3Dプリンティング業界の洞察と投資ロジック：従来のプロセスの変革、ブルーオーシャン市場の出現が期待される

著者: Feng Yi (Xintian Venture Capital)
著者のメールアドレス: [email protected]

付加製造は、複雑な部品の 1 回限りの試作をより高精度で、より短い設計および製造サイクルで実現することを容易にするラピッドプロトタイピング技術です。積層造形には数十種類の技術ルートがあり、それぞれの技術ルートは材料、成形精度、サイズ、複雑さ、製造速度において独自の長所を持ち、さまざまな応用シナリオに適しています。今後、レーザー効率が向上し、積層造形のための設計能力が徐々に高まるにつれて、産業用アプリケーションはより多くのシナリオで実装され続けるでしょう。

業界の何百人もの実務家との交流に基づいて、私たちは積層造形に対する体系的な投資ロジックを形成しました。付加製造業界における投資レイアウトは、主に企業レベルでは産業チェーンにおける位置付け、業界リーダーであるかどうか、そして創業チームの能力という3つの側面に焦点を当てています。技術レベルでは、障壁の強さ、技術の成熟度、技術が選択するシナリオの独自性に重点を置いています。商業化レベルでは、参入シナリオの市場キャパシティと下流産業の需要と成長の可能性に焦点を当てます（記事の最後を参照）。その他の研究の結論は次のとおりです。

世界の付加製造市場は2030年に約6,000億人民元に達すると予想されており、米国、中国、ドイツが主な市場となる見込みです。中国の付加製造市場は2年以内に500億ドルを超えると予想されており、今後も普及率の向上の余地が大きく残されている。現在、積層造形は航空宇宙、医療、消費者などの分野の顧客に認められており、将来的にはエネルギー、工業用金型製造などの分野でまだ大きな発展の余地があります。同時に、航空宇宙分野での需要は今後数年間堅調に推移するでしょう。

レーザー、ガルバノメーターなど上流産業チェーンの他の部分への障壁は比較的高く、ローカライズ率は徐々に増加しています。近年、原材料の生産額は急速な成長段階にあり、原材料の種類も豊富化・向上し続けています。ミッドストリーム機器メーカーはプロセス技術の反復を続け、新しい技術ルートで工業化能力と適用可能なシナリオを模索し続けています。印刷サービスプロバイダーも、過去 10 年間にわたって比較的高い収益成長率を維持しています。

世界の積層造形産業の集中度は高くなく、市場競争はますます激しくなっています。大手の積層造形企業は、規模拡大のため、積極的に合併や買収を行っています。その中には、産業チェーンの統合を通じてシステムソリューションプロバイダーに変身した単独設備メーカーもあれば、積層造形分野に直接参入した大手ユーザー企業もあります。国内外の企業の動向から判断すると、経済情勢、部品不足、需要低迷などの要因により、海外の積層造形上場企業の時価総額は2022年に総じて大幅に下落した。 2023年には明らかな上昇傾向が見られます。近年、積層造形分野の国内上場企業は急速な収益成長を維持し、時価総額も上昇を続けています。

1. 積層造形の定義 積層造形とは、デジタルモデルの作成を通じて徐々に材料を追加することで物理的な部品を作成するラピッドプロトタイピング技術です。積層造形の基本的なプロセスと原則は次のとおりです。

図: 積層造形の基本プロセスは、材料のブランクを切断して最終製品を作成する減算造形とは異なりますが、積層造形は部品を追加することで最終製品を形成します。
原材料の観点から見ると、積層造形は特定の原材料を使用する必要があり、材料コストが高くなることが多く、使用可能な原材料の種類は少ないですが、原材料の利用率は高くなります。製造プロセスの観点から見ると、積層造形は複雑な部品を一度で成形しやすく、精度も高くなります。製造サイクルの観点から見ると、積層造形は設計検証サイクルが短く、効率も高くなります。製造コストの観点から見ると、積層造形は価格感度の低い航空宇宙や医療分野から徐々に他の分野に浸透しています。

表: 付加製造と従来の製造モデルの比較 (出典: ポリライト IPO 目論見書、CITIC 証券)
2. 産業の発展
1960 年代から 1970 年代にかけて、付加製造技術はまだ初期段階にあり、商業市場はほとんど存在せず、研究開発への投資もほとんどありませんでした。研究作業により、1960 年代後半の光重合、1972 年の粉末溶融、1979 年のシート積層など、最初の現代的な AM プロセスが実証されました。

1980 年代から 1990 年代初頭にかけて、多くの革新的な AM 技術が登場し、いくつかの付加製造技術は商業化に成功しました。革新的な技術としては、1989 年の MIT の 3D 印刷技術や 1990 年代のレーザービーム溶融技術などがあります。商業化に成功した積層造形技術には、ステレオリソグラフィー (SLA)、熱溶解積層法 (FDM)、レーザー焼結法 (SLS) などがあります。積層造形に関連する特許や学術出版物の数は大幅に増加していますが、コストが高く、材料の選択が限られており、サイズ制限や精度が限られているため、産業界における積層造形技術の開発は遅く、少量のラピッドプロトタイプやモデルの製造にしか使用できません。 1986年、世界初の3Dプリント会社である3D Systemsが設立され、3Dプリントの産業化が始まりました。

1990 年代と 2000 年代は、積層造形業界にとって成長期でした。既存の技術は徐々にアップグレード・改善され、新しい技術は徐々に商品化されます。業界では、積層造形専用のソフトウェアの開発が徐々に始まっています。 AM 専用のファイル形式が登場し、Materialise の Magics などの AM 専用のソフトウェアも開発されました。設備の改善やプロセスの開発により、3D積層造形製品の品質が大幅に向上し、ツールや最終部品にも使用され始めています。

2009 年以降、欧州と米国における 3D プリントの基礎特許が 2009 年から 2015 年にかけて相次いで失効したため、我が国の積層造形技術は急速に発展し始めました。
2011年から2020年にかけて、積層造形の産業化プロセスは継続的に進歩し、業界の市場規模は急速な成長を維持しました。国内外の3D Systems、Stratasys、Polyliteなどの企業が相次いで上場し、同時にGE、キヤノン、東芝などの企業も積層造形市場に参入し、航空宇宙などの複数の分野で積層造形の応用を継続的に実施しています。

図：積層造形産業の今後の発展。工業化プロセスが進むにつれて、産業技術の成熟度は徐々に高まります。注目に値する将来の技術には、レーザー、DfAM などがあります。

レーザーの開発により印刷効率が大幅に向上しました レーザー効率の向上は業界で広く注目を集めています。現在、世界中の企業がレーザー効率を突破するためにさまざまな技術的ルートを試みています。その中でも、VulcanForms Inc. は 100 kW レーザー PBF 技術を発明して商品化し、独自のデジタル生産システムに統合しました。 Seurat Technologies 社は、光学的にアドレス指定可能なライトバルブ技術を使用して、同社がエリアプリンティングと呼ぶものを可能にするレーザー PBF 技術を発明しました。同社によれば、このプロセスは従来のレーザーPBF技術よりも10倍高速だという。もう一つの開発は、レーザービームの熱分布の最適化です。これにより、熱の蓄積をより正確に制御し、構築速度を最大化し、材料の品質を向上させ、飛散と煙を最小限に抑えることができます。さらに、スタートアップ企業の SunMetalon は、金属を点や線ではなく層状に加熱することで金属 AM の速度をさらに向上させるための資金を調達しています。

DfAM手法は製品のパフォーマンスを効果的に向上させることができる
DfAM は積層造形のための設計を指し、構造設計エンジニアが積層造形独自のプロセスの利点を活用して製品を構築する設計プロセスです。製品の設計と製造の開始時には、設計、付加製造技術、付加製造製品の認証方法、付加製造の生産モデル、生産能力など、多くの要素が同時に考慮されます。

DfAM 技術の設計能力を向上させることで、印刷プロセス中および印刷後の処理中のプロセスレベルを最適化できます。DfAM 方式により、製品の性能を向上させ、材料と重量を削減し、製造と組み立ての複雑さを軽減できます。現在、Conflux や GKN Additive などの企業が DfAM 方式を使用して高効率熱交換器を開発しています。下の図は、積層造形のさまざまな段階における DfAM の影響を示しています。

表: さまざまなリンクにおける付加製造のインテリジェント設計のコストへの影響III. 技術ルート

積層造形は、金属積層造形と非金属積層造形に大別できます。全体的な分類の概要は次のとおりです。

図: 積層造形におけるさまざまな技術ルートの分類
1. 金属積層造形金属積層造形は、溶融成形と非溶融成形の 2 つのカテゴリに分けられます。関連するプロセスには、粉末の敷設、粉末の供給、ワイヤの供給などがあります。エネルギー源は、レーザー、電子ビーム、アークなどに分けられます。このうち、非溶融成形については詳しく紹介されていないが、材料の状態によってシート、プレート、粉末に分けられ、プロセスによって超音波溶接、攪拌摩擦溶接、コールドスプレーなどに分けられる。

溶融成形には、主に粉末床溶融結合法 (PBF) と直接エネルギー堆積法 (DED) の 2 つのカテゴリがあります。 AMPOWERによると、市場シェアに関しては、2021年にPBFとDEDは収益ベースでそれぞれ83.8%と9.1%の市場シェアを占めました。 2026年までにPBFとDEDがそれぞれ市場シェアの74%と8.6%を占めると予測されています。

1.1 粉末床溶融結合法（PBF）
PBF は、粉末積層プロセスに基づく積層造形技術です。PBF は、エネルギー源の違いにより、レーザー溶融法と電子ビーム溶融法に分けられます。

選択的レーザー焼結 (SLS) と選択的レーザー溶融 (SLM) のエネルギー源はどちらもレーザーです。 SLM の成形原理は SLS と非常に似ています。違いは、SLM のレーザー温度が高く、成形プロセス中にすべての金属粉末が完全に溶けることです。したがって、金属の酸化を防ぐために、SLM 印刷プロセス全体を不活性ガスで保護されたチャンバー内で実行する必要があります。これにより、SLM の成形性能が向上します。SLS と比較すると、製造される金属部品は密度が高く、機械的特性、寸法精度、表面粗さが向上します。ただし、SLM プロセスパラメータは複雑で、製造速度は比較的遅くなります。特に、多数のサポート構造を必要とする複雑な部品の場合、SLM 印刷のコストと時間が大幅に増加します。

有人宇宙船エンジンの冷却チャネル、インジェクションヘッド、スロットルバルブなど、非常に複雑な構造に適しています。（注：SLS技術は金属と非金属の両方に適用できます）
電子ビーム溶解（EBM）のエネルギー源は電子ビームです。レーザールートと比較すると、EBM は精度が若干低くなりますが、速度は速くなります。SLM 堆積速度は通常 0.1kg/h ですが、EBM 速度は数倍に達することがあります。 EBM は、ほぼすべてのステップ、特に機器の操作、熱処理、サポートの除去において SLM よりも明らかにコスト面で優れています。さらに、SLM と比較して、EBM では残留応力に対処するための後処理が必要ありません。また、EBM サポートは簡単に取り外すことができるため、取り外しコストが非常に低くなります。

1.2 直接エネルギー蓄積（DED）
DED の全体的な印刷効率は PBF よりも高くなりますが、精度は PBF よりも劣ります。材料の状態により粉末供給型とワイヤ供給型に分けられ、エネルギー源にはレーザー、電子ビーム、アークなどがあります。

レーザー同期粉末供給技術（LENS/LMD/LSF）：DEDで最も広く研究され、応用されている技術で、傾斜材料や複雑な表面の修復を実現でき、大型デバイスの修復においてますます重要な役割を果たしています。

電子ビームヒューズ堆積形成（EBDM / EBAM / EBF）：堆積速度に絶対的な利点があります。EBAM堆積速度は18.2kg / hに達し、これはレーザーベースのDED技術ルートよりも1桁高く、PBF技術ルートよりも2桁高くなります。

WAAM: WAAM テクノロジーは、大型化と高効率化に重点を置いており、堆積効率は 1 時間あたり数十キログラムで、製造コストを大幅に削減します。雰囲気保護ボックスや真空ボックスなどの設備が不要なため、ワークのサイズが空間サイズに制限されず、設備投資コストも大幅に削減されます。また、WAAM は幅広い材料の成形が可能で、レーザー反射率の高い材料（アルミニウム合金、銅合金など）の成形にも適しています。 WAAM は本質的にプロセス溶接に非常に近いため、亀裂、気孔、スパッタなどが発生します。さらに、部品の表面精度が低いため、精度を制御するために後処理が必要になります。応用分野には、さらなる後処理を必要とする部品の成形（ニアネットシェイプ）、既存の構造部品への特定の構造の自由な印刷、トポロジー的に最適化されたコンポーネントの製造、高価値部品の修理などがあります。

さらに、金属積層造形技術において高エネルギー入力を受ける積層造形プロセスでは、通常、粉末洗浄、サポート除去、ビルドプレート分離、機械加工、洗浄、研磨または表面強化、溶接などの接続方法を含む後処理が必要です。部品をビルドプレートから分離する前に、残留応力によって部品が変形しないようにするために、応力緩和が必要になることがよくあります。さまざまなプロセスのサポート除去、応力緩和、熱処理などの要件は、次のようにまとめられます。

図: さまざまな積層造形業界の後処理 (出典: 3D Printing Technology Reference) 2. 非金属積層造形
2.1 還元重合還元重合は、液体プラスチックの特定の点または領域に光を正確に照射して硬化させる樹脂 3D プリント技術です。最初の層が硬化した後、ビルドプラットフォームが (プリンターによって異なりますが) わずかに (通常は 0.01 ～ 0.05 mm) 上または下に移動し、次の層が硬化して前の層と結合します。ポリマーリダクションは、光源の違いにより、SLA、DLP、LCD などに分類できます。

ステレオリソグラフィー (SLA) は、固体レーザーを使用して部品を固めるもので、現在、世界で最も集中的に研究され、最も成熟し、最も広く使用されている 3D 印刷技術です。この技術の利点は、高い寸法精度、優れた表面品質、高いシステム解像度であり、より複雑な構造のモデルや部品を製造できます。デメリットとしては、部品が曲がりやすく変形しやすいこと、設備の運用・保守コストが高いこと、長期保存に適さない材質であることなどが挙げられます。

デジタルライトプロセッシング (DLP) は、レーザーではなくデジタルライトプロジェクターを使用して、各レイヤーの単一の画像 (または大きなパーツの場合は複数の露光) をレイヤーまたは樹脂に同時にフラッシュします。各層の露光にはまったく同じ時間がかかるため、SLA のスポットレーザー方式よりも効率的です。より大きな部品やより大量の部品を製造するために使用されます。

液晶ディスプレイ (LCD) は、デジタルマイクロミラーデバイス (DMD) ではなく LCD スクリーンを使用します。つまり、レーザーダイオードや DLP 電球のような単一の点光源ではなく、数百の個別エミッターの配列を使用します。 LCD ユニットは低コストであり、この技術は低コストのデスクトップ樹脂プリンター分野で選択される技術となっています。一般的な用途としては、射出成形ポリマーのプロトタイプや最終用途部品、宝飾品の鋳造、歯科用途、消費者向け製品などがあります。

2.2 材料押し出し熱溶解積層法 (FDM、FFF) は、典型的な材料押し出しプロセスであり、スプール上のフィラメント (または一度に数個) が 3D プリンターにロードされ、押し出しヘッドのプリンターノズルに供給されます。プリンターのノズルが必要な温度まで加熱され、フィラメントが柔らかくなり、連続した層が結合して固体部品を形成できるようになります。材料押し出しは、レーザーなどの高価な部品を必要としない低コストの 3D プリント方法です。低コストで高速です。さらに、このプロセスはクリーンかつシンプルで操作が簡単で、廃棄物も発生しません。使用環境に制限はありません。オフィスや家庭環境でも使用できます。メンテナンスが簡単で、サイズが小さく、汚染がありません。しかし、材料押し出しの成形精度は SLA プロセスよりも低く、成形品の表面仕上げも SLA プロセスほど良くありません。

3. その他の積層造形技術その他の積層造形技術には、マテリアルジェッティング、バインダージェッティング、シートラミネーションなどがあり、金属と非金属の両方に適用できます。

3.1 バインダージェッティングバインダージェッティングのプロセスは、再コーティングブレードを使用してビルドプラットフォーム上に薄い層の粉末を塗布することです。次に、インクジェットノズルを備えたプリントヘッドがベッド上を通過し、バインダーの液滴を選択的に堆積させて粉末粒子を結合します。 1 つの層が完了すると、ビルドプラットフォームが下方に移動し、ブレードが表面を再コーティングします。セクション全体が完了するまでこのプロセスが繰り返されます。この技術のユニークな特徴は、印刷プロセス中に熱を使用しないことです。接着剤の噴射は高速かつ生産的です。しかし、ポリマーバインダージェッティングでは材料の選択肢が限られており、構造特性の低い部品が生成されます。

3.2 シート積層シート積層は、非常に薄いシート状の材料を積み重ねて積層し、3D オブジェクトまたはスタックを作成し、その後、機械的にまたはレーザーで切断して最終形状を形成するプロセスです。材料の層は、紙、ポリマー、金属など、材料に応じて、熱や音などのさまざまな方法を使用して融合できます。具体的には、積層造形法（LOM）、超音波圧密法（UC）などが含まれ、関連材料としては紙、ポリマー、板金などが含まれます。この技術の利点は、迅速に生産でき、複合印刷できることです。欠点としては、精度が低いこと、廃棄物が多いこと、一部の部品に後処理が必要なことが挙げられます。引張強度や弾性が悪く、中空部品の製造ができません。材質の影響により、LOM技術で印刷した部品は吸湿・膨張しやすく、表面に段差模様が見られます。

3.3 マテリアルジェッティングマテリアルジェッティングでは、ビルドサーフェス上に材料を堆積し、UV 光を使用して層を硬化または強化します。オブジェクトが完成するまで、レイヤーごとに繰り返します。材料は液滴として堆積されるため、紫外線や熱にさらされると硬化する感光性ポリマー、金属、またはワックスに限定されます。マテリアルジェッティングプロセスではサポート構造が必要であり、通常は 3D プリントの構築プロセス中に溶解可能な材料を同時に使用し、その後、後処理ステップでサポート材料を除去します。この技術により、並外れたディテール、高精度、滑らかな表面が実現します。マテリアルジェッティングによる印刷の主な欠点は、コストが高いことと、UV 活性化フォトポリマーが時間の経過とともに機械的特性を失い、脆くなることです。

さまざまな積層造形技術は、造形サイズ、接合性能、作業環境などの点で異なります。詳細な技術比較を下図に示します。

図：各種積層造形技術の性能比較同時に、各技術ルートの産業化プロセスも異なり、具体的な進捗状況は以下のとおりです。

図: さまざまな積層造形技術の成熟度 (出典: AMpower) IV. 市場規模と集中度

世界の付加製造市場は大きな可能性を秘めており、今後も急速に成長し続けるでしょう。Wohlers Associates のデータによると、世界の付加製造市場規模は 2022 年に 180 億 2,700 万米ドルに達し、過去 34 年間の複合成長率は 25.6% になります。市場規模は 2030 年には 853 億米ドル (約 6,000 億人民元) に達すると予想されています。

中国の付加製造市場は短期的には500億ドルを超えると予想されており、普及率にはまだ改善の余地が大いにあります。中国付加製造産業連盟によると、中国の3Dプリント市場規模は2022年に330億ドルに達し、2018年から2022年までの複合成長率は28％になると予想されています。 CCIDコンサルティングのデータによると、中国の3Dプリント市場規模は2024年にさらに拡大し、500億元を超えると予想されています。現在、製造業における付加製造の浸透率は0.1％未満で、産業化の初期段階にあります。製造業における長期的な浸透率は3〜5％です。

図: 世界の付加製造市場規模単位: 米ドル (出典: Wohlers Associates)
中国の付加製造市場規模は世界をリードしています。Wohlers Associates の調査によると、中国は産業グレードの付加製造装置の導入において世界をリードしています。世界中に設置されているすべての産業用積層造形 (AM) システムのうち、34.9% は北米、28.4% はアジア太平洋、30.7% はヨーロッパにあります。国別に見ると、米国、中国、ドイツの3か国が、産業グレードの積層造形装置の設置数が最も多い国です。

図: 積層造形産業機器の出荷

図：有名ブランドと無名ブランドの出荷シェア積層造形業界の集中度は高くなく、市場競争は次第に激しくなっています。Wohlers Associatesの調査によると、2022年の上位10社のシステムメーカーは、積層造形業界全体に約27億2,100万米ドルの生産額をもたらし、15.1％を占めています。非ブランドメーカーの市場シェアは年々増加しており、サービスプロバイダーは3D Systems、EOS、Stratasysなどの成熟したAMメーカーからシステムを購入していました。しかし、2022年にサービスプロバイダーが購入した290台のマシンのうち、156台（53.8％）は非成熟製造サプライヤーのAMシステムであり、非成熟企業からの機器購入が3年連続で増加したことを示しました。

5. 産業チェーン
3Dプリントの上流には、材料、コアハードウェア、補助装置などが含まれます。材質には金属材料と非金属材料が含まれます。コアハードウェアカテゴリには、レーザー、ガルバノメータシステム、エンジンが含まれ、補助装置には 3D モデリングソフトウェア、スキャナーなどが含まれます。 3D プリントの中流には、3D プリント機器メーカーとサービスプロバイダーが含まれ、材料特性に応じて金属と非金属のカテゴリに分類されます。下流の応用分野には、航空宇宙、医療、金型などが含まれます。

図：付加製造産業チェーンと関連企業（出典：CITIC証券）
上流: レーザー、ガルバノメータ レーザーは、積層造形産業チェーンの上流における中核ハードウェアであり、ファイバーレーザー、CO2レーザーなどに分類できます。

レーザーの国内生産比率は増加し続けています。Laser Focus Worldのデータによると、2020年の中国のファイバーレーザー市場規模は約13億8,000万米ドルで、そのうち国内生産比率は約56%で、7億7,300万米ドルに達しました。米国のファイバーレーザーメーカーであるIPGは、中国のファイバーレーザー市場で最大のシェア（2019年は42％）を占めていますが、市場全体の売上シェアは大幅に減少しています。 Raycus、Maxphotonics、JPTなどの中国企業を含め、国内ブランドの割合が大幅に増加しました。積層造形で使用されるレーザーの出力は一般的に低く、このような中低出力ファイバーレーザーでは基本的に位置特定プロセスが完了しています。

ガルバノメータも積層造形の上流部品です。「2021年中国レーザー産業発展報告」によると、2021年の中国のレーザーガルバノメータ産業の市場規模は約8.4億元でした。現在、中低価格帯のレーザーアプリケーションでは国内のガルバノメータメーカーが市場シェアの大部分を占めていますが、ハイエンドアプリケーションの分野では、海外のガルバノメータブランドが依然として市場シェアの大部分をしっかりと占めています。市場参加者には主に、米国のCTI、ドイツのSCANLAB、Raylaseなどの海外企業と、Han's Tech、Jinhaichuang、Zhibotek、Century Sunny、Feilaitechなどの国内企業が含まれます。国産走査型ガルバノメータは、すでに我が国の積層造形装置メーカーの中で一定の市場シェアを占めており、今後は国産代替が実現すると期待されています。
図：中国のファイバーレーザーの現地化率（出典：2020年中国レーザー産業発展報告書）
図：中国のレーザーガルバノメータ市場規模（出典：中国経済産業研究所）
上流：原材料 世界と国内の付加製造原材料は急成長段階にあります。Wohlers Associatesのデータによると、付加製造原材料の世界生産額は2022年に32億6,000万米ドルで、前年比25.5%増加しました（2021年の生産額は25億9,800万米ドルでした）。そのうち、ポリマー粉末、ワイヤー、感光性樹脂、金属粉末がそれぞれ37.9％、21％、21％、18.2％を占めた。中国付加製造産業連盟によると、2021年のわが国の3Dプリント原材料の生産額は14.7億元で、そのうち非金属が63％、金属が37％を占め、金属原材料の生産額は世界平均を上回った。

図: 世界の積層造形原材料生産額 (出典: Wohlers Associates)
積層造形原料は、感光性樹脂、ポリマー粉末、フィラメント、金属粉末などに大別されます。そのうち、感光性樹脂とフィラメントは主に民生用グレードの3Dプリントで使用され、ポリマーと金属は主に工業用グレードで使用されます。金属材料には、チタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金などがあります。その中でも、チタン合金は強度が高く、耐腐食性、耐熱性が高いという特徴があり、航空機エンジンのコールドエンドコンプレッサー部品や、ロケット、ミサイル、航空機のさまざまな構造部品の製造に広く使用されています。感光性樹脂材料は、主に高強度、耐高温性、防水性を有する材料の製造に使用され、自動車、家電、民生用電子機器などの分野で使用されています。

3D プリントの原材料の種類は限られているため、いくつかのシナリオではこの技術の適用が制限されます。従来の製造プロセスで使用される材料とは異なり、3D プリントで使用される材料粉末には特殊な特性要件があり、材料には酸素含有量、流動性、粒子サイズなどの要件が異なります。全体的に、材料の開発と応用のサイクルが長いため、産業の発展段階では、細分化されたシナリオの実装と応用はある程度制限されます。

代表的な積層造形メーカーとしては、金属材料メーカーのYouyan Powder Materials（2021年に生産能力500トン）、AVIC Mate（2021年に生産能力800トン）、Willari（2021年に生産能力300トン）、Ningbo Zhongyuanなど、非金属材料メーカーのFarsoon High-tech（2022年に生産能力500トン）、Polymaker（2022年に生産能力数千トン - コンシューマーグレードを含む）、BASFなどが挙げられます。

アップストリーム: ソフトウェアとスキャナー
2023 年には、世界の 3D スキャナー市場規模は 30 億米ドル近くに達し、CAGR は 5 = 15% になります。海外メーカーには先行者利益があります。Zeiss は 1970 年以降に計画を立て始めました。現在、歯科用スキャンなどのサブセクターでは、Shinlin 3D、ScanTech など、国内の代替メーカーが徐々に登場しています。

3D プリントのソフトウェア機能には、トポロジー最適化、ジェネレーティブデザインとアルゴリズムモデリング、モデル修復、シミュレーション、スライスとプリント準備、プリント管理と監視、MES ツール追跡などが含まれます。一部の機器メーカーは、プロセスフローに準拠した独自のソフトウェアを開発して、製品製造プロセスのさまざまなパフォーマンスを向上させています。

図: AM ソフトウェアのプロセスと機能 (出典: Wohlers Associates)
ミッドストリーム：3Dプリント機器メーカー
2021年、産業用3Dプリンター機器の世界販売台数は26,000台を超え、CAGRは10=14%でした。最大の設置容量を持つ国は、米国、中国、日本です。売上高が最も大きい企業は、Stratasys、Formlabs、3D Systemsなどです。最も主流の技術的なルートは、SLM/SLS（32％）、非金属のFDM（15％）、SLA（15％）、およびDLP（14％）です。添加剤メーカーの数は2022年に増加し続け、2021年と比較して合計20（7.5％）が増加しました。

図：世界中の産業添加剤メーカーの数（出典：Wohlers Associates）
国内の機器メーカーの企業収益の規模によれば、国内の機器メーカーの場合、収益が10億を超えている人には、Chuangxiang 3Dや深Shenzhen Zhongweiなどの消費者級企業が含まれています。

図：中国の3D印刷メーカーの収益（出典：南極熊）
中流：3D印刷サービスプロバイダー
3D印刷サービスプロバイダーは、前処理（つまり、モデルの修理、ビルド方向、パーツネスティング、ビルドの準備など）、印刷と後処理（つまり、材料の除去、クリーニング、表面処理など）およびその他の機能全体の機能を提供します。

図：印刷サービス全体のさまざまなリンクのコストシェア（出典：Wohlers Associates）
過去10年間で、添加剤の製造サービスプロバイダーの収益は比較的高い成長率を維持しており、収益成長率はほとんどの年で15％を超えています。
図：3D印刷サービスプロバイダー収益成長率（出典：Wohlers Associates）
ダウンストリーム：アプリケーションシナリオ 世界中の添加剤のシナリオは、航空宇宙、自動車、その他の分野に集中しています。

図：2021年の添加剤製造のダウンストリームアプリケーションエリア（出典：Wohlers Associates）
航空宇宙 Wohlers Associatesのデータによると、2021年の航空宇宙添加剤の製造市場規模は25億6,100万米ドルで、前年比で30％増加しています。アディティブマニュファクチャリングには、航空宇宙分野の浸透の余地がまだたくさんあります。SafranGroupによると、ボーイングエンジンの製造業者によると、3D印刷部品は将来の航空機エンジン部品の25％を占め、現在の全体的な浸透率は約0.19％です。

Huatai Securitiesの予測によると、胴体構造部品の添加剤の浸透スペースと、ペシミック（3％）、中立（5％）、および楽観的な（10％）シナリオの下での着陸装置、私の国の軍用航空機の添加剤の添加剤の市場スペースは15.60.266億billion 21〜2030。

図：航空機エンジンのコスト構造（出典：Huatai証券）
航空宇宙における添加剤の製造のアプリケーションシナリオには、航空機エンジン、ドローン、商業空間発射車両などが含まれます。Huatai証券の予測によると、航空宇宙分野での添加剤製造の長期浸透は次のとおりです。従来の鋳造および鍛造部品と比較して、追加された部品は静的な強度と構造の複雑さに明らかな利点がありますが、物質的な疲労強度には欠点があります。

軍用航空機の場合、この段階での補助技術は、積極的な航空機自体が長い耐用年数と厳しい飛行環境を持っているため、同時に高度な疲労強度を持つ部品が必要です。

航空機のエンジンの場合、複雑な構造物は添加剤の製造に適していますが、交換とメンテナンスのサイクルは短いため、メンテナンス間隔の間の部品の疲労安定性を確保するため、航空機の強度が高く、疲労式のパフォーマンスが必要ですINEは高温合金であり、高温合金の量は、総エンジン重量の40％から60％以上を占めています（タービンディスク、タービンガイドベーン、燃焼チャンバー、アフターバーナー燃焼チャンバー）、高温合金は、空気の潜在性のパフォーマンスの普通に影響を与えます。

ミサイルは添加剤の製造プロセスにより適しています。それらは使い捨て消耗品であるため、材料疲労強度の要件は比較的低く、一方、コンポーネントの静的強度と構造的複雑さの要件は高く、追加プロセスにより適しています。

図：航空機エンジンで利用可能な金属直接添加剤の製造部品（出典：Huatai証券）
航空宇宙における添加剤のアプリケーション値は、主に合理的な構造設計を介して航空機の重量を減らし、同時にコストを削減することに反映されています。根据美国nTopology公司官网，公司与美国空军航空技术学院（AFIT）合作，采用Inconel 718镍合金增材制造技术制备了Cubsat立方卫星的三维点阵支架，相比于传统的铝支架结构，整体减重50%，零件数量从150件缩减到25件，结构刚度得到了显著提升。 Fraunhofer IWSによると、Annual Report、Thales Alenia Spaceは、欧州宇宙機関（ESA）と協力して、不規則な負荷を負担する構造に適した3D格子充填アルゴリズムを開発し、添加剤の製造を通じて展開可能なソーラーパネル構造に適用しました。従来の構造と比較して、この構造は80％軽く、部品数が90％減少し、製造コストが75％削減されます。

医学
医療分野での3D印刷の用途には、パーソナライズされたインプラント、バッチインプラント、歯科などが含まれます。

添加剤が作られた個別のインプラントは、幅広い用途を持っています。整形手術では、通常はポリマーとシリコンで作られたインプラントで顔または体の形を強化することができますアリを使用して、外傷または腫瘍のために失われた骨の欠落を交換することができます。頭蓋骨の欠落した骨を置き換えるために頭蓋形成術を植え付ける神経学的サージなどの企業を表しています。

マスインプラント生産における添加剤の添加物の最も一般的な用途は、チタン合金またはポリエーテルケトン（PEKK）で作られた脊椎融合装置（脊椎ケージと呼ばれます）（通常はTC4）とCobalt-chromium Alloy beary in total cibimaisと呼ばれます。イレン。

歯科に適用される添加剤は、現在、クラウン、橋、対処のモデルを作成することができます。口腔医学の3D印刷の浸透率は低く、2020年には2％未満、市場規模は19億米ドルです。 Stratviewは、2026年に世界の歯科添加剤製造市場が86億米ドルに達すると推定しており、6年間の複合成長率は29％です。代表企業には、アラインテクノロジーなどが含まれます。

他の
3D印刷はカビの製造に使用されます。金型の特性は、複雑な製造プロセス、製造要件の大きな違い、および一度に生産される小さなバッチです。一方では、3Dプリンティングはカビの形成時間をスピードアップし、ライフサイクル全体のコストを削減できます。 Pepsicoを撮影すると、従来の製造方法を使用して約6週間かかります。フルサイクルのコストは96％削減されます。一方、3D印刷技術は、冷却プロセス中に製品の変形が少なくなるように、ランダムな冷却水チャネルを提供します。柔軟な冷却水チャネルは、複雑なパイプライン製造における3D印刷の利点を完全に利用し、冷却プロセス中に製品の変形を15〜90％減少させます。

図：中国のカビの市場規模と成長率（出典：中国型産業協会）

図：金型のダウンストリームアプリケーションシナリオ（出典：中国型産業協会）

自動車開発のための3Dプリント：パワートレイン開発のために、添加剤の製造は、3Dプリントターボチャージャー、3Dプリントギアボックスハウジングなどのエンジンおよびギアボックスコンポーネントを開発するために使用できます。現在、ドイツのロバートホフマンは、軽量アルミニウムアロイジーを使用したボルクスワーゲンを使用したボルクスワーゲン用の完全に機能的なエンジンシリンダーブロックを印刷しています。電化製品の開発のために、3Dプリントは、ボディコントロールモジュールのブラケット設計を検証し、静的分析と実際の車両設置を通じて問題を発見し、部品の構造設計を最適化し、部品の強さと製造可能性を改善し、製品の成熟度をさらに向上させることができます。

図：自動車産業における添加剤製造の適用

さらに、3Dプリンティングは、電力とエネルギーの分野で徐々に調査されており、風力タービン、バッテリー、遠心ポンプのインペラなどのパフォーマンスと送達サイクルを改善します。

図：電力産業における添加剤製造の適用
6。国内および海外の企業の分析 添加剤製造業界の巨人が拡大するための2つの主な方法があります。
まず、単一の機器メーカーは、産業チェーン統合を通じてシステムソリューションプロバイダーに変身します。 Stratasysと3D Systemsは、特別な材料メーカー、ソフトウェア開発者、3Dスキャナーメーカー、サービスプロバイダーなどを含む多数の企業を、グローバルな合併や買収を通じて、完全な産業チェーンを作成しました。

2つ目は、大規模なユーザー企業が追加の製造の分野で直接展開し、ユーザーから機器メーカーまたはサービスプロバイダーに変身することです。 GEは、グローバルな合併と買収を通じて、添加剤の製造アプリケーションから添加剤の製造機器およびサービスプロバイダーへの変革を達成しました。 GEは2010年に添加剤の製造技術を展開し始め、継続的な合併と買収を通じて、加算型製造ユーザーからサービスプロバイダーへの変革を達成しました。 2016年、GEはスウェーデンのアルカムとドイツのコンセプトレーザーを首尾よく買収し、金属添加剤製造の分野のリーダーになり、エアロエンジンの分野で添加剤の製造部品の大規模なアプリケーションを実現しました。

大手積層製造会社は、拡大するために合併と買収に積極的に関与しています。3Dシステムは、Titan RoboticsとMarkforgedの買収デジタルメタルを買収しました。 AMソフトウェア企業も、Paramattersを買収したAMシステムメーカーカーボンなど、買収されています。大規模なAMソフトウェアプロバイダーであるMateralizeは、識別3Dを取得しました。長年の競合他社でさえ、MakerbotとUltimakerがデスクトップ3D印刷の分野で力を合わせてきました。

海外企業開発 海外添加剤の製造会社の在庫は2022年に一般的に急激に減少し、2023年に評価が回復し始めました。海外企業の間では、3DシステムとStratasysはより大きな時価総額を持つ企業です。 3Dシステムの株式は、2022年の初めに24ドルで、2022年には約66％減の7ドルでした。他の添加剤の製造会社は、2022年に同様の傾向を見ており、Stratasysは52％減少、デスクトップメタルが73％下落し、マークフォーフォーダウン78％、Velo3dが77％下落しました。パフォーマンスの低下の主な理由は、増加株式を抑制し、コンポーネントの不足、コンポーネントの上昇による投入コストの上昇、および多くのターミナル市場での需要の低下によって引き起こされたことです。ほとんどの上場企業の株式は2023年3月に上昇しました：3Dシステムは54％増加し、Stratasysは20％増加し、デスクトップメタルは65％上昇しました。

財務パフォーマンスの観点から、大手企業の収益成長率は高くなく、多くの企業は損失を起こしています。2022年のStratasysの収益は6億5100万米ドルで、2021年の6億700万米ドルから7％増加しました。 2022年の3D Systemsの収益は5億3,800万米ドルで、2021年の6億1,600万米ドルから13％減少しました。多くの企業は、主に会社が成長期間に資金または運用効率にさらなる投資を必要とするため、損失を制定しています。

表：海外企業の収益と利益ステータス国内上場企業のパフォーマンス 市場価値のパフォーマンスに関しては、国内上場企業の市場価値が増加し続けています。ボライトのリスティングの初日の市場価値は51億元（2019年7月22日）であり、2023年8月2日現在、市場価値は195億元で、282％増加しました。 Huashu Hi-Techの市場価値は、リストの初日（2023年4月17日）の128億元であり、2023年8月2日現在、1,41億元でした。業界は、軍事秩序の増加と、添加剤の工業化の進歩からの恩恵を受けています。

財務パフォーマンスの観点から、国内上場企業の収益は急速な成長を維持し続けており、過去2年間で収益性の高い州にありました。2022年のベルリットの収益は9億1,200万元で、2021年の5億4900万元から66.11％増加しました。 2022年のHuashu Hi-Techの収益は4億5200万元で、2021年の3億3200万元から36.42％増加しました。両社は、過去2年間にわたって3年連続で高成長率を維持してきました。

表：国内の会社の収益と利益ステータス
Bolite Companyの研究 Bolite Companyは2011年に設立されました。そのコアテクニカルチームは、1995年から金属添加剤製造技術研究に従事しています。 2012年には、SLMの市場の見通しが良好であることがわかったため、3つのEOSレーザー選択融解装置が導入され、複雑で精密構造のレーザー選択と製品エンジニアリングアプリケーションに関する研究に関する融解プロセス技術に関する研究が実施されました。 2014年、同社は独立して開発された商用レーザー構成溶融装置S300機器が成功裏に開発されました。 2015年、同社は高精度および高安定性レーザー選択溶融装置BLT-S310の開発に成功し、エアバス機器の認証に合格しました。 2017年に、金属添加剤製造のための特別な材料の大量生産機器とプロセスの研究開発を開始し、2018年には高品質の球状金属粉末試験生産ラインが確立されました。

同社のチームはXi'an工科大学に支援されており、同社は比較的成熟した「業界と大学の研究」協力システムを持っています。技術研究開発の観点から、同社は2018年にノースウェスタンポリテクニカル大学およびその他の大学や他の大学や研究所の専門的なデザインチームと協力して、2018年にボライトコラボレーションイノベーション研究所を設立しました。独自のテクノロジーとデザイン体験と学術的な最先端の成果に依存し、製品設計最適化サービスとデザインメソッドトレーニングを提供します。

顧客の面では、航空宇宙、産業機械、エネルギー、電力、研究機関、医学研究、自動車製造業、電子機器などが含まれます。同社は航空宇宙分野で高い市場シェアを持っています開発グループ、COMAC、中国Shenhua Energy、CNNの関連ユニット、CNNの関連ユニット、およびさまざまな科学研究機関。 2020年から2022年にかけて、同社の上位5人の顧客の収益分配は、39.7％から29.1ppt増加して68.8％に増加しました。

図：2019-2022の会社の上位5人の顧客の販売と割合（出典：会社発表、Minsheng証券）

図：2018-2022ベルリット市場シェア（出典：会社の発表、Minsheng証券）

製品の観点から、同社は顧客に機器、サービス、材料などのさまざまな製品を提供します。市場シェアは、年々増加する傾向を示しています。

機器のカテゴリ：同社のSLM機器は、人工宇宙船エンジンで使用されています。冷却チャネル、燃料噴射装置、スロットルバルブ、その他のレーザー同期粉末などの非常に複雑な構造もあります。

サービス：同社は、航空宇宙、自動車製造、その他の分野でカスタマイズされた製品配信を提供しています。

材料：同社は、複数の従来のグレードのチタン合金と高温合金材料を同時に開発しました。 2022年には、添加剤製造用の10個の高品質の金属粉末生産ラインが完了しました。

図：ボライトメタル添加剤製造製品ケース（出典：目論見書、Huatai証券）

財務パフォーマンスに関しては、当社の収益成長率は2022年以前に約30％のままであり、2022年の収益は66％増加しました。収益構成では、航空宇宙は60〜70％を占め、収益モデルは主に製品と印刷機器です。 2019年から2021年にかけて、積層製造業界の平均R＆D経費は3年連続で36％を超えています。

図：ボライトメタル添加剤製造製品ケース（出典：目論見書、Huatai証券）

図：添加剤製造会社のR＆Dレート（出典：Wohlers Associates）

将来的には、ボライトは産業チェーン全体で添加剤の製造をレイアウトする予定です。金属3D印刷サービス、機器、原材料、部品作成設計、技術サービスなどを中心に完全な産業エコシステムを構築します。同時に、金属、グローバリゼーション、スケールに焦点を当てる：金属3D印刷のメインチャネルに焦点を当て、数千万の工場に入りたいという欲求を実現し、製造業の変革とアップグレードをさらに促進し、世界の加算技術ソリューションの大手プロバイダーになります。添加剤の製造コストを継続的に削減し、技術のブレークスルーを探求します。一方で、企業はテクノロジーの分野へのR＆D投資を増やし続けて、新しいブレークスルーを達成し、業界のニーズと技術のフロンティアを積極的に探求します。部品構造、材料、寸法、パフォーマンスなどの観点から困難を克服し続け、プロセステクノロジールートを継続的に充実させ、技術の進歩を維持し、企業の長期的なコア競争力を形成します。一方、エンジニアリングアプリケーションと工業化の観点から、プロセス、機器、材料で構成される製品ソリューションは、良好な大量生産の安定性、品質の一貫性、競争力のある経済、環境への親しみやすさを追求します。さまざまなアプリケーションフィールドまたはシナリオに最適なソリューションを提供し、コストを継続的に削減し、効率を改善し、金属3D印刷をできるだけ早く基本的な製造方法にして、大規模なアプリケーションを提供する必要があります。

7。投資ロジック 添加剤の製造分野における企業の投資レイアウトに関して、コアの焦点は3つの次元にあります。

技術レベル：エントリーレベルの技術的ルートの成熟度に注意してください。技術的なルートは、最初の使用検証または工業化にかけられています。技術的なルートのリスクに影響します。特定のシナリオでの技術的なルートの独自性への注意：複数の添加剤の製造技術ルートは、同じシナリオで印刷および配信され、従来のプロセスキャストや鍛造などの競争に直面する可能性があります。

商業化レベル：技術を商業化できるかどうかは、コストと効率の利点がどれほど明らかであるかの中核です。一方で、商業化機能は、シナリオに入る市場能力に焦点を当てることができます。R＆Dトライアルの生産段階に入っていますか、それとも大量生産段階に入っていますか？大量生産段階の場合、部品の需要はいくらですか？一方、選択した産業（航空宇宙、産業、医療、消費など）が明らかな需要と潜在的なエネルギーを持っているかどうかに注意してください。産業分野では、現在、添加剤の浸透率はさらに低く、一部のシナリオは将来の浸透の余地がまだあります。

会社レベル：company会社の産業チェーンの地位に注意を払ってください：産業チェーンで強力な地位にあり、十分な音声があるかどうか②企業が業界リーダーであるかどうかに注意を払います。機器メーカーの場合、2〜3社はブランド効果と尺度の利点があります。