991年,Stratasys的熔融沉积建模(FDM)、Cubital的实体地面固化(SGC)以及Helisys的层压物体制造(LOM)三项新的增材制造技术实现商业化;1994年,ModelMaker使用喷墨打印沉积蜡材料;1998年,Optomec将其基于桑迪亚国家实验室开发的激光工程近净成型(LENS)金属粉末系统商业化。
3. 2000年以后增材制造设备的商业化开发进程明显加快,种类日益多样2000年7月Stratasys推出了Prodigy,一种使用FDM技术生产ABS塑料的零件2003年,Sony开始在美国销售立体光刻机。
2006年,3D系统公司发布面向牙科市场的InVision 3D打印机和3D扫描仪4. 2005年桌面3D打印兴起以来,技术迅速取得突破的同时与消费者的联系日益紧密,外界对其行业发展期望快速增长2006年,Z Corp.推出手持式3D扫描仪。
2008年,Shapeways开始为消费者提供3D定制打印零件的服务2009年EOS开始出售可以加工高温材料的激光烧结机同年Solidscape推出3D牙科打印机5. 2010年开始,3D打印行业设备出现低价趋势,设备厂商之间合作、并购等商业联系频繁,3D打印技术投入初始应用。
2010年,Z Corp.发布两款低成本打印机,单色打印机售价低于15000美元,彩色打印机售价低于25000美元,行业向低成本打印机发展同年,Stratasys将其SMART支持功能扩展到更多机器,使得3D打印时间最多缩短14%,并于2011年收购3D打印设备提供商Solidscape。
Materialise发布用于金属增材制造的Magics Metal SG支持生成软件2011年,意大利制造商CRP Technology推出新型激光烧结材料WindForm LX 2.0,对应Gartner曲线,媒体报道与市场炒作引导外界期望在2012-2015年达到顶峰。
这种期望带来3D打印领域上市公司股票的非理性繁荣,3D Systems、Stratasys、Voxeljet等3D打印公司股价与估值均达到历史新高或者接近新高但随着技术突破未达到预期、诸多下游应用行业成本降低障碍等因素,大众预期回落,海外相关企业市值迅速下跌。
6. 2015年以后,行业发展泡沫破裂,逐步进入稳步复苏期,金属3D打印工业化程度快速发展3D Systems、Stratasys等公司股价在2016年恢复到2012年以前水平,至此行业发展出现一定的泡沫破裂,随后逐渐进入稳步复苏期。
3D打印技术在此阶段取得重大进步并展现出一定的工业潜力2015年,塑料3D打印开始能够广泛用于模具、夹具以及固定装置的生产,这一技术很快用于汽车工业中;同时金属3D打印也开始在航空航天等高科技产业中实现应用。
根据惠普官网消息,惠普在2018年宣布销售世界最先进的金属3D打印机HP Metal Jet,可打印具有机械功能的最终零件,并且宣称其为大规模生产而设计且生产效率比其他打印方法高50倍
当前,3D打印有望逐步进入Gartner曲线生产高峰期,并展现出重要工业潜力1. 3D打印有望成为批量生产和最终零部件生产的可行性工业制造解决方案之一根据Hubs发布《3D Printing Trend Report 2022》,对应Gartner曲线,3D打印行业在2020年后逐步进入生产高峰期,这意味着3D打印不再只适用于原型模具设计,而有望成为批量生产和最终零部件生产的可行性工业制造解决方案,2021年以来3D打印已可以用于系列化产品的生产。
2. 更快的交付周期和更高的几何复杂性为3D打印带来了更广阔的市场3D打印正在发展成熟并展现出重要的工业潜力,Hubs最新调查结果预计2023年全球3D打印市场规模将达199亿美元,同比增长将达17%3. 3D打印的主要用途也日益丰富。
根据Wohlers Associates发布的《Wohlers Report 2022》,在所有主要用途中,最终零部件已经成为占比最大的用途,为33.7%,其次原型设计的占比达到24.40%原型设计即在全面生产之前开发样品以供设计评估与迭代等。
通过此举,产品开发的速度提升,周期变短4. 3D打印能够适用于不同规模的下游需求根据Hubs发布的《3D Printing Trend Report 2022》,在小批量(100-1000个零件)生产中,3D打印可以生产轻质、坚固、结构复杂的零件,为赛车、航空航天业等青睐。
例如GE公司的GE9X发动机包含300个以上的3D打印最终用途零部件,从而提高了燃油消耗效率除小批量生产外,3D打印开启了大规模定制的选项例如远程牙科公司Smile Direct Club使用HP Jet Fushion 3D打印为客户定制超百万个牙齿矫正器。
此外,3D打印也开启了批量生产的新时代,例如阿迪达斯联合Carbon使用3D打印批量生产名为4DFWD的跑鞋
二、复盘海外:从美上市 3D 打印企业看行业发展阶段通过观察海外部分上市3D打印企业股价表现,看3D打印行业的Gartner曲线的应用一方面,3D打印行业的特殊发展时期,一度为行业上市公司带来脱离“基本面”的高关注度。
结合Gartner曲线,3D打印行业在2014年前后经历了行业发展泡沫期,媒体对新技术的狂热炒作使资本市场给予了业内部分上市公司前所未有的关注度,3D系统公司、Stratasys等上市公司估值与基本面相背离,并且不符合彼时行业实际的发展水平。
另一方面,行业内上市企业发展战略与业务方向各不相同,其公司规模、市场占有率与行业整体发展有所错位除此之外,GE等公司作为3D打印的有力终端消费者加大在该领域的布局,多通过并购等方式自主拥有3D打印能力,客观上对部分美国部分上市3D打印企业造成一定竞争。
(一)3D 系统:盈利能力受限于多领域渗透不足,特殊周期下估值泡沫多年布局下,3D系统已实现多领域3D打印应用全流程覆盖3D系统公司(股票代码:DDD.N)于1993年成立于美国特拉华州,向全球客户提供全面的3D打印解决方案,包括塑料和金属3D打印机、材料、数字设计工具、定制服务等。
公司的3D打印机类型多样,包括立体光刻(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属打印机(DMP)、多点喷射打印机(MJP)和彩色喷射打印机(CJP),满足医疗保健、航空航天、汽车和耐用品等应用场景的不同需求。
公司的打印机大多使用自主开发且销售的专有材料,包括塑料、尼龙、金属、聚合物牙科材料等,同时通过第三方的研发和购买补充材料组合为了实现价值链全流程覆盖,公司还提供设计工具、扫描仪、模拟器等产品和维修培训服务。
多环节覆盖下,公司营业收入位于同业前列在全球主要上市3D打印公司中(AM3D.DF、VJET.N、DDD.N、SSYS.O、688333.SH),2022年以美元结算下,公司营收位居第一达6.16亿美元。
21世纪10s年代,3D系统公司营收波动较大,短期并购推动营收增长,可持续性有限公司下游应用广泛易受宏观因素影响,阶段性营收增长的主要推力为并购扩张自1990年以来,公司营收规模持续增长,但增长率波动较大。
一方面,公司消费级品类多样,营收增速受宏观经济影响,如2008-2009年全球经济衰退造成公司营收下降28%,2010年经济复苏拉动营收增长率超过40%另一方面,增长率受公司自身因素影响,如1994年公司推出新的产品和服务使得营收增长率从19%跃升至39%,2006年销售渠道受阻导致营业收入转增为减。
总体来看,公司2010-2014年销售额增加的绝对值最为明显,但主要来源于企业并购,自身原有的经营业绩增长较为平缓不完全统计,2009年至2014年初,公司累计发生40余次并购交易,累计贡献超过40%的营收。
但并购推动营收增长的方式不具有长期持续性,3D系统公司在2014年以后并购活动大幅减少,营收贡献有限
盈利能力受产品的广泛布局限制,过高的销售及一般行政费用较大限制公司盈利能力的提升公司毛利率水平长期较为稳定,但净利率较低且波动较大与铂力特相比,3D系统的销售管理费用率约为40%,接近铂利特的三倍,原因可能是铂利特专注于航空航天细分领域,客户结构较为稳定,而3D系统产品下游市场广阔,受到广泛产品线中来自传统生产模式和同业的高度分散的竞争。
与传统生产模式的竞争,导致在销售佣金、广告等方面投入较大;在与同业的竞争中,专利过期会降低行业的进入壁垒,允许新公司以较低成本获得快速成长,从而对3D系统形成威胁例如,美国3D打印公司MakerBot在2009年至2013年推出了低成本解决方案,达到了260%的复合年增长率。
另外公司涉及维护自己的知识产权和涉嫌侵犯第三方知识产权的纠纷诉讼较多,如2011年诉讼费用增加140万美元,占同期销售管理费用增加量的8%3D系统的研发支出和资本支出比重走势趋同、呈现周期性波动,初步判断公司在技术开发和产能扩建上均有布局。 
3D打印行业期望膨胀为3D系统公司带来高估值,不符合其盈利潜力现实预期结合上文Gartner曲线,3D打印行业在2012-2014年或处于历史以来大众期望的最高点大众期待与媒体炒作使得3D打印行业内众多公司受到资本市场的关注,3D系统公司股价在2014年3月创历史新高,其高估值超出了其未来盈利能力的现实预期,更多是一种市场情绪的表达。
随后,随着市场情绪的冷却以及公司盈利不达预期、行业竞争加剧,3D系统公司股价在同年出现高达50%以上的跌幅随后3D打印行业摆脱期望膨胀时期,行业估值泡沫刺破,市场评价以及公司估值回归理性
(二)美国 GE:主机厂以并购布局 3D 打印,主导美航空航天应用市场3D打印技术满足航空航天零部件制造和研发的主要目标,该领域增长潜力较大3D打印在航空航天领域主要应用于飞机、发动机、航天等精密零部件的设计与制造等方向。
它能够缩短设计和测试时间,减轻零部件重量,提高燃料效率,满足下游产品对于复杂结构的需求等与其他应用领域相比,航空航天领域注重安全与性能,价格敏感度较低,使得3D打印在该领域率先发展据EY2016年发布的《If 3D printing has changed the industries of tomorrow, how can your organization get ready today?》,EY称航空航天当前为3D打印渗透率最高的应用,且未来“最有”可能成为规模较大的市场。
据Skyquest发布的《全球航空航天3D打印市场洞察》,全球航空航天 3D 打印市场规模在2021年为16亿美元,并有望从2022年的19.4亿美元增长到2030年的91.6亿美元,在预测期间(2023-2030年)的复合年增长率为21.4%。
GE公司作为终端客户,通过并购策略以及自身技术开发掌握3D打印能力,在一定程度上主导美国3D打印行业下游航空航天市场根据Engineering官网对GE Additive媒体公关经理Rick Kenndey的采访,2004年,GE在对新型LEAP喷气发动机的探索中委托其合作商莫里斯科技生产3D打印金属零部件。
从此GE开始了对3D打印领域的探索2012年,GE收购莫里斯科技及其姐妹公司RQM,至此完全进入3D打印领域Kenndey披露,GE的定位是做增材制造行业的中心,而非从其他厂商手中购买3D打印设备2016年,GE获得了世界领先的金属3D打印机制造商Concept Laser(一家提供激光增材机的德国公司)75%的股份和Arcam(一家提供电子束增材机的瑞典公司)76%的股份,从此成为3D打印领域的核心参与者。
GE公司从2004年接触增材制造技术开始,通过不断并购,实现从增材制造的使用方到服务提供方的转变收购莫里斯科技和RQM为GE Aviation作为一家使用3D打印的公司奠定了基础,而收购Arcam和Concept Laser则使GE Aviation成为一家3D打印机制造商。
据GE公司官网,2016年,GE决定成立一个全新的专注于添加剂行业的业务——销售添加剂机器、添加剂粉末和工程咨询服务此外,GE公司官网在2017年11月披露,GE已经成功收购比利时3D打印仿真软件提供商GeonX。
这次并购有利于改进增材制造工艺并最大限度地降低开发成本Engineering披露,3D打印已在GE的六项业务中实施,同时GE拥有346项粉末金属相关的专利GE正在迅速而有力地改变制造业GE在航空航天领域对3D打印的探索为工业规模化应用带来新的生产力水平,同时拓宽了3D打印行业的边界。
据铂力特招股说明书,以燃油喷嘴为例,美国GE增材制造公司已经采用SLM技术打印了超过3万个航空发动燃油喷嘴,实际应用于LEAP发动机(我国C919飞机选用的发动机),采用3D打印技术比传统生产将零部件数量从20个降为3个,重量减少25%,使用寿命延长到5倍,燃油效率也大大提升。
Engineering披露,除LEAP这种大型飞机的发动机外,GE与Textron Aviation合作生产的Cessna Denali螺旋桨飞机的发动机通过3D打印将855个零部件减少到了仅12个根据GE官网的说明,与同类发动机相比,这款名为GE93的先进涡轮螺旋桨发动机的燃油消耗量减少了20%,功率增加了10%。
此外,金属增材制造对于工程设计产生革命性影响的例子是GE航空的ATP产品,GE Aviation工程师能够将855个减材制造零件减少到12个独特复杂的增材制造零件(占发动机总架构的35%),从而减轻了重量、成本并提高了性能。
GE业务现在有超过10000种增材部件在运营
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