鈦合金3D打印在消費電子領域的市場空間有望超百億元

在主要消費電子廠商紛紛布局鈦合金材料的同時，3D打印與鈦合金的結合成為產業發展的新趨勢。鈦合金材料基于高強度和輕量化優勢成為消費電子結構件的重要選項，而鈦合金是熱的不良導體，選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）增材制造工藝通過激光熔融粉末成型并層層疊加的方式避免了傳統減材制造的弊端，或成為鈦合金結構件加工工藝的未來。

本文圍繞為什么選擇鈦合金和3D打印，如何看待3D打印與數控機床（Computer Numerical Control，CNC）、金屬粉末注射成形（Metal Injection Molding，MIM）的關系，鈦合金3D打印的典型案例成本測算，以及未來的市場空間測算等問題展開討論。

結果表明，鈦合金3D打印基于原材料和核心零部件的國產化替代以及后處理環節優化帶動良品率提升的降本增效路徑明確，在消費電子的市場空間有望超百億元，或成為未來3D打印的重點發展方向。

▍為什么消費電子紛紛布局鈦合金材料？

主要消費電子廠商均開始使用鈦合金材料：蘋果從Ultra系列手表開始標配鈦合金表殼，新發布的iPhone15 Pro版本也開始使用鈦合金中框。華為在2022年發布的折疊屏手機Mate Xs 2結構件中采用鈦合金材料，并在Watch 4 Pro中使用了鈦合金邊框。鈦合金兼具高強度和輕量化的優勢成為推廣的重要原因。據搜鈦網數據，TC4鈦合金的抗拉強度和屈服強度分別可達到960 Mpa和892 Mpa，高于304不銹鋼的520 Mpa和205Mpa以及A380鋁合金的320 Mpa和160Mpa。鈦合金的密度比不銹鋼材料低，TC4與304不銹鋼的密度分別為4.51 g/cm3和7.93g/cm3，這使鈦合金在同體積下重量更小。據我們測算，相比使用不銹鋼，蘋果Ultra手表使用鈦合金表殼能夠減輕全機重量的12.9%。

▍鈦合金與3D打印的結合成為了產業發展的新趨勢。

例如，國外手表廠商Barrelhand和頭部3D打印設備商Materialise開展合作，采用SLM增材制造工藝制作鈦合金手表殼，榮耀發布的新款折疊屏手機Magic V2鉸鏈的軸蓋采用鈦合金3D打印工藝，成為鈦合金3D打印工藝*在手機上大規模使用。為什么要用3D打印去制作鈦合金結構件：

1）機加工鈦合金難度高。鈦合金是熱的不良導體，TC4熱導率僅7.96W/m·K，遠低于不銹鋼及鋁合金。這就導致鈦合金在加工中熱量易聚集，局部升溫快，對刀具和加工良率產生不利影響，根據艾邦高分子數據，采用鈦合金材料的手機中框整體良率約30%-40%，遠低于鋁合金中框的80%。

2）3D打印適配鈦合金加工。SLM是通過對金屬粉末激光熔融而層層累積一體化成形的增材制造工藝，這就從技術路線上規避了對鈦合金進行切割的弊端；其次增材制造對復雜結構具有低成本敏感性，因此設計自由度高，可通過更多空腔結構來實現輕量化。

▍如何看待3D打印與CNC、MIM之間的關系？

3D打印與CNC之間互補與替代關系并存：結構端3D打印在加工定制化、復雜化的結構件時可以替代傳統機加工；材料端3D打印可以幫助CNC完成較難加工材料的成型環節，同時后處理環節還需精加工的介入，與CNC呈現互補關系。3D打印與MIM主要是互補關系，適配不同的場景：金屬注射成型MIM適用于小型件的批量化加工，經濟性應用場景常見于50g以內，零件尺寸在25mm左右，*大不超過150mm。對3D打印而言，不存在MIM工藝中的制模需求，更適用于定制化生產，伴隨著大尺寸設備的推出，針對大體積件的打印更具優勢，因此3D打印相較于MIM在大體積、定制化、高復雜度的加工過程中更具優勢，兩者適配領域不同而以互補為主。此外，3D打印可幫助MIM制作模具，具備低成本、快速交付的優勢。

▍我們基于典型案例測算3D打印成本和未來降本路徑。

結果顯示某鈦合金零部件的3D打印加工與后處理環節總成本約136元，主要成本源于粉末使用成本、拋光打磨噴砂成本、以及設備工作成本，占成本的比重分別為45.9%/25.5%/20.3%。據我們測算目前CNC工藝的成本約在100元左右。未來降本主要在三個方面：原材料、核心零部件的國產化替代以及后處理環節的優化帶動良率提升。我們綜合考慮原材料粉末和核心零部件國產化帶來的價格下探，以及良品率的提升，結果顯示預計在2023-2024年間3D打印成本即可下降到100元以下，相比CNC更具經濟性，未來降本路徑明確。

▍鈦合金3D打印在消費電子的空間有多大？

我們基于兩條主線測算鈦合金3D打印在消費電子的市場空間：

1）折疊屏鉸鏈軸蓋，目前*采用鈦合金鉸鏈軸蓋的是榮耀折疊屏，因此3D打印在該細分領域的滲透率為100%，經我們測算，若3D打印保持在鈦合金折疊屏鉸鏈軸蓋這一細分領域90%的滲透率，則伴隨著鈦合金材料端的滲透率不斷提升，市場空間有望從2023年預計的4億元提升至2027年的18億元，2023-2027年CAGR達45.6%；針對全球市場，若3D打印保持在鈦合金折疊屏鉸鏈軸蓋這一細分領域80%的滲透率，則對應市場規模有望從2023年預計的近6億元提升至2027年的21億元，2023-2027年CAGR達37.7%。

2）如果蘋果采用3D打印工藝，假設初期Ultra表殼和Pro中框分別有30%和10%采用3D打印工藝，則對應的市場空間將達到31億元；長期看若Ultra表殼和Pro中框分別有90%和30%采用3D打印，則對應空間約93億元。綜上鈦合金3D打印在消費電子領域的市場空間有望超百億元。

▍風險因素：

工藝應用拓展不及預期；測算結果大幅偏離事實；技術進步不及預期；核心零部件與原材料的國產替代不及預期。

▍投資策略：我們認為應當重點關注以下幾個方向：

1）鈦材供應商：無論是3D打印需要的鈦合金粉末還是CNC工藝所需的鈦合金棒材等，都來自于上游鈦材加工，相關廠商將持續受益下游需求釋放紅利；

2）加工環節關注3D打印設備廠商與CNC工藝潛在受益者，鑒于目前3D打印設備核心零部件仍主要裝配進口產品，規模化國產替代尚需時日，因此整機設備供應商是主要受益者。CNC端由于鈦合金材料加工難度更高，應關注高端數控刀具需求釋放；

3）MIM工藝建議關注產業鏈頭部公司；

4）后處理環節廠商：鈦合金結構件在3D打印或CNC工藝制成之后均需經過后處理環節，包括熱處理、打磨、拋光等。

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