3C行业应用钛合金市场分析

3C行业应用钛合金市场分析1.钛材加速导入3C行业，材料体系再次迎来革新3C产品即电脑、通信和消费电子三类的总称。通信主要是指手机，消费电子则包括数码相机、电视机、随身听、电子辞典、影音播放器等。3C产品均需要外壳结构件进行支撑及保护，外壳结构件的材料体系跟随着产品的更迭及技术的进步不断变迁。以手机为例，手机边框材质经历了从塑料到金属的转变，目前金属边框主要使用了铝合金和不锈钢，但随着今年荣耀、苹果和小米等头部手机厂商纷纷在其产品中导入钛金属材料，3C产品外壳结构件的材料体系或将迎来新一轮的革新。1.1.从塑料到金属，手机外壳材质不断变迁手机外壳需要兼具美观和保护作用。随着通信和数字技术的飞速发展，手机在短短二十几年时间内，已经过了数次升级换代，成为科技进步的时代缩影，而手机外壳不仅是手机强有力的防护伞，能有效地减少灰尘的侵袭，降低意外摔落的损害，增强手机的使用寿命，更重要的是能提升使用者的产品体验。因此，制作手机外壳的材料要求具有强度高、耐热导热性良好、具有电磁屏蔽性、尺寸稳定、外观好等特点，而成形产品则向轻薄化方向发展，以达到保护、散热、美观的作用，这也对手机外壳的成形工艺提出了更高的要求。早期的材质：塑料早期的手机机身比较常见的材质是工程塑料。工程塑料包括聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯醚（PPE）和聚丙烯腈（ABS）等。根据手机技术资讯公众号，常用于制造手机外壳的工程塑料主要有PC、ABS、PC+ABS三大类。这些工程塑料价格低廉、可塑性强、容易着色，例如诺基亚N9、HTC8X、iPhone5C等彩色智能手机，都是用的PC材料。但工程塑料的缺点较为明显，比如强度低，散热差，环境污染严重，廉价感等等，目前塑料材质的边框已使用较少。全金属外壳：多采用铝合金和不锈钢金属材质在智能手机发展历史中占据了重要的地位，金属本身具有较为高端质感，因此全金属边框在相当一段长的时间里垄断了旗舰手机的机身材质，其中运用最广泛的两种金属是铝合金与不锈钢。金属因其电磁屏蔽性导致手机的天线设计十分困难，因此采用全金属外壳方案的手机增加了各种“天线带”设计来增强天线信号。“天线带”多使用纳米注塑工艺制作，纳米注塑是指纳米成型技术(NMT，即NanoMoldingTechnology)，是金属与塑料以纳米技术结合的工艺，先将金属表面经过纳米化处理后，塑料直接射出成型在金属表面，让金属与塑料可以一体成形，塑料材质的“天线带”充当了信号导通的通道。当前的主流形式：金属中框+玻璃后盖随着无线充电功能在手机中的普及，全金属边框变得不再适用。在典型的无线充电板内部，都有一个直径约为一英寸半的缠绕10至20圈的线圈。在手机背部还有一个类似的配对线圈。充电板内的线圈采用大约1安培的交流电驱动，频率在200kHz左右。充电板中的电流产生磁场，反过来感应手机中的线圈产生电流。手机中的线圈连接在整流器上，将交流电转换成直流电，从而给手机充电。如果使用全金属边框，由于金属自身为导体，无线充电的过程中在磁场的作用下同样会产生感应电流，一方面造成了能量传输损失，另一方面会使得手机发热。玻璃背板由于电导率几乎为0，可以有效避免环绕电流的产生，此外，玻璃背板美观度高，有利于信号的接收。当下主流的中高端手机外壳形式多为金属中框+玻璃后盖，比如苹果公司从iPhoneX系列开始一直采用了金属中框+玻璃后盖的方案。1.2.大厂纷纷入局，钛材引领新一轮3C材料体系革新3C头部厂商近期纷纷发布钛材3C产品。今年7月，荣耀发布了MagicV2折叠屏手机，其中轴盖使用了钛合金材料，并在制程中采用了3D打印工艺，钛合金轴盖的应用是MagicV2得以将折叠屏手机厚度大幅降低的重要因素之一；今年9月，苹果在秋季发布会上发布了全新的iPhone15Pro手机和AppleWatchUltra2手表，二者的边框均使用了钛合金材料，相比于使用不锈钢边框的iPhone14Pro，使用钛合金边框的iPhone15Pro重量由206g降低为187g；今年10月，小米发布小米14系列手机，其中小米14Pro提供了钛金属特别版，使用了99%纯钛材料，钛金属特别版受到了消费者的青睐，目前各大渠道仍处于缺货状态。钛材在3C行业的应用由来已久，技术驱动降本后大规模导入可期。钛金属并非近期才被应用于3C行业，历史上有多款高端定位的手机产品均使用到了钛金属，最早可追溯到2002年诺基亚发布的诺基亚8190，该手机的外壳使用了钛金属，此后虽有多款手机应用了钛金属，但由于售价高昂，销售量较少。苹果公司对于钛金属的探索同样由来已久，早在2001年发布的PowerBookG4上，苹果就首次尝试了钛金属。在iPhone5的机身内部，也有使用钛金属打造的螺丝。而在机身上第一次使用钛金属，则是2019年发布的AppleWatchSeries5和AppleCard。不过钛金属一直存在成本高、加工难度大等不利于消费产品使用的缺点，因此在长时间里并未得到大规模应用，苹果公司也是等到首次使用钛金属的22年后才把它大批量应用在iPhone上。随着原材料的降价以及加工工艺的不断进步，我们认为当前钛金属的使用成本相较于过往得到了大幅降低。钛金属性能在多方面具备优势，在苹果公司的引领下，未来大规模应用确定性强。根据金太阳2023年11月9日发布的调研活动信息记录表，钛合金应用较晚的主要原因在于钛合金强度高、导热系数低和化学活性高等特点，以前传统工艺下钛合金材质的机械加工难度大、良率低、成本高，但目前在新工艺技术驱动下，钛合金应用成本已大幅降低至3C消费电子领域可接受范围。2.钛材在3C的应用形式：纯钛、钛合金和钛铝复合材料2.1.纯钛和钛合金钛金属工业化应用已有40年历史，过往主要应用于航空航天和军工领域。钛是20世纪80年代走向工业化生产的一种重要金属，也是一种对经济和国防具有重要意义的新型金属。钛合金与镁合金相似，它密度小、强度高、耐高温和抗腐蚀性好等优点，在航空航天和军事领域中获得了广泛应用，包括军用、民用飞机、航空发动机、导弹、舰艇、核反应堆以及轻型火炮等。纯钛和钛合金实质上均是以钛为基体金属并添加合金元素的合金材料。工业纯钛一般钛含量大于99%，但依然含有少量的铁元素以及碳、氮、氢、氧等非金属元素杂质，本质上仍为一种合金，但由于钛含量高，因此通常被称为纯钛；而在钛金属基体内人为添加不同种类和含量的合金元素后则会形成通常意义上的钛合金，通过调配合金元素添加比例，钛合金能够展现出多样化的性能，钛合金内添加的合金元素种类包括铝、钼、钒等。常用的工业纯钛在国内的牌号为TA2，常用的钛合金在国内的牌号为TC4，TC4中的主要合金元素为6%左右的铝和4%左右的钒，因此TC4又常写为Ti6Al4V。钛具有同素异构现象，有α和β两种结构。很多金属存在同素异构体，即在不同温度下有不同的稳态结构，铁、镍、钴、钛等金属均有同素异构的性质。钛的熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金一般都是由以α-Ti为基的固溶体和以βTi为基的固溶体两相组成，在室温下按两相占比的不同大致可分为α型、β型和α+β型三大类，我国分别以TA、TC、TB表示。α型钛合金为α单相固溶体，β相含量极少，一般不能通过热处理强化，强度较低，但其组织稳定，具有较高耐高温和抗蠕变性能。α+β型钛合金平衡组织为（α+β）双相，淬火后两相同时得到强化，因此其强度、断裂韧性和塑性都较好，综合力学性能好。工业纯钛均为α型钛合金，TC4为典型的α+β型钛合金。TC4钛合金的比强度显著高于铝合金和不锈钢。TC4钛合金的强度高且密度较低，比强度显著高于3C行业常用的不锈钢和铝合金材料，能够帮助3C产品轻量化的同时提高强度，其缺点主要是导热率较低。荣耀MagicV2折叠屏手机轴盖和AppleWatchUltra2均使用了单一的钛合金材质。2.2.钛铝复合材料钛铝复合材料兼具钛和铝的优点，且具备一定的成本优势。钛和铝组成的钛铝复合材料兼具钛合金和铝合金的优点，如比强度高、耐磨性好、优良的耐蚀性、导热性、比重轻等，最重要的是钛铝复合材料的材料和加工成本均低于钛合金。目前，钛铝复合材料已在航天航空、炊具厨具、冶金机械、石油化工等多个领域进行应用。3C行业产品出货量大，对成本把控较为严格，对于手机中框而言，采用全钛材的方案成本较高。目前导入了钛金属材料的iPhone15Pro和小米14Pro钛金属版的中框材质均为钛铝复合材料，其中iPhone手机使用了钛合金和铝合金进行复合，而小米手机使用了99%工业纯钛和铝合金进行复合。钛铝复合材料通常采用固-固相复合的方式进行结合。根据初复合时金属相的不同，金属复合材料的制备方法分为三大类，即固-固相复合法、固-液相复合法和液-液相复合法。由于钛和铝热物理性能差异大，钛铝复合材料通常使用固-固相复合法，固-固相复合法可进一步分为轧制复合法、挤压复合法、爆炸复合法及扩散焊接法等。轧制复合法轧制复合法是指将异种金属板叠层组坯后送入轧机辊缝进行轧制，依靠轧机的强大压力使金属板材发生塑性变形，待复合金属表层发生破裂，露出新鲜金属，在轧制力和温度的共同作用下异种金属原子在双金属界面互相扩散，从而实现结合。轧制完成后，为提高界面结合强度，通常还需要进行热处理促进钛铝界面的扩散。轧制复合法具有工艺简单、生产效率高、成本低、便于批量化生产等优点，可生产质量稳定的复合板。结合质量与压下率，轧制温度，轧制速度，热处理温度和时间等参数有关。挤压复合法挤压复合法首先将基材和包覆金属清理干净，在将其放入挤压模中，并以合适的温度及合适的挤压比挤压成型，最终获得金属间紧密结合的复合材料。该方法主要用于生产双金属的管、棒、线材及简单断面的型材，缺点是连续化生产的可能性不大，且对设备要求高。爆炸复合法爆炸复合法指利用炸药爆炸时产生的高强化学能驱动覆板高速碰撞基板，碰撞点产生的瞬间高压不仅破坏了金属板表层的氧化膜，露出新鲜表面，而且在新鲜金属表面形成具有塑性变形、熔化、扩散以及波形特征的焊接过渡区，从而实现高强度结合的一种金属焊接技术。该方法具有工艺简单、成本低、应用广泛、产品尺寸不受限制等优点，但是操作过程易受到环境因素影响，实验场地限制较大。扩散焊接法扩散焊接法是将被焊工件紧压在一起，置于真空或保护气氛中加热，使两焊件表面微观凹凸不平处产生塑性变形达到紧密接触，再经保温、原子相互扩散而形成牢固的冶金连接的一种连接方法。此方法优点在于可对性能和尺寸相差悬殊的材料进行焊接。不同复合方法的实质均为固相扩散连接，轧制复合法和扩散焊接法较为适用于手机中框钛铝复合材料的制备。虽然钛铝复合材料的制备方法多样，但原理均为在压力和温度的作用下，钛铝界面金属原子互扩散从而实现冶金结合。界面层的形成是复合板实现冶金结合的标志，界面层的形成可分为四个阶段：①钛、铝原子的相互扩散，并在局部形成饱和固溶体；②钛/铝两侧的饱和固溶体形核析出TiAl3相；③TiAl3不断生长并沿界面和深度方向扩散；④随着退火时间的延长或温度的升高，界面层厚度增大，并生成TiAl、TiAl2等中间化合物相。根据手机中框结构的特点，我们认为轧制复合法和扩散焊接法较为适用于手机中框钛铝复合材料的制备。钛铝复合材料的界面强度低，未来手机中框或向单一钛材演进。虽然钛铝复合材料相较于单一钛材具备成本优势，但由于钛铝界面仅通过金属间化合物进行结合，强度较低。根据《钛-7A52铝合金轧制复合工艺研究》一文展示的实验结果，对于轧制复合的钛铝复合板材，即使在最优的工艺参数下其界面强度也仅为70MPa左右，甚至远远低于铝合金的强度。我们认为目前使用钛铝复合材料最重要的目的为降本，但钛铝复合材料存在界面结合强度低，异种材料加工过程中不均匀变形等问题，随着未来钛材加工工艺的进步，手机中框材料或由现在的钛铝复合材料向单一钛材演进。3.3D打印：钛材应用最受益环节，市场或存预期差3.1.钛合金CNC加工难度大，3D打印可减少CNC加工环节钛合金加工难度大，加工成本高，为制约钛材应用的主要因素。过去3C产品的金属外壳多使用CNC加工，钛合金是一种典型的难加工金属材料，其在加工时有如下特点：1）变形系数小。与切削普通钢材相比，切削过程中切屑在前刀面上流动的路程很短，切屑沿前刀面流出过程中产生的严重摩擦磨损区十分靠近主切削刃，导致在前刀面上主切削刃附近产生更大的应力和更多的切削热。刃口容易发生磨损，甚至产生破损。2）切削温度较高。原因有2个方面：一是钛合金的热导率很小，通过被切削工件本身散热的能力很差；二是切屑与前刀面的接触区域非常靠近切削刃，切削热很难散出，致使切削温度很高。3）弹性回复大。钛合金弹性模量小，在切削过程中工件受到切削力的作用容易产生变形，且已加工表面也容易发生回弹。一方面，切削变形使零件的几何精度难以保证；另一方面，已加工表面回弹增大了已加工表面与刀具后刀面的接触面积，增加了后刀面产生的切削力和刀具磨损，且容易引起切削振动，降低表面加工质量。4）易于生成加工硬化层。钛元素在高温时化学活性高，在工件表面容易生成由含钛化合物组成的硬化层，加剧了刀具磨损。5）使用硬质合金刀具易于发生粘结磨损。在钛的化学亲和作用和高温高压作用下，钛合金切屑容易粘结在硬质合金刀具的刀尖上，并在脱落时使刀尖产生粘结磨损。6）切屑易燃。钛合金燃点低，干切削时较高的切削温度容易引燃切屑。高速干铣削时铣刀如果粘结大量团状切屑，如不及时处理，高温下切屑易被引燃而发生事故。钛合金难以加工的特性使得在用传统的CNC方式对钛合金进行加工时良率低，成本高昂。3D打印后的毛坯件与最终零件的形状尺寸接近，可大幅减少CNC加工量。3D打印为一种数字化的制造方式，制造过程包括：1）3D建模。用CAD软件构建目标产品的三维模型；2）转化为STL文件。将模型文件转化为适用于3D打印的STL文件格式；3）切片处理。将STL文件导入切片软件进行切片处理；4）切片及路径规划：生成切片信息及打印路径；5）进行打印。3D打印设备根据接收到的信息进行制造过程；6）后处理。包括清粉、切割取样和热处理等步骤。通过对材料进行层层累加的增材制造，3D打印完成后的毛坯件已经十分接近最终成品的形状和尺寸，因此仅需进行后道的精加工和表面处理等步骤，事实上可以认为3D打印直接代替了CNC中的粗加工环节，大幅减少了CNC加工量。3.2.3C行业对3D打印的相关需求测算：市场或存预期差钛合金的折叠屏轴盖、手表表壳以及手机中框均有望选用3D打印进行批量生产。3D打印的生产成本较高，过去一直被认为在大规模的生产中不具备经济效益，因此主要应用于航空航天等高附加值领域，在民用工业中通常被用来进行原型试制或是定制化的小批量生产，但3C行业钛合金的应用有望改变这一现状。首先3D打印近年成本下降很快，从粉末原材料到打印设备的价格均有大幅的下降，其次钛合金自身难以加工的特点使得其CNC加工成本同样高昂，因此对于3C行业的小型钛合金精密结构件的加工而言，3D打印和CNC的成本差距被不断缩小。今年7月荣耀发布MagicV2折叠屏手机，官宣采用3D打印进行钛合金轴盖的生产，标志着在大批量生产中导入3D打印技术成为可能。我们认为未来钛合金的折叠屏轴盖、手表表壳以及手机中框均有望选用3D打印进行批量生产，技术路线为工业应用较为成熟的SLM（SelectiveLaserMelting，选区激光熔化）。3.2.1.钛合金3D打印成本拆解3D打印的成本和产能与诸多因素相关，由于缺乏权威数据，我们在测算时参考了市场中大量公开信息并结合自身对技术和工艺的理解，力求做到使测算结果接近实际。3D打印成本主要由原材料、设备折旧、电费、保护气体费用、清粉和热处理等后处理费用以及人工费用组成，我们据此对单g钛合金3D打印成本进行了拆解。原材料费用当前国产TC4钛合金粉末的价格约600-800元/kg，我们取中间值为0.7元/g。设备折旧费用我们以配置4激光的SLM3D打印设备为例，为测算打印单g钛合金对应的设备折旧，需要考虑的关键参数为打印效率、每年设备运行时间和设备折旧年限。1）打印效率打印效率为测算中最为重要的参数。我们查询了铂力特和华曙高科官网，其标称的设备单激光打印效率均为25cm3/h，即每小时可以成型体积为25cm3的金属，目前市场上多按该效率进行相关测算。但铂力特对该数据进行了标注，表明打印效率与零件的形状、尺寸、材料和参数有关。我们查阅了铂力特和华曙高科过往公开的部分3D打印实际案例，涵盖航空航天、模具、汽车、医疗多个产业不同材质的打印产品，根据其给出的打印重量，打印时间，打印设备配置的激光数量以及查阅相应材料的密度，计算出过往打印案例中实际的单激光平均加工效率。经过我们的计算，在实际打印案例中单激光的平均打印效率约为2-6cm3/h，和设备标称的25cm3/h差异较大。我们认为设备商给出的效率为设备在理想工作状态下的瞬时峰值效率，但实际打印中为了保证材料致密无缺陷以及获得较高的表面质量，会在效率上进行妥协，使得每层的打印厚度和激光功率均无法设置成最高，此外每层打印间后都会有铺粉时间，该时间为非有效激光打印时间，但在计算平均打印效率时同样需要将非有效打印时间同样计算在内。诸多因素导致实际打印过程中平均效率会远低于标称的最大效率。我们认为通过过往实际打印案例测算出来的打印效率更具备参考意义，考虑到3C行业打印的产品标准化程度较高，因此效率可能会相较于过往的打印案例有所提升，我们认为3C钛合金产品实际打印效率为4-8cm3/h。2）每年设备运行时间3D打印设备并不能做到24h不间断加工，因为设备在完成一次零件打印后，需要停机进行零件获取，并对金属3D打印设备进行粉末清理、粉末装填、重新设定打印参数后再开始下一批次打印。由于成形尺寸越大的设备一次能够成形的零件尺寸越大、零件数量越多，其单次打印时间一般也越长，需要停机进行零件获取、粉末填充、设定参数等的频次较少，全年可实际运行的工作机时数也就越多。一般情况下尺寸越大的设备由于单次打印的时间长，每年可运行时间也越久。据铂力特2022年12月披露的《关于西安铂力特增材技术股份有限公司向特定对象发行股票申请文件的审核问询函的回复（豁免版）（修订稿）》，公司根据各类型金属3D打印设备历史运行及生产经验，每年金属3D打印设备运行时长分别为超大尺寸设备5400小时、大尺寸设备4860小时以及其他设备4050小时。我们认为大型和超大型3D打印设备主要用于航空航天领域，用于民用领域的通常为中小型设备，因此按照每年设备运行4050小时进行匡算较为合理。3）设备折旧年限金属3D打印设备的使用寿命通常在10年以上。铂力特2022年12月披露的《关于西安铂力特增材技术股份有限公司向特定对象发行股票申请文件的审核问询函的回复（豁免版）（修订稿）》中在进行相关测算时亦按照10年对设备进行折旧，因此我们假设设备折旧年限为10年。单台4激光3D打印设备目前的市场价格约为300万元。根据上述假设，我们分别按4、6、8cm3/h的效率对单g钛合金3D打印对应的折旧费用进行测算，并展示按照设备标称的25cm3/h效率测算出的对应折旧费用作为对比。通过计算，4、6、8cm3/h的单激光打印效率对应的单g钛合金3D打印设备折旧费用分别为1.029、0.686和0.514元，而若按照设备标称的25cm3/h的单激光打印效率，对应单g钛合金3D打印设备折旧费用仅为0.165元。电费根据铂力特官网的设备参数，4激光的S450设备功率不大于15kW，我们按照10kW进行测算，并假设工业用电费用为0.8元/kWh。计算得出4、6、8、25cm3/h的单激光打印效率对应的单g钛合金3D打印电费分别为0.111、0.074、0.056元和0.018元。气体费用钛合金打印过程中需要输入高纯氩气进行保护，防止金属氧化。根据华曙高科官网的设备参数，4激光的FS422M设备的气体消耗量为3-5L/min，我们按照5L/min进行测算。气体氩气和液体氩气的密度分别为1.784kg/m3和1400kg/m3，高纯液氩的价格约5元/L。计算得出4、6、8、25cm3/h的单激光打印效率对应的单g钛合金3D打印气体费用分别为0.027、0.018、0.013元和0.004元。其他费用除上述费用外，3D打印的其他费用包括其他制造费用，如清粉费用、线切割费用、热处理费用、外协加工费用等以及直接人工费用。据铂力特2022年12月披露的《关于西安铂力特增材技术股份有限公司向特定对象发行股票申请文件的审核问询函的回复（豁免版）（修订稿）》，公司金属3D打印定制化产品2019至2021年其他制造费用占收入比率分别为20.16%、22.35%、28.33%，并在2022年1-9月回落至23.49%，报告期内各完整会计年度平均值为23.61%。由于该部分费用涵盖了电费和气体费用，我们假设除设备折旧、电费和气体费用外其他制造费用占营收的20%，按照打印产品50%毛利率测算则占成本的比例为40%。根据铂力特招股说明书，2016-2018年公司3D打印定制化产品的直接人工费用占成本比值分别为16.00%、15.42%和18.78%，而根据铂力特2022年12月披露的《关于西安铂力特增材技术股份有限公司向特定对象发行股票申请文件的审核问询函的回复（豁免版）（修订稿）》，公司新扩产的3D打印定制化产品达产后直接人工费用占成本比值为10%左右，我们认为随着3D打印设备自动化水平的提高，对操作人员的数量要求逐步降低，且3C行业3D打印产品标准化程度高，对操作人员数量的要求不会高于铂力特新扩产的3D打印定制化产品生产线，因此假设直接人工费用占成本比值为10%。综上，其他费用在成本中的占比为50%。3D打印总成本依据以上测算，在单激光4、6、8和25cm3/h的加工效率下单g钛合金的3D打印成本分别为3.734、2.955和2.566和1.773元。目前钛合金3D打印的报价约为7元/g，铂力特2019-2022年3D打印定制化产品的毛利率分别为59.04%、59.71%、48.89%和58.64%，由于铂力特的3D定制化产品部分使用自产粉末材料，因此毛利率较高。我们假设钛合金3D打印毛利率为45-50%，则单g钛合金的3D打印的成本为3.5-3.85元，该价格与设定单激光效率为4cm3/h时测算出的成本接近，且大大高于按照单激光效率25cm3/h测算出的加工成本，这再一次佐证了实际加工过程中的的单激光平均效率远远无法达到标称的25cm3/h。3.2.2.3C行业钛合金部件3D打印相关市场空间测算测算3D打印设备需求量时，需要得知对于某一钛合金结构件，单台3D打印设备的年产能，测算年产能所需的数据为每年设备运行时间、激光数量、单激光加工效率和产品重量。我们在接下来的测算中继续沿用前述的每年设备运行时间为4050小时，设备激光数量为4，并采用成本测算结果最接近实际成本时对应的单激光效率为当前的效率水平，即4cm3/h。3.2.2.1.折叠屏手机轴盖钛合金轴盖重量：由于未查询到折叠屏手机轴盖的重量数据，我们使用了荣耀在折叠屏手机专利《同步转动装置、转轴机构及折叠式电子设备》中的产品图纸近似计算出了轴盖的体积为1.32cm3，按照钛合金密度4.5g/cm3计算得到钛合金轴盖重量为5.94g。由于3D打印过程中留有部分的后道加工余量以及存在支撑结构，最终成品的重量约为3D打印毛坯件的90%左右，据此假设3D打印钛合金轴盖毛坯件的重量为7g。我们测算了2023-2027年折叠屏手机钛合金轴盖的3D打印市场空间，其中做出了如下关键假设：1）根据TrendForce预测，2023年折叠手机的出货量将达到约1830万部，另据ITBEAR科技资讯，预计2027年折叠手机的出货量可能会达到7000万部。由于今年荣耀等厂商推出了有竞争力的新款折叠屏手机，对整体销量有一定的提振，我们谨慎预计2023-2027年折叠屏手机出货量分别为2000万部、2600万部、3500万部、4800万部和6500万部；2）2023-2027年折叠屏手机3D打印钛合金轴盖的渗透率分别为5%、15%、30%、50%和80%；3）2023-2027年单激光3D打印效率每年提高0.5cm3/h，分别为4.0、4.5、5.0、5.5和6cm3/h；4）2023-2027年4激光3D打印设备的价格每年降价20万元，分别为300万元、280万元、260万元、240万元和220万元；5）2023-2027年单g钛合金3D粉末价格每年降价10%，分别为0.7元、0.63元、0.57元、0.51元和0.46元；6）将如上数据带入我们此前的3D打印成本测算模型，可以得到2024-2027年单g钛合金3D打印成本分别为3.21元、2.79元、2.42元和2.11元；7）假设2023年单g钛合金3D打印价格为7元，随着市场规模的扩大，2024-2027钛合金3D打印产品的毛利率小幅下行，分别为47%、45%、43%和42%，对应2024-2027年单g钛合金3D打印价格分别为6.06元、5.07元、4.25元和3.64元；8）根据华曙高科招股说明书，其2021年采购的激光器和振镜均价分别为6.32和6.45万元，近年3D打印厂商正在逐步导入国产激光器和振镜，其中激光器的导入进度较快，假设2023年3D打印激光器和振镜的均价分别为5万元和6万元，并且随着国产化的推进，均价每年下降0.5万元。即2023-2027年激光器均价为5万元、4.5万元、4万元、3.5万元和3万元，振镜均价为6万元、5.5万元、5万元、4.5万元和4万元。依据以上数据，我们测算出每台四激光3D打印设备目前钛合金轴盖的年产能为4.17万个，2027年可提升至6.25万个。根据设备产能测算出的3D打印产品、3D打印设备、3D打印粉末、激光器和振镜的市场空间参见表格。3.2.2.2.AppleWatch表壳钛合金表壳重量：根据微机分WekiHome对第一代AppleWatchUltra手表的拆解，其钛合金表壳最终成品的重量为12.0g，由于3D打印过程中留有部分的后道加工余量以及存在支撑结构，最终成品的重量约为3D打印毛坯件的90%左右，据此假设3D打印钛合金表壳毛坯件的重量为14g。我们测算了2023-2027年AppleWatch钛合金表壳的3D打印市场空间，其中做出了如下关键假设：1）根据WatchFaces数据，苹果手表出货量从2015年的830万块提高到2022年的5390万块，另据Counterpoint数据，苹果手表2023年第二季度全球出货量同比下降10%。我们认为虽然2023年苹果手表销量有所下滑，但依靠持续创新，未来出货量仍有望保持小幅增长。我们预计2023-2027年AppleWatch出货量分别为5000万个、5500万个、6000万个、6500万个和7000万个；2）2023-2027年AppleWatch3D打印钛合金表壳的渗透率分别为0%、8%、20%、40%和80%；其余假设沿用测算轴盖时的3）~8）。依据以上数据，我们测算出每台四激光3D打印设备目前钛合金表壳的年产能为2.08万个，2027年可提升至3.12万个。根据设备产能测算出的3D打印产品、3D打印设备、3D打印粉末、激光器和振镜的市场空间参见表格。3.2.2.3.iPhone中框钛合金中框重量：由于目前iPhone15Pro采用了钛铝复合材料中框，所以无法获知全部采用钛合金时中框的实际重量，我们尝试对全钛合金的iPhone中框重量进行间接测算。上一代的iPhone14使用了铝合金中框，重量为172g，iPhone14Pro使用了不锈钢中框，重量为206g，我们假设两种型号的手机重量差异完全来自于中框材质的不同，不锈钢和铝合金的密度差为5.2g/cm3，据此可以测算出iPhone14手机中框体积为6.54cm3，如果中框材质更换为钛合金，依据钛合金密度4.5g/cm3可以测算出全钛合金的iPhone中框重量为29.4g。由于3D打印过程中留有部分的后道加工余量以及存在支撑结构，最终成品的重量约为3D打印毛坯件的90%左右，据此假设3D打印钛合金中框毛坯件的重量为35g。我们测算了2023-2027年iPhone钛合金中框的3D打印市场空间，其中做出了如下关键假设：1）根据迪赛智慧数，2015-2022年iPhone销量为1.96-2.38亿部之间，我们预计未来iPhone销量仍将保持相对稳定，预计2023-2027年iPhone出货量为2.2亿部；2）2023-2027年iPhone3D打印钛合金中框的渗透率分别为0%、0.3%、3%、10%和25%；其余假设沿用测算轴盖时的3）~8）。依据以上数据，我们测算出每台四激光3D打印设备目前钛合金中框的年产能为0.83万个，2027年可提升至1.25万个。根据设备产能测算出的3D打印产品、3D打印设备、3D打印粉末、激光器和振镜的市场空间参见表格。3.2.2.4.轴盖+表壳+中框市场空间合计对上述的测算结果进行加总，在2027年3D打印钛合金折叠屏轴盖80%渗透率，3D打印钛合金AppleWatch表壳80%渗透率，3D打印钛合金iPhone中框25%的渗透率前提下，2023-2027年累计的3D打印产品、3D打印设备、3D打印粉末、3D打印激光器和3D打印振镜的市场规模分别198.43亿元、164.40亿元、24.19亿元、9.41亿元和12.22亿元；2027年当年的3D打印产品、3D打印设备、3D打印粉末、3D打印激光器和3D打印振镜的市场空间分别为111.86亿元、83.29亿元、14.11亿元、4.54亿元和6.06亿元。此外，2027年轴盖+表壳+中框对3D打印设备的累计需求数量超过7000台，当年新增需求量达到3786台，作为对比，根据WohlersAssociates统计，2021年全球金属3D打印设备销量仅为2397台，3C行业有望为金属3D打印设备贡献巨大的增量市场。3.3.为什么我们看好3D打印在3C行业的应用前景3.3.1.多路径降本，3D打印经济效益值得期待依靠原材料降价、设备降价和加工效率提升三个方面，3D打印依然有极大的降本空间。决定一种新工艺能否在工业上用于大批量生产，在最终的加工效果接近的前提下，很大程度上取决于新工艺相较于传统工艺是否具备成本优势。在荣耀折叠屏手机已经采用3D打印进行钛合金轴盖批量化生产的背景下，我们有理由相信目前对于3C行业的小型钛合金结构件而言，使用3D打印路线的全流程生产成本已与传统的CNC路线全流程生产成本差距不大。按照7元/g的钛合金3D打印价格，目前钛合金轴盖、表壳和中框在3D打印环节的价格分别为49元、98元和245元。若我们前文中对原材料、加工效率和设备价格所假设的变化得以实现，则2027年钛合金轴盖、表壳和中框在3D打印环节的价格将下探至25.5元、51.0元和127.4元，相较于目前价格降幅接近一半。事实上，我们认为此前对原材料、加工效率和设备价格变化所做出的假设均有望实现。原材料近年来，钛合金3D打印粉末价格降幅巨大。金属3D打印应用方兴之时，粉末材料及其昂贵，根据两江科技评论公众号2019年1月16日发布的文章《南科大：一种将3D打印钛材料价格降低10倍的方法》，当时高品质进口钛粉的价格超过3000元/kg，国产粉的价格也在2600元/kg以上，根据宝鸡博创达钛业有限公司公众号2021年12月31日发布的文章《3D打印增材制造用钛合金的种类、应用、粉末制备技术，及市场用量情况》，当时国产和进口钛合金3D打印粉末价格基本在1300-1800元/kg，目前该数据为600-800元/kg。可以看出钛合金3D打印粉末近年的降价速度极快，但通过改进制粉工艺、提高得粉率和回收制粉等措施，以及需求增长带来的规模效应，未来粉末材料仍然存在较大降本空间。根据南极熊3D打印今年9月25日发布的报道文章《钛合金再生粉3D打印抗拉强度高达1500兆帕，国内已实现量产，TC4价格低至300元/kg》，国内厂商思锐增材通过钛合金粗粉废料回收再制粉已实现量产，制得的TC4粉末价格低至300元/kg，该价格甚至远低于我们做出的2027年钛合金粉末价格降至0.46元/g的假设。因此，我们认为给予钛合金3D打印粉末每年10%的降价幅度是合理审慎的。设备目前国产的激光3D打印设备大部分搭载了进口激光器和扫描振镜，激光器厂商主要为IPG，扫描振镜厂商主要为Scanlab、诺万特等，目前国内的3D打印设备商正在尝试导入国产的激光器和振镜，并取得了一定的进展。根据华曙高科公告的《发行人及保荐机构回复意见》，其2019-2021年间采购的Scanlab振镜均价为5.2-5.6万元，而2020年采购国产菲镭泰克振镜的均价为3.8万元；2019-2021年间采购的IPG激光器均价为7.5-11.6万元，同时期内采购的国产创鑫激光激光器的均价为3.8-4.1万元，国产振镜和激光器价格显著低于进口品牌。3C行业对3D打印设备的稳定性要求低于航空航天，有望大规模导入国产核心零部件，推动设备的降本。此外目前3D打印设备的销量较小，规模化后同样能够驱动降本。因此，我们认为给予3D打印设备每年20万元的降幅是合理审慎的。加工效率相较于3D打印过往的应用领域，3C行业的产品高度标准化，对于单一产品，当工艺不断成熟后加工效率有望得到提高。因此，我们认为给出每年单激光提高0.5cm3/h的假设是合理审慎的。3D打印未来的降本空间值得期待，而作为一种应用成熟的加工工艺，CNC的降本会较为缓慢。我们认为未来钛合金3D打印相对于CNC加工的经济性有望逐步显现。3.3.2.3D打印符合ESG理念3D打印还存在一个附加优势，即相较于传统的CNC工艺更加符合ESG的理念。ESG评价体系以环境（Environmental）、社会（Social）以及公司治理（Governance）三方面为核心，其中“E”聚焦环境，涵盖污染排放，能源和水等自然资源的使用，业务活动对环境和资源的影响，温室气体排放，碳足迹，生物多样性等内容。根据贝哲斯咨询，3D打印能够节省材料、降低能耗。据美国能效和可再生能源局，相较于传统制造方法，增材制造可以将材料成本和浪费降低近90%，同时将能耗降低25%。同时，目前越来越多的3D打印支持材料回收循环，进而减少材料浪费。ESG方面的显著优势使得对于注重ESG的公司而言，在3D打印相较于CNC尚未完全显现经济性效益时即会考虑使用3D打印工艺。4.复盘CNC在3C行业的应用历史，3D打印循步前行CNC是计算机数字控制机床(Computernumericalcontrol)的简称，是一种由程序控制的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。CNC主要用于大规模的加工零件，其加工方式包括车外圆，镗孔，车平面等等。可以编写程序，适用于批量生产，生产过程的自动化程度较高。自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床不断发展。在3C行业，CNC被用于各种金属外观件、结构件等的加工，使用到的CNC设备包括加工中心、钻铣攻牙机、精雕机和雕铣机等。CNC在3C行业得到大规模应用，苹果公司起到了极为重要的引领作用。始于MacBook2008年史蒂夫·乔布斯从一个马尼拉信封中取出了两磅重的MacBookAir笔记本电脑，震惊世界。它的最厚处仅为0.76英寸，是有史以来最薄的笔记本电脑，而完成这一壮举主要归功于CNC工艺。MacBook使用了铝合金一体成型(Unibody)工艺，铝合金机身通过CNC机床精密加工，外壳的制造过程从铝块开始，经过多种不同的CNC加工工艺，包括钻孔、切割平面、铣削曲线以及对铝进行总体成型，以打造出笔记本电脑的精密外壳。根据FinancialTimes报道，当时CNC机床已经存在几十年，只不过每台价值超过50万美元，并且通常只用于少量制造产品原型。三位前苹果制造工程师称，为了生产MacBook系列产品，公司买了一万多台CNC机床，实现了乔布斯所说的“一种全新的制造笔记本电脑的方式”。向iPhone和iPad延伸继MacBook之后，苹果进一步将CNC工艺向其他产品延伸。2010年苹果推出iPhone4，采用前后双玻璃机身+CNC不锈钢中框工艺，在不锈钢边框内部构造上，并没有像Touch系列一样通过点焊来实现，而是由CNC直接在边框上切削出形状，难度系数更高。但是这样的机身设计让iPhone4大放异彩，成为了苹果历史上最成功的一款手机。而后苹果后续又将Unibody技术运用到iPhone5，手机外壳为全CNC加工，并且在iPad外壳上也应用了CNC工艺。iPhone和iPad导入CNC工艺进一步催生了苹果公司对CNC机床的需求，根据FinancialTimes报道，当时苹果与全球最大的专业数控系统生产厂家日本Fanuc达成协议，协议内容为苹果将在未来数年内购买Fanuc生产的所有CNC机床。但这仍难以满足苹果的需求，苹果公司还在全球范围内继续搜罗其他厂家的先进CNC机床。其他厂商的跟随在苹果引领下，手机消费者已经普遍认同金属外观是“高档元素”，这对整个产业链带来了重要影响。随着苹果的CNC金属外壳取得成功，其余手机厂商纷纷开始大量采用金属外壳。据国际金属加工网，2015年数控机床行业整体下滑，但是华为、小米、魅族、中兴、酷派、联想等国产手机品牌对CNC需求持续增加，为3C加工市场配套的钻攻中心机是当时CNC最火的机型。CNC机床如今早已成为的3C加工厂商配置最多的设备。复盘CNC在3C行业的应用历史，我们认为当前或处于3D打印在3C行业需求爆发的前夜。相比于CNC，3D打印具备更高的设计自由度和更快的产品验证速度，同时具备突出的ESG优势。今年7月荣耀首次使用3D打印进行钛合金轴盖的量产，此后彭博社的马克·古尔曼和知名苹果分析师郭明錤均表示苹果正在积极尝试3D打印技术，并计划采用3D打印进行钛金属部件的生产。如同金属外壳的使用促使苹果选用了CNC工艺，如今钛金属的使用同样使得苹果和荣耀等厂商开始使用3D打印工艺。15年前，人们不会想到昂贵的CNC机床能被用于3C行业大批量生产，彼时的CNC和如今的3D打印一样，多被用于原型件加工，但在苹果