钛合金与3D打印：来自消费电子的启示

　　在主要消费电子厂商纷纷布局钛合金材料的同时，3D 打印与钛合金的结合成为产业发展的新趋势。钛合金材料基于高强度和轻量化优势成为消费电子结构件的重要选项，而钛合金是热的不良导体，选择性激光熔化（Selective LaserMelting，SLM）增材制造工艺通过激光熔融粉末成型并层层叠加的方式避免了传统减材制造的弊端，或成为钛合金结构件加工工艺的未来。本文围绕为什么选择钛合金和3D 打印，如何看待3D 打印与数控机床（Computer NumericalControl，CNC）、金属粉末注射成形（Metal Injection Molding，MIM）的关系，钛合金3D 打印的典型案例成本测算，以及未来的市场空间测算等问题展开讨论。结果表明，钛合金3D 打印基于原材料和核心零部件的国产化替代以及后处理环节优化带动良品率提升的降本增效路径明确，在消费电子的市场空间有望超百亿元，或成为未来3D 打印的重点发展方向。
为什么消费电子纷纷布局钛合金材料？主要消费电子厂商均开始使用钛合金材料：苹果从Ultra 系列手表开始标配钛合金表壳，新发布的iPhone15 Pro 版本也开始使用钛合金中框。华为在2022 年发布的折叠屏手机Mate Xs 2 结构件中采用钛合金材料，并在Watch 4 Pro 中使用了钛合金边框。钛合金兼具高强度和轻量化的优势成为推广的重要原因。据搜钛网数据，TC4 钛合金的抗拉强度和屈服强度分别可达到960 Mpa 和892 Mpa，高于304 不锈钢的520 Mpa 和205Mpa 以及A380 铝合金的320 Mpa 和160Mpa。钛合金的密度比不锈钢材料低，TC4 与304 不锈钢的密度分别为4.51 g/cm3和7.93g/cm3，这使钛合金在同体积下重量更小。据我们测算，相比使用不锈钢，苹果Ultra 手表使用钛合金表壳能够减轻全机重量的12.9%。
钛合金与3D 打印的结合成为了产业发展的新趋势。例如，国外手表厂商Barrelhand 和头部3D 打印设备商Materialise 开展合作，采用SLM 增材制造工艺制作钛合金手表壳，荣耀发布的新款折叠屏手机Magic V2 铰链的轴盖采用钛合金3D 打印工艺，成为钛合金3D 打印工艺首次在手机上大规模使用。为什么要用3D 打印去制作钛合金结构件：（1）机加工钛合金难度高。钛合金是热的不良导体，TC4 热导率仅7.96W/m·K，远低于不锈钢及铝合金。这就导致钛合金在加工中热量易聚集，局部升温快，对刀具和加工良率产生不利影响，根据艾邦高分子数据，采用钛合金材料的手机中框整体良率约30%-40%，远低于铝合金中框的80%。（2）3D 打印适配钛合金加工。SLM 是通过对金属粉末激光熔融而层层累积一体化成形的增材制造工艺，这就从技术路线上规避了对钛合金进行切割的弊端；其次增材制造对复杂结构具有低成本敏感性，因此设计自由度高，可通过更多空腔结构来实现轻量化。
如何看待3D 打印与CNC、MIM 之间的关系？3D 打印与CNC 之间互补与替代关系并存：结构端3D 打印在加工定制化、复杂化的结构件时可以替代传统机加工；材料端3D 打印可以帮助CNC 完成较难加工材料的成型环节，同时后处理环节还需精加工的介入，与CNC 呈现互补关系。3D 打印与MIM 主要是互补关系，适配不同的场景：金属注射成型MIM 适用于小型件的批量化加工，经济性应用场景常见于50g 以内，零件尺寸在25mm 左右，最大不超过150mm。对3D 打印而言，不存在MIM 工艺中的制模需求，更适用于定制化生产，伴随着大尺寸设备的推出，针对大体积件的打印更具优势，因此3D 打印相较于MIM 在大体积、定制化、高复杂度的加工过程中更具优势，两者适配领域不同而以互补为主。此外，3D 打印可帮助MIM 制作模具，具备低成本、快速交付的优势。
我们基于典型案例测算3D 打印成本和未来降本路径。结果显示某钛合金零部件的3D 打印加工与后处理环节总成本约136 元，主要成本源于粉末使用成本、抛　　光打磨喷砂成本、以及设备工作成本， 占成本的比重分别为45.9%/25.5%/20.3%。据我们测算目前CNC 工艺的成本约在100 元左右。未来降本主要在三个方面：原材料、核心零部件的国产化替代以及后处理环节的优化带动良率提升。我们综合考虑原材料粉末和核心零部件国产化带来的价格下探，以及良品率的提升，结果显示预计在2023-2024 年间3D 打印成本即可下降到100 元以下，相比CNC 更具经济性，未来降本路径明确。
钛合金3D 打印在消费电子的空间有多大？我们基于两条主线测算钛合金3D 打印在消费电子的市场空间：（1）折叠屏铰链轴盖，目前唯一采用钛合金铰链轴盖的是荣耀折叠屏，因此3D 打印在该细分领域的渗透率为100%，经我们测算，若3D 打印保持在钛合金折叠屏铰链轴盖这一细分领域90%的渗透率，则伴随着钛合金材料端的渗透率不断提升，市场空间有望从2023 年预计的4 亿元提升至2027 年的18 亿元，2023-2027 年CAGR 达45.6%；针对全球市场，若3D打印保持在钛合金折叠屏铰链轴盖这一细分领域80%的渗透率，则对应市场规模有望从2023 年预计的近6 亿元提升至2027 年的21 亿元，2023-2027 年CAGR 达37.7%。（2）如果苹果采用3D 打印工艺，假设初期Ultra 表壳和Pro中框分别有30%和10%采用3D 打印工艺，则对应的市场空间将达到31 亿元；长期看若Ultra 表壳和Pro 中框分别有90%和30%采用3D 打印，则对应空间约93 亿元。综上钛合金3D 打印在消费电子领域的市场空间有望超百亿元。
风险因素：工艺应用拓展不及预期；测算结果大幅偏离事实；技术进步不及预期；核心零部件与原材料的国产替代不及预期。
投资策略：我们认为应当重点关注以下几个方向：（1）钛材供应商：无论是3D打印需要的钛合金粉末还是CNC 工艺所需的钛合金棒材等，都来自于上游钛材加工，相关厂商将持续受益下游需求释放红利，建议关注天工国际，其子公司天工股份是钛材供应商，受消费电子需求释放业绩大幅增长，2022 年归母净利润同比高增244%；（2）加工环节关注3D 打印设备厂商与CNC 工艺潜在受益者，鉴于目前3D 打印设备核心零部件仍主要装配进口产品，规模化国产替代尚需时日，因此整机设备供应商是主要受益者，推荐铂力特，建议关注华曙高科。CNC端由于钛合金材料加工难度更高，应关注高端数控刀具需求释放，建议关注潜在受益标的鼎泰高科；（3）MIM 工艺建议关注产业链头部公司精研科技、东睦股份、统联精密；（4）后处理环节厂商：钛合金结构件在3D 打印或CNC 工艺制成之后均需经过后处理环节，包括热处理、打磨、抛光等。建议关注后处理厂商金太阳，以及后处理数控研磨抛光设备供应商宇环数控。
【免责声明】本文仅代表第三方观点，不代表和讯网立场。投资者据此操作，风险请自担。

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