喷墨印刷设备控制系统行业研究报告

来源:国海证券股份有限公司 发布日期:2016-08-09 1946

 

喷墨印刷设备控制系统行业研究报告

国海证券股份有限公司 陈新昊 林美琪

喷墨印刷设备控制系统行业公司通过为工业喷墨印刷设备定制化设计PCB板,配套嵌入式控制系统软件和电脑桌面控制软件,完成工业喷墨印刷过程中的网点算法、运动控制、色彩管理、喷头控制、大批量数据高速处理等动作,应用在标签条码喷墨印刷领域、户内外广告喷墨印刷领域、陶瓷喷墨印刷领域、PCB丝印层印刷领域、纺织喷墨印染领域、工程绘图打印领域、3D打印领域。控制系统属工业喷墨印刷设备的核心模块,其算法和控制优劣直接影响工业喷墨印刷设备性能。

(一)行业主要法规法律及政策

工业喷墨印刷设备嵌入式控制系统的发展对于提高喷墨印刷设备的生产效率和单位价值、降低生产成本、降低能耗和污染排放都具有极其重要的意义。工业喷墨印刷设备嵌入式控制系统属为嵌入式应用软件行业和喷墨印刷设备制造行业相结合的重要细分行业,目前尚无专门针对本行业的法律法规和行业政策。

中国印刷技术协会发布的《2006年-2020年中国印刷产业发展纲要》指出喷墨数字印刷的技术发展很快,应注重研究,在开发过程中应发挥我国在系统集成、驱动控制软件等方面的优势,努力开发有自主知识产权的喷墨印刷系统。为工业喷墨印刷控制系统的发展指导了方向。

同时,喷墨印刷设备控制系统行业下游喷墨印刷设备制造商的产业政策支持有助于相关行业的持续稳定发展,并带动工业喷墨印刷设备控制系统的整体市场需求。2011年6月,国家发展改革委员会、科学技术部、工业和信息化部、商务部、知识产权局联合公布了《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011年度)》,将“数字化喷印设备” 列入其中,数字化喷印设备为国家重点鼓励发展高新技术产品。

2011年4月,新闻出版总署发布的《新闻出版业“十二五”时期发展规划》中强调指出,在“十二五”时期要实现喷墨数字印刷技术自主开发和应用,逐步建立和完善绿色印刷环保质量体系,发挥绿色印刷和数字技术对整个印刷产业实施创新驱动、内生增长的引导作用,带动产业转型和升级。

2011年8月,受工业和信息化部委托,由中国印刷及设备器材工业协会组织编制的《印刷机械行业“十二五”发展规划》。按照《规划》,“十二五”期间,印刷装备制造行业要加大数字印刷机,尤其是喷墨数字印刷机的研发力度,研发具有自主知识产权的系列化喷墨数字印刷机。

《建筑卫生陶瓷工业“十二五”发展规划》中“第四章发展重点”将陶瓷装饰用喷墨印刷技术装备列为技术研究与技术改造重点。《电子信息制造业“十二五”发展规划》中“第四章主要任务与发展重点”将印刷电路板产品的技术升级及设备工艺研发作为基础电子产业跃升工程。《纺织工业“十二五”发展规划》中“第三章重点任务”将推广数码喷印技术作为纺织工业节能减排可持续发展的重点工程;“第四章重点领域”要求将喷墨打印头等纺织机械关键配套件作为纺织装备发展重点。《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》中“第二节总体要求”指出,要扩大3D打印在传统制造业中的应用推广,促进工业设计、材料与装备等相关产业的发展与提升;初步掌握3D打印关键零部件等重要环节关键核心技术。

上述产业政策均为我国喷墨设备和墨水制造企业提供了良好的政策环境, 有利于产业健康发展,尤其是有关调整产业结构的政策,为喷墨印刷设备控制系统带来了巨大的发展机遇。

(二)行业概况

近年来,高速喷墨印刷发展迅速,相对于过去人们单纯关注喷墨印刷设备的产能,如今人们更关注喷墨印刷设备的精细程度和质量。随着喷墨印刷技术持续不断地进步,喷墨印刷设备的性能不断提高,设备应用的领域逐渐多元化,设备使用的特性逐渐专业化。喷墨印刷设备性能的提升体现在喷印墨滴的精细程度、喷印可表现的色阶层次、色彩数目、图像的锐利度、喷印速度、幅宽、稳定性以及承印物适用范围等方面。根据不同的应用,用户对喷墨印刷设备的需求不尽相同,而这些性能的具体实现,均由喷墨印刷设备控制系统来控制完成,因此,人们更加关注喷墨印刷设备的前端软件支持。工业喷墨印刷设备控制系统是集合电路设计、算法编程、运动控制、色彩管理等功能为一体的综合产品,其以板卡为载体,以嵌入式应用软件控制系统为核心,硬件和软件相互支持,在多方面喷墨印刷领域均有个性化应用。

1、我国软件和信息技术服务行业发展概况

软件和信息技术服务业为我国战略性新兴产业,在全球经济持续低迷、国际竞争加剧的情况下,我国软件和信息技术服务业仍保持了较快的增长。近年来,我国的软件和信息技术服务行业市场规模一直在增长,年增长率保持在10%以上,高于同期国内GDP增长率。根据工业和信息化部数据显示,2015年我国软件和信息技术服务行业企业个数为38,222个,同比增长3.00%,实现业务总收入达42,848亿元,同比增长15.70%,其中嵌入式系统软件收入达6,981亿元,同比增长14.1%,实现利润总额5,766亿元,同比增长19.50%。我国软件和信息技术服务业整体运行态势平稳,软件业规模持续扩大,但增速均有所放缓,表明我国软件和信息技术服务业正从成长期向成熟期过渡。

数据来源:工业和信息化部

2、喷墨印刷技术概述

喷墨印刷技术起源于19世纪末期,兴起于20世纪90年代,其工作流程符合印刷数字化、网络化的发展趋势,是印刷行业发展的前沿领域,发展潜力巨大。

喷墨印刷技术是随着计算机技术的发展而形成的一种集精密机械、计算机信息技术和精细化工为一体的数字印刷技术,是将电子计算机中输入存储的图文信息,通过数字控制系统驱动喷墨装置,将墨滴以一定速度和一定大小直接喷射到各种承印介质上,然后通过墨水与承印介质的相互作用实现影像再现。

喷墨印刷是非接触式印刷,喷墨头和承印物并不接触,具备针对各种曲面、异形、异质的承印材料进行印刷的能力。与传统印刷相比有以下特点:

1)可变数据印刷,由于可以完成按需印刷,数字可控,就使得喷印内容机动可变,打印内容的变动不影响任何打印效果和效率。

2)打印速度正在不断快速提升。喷嘴的喷墨频率在每秒钟几万到几十万次之多,喷印速度依赖于喷嘴数目多少和喷头组合;因此打印速度可随着喷嘴数增多以及喷头矩阵大幅度提高,

理论上可以不断提高, 实际应用中也在快速发展。

3)适应多种介质:可以通过不同功能性墨水,打印不同的承印物。

4)数字化色彩管理:喷墨印刷可以实现数字化色彩管理,摆脱了对技术工人熟练程度和经验的依赖性,实现自动化生产。

5)Web 出版和远程印刷:由于喷墨印刷无须制版,可以通过因特网传输数字信息,实现远程出版和印刷。

目前,喷墨技术已经进入广告喷绘、数码照片打印、装饰建材、陶瓷、服装纺织面料、标签、标记、标牌等市场,应用于图文图像领域、数码印花领域、数字出版印刷领域、大幅面艺术品打印领域、各种展览展示领域和建筑装饰领域等,还将逐渐进入印刷电路板、可变标签、照片输出、商业印刷、报业、直邮、包装印刷、精密加工等市场。同时,未来随着喷墨印刷技术和墨水工艺的提高,适合喷墨印刷的承印材料范围将会越来越广。喷墨印刷技术将会结合不同行业的特点,衍伸出更多特性化的应用,下游应用领域将会不断扩大。

3、喷墨印刷设备概述

喷墨印刷设备是采用喷墨印刷技术,由计算机控制实现图文信息印刷的设备。在喷墨设备的产业链上,喷墨设备处于产业链的中上游,本行业的上游主要为喷头、控制系统板卡和传送带、外壳等其它零部件制造商,下游是采购印刷设备提供印刷服务和生产需印刷产品的商家。

喷墨印刷设备一般由喷头系统、喷头清洁系统、供墨系统、介质输送系统、输送清洁系统、控制软件系统组成。其中,喷头系统、供墨系统、控制软件系统是喷墨印刷设备的核心系统,其特性也直接影响喷墨印刷设备性能。

4、喷墨印刷设备控制系统下游:喷墨印刷设备市场概述

喷墨印刷是全球印刷业发展的焦点,在占全球总规模一半的北美印刷市场,年收入增长的70%来自喷墨印刷。根据皮拉国际(Pira International)的统计,2009年喷墨印刷的市场总量是268亿美元,较2005年增长了58.2%。在2011年,市场规模达到了334亿美元,预计到2015年市场总量将达到465亿美元,2017年市场总量将达到673亿美元,平均复合增长将保持在10.3%左右。全球喷墨印刷设备行业市场规模如下图所示:

单位:亿美元

 

*数据来源:Pira International:《全球市场预测:喷墨印刷的未来》

就市场价值而言,卖场广告、海报、展览广告、横幅广告、车体广告等标牌喷印占据了喷墨市场应用的绝大部分,标牌喷印市场在2015年达到220亿美元,占到全部喷墨市场的47.20%。在设备方面,根据中国印刷及设备器材工业协会喷墨印刷分会的统计:2013年全球喷墨印刷设备及配件的市场规模已经达到110亿美元左右。如下图所示:

单位:亿美元

*数据来源:中国印刷及设备器材工业协会喷墨印刷分会

我国喷墨印刷设备行业虽然起步较晚,但近年来发展迅速。在地区分布上,喷墨印刷设备生产企业主要集中在经济发达的珠三角、长三角和环渤海区域。目前,中国已经成为全世界最大宽幅面喷墨印刷设备生产国,中国制造的设备远销世界各地,特别是在发展中国家市场拥有较强的竞争力。根据中国印刷及设备器材工业协会喷墨印刷分会统计,2013年中国从事数字喷墨印刷设备制造的厂家约有100多家,设备年产量为:1.8米以上幅面的约3万台,1.8米以下幅面(含)的近10万台;数字喷墨印刷设备的年销售额达到40亿元,其中约50%为出口。如下图所示:

单位:亿元

*数据来源:中国印刷及设备器材工业协会喷墨印刷分会

5、工业喷墨控制系统发展前景

(1)喷墨印刷应用领域不断扩大,下游市场需求不断增长

喷墨印刷技术应用领域的扩大将会助推下游数字喷墨印刷的需求。如今,喷墨印刷技术的应用领域从之前的户外广告等,扩展到了陶器、瓷砖、标签打印、纺织印花、玻璃饰品、3D打印、PCB板丝印和PCB板打印等,且还有不断扩大趋势。以PCB板打印市场为例,PCB板打印是指采用喷墨印制工艺,把导电聚合物、纳米金属墨水或纳米无机墨水印制成PCB板上的电路或器件。

目前传统的电子产品是以硅等无机半导体材料为基础制作成元器件与以覆铜箔板为基板制作的印制电路板,互连结合而成,被称为“硅-铜电子技术”。硅工艺的制造技术工艺流程复杂、生产周期长和材料浪费较大,难以实现电子产品的多功能化及低成本的制造。近年来,另一大类非传统硅基电子技术得到飞速发展,PCB板打印技术为其中主要代表。PCB板打印技术是指以最低的生产成本和最快的印制速度相结合的加工方法,在各种基质上,诸如塑料薄膜、金属箔、陶瓷薄片甚至纸张或棉布,高容量地印制出各种轻、薄、柔、小的电子产品。其主要特征是把印制工艺和电子技术有机地融合在一起,大面积、高效率地快速印制出各类电子产品。适用印制电子技术的产业涉及面很广,包括能印制形成电路或者电子元器件的有机、无机或者合成材料,晶体管、OLED(有机发光二极管)、显示器、传感器、光电管、电池、照明器件、 电子标签、智能标牌、 存储器、柔性印制电路、导体和半导体等器件。

PCB板打印应用原理为采用快速、高效和灵活的数字喷墨打印技术,把功能化的导电聚合物、纳米金属墨水或纳米无机墨水印制在基板上形成导电线路、图形,或者形成整个印制电路板。PCB板打印是集传统印刷技术与电子技术于一体,将传统印刷技术应用于电子制造的一个新兴技术。PCB板打印不仅可以代替部分硅基电子产品,更可以开拓硅基电子还没有实现的许多新的应用,用途更为广泛。 未来的微电子市场价值链将从硅基电子转向有机电子,PCB板打印在许多中低端电子产品中将直接取代硅基微电子产品。PCB板打印前景广阔。

未来,所有印刷的市场领域将出现改进生产效率和印品质量的运动,这将使得喷墨印刷替代部分丝网印刷、柔版印刷、凹版印刷和胶印等传统印刷技术的市场领域。

(2)工业化大规模应用促进控制系统

总体而言,我国对喷墨印刷的需求从家用向商业化应用向工业生产应用逐步演变。同时在工业应用领域方面,数字化产品和数字化生产方式的进一步普及,数字化生产手段将成为各行业重要的发展方向,喷墨技术将越来越广泛地应用到航空航天、装备制造、生物工程、医疗领域、食品工业、建筑工业和 3D 打印工业等领域。喷墨技术将迎来很大的机遇和发展空间,棚膜设备将继续朝节能环保、功能性提升、适应更广阔的数字印刷领域的方向发展,其品质和规模都将不断提升到一个新高度。目前,我国数字喷墨印刷市场需求虽然滞后于欧美地区,但是近年发展速度加快,市场潜力巨大。

在此背景下,喷墨印刷设备厂商对控制系统在印刷速度和质量上都提出了更高的要求,这将反过来促进控制系统在各应用领域中的技术进步、性能增长。

(三)行业产业链情况

在喷墨设备的产业链上,喷头、控制系统板卡和传送带、外壳等其它零部件制造商为上游,喷墨设备处于产业链的中上游,下游是采购印刷设备提供印刷服务和生产需印刷产品的商家。控制系统板卡由电容、电阻、集成电路板等元器件构成。目前,国际上在喷头制造处于领先地位的企业包括KonICA MINOLTA,INC.、FUJIFILM Dimatix,INC.、Kyocera Group、Xaar。工业喷墨设备控制系统由喷墨印刷设备生产商集成为喷墨印刷设备并提供给印刷制品提供商。

(四)行业区域性、周期性与季节性特征

1、行业的区域性

从区域来看,由于工业喷墨印刷设备控制系统产品的下游喷墨印刷设备生厂商主要集中在北京、长三角和珠三角等经济发达地区,同时这些经济发达地区吸引了较多的技术人才,因此我国工业喷墨印刷设备控制系统企业聚集程度在经济发达地区相对较高。

2、行业的周期性

工业喷墨印刷设备控制系统产品会在一定程度上受到经济周期的影响,工业喷墨印刷设备控制系统产品处于服务业上游,经济波动对其的影响是通过影响下游市场来带动,因此,工业喷墨印刷设备控制系统产品的商业周期会滞后于下游企业。

3、行业的季节性

工业喷墨印刷设备控制系统产品的季节性受每年国内相关展会开展时间影响,通常在展会过后,工业喷墨印刷设备控制系统产品企业会迎来超过平常的销售旺季,除此以外,工业喷墨印刷设备控制系统产品未表现出较高的季节性。

(五)影响行业发展的有利和不利因素

1、有利因素

(1)国家产业政策的有利支持

工业喷墨印刷控制系统产品所处的软件和信息技术服务行业是国家鼓励发展的产业,有助于实现我国工业化和信息化的深度融合,建设创新型国家,加快经济发展方式转变和产业结构调整,提高国家信息安全保的能力和国际竞争力。我国政府为软件和信息技术服务行业的发展营造了优良的政策环境,出台了一系列产业政策和发展规划。国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》(国发【2010】32 号)指出,发展目标之一为将新一代信息技术发展成为国民经济的支柱产业,着力发展高端软件等核心基础产业,提升软件服务等信息服务能力。这为我国软件和信息技术服务行业的未来注入了光明的前景。

(2)市场发展前景广阔

喷墨印刷技术应用领域的扩大将会助推下游数字喷墨印刷的需求。如今,喷墨印刷技术的应用领域从之前的户外广告等,扩展到了陶器、瓷砖、标签打印、纺织印花、玻璃饰品、3D打印等,且还有不断扩大趋势。我国数字喷墨印刷市场需求虽然滞后于欧美地区,但是近年发展速度加快,市场潜力巨大。未来该细分市场巨大的市场容量将吸引更多资金、人才、技术等社会资源的投入,对该细分行业整体的发展将起到积极的推动作用。

(3)技术人才储备相对丰富、硬件设施相对完备

我国北上广深等发达城市具有大批受过高等教育的高素质人才,尤其是软件和信息技术服务专业方面,受政策推动、行业发展影响,人才数量和质量增长更为明显,为我国软件和信息技术服务行业的发展奠定了良好的基础。此外我国交通、通信等现代基础设施比较完备,部分设施服务水平已达到发达国家水平,创造了廉价的运输传递等成本,也为我国软件和信息技术服务行业的发展提供了良好的硬件基础。

2、不利因素

工业喷墨印刷控制系统产品属软件和信息技术服务行业的细分领域,目前我国尚未对其建立统一的行业标准。未来,需要国内行业协会和政府主管机构从国家战略层面进一步加大对工业喷墨印刷控制系统产品企业的支持力度,通过工业喷墨印刷控制系统产品的高速发展真正实现我国高端装备制造业的智能作业化和工业4.0化的起步。