3D打印行业研究：3C行业应用钛合金最受益环节

（报告出品方/作者：东北证券，韦松岭、凌展翔）

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 Nano Molding Technology)，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 200 kHz 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 iPhone X 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 Magic V2 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 Magic V2 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 iPhone 15 Pro 手机和 Apple Watch Ultra 2 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 iPhone 14 Pro，使用钛 合金边框的 iPhone 15 Pro 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 14 Pro 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 Power Book G4 上，苹果就首次尝试了 钛金属。在 iPhone 5 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 Apple Watch Series 5 和 Apple Card。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。www.tai114.com  钛

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 Magic V2 折叠屏手机轴盖和 Apple Watch Ultra 2 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 iPhone 15 Pro 和小米 14 Pro 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；③ TiAl3 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 Magic V2 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（Selective Laser Melting，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 SLM 3D 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 25 cm3 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 2-6 cm3 /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、8 cm3 /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 25 cm3 /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 1.32 cm3，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 0.5 cm3 /h，分别为 4.0、4.5、5.0、5.5 和 6 cm3 /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. Apple Watch 表壳

钛合金表壳重量：根据微机分 WekiHome 对第一代 Apple Watch Ultra 手表的拆解， 其钛合金表壳最终成品的重量为 12.0 g，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 Apple Watch 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 Watch Faces 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 Apple Watch 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 Apple Watch 3D 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 iPhone 15 Pro 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 iPhone 14 使用了铝合金中框，重量为 172g，iPhone 14 Pro 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 iPhone 14 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 4.5 g/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 iPhone 3D 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 Apple Watch 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Wohlers Associates 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(Computer numerical control)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 MacBook

2008 年史蒂夫·乔布斯从一个马尼拉信封中取出了两磅重的 MacBook Air 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 Financial Times 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 iPhone 4，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 iPhone 4 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 Financial Times 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，但在苹果的引领下， 短短数年间 CNC 就成为了 3C 加工的标配。如今，我们或许又一次站在了新的起点。

5.重点公司分析

5.1. 华曙高科

公司为国内工业级 3D 打印领航企业。公司深耕粉末床 3D 打印技术领域，创始人 许小曙博士为行业内知名的粉末床 3D 打印专家，拥有超 30 年的研发经验。设备方 面，公司为市场上少有的同时拥有工业级金属 3D 打印设备和高分子 3D 打印设备 成熟制造能力的企业；材料方面，公司自研高分子 3D 打印粉末，打破国外厂商垄 断；软件方面，公司设备搭载的软件均具有完整自主知识产权，且软件功能向客户 开源；服务方面，公司为客户提供工艺开发、小批量验证等全方位的技术支持服务。 公司已形成 3D 打印设备-材料-软件-服务四位一体的完整布局。公司大力开拓海外 市场，22 年海外市场的营收占比由 21 年的 17%大幅提高到 37%。海外对工业 3D 打印的需求更为多样，公司与海外众多行业内的头部企业密切合作探索 3D 打印前 沿应用场景，有望在 3D 打印产业化进程中率先受益。

产能方面：根据华曙高科招股说明书，2019-2021年公司 3D 打印设备产能分别为 98 台、102台和164 台。根据华曙高科公众号 2023 年 1 月 6 日发表的《华曙高科产能 全面提升：新材料研发基地投产，设备制造厂房扩容》一文，自 2022 年 9 月起，公 司新增超5000平方米3D打印设备制造厂房，目前设备制造厂房总面积扩增至11000 平方米，月产能实现翻番。根据华曙高科《发行人及保荐机构回复意见》，公司 IPO 募投项目之一为增材制造设备扩产项目，该扩产项目建设期为 2 年，建设完成后 3 年达产，达产后预计新增 381 台 3D 打印设备。我们预计公司目前的规划产能达产 后总的 3D 打印设备产能超过 700 台。

5.2. 铂力特

公司为国内最大的激光粉末床 3D 打印设备商，并延伸 3D 打印粉末材料和 3D 打印 服务业务。公司为用户提供全方位的金属增材制造与再制造技术解决方案，包括： 设备、打印服务、原材料、技术服务等。公司在航空航天 3D 打印领域具备突出优 势，2022 年航空航天业务营收达到 6.38 亿元，同比增长 101.71%，占营收之比达到 69.46%。 产能方面：根据铂力特招股说明书，公司 2016-2018 年 SLM 激光 3D 打印设备产量 分别为 36 台、41台和81 台，公司 IPO 募集资金主要投向金属增材制造智能工厂建 设，但未查询到募投项目增加的产能数据。公司 2022 年底发布定增计划，据公司发 布的《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）》，公司此次定增项目主要用于增加金属 3D 打印 定制化产品机时和金属 3D 打印粉末材料产能，规划满产产值超过 21 亿元。此外， 公司2021年以自有资金投资金属增材制造产业创新能力建设项目，达产后增加1000 台金属 3D 打印设备产能，目前项目仍在建设期。我们预计公司所有在建产能达产 后金属 3D 打印设备产能或接近 1500 台。

5.3. 金橙子

公司为国内领先的激光振镜控制系统厂商。公司成立于 2004 年，深耕激光加工控 制领域，主要产品包括激光加工控制系统、激光系统集成硬件和激光精密加工设备， 其中控制业务占比超过 70%。公司的激光加工控制系统以激光振镜控制系统为主， 激光振镜控制系统出货量约占国内市场的 1/3，其他厂商占比均不超过 10%，公司 领先地位明显。 公司大力突破高精密扫描振镜技术。凭借公司在激光加工控制系统领域的技术优势 和客户积累，公司持续为客户提供集成硬件的解决方案，包括扫描振镜、激光器和 场镜等，此前该部分业务以外购成品经调试后销售为主。目前国内高端振镜绝大部 分被美国 CTI、Novanta（诺万特）和德国 Scanlab 等海外厂商占据，国产 3D 打印 公司设备大多采用了这些厂商生产的振镜产品。公司自 2019 年开始自研扫描振镜 核心部件振镜电机和电机控制卡，目前搭载自产电机和控制卡的振镜产品已逐步实 现销售，公司的振镜产品将和控制系统实现软硬件协同发展，助力高端扫描振镜的 国产替代。若未来 3D 打印设备需求迎来爆发，公司作为潜在的国产 3D 打印扫描 振镜供应商有望受益。 关于金橙子的详细研究可参见我们于 2023 年 10 月 11 日发布的公司深度报告《激 光加工设备产业系列深度报告（四）：软件为体，硬件为翼，推动精密激光加工核心 部件国产替代》。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。