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(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢。鈦合金材料基于高強度和輕量化優(yōu)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(tǒng)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(shù)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(chǎn)化替代以及后處理環(huán)節(jié)優(yōu)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(fā)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(fā)布的iPhone15 Pro版本也開始使用鈦合金中框。華為在2022年發(fā)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(yōu)勢成為推廣的重要原因。據(jù)搜鈦網(wǎng)數(shù)據(jù)，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(jù)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(chǎn)業(yè)發(fā)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(fā)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(guī)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(chǎn)生不利影響，根據(jù)艾邦高分子數(shù)據(jù)，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(guī)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(xiàn)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(tǒng)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(huán)節(jié)，同時后處理環(huán)節(jié)還需精加工的介入，與CNC呈現(xiàn)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(jīng)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(chǎn)，伴隨著大尺寸設備的推出，針對大體積件的打印更具優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(huán)節(jié)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(jù)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(chǎn)化替代以及后處理環(huán)節(jié)的優(yōu)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(chǎn)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(jīng)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(jīng)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(guī)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(chǎn)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(xù)受益下游需求釋放紅利；

2）加工環(huán)節(jié)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(chǎn)品，規(guī)模化國產(chǎn)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(shù)控刀具需求釋放；

3）MIM工藝建議關注產(chǎn)業(yè)鏈頭部公司；

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