案例 | Desktop Metal：3D打印新科技公司的发展之路

成立于2015年的“桌面金属”（Desktop Metal）是一家来自美国的3D打印系统技术公司。该公司正在开拓新一代的增材制造技术，迈入“增材制造2.0”，为最终零件的批量生产带来创新。新冠疫情爆发以来，供应链和产业链的全球化分工遇到挑战，而高效率的增材制造技术将可能为各国自主控制供应链提供机会。本案例旨在通过描述Desktop Metal的商业模式、技术要点、财报数据、融资并购等内容，为读者展现这家3D打印新科技公司的发展之路。

增材制造 (Additive manufacturing, 简称AM)，也称为3D打印，是一种从计算机辅助设计(CAD)模型构建三维对象的过程，通常通过逐层添加材料完成零部件制造。1971年，法国发明家Pierre Ciraud申请了用粉末和激光制造三维物体的专利，这也是第一个类似于现代增材制造设备的专利。在20世纪80年代以后，增材制造技术随着在下游应用领域的不断渗透，开始得到发展和推广。增材制造可以减少损耗，提高原材料的利用率；该工艺还可以为产品设计提供更大的灵活性，实现产品的复杂结构、提升性能。

增材制造行业的发展与相关技术的进步和突破密不可分。根据罗兰贝格在2020年8月发布的报告《聚合物增材制造–当前和未来的市场》，全球增材制造（3D打印）设备和技术中销量占比最大的三种技术为熔融沉积建模（FDM）技术、数字光处理（DLP）技术以及立体光刻（SLA）技术。根据对相关设备销售额的统计，罗兰贝格预计FDM在2019-2024年相关销售额的复合增长率为1%；而对于DLP和SLA，同期相关销售的复合增长率分别为10%和8%。该报告表示，整个市场的规模由安装基础、机器利用率、打印速度和开发以及材料共同决定。在此基础上，两位数的市场增长是合理的，但预计增长率不会超过30%。迄今为止，绝大多数技术在整个市场中的份额保持稳定，而市场采用3D打印机器的主要障碍仍是可用材料、打印速度和尺寸，以及零件和机器的成本。

表1  增材制造（3D打印）主流技术介绍

资料来源：罗兰贝格《聚合物增材制造 – 当前和未来的市场》，2020

作为制造行业的颠覆性技术，增材制造（3D打印）领域的发展被各国政府高度重视。我国的“十四五规划”中明确了发展增材制造在制造业核心竞争力提升与智能制造技术发展方面的重要性，并将增材制造作为未来规划发展的重点领域。而在美国，其国防部制造技术（OSD ManTech）项目办公室于2021年1月发布了其首个全面的增材制造战略。同年2月，美国总统拜登签署了一项关于美国供应链的行政命令，其中增材制造成为美国供应链解决方案的一部分。

Desktop Metal, Inc.是一家3D打印系统技术公司，于2015年在美国成立。作为全面的集成增材制造解决方案提供者，公司不仅销售硬件、软件和材料，也提供相关服务。涉及的行业包括汽车、医疗保健和牙科、消费品、重工业、航空航天、机器设计和研发。

Desktop Metal表示，公司正在开拓新一代的增材制造技术，迈入“增材制造2.0”。和传统的“增材制造1.0”时代相比，Desktop Metal表示自身创新在于将金属和聚合物为原材料的最终用途零件进行“批量生产”。具体而言，Desktop Metal表示其粘合剂喷射打印机生产零件的速度更快，从而增强了生产中的吞吐量，并降低了成本。粘合剂喷射消除了对复杂工具的需求，从而达到缩短交货时间、降低零件成本和减少仓库开销的目的。官方表示，“增材制造2.0不仅会改变产品和零件的制造方式，而且可以从根本上改变制造业格局”。特别是在新冠疫情爆发以来，供应链和产业链的全球化分工遇到挑战，而高效率的增材制造技术将可能为各国自主控制供应链提供机会，使得该类技术成为解决这一痛点的潜在方案。

2.1 公司技术特点

长久以来，3D打印主要有两种类型：桌面级和工业级。桌面级3D打印机价格相对较低，主要材料采用塑料；而工业级3D打印机以金属粉末为主要材料，价格更加昂贵。Desktop Metal正在提供一种高效率、基于金属粘结剂喷射的生产解决方案，满足尺寸大、成本低的要求。如公司名称所言，通过提供金属3D打印的普及化服务，Desktop Metal希望提供一台工业级的桌面打印机。

目前，Desktop Metal拥有超过300项专利，这些专利技术中的大部分是粘合剂喷射（BJ）或数字光处理（DLP）的创新——而这两个创新都是全区域的3D打印工艺。与目前市面上最流行的激光熔融技术相比，Desktop Metal的粘合剂喷射技术将传统激光熔融的点打印演进为面打印，极大地提升了制造速度。Desktop Metal声称，其拥有的单通道喷射专利可以使其打印速度比传统的激光粉床融合技术提升超过100倍，同时比传统的粘合剂喷射工艺也有显著的速度提升。

表2 粘合剂喷射（BJ）技术介绍

资料来源：罗兰贝格《聚合物增材制造 – 当前和未来的市场》，2020

Desktop Metal在创建产品的过程中有许多独家工艺，而使用Desktop Metal的3D打印创建产品的流程为：1）用户将设计文件加载到Desktop Metal软件中创建计划，软件根据零件的几何形状的材料自动生成支撑和控制参数；2）打印过程中，金属粉末被加热并分层挤压；3）随后，生产系统通过单通道喷射打印，每次通过时打印机都会沉积金属粉末层和粘合剂；4）最后，产品将被浸入脱脂流体，以溶解主要粘合剂并准备烧结件，随后零件在炉中被加热，此时粘合剂被消除，金属颗粒熔化。

图1 3D打印的普遍流程

（资料来源：aniwaa.com）

根据公司介绍，由于单通道喷射技术所需要的金属粉末不受氧含量的影响，这一工艺下的金属粉末原料比其他粉末便宜80%。此外，Desktop Metal在烧结工艺上也进行了创新。烧结是指把粉状物料变为致密体的工艺过程，而这一过程中的质量控制常常存在不确定因素。在这一环节中，需要控制的因素不仅包括温度和时间，在细节把控上更需要结合材料与零件结构等因素综合考虑。针对这一复杂的管理问题，Desktop Metal在软件上进行创新，通过仿真软件和机器学习，精准解决问题。

不过，采用喷射技术进行金属打印也有明显的弊端。Desktop Metal的产品无法打印高密度（超过99%）且宽度大于100mm大型物件。另外，该技术下生产的零件结构较为薄弱，这意味着它们无法被用于制造需要承载一定负荷的零件，在应用上有一定的局限性。

2.2 发展和融资概况

2015年成立的Desktop Metal共有7位联合创始人，其中有4人都是美国麻省理工学院（MIT）的教授，包括MIT材料科学系主任 Christopher Schuh、粘合剂喷射技术的发明者Emanuel Sach教授、麻省理工学院材料科学系科学家蒋业明教授（Yet-Ming Chiang）和机械工程学院副教授 A. John Hart。此外，担任CEO的Ric Fulop是一位连续创业家及风险投资人，他创立的锂离子电池公司A123曾经是该领域内充满潜力的初创企业，后被收购。

2019年1月，Desktop Metal凭借15亿美元的投后估值被誉为美国历史上增长最快的“独角兽”之一；而仅用了两年的时间，公司在上市前估值已达到25亿美元。根据Capital IQ的数据显示，截至2020年12月10日上市前，Desktop Metal共有8轮公开融资；包括上市前在2020年12月9日结束的最后一轮融资在内，公司从市场上总计融资金额达7.08亿美元。

表3 Desktop Metal融资情况

数据来源：Capital IQ

值得注意的是，在这家独角兽得到了许多知名国际大型企业的投资——包括美国通用电气、宝马、福特以及Google等等。其中一些投资方和Desktop Metal的合作关系或许出于其自身对3D打印技术的战略考虑，但也很可能为Desktop Metal的未来发展带来极大助益。例如，福特公司在完成对Desktop Metal的投资后，将该公司的工作室系统和生产系统整合到其位于密歇根州的研究和高级工程组织中，并将相关3D打印技术应用于加速原型设计、创建制造辅助工具和夹具，以及制造有限规模的生产零件中。

2.3 商业模式特点

完善的产品种类和销售网络

表4 Desktop Metal 打印机产品材料和介绍

资料来源：desktopmetal.com

Desktop Metal的客户类型广泛，既有中小型企业，也有“世界500强”中的上榜企业。公司在全球销售网络覆盖超过65个国家和地区，并正在形成一定的规模效应。尽管手握Space X、福特和宝马等知名大型企业的订单，但Desktop Metal的营收并不依赖于任何一家企业——2021年，没有一个客户带来的营收占公司总收入的10%以上。在Desktop Metal的收入结构中，产品收入占绝大比例——在2021年产品收入的占比为94%，服务收入仅占4%。展望2022年，公司将自动化、消费者电子以及牙科医疗这三个领域视为其着重寻求市场份额增长的行业。

图2 Desktop Metal 2021年收入分布比例

（资料来源：Desktop Metal 2021年年报）

提供端到端解决方案的科技平台

Desktop Metal的核心战略围绕“AM 2.0（增材制造2.0）”展开，在这一战略下的三大支柱包含打印机（Printers）、材料（Materials）以及尖端应用（Killer Apps）：分别指公司迭代推出的高性能3D打印机产品、材料领域的高效率整合，以及通过知识产权等技术给客户提供的端到端解决方案。

Desktop Metal致力于成为提供增材制造解决方案的科技平台，并使增材制造更加易于使用、经济和可扩展。公司大部分收入来自于产品的销售，包括增材制造系统和嵌入式设备上的软件及相关耗材。根据公司官网显示，目前其产品主要包括五种制造系统、消耗性材料、软件以及2021年刚推出的名为“桌面实验室”的牙科和生物制造平台。此外，公司采用销售软件、且可订阅升级的模式，留存长期客户。而在耗材销售上，公司销售成本低廉的高质量金属零件。这种精细的化学耗材和传统的物理耗材相比，或拥有更高的毛利率。

2.4 最新设备P-50系统介绍

2022年2月28日，Desktop Metal在官方网站公告了其最新设备P-50系统开始出货给首个客户——大型工具公司Stanley Black & Decker（纽约证券交易所代码：SWK）的消息。Desktop Metal表示，这款最新设备由工程师和材料科学家合作研发，投资近1亿美元，从项目启动到完成的时间周期为四年。此外，P-50旨在大规模生产高性能金属零件，其可重复性和成本可与传统制造方式竞争，同时该系统允许的材料工艺库涵盖了包括商业纯铜和不锈钢在内的十种材料。

表5 P-50与其他设备对比

资料来源：Desktop Metal、Velo3D、3D System官网

Desktop Metal首席执行官Ric Fulop表示，该系统能在大约三秒内打印一层，从而能够在几个小时内批量生产数十万个零件。和最常见的传统激光粉末床融合系统（SLS）相比，P-50的速度快了100倍，初始成本降低了10倍，材料成本降低了20倍。

根据公司针对P-50公开的会议内容，其打印头最小液滴的体积为2.4pl。这代表在金属颗粒尺寸足够小的情况下，这款机器的打印分辨率精度将有重大进步。在技术的不断改进下，有关3D打印精确度的问题将可能被逐渐攻克。同时，P-50具备给汽车企业生产带来更大经济性和稳定性的可能。根据Desktop Metal方面的数据，针对汽车行业的ESP转向传动轴金属零件，每年每个P-50设备套件的产能为110万个，综合单位成本2.5美元/件。此外，在疫情冲击全球化供应链的背景下，汽车等产业面临极大的供应链稳定性风险，基于3D打印技术的汽车供应链或为本土化替代带来可能。据悉，福特公司目前已经对P-50表现出了兴趣，如果试用效果良好，或许会对这款设备进行大量采购。

值得一提的是，Desktop Metal的粘合剂喷射技术属于间接金属3D打印技术。正如前文描述的一样，通过金属3D打印过程所获得的金属零件并不是最终的零件，还需要通过热处理过程将金属零件中的化学物质去除，从而获得致密的金属零件。和直接金属3D打印技术相比，这种方式打印出的零件质量曾经让一些业内人士担忧。P-50生产的零件究竟能否证明其质量的高标准，依然未知。

Desktop Metal在近年进行了一系列并购大动作。其收购的企业有3D打印环节中的尖端技术拥有者、与Desktop Metal采用相同工艺的竞争对手，还有处于技术应用下游的健康医疗企业。这一系列行动既满足了公司在垂直领域的技术需要，也揭示了其进行战略性市场扩张的愿望。

3.1 并购情况和技术目的

表6 Desktop Metal主要并购情况

资料来源：Capital IQ等

在Desktop Metal的收购名单中，被收购公司的独家技术覆盖材料、粉磨工艺、烧结技术以及粘合剂喷射（BJT）领域，这些并购可以填补Desktop Metal多个环节上的技术空缺，提升公司综合技术实力。例如，被收购的Adaptive3D是增材制造印刷弹性体细分领域领导者，其产品通过无味、坚韧、耐应变、抗撕裂的橡胶和类似橡胶材料的增材制造，实现最终用途零件的批量生产；Aerosint提供基于专有数字工艺的独特粉末沉积系统，该系统选择性地沉积两种或多种粉末，以形成包含多种材料的单个薄粉末层。通过将Aerosint的核心技术和粉末加工系统工业化，Desktop Metal在构建增材制造解决方案、特别是在未来打印完整产品的方面将有重要收获。而最近一个被收购的企业Meta Additive则拥有革命性的粘合剂专利，可以减少烧结过程中的零件收缩，从而制造更大的零件、改善误差并提高生产率。

3.2 并购战略目标

Desktop Metal向来以“成为增材制造大规模生产中的领导者（Leader in additive manufacturing for mass production）”为口号。其一系列并购的目的不仅仅是通过补充技术空白来增强综合实力，更包含进行垂直整合战略，扩大材料能力组合以推进“增材制造2.0”的意图。而除了垂直整合之外，对于潜在竞争对手的收购则体现了Desktop Metal对于协同效应的重视。

2021年2月，Desktop Metal收购了另一家3D打印公司EnvisionTEC，同年11月又对竞争对手ExOne进行了收购。EnvisionTEC是数字光处理（DLP）3D打印技术的原始发明者，拥有140多项已颁发和正在申请的专利。该公司在汽车、航空航天、医疗设备、珠宝和生物制造等行业中拥有5000多家客户，也是牙科市场的领导者。这起价值2.6亿美元的并购交易，让Desktop Metal获得了进入新的DLP垂直领域的机会，并扩大数字生物加工和数字铸造市场的业务范围，同时在牙科、健康和珠宝等行业产生协同效应。据Desktop Metal官网报道，通过吸收EnvisionTEC的经销商网络，Desktop Metal的合作伙伴数量从80个增加到200多个。

Desktop Metal对ExOne的收购成本则更高。作为粘结剂喷射3D打印技术的领导者，ExOne具有几十种创新性的金属材料3D打印工艺，并推出了多款已经商业化的打印机，其交付的零件数量也在2021年超过了200万件。而在被收购几个月后，ExOne的部分产品便被整合到Desktop Metal的产品系列中。这起总价超过6亿美元的并购交易使得Desktop Metal在增材制造的粘合剂喷射领域处于绝对垄断地位。“此次收购是增材制造行业一个里程碑式的时刻，并创造了一个无与伦比的产品组合，加强了Desktop Metal加速推进AM 2.0的能力。”Desktop Metal创始人兼首席执行官Ric Fulop这样形容对ExOne的收购。

但另一方面，这些并购也为Desktop Metal带来了一些质疑。首先，在一系列并购中，Desktop Metal都主要以股份的方式支付收购费用，导致公司的股权被稀释。而被收购公司中有许多仍在起步阶段，仍然处于亏损状态——这意味着Desktop Metal不断地需要资金，并且可能需要在未来稀释掉更多自身的股权才能继续发展。5月10日，Desktop Metal宣布发行本金总额1亿美元、2027年到期、利率为6.0% 可转换优先票据；而后前一天收盘价为3.42 美元的Desktop Metal 以 2.71 美元开盘，并在交易的第一个小时内就跌至2.15美元的低点。

同时，兼并公司为Desktop Metal带来的不止有子公司的专利，还有子公司的问题。据波士顿商业杂志2021年11月的报道，由于EnvisionTEC的一部分光聚合物设备材料的产品出现合规问题，Desktop Metal不得不聘请第三方进行独立的内部调查，随后被投资者发起集体诉讼，质疑公司的信息披露。最后，企业文化的融合也是Desktop Metal面临的一大挑战：在公司合并后，如何保证团队协作的效率以及工作方式的统一，都备受投资人和市场关注。

4.1 资本市场反应

2020年12月9日， Desktop Metal完成了对特殊目的收购公司（SPAC）Trine Acquisition Corp（纽约证券交易所代码：TRNE）的反向合并，合并后的公司于2020年12月10日开始在纽约证券交易所交易，股票代码为“DM”。

图3 Desktop Metal股价（2020.12.08-2022.05.09）

（数据来源：Capital IQ，作者整理）

上市后，Desktop Metal的股价表现却并不乐观，并且公司市值在公司透露新的融资计划后暴跌。之后，Desktop Metal透露了其收购EnvisionTEC的计划，在分析师的看好下股价短暂反弹，却因公司发行股票稀释了现有股份而导致股价下挫。在一段波动之后，Desktop Metal被市场不断看衰。2022年3月，Desktop Metal的股价跌破4美元/股，并保持在4-5美元/股左右的低位。据投资网站寻找阿尔法（Seeking Alpha）2022年3月17日报道， Desktop Metal首席执行官 Ric Fulop在3月16日回购了公司128,850股的A 类普通股。2022年4月21日，Desktop Metal再次向SEC提交文件，拟向公众出售股份，继续募资。5月10日，Desktop Metal宣布发行本金总额1亿美元、2027 年到期、收益率6.0%的可转换优先票据；之后前一天收于3.42 美元的Desktop Metal 股价以 2.71 美元开盘，并在交易的第一个小时内就跌至了2.15 美元的低点。公司截至5月9日的市值约为4.5亿美元，仅约等于其2017年C轮融资时估值。

4.2 财务表现

作为一家在资本市场备受关注的3D打印独角兽，Desktop Metal目前是知名3D打印ETF基金The 3D Printing ETF（PRNT）中持仓最重的一家企业，占比4.12%（截至2022年4月7日）。作者从该基金中选取另两家同业公司进行对比——包括3D Systems（NYSE:DDD）以及Velo3D（NYSE:VLD），前者是最早的3D打印企业之一，而后者则是2020年才成立的科技新秀。

表7 3D打印同业列比

资料来源：Capital IQ,作者整理

3D打印行业属于高成长性行业，和同业的传统公司相比，Desktop Metal估值偏高。如表7所示，以2022年第一季度末的市值计算，Desktop Metal的市销率为11.03，远超老牌公司3D Systems的3.36，不过该数字却低于同为新公司的Velo3D的20.41。

表8 Desktop Metal和同业企业的市销率对比

数据来源：Nasdaq，作者整理

得益于以收购ExOne为代表的一系列并购，Desktop Metal的营业收人在2021年有显著增长。而不计ExOne的收入在内，公司营收也达到了9690万美元，较2020年增长了488%。另外，金属产品的内生性收入增长比2020年增长了163%。公司预计，其2022年的收入将比2021年增长131%，约达2.6亿美元。然而，一系列并购带来的就是现金流的损失。根据年报数据显示，Desktop Metal的账面现金及现金等价物从2020年483,525,000美元的价值骤减至65,017,000美元。同时，Desktop Metal的每股现金流为-0.50美元，低于另外两家的数字。不过，从资产负债率的角度，Desktop Metal的数值仅为10.10%，远低于2021年10月上市的Velo3D的63.53%。

图4 2021年四个季度末Desktop Metal现金及现金等值变化趋势

（数据来源：Capital IQ）

Desktop Metal的销售毛利率当前在三家公司之中为最低。然而，作为一家初期企业，Desktop Metal的毛利率趋势却较为乐观。2019和2020年度，Desktop Metal的毛利率连续两年徘徊在-92%上下，但到2021年度，不包括ExOne的毛利率转为了10.3%。据悉，这与Desktop Metal生产能力的变化密不可分。在这一年度，公司拥有了自主生产打印机的能力，不必再花费更高昂的成本依靠台湾供应商进行代工。同时，鉴于被收购的ExOne也拥有自己的工厂，此后Desktop Metal的固定成本有望进一步被分摊，这或许标志着公司此后的毛利率有望继续提升。也正因如此，尽管Desktop Metal的股价在2022年初表现低迷，但是依然有投资者看好该公司未来的增长潜力。

表9 Desktop Metal和同业企业2021年财务数据对比

数据来源：Yahoo Finance

同时，一些观点认为，随着Desktop Metal“增材制造2.0”生态构建的完成，企业估值的前景将无比广阔。去年，公司的一系列垂直整合使得Desktop Metal的业务能力已经覆盖3D打印从材料、制造设备到软件的各个领域。作为金属粘合剂喷射技术路线的代表企业，随着兼并竞争对手并获得该路线相关的各个专利和渠道，Desktop Metal可能将成为该技术领域的垄断性平台企业。

Desktop Metal官方表示，公司在增材制造领域的领军者地位将由其软件科技平台、超过250个材料组合、端到端的服务方案、垂直兼并的综合能力以及遍布全球超65个国家的分销网络共同打造。同时，Desktop Metal市场中最大的想象力来源于3D打印技术在全球供应链调整中的潜力。随着P-50第一批订单的交付，以及以福特为代表的企业对于其新设备的期待，Desktop Metal 有望在今年获得大批量订单。如果Desktop Metal的新产品能在市场上站稳脚跟，公司在资本市场上将可能获得更大的认可。

然而，对于这家刚获得第一个新产品用户的企业来说，客户的反馈仍是未知数。尽管Desktop Metal号称其产品能够降低3D打印成本，并在保证精确度的前提下将3D打印速度大幅提升，但是技术应用的落地尚未得到使用者的充分检验。同时，目前被收购公司业务整合的进度也将影响Desktop Metal的技术更新和出货量，存在一些不确定性。

增材制造行业有着技术变化迅速的特点，而企业的核心竞争力也来源于其产品的创新能够满足不断变化的客户需求。Desktop Metal在其2021年年报中表示，不排除此后继续收购或者投资其他企业的可能性。因此，在衡量Desktop Metal未来发展时，其此后的财务表现与管理依然扮演着十分重要的角色。

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