鈦合金3D打印行業(yè)專(zhuān)題報(bào)告：來(lái)自消費(fèi)電子的啟示

鈦合金3D打印行業(yè)專(zhuān)題報(bào)告：來(lái)自消費(fèi)電子的啟示鈦合金成為3D打印進(jìn)入消費(fèi)電子的切入點(diǎn)消費(fèi)電子廠商深度布局鈦合金材料鈦合金材料在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深化。消費(fèi)電子領(lǐng)域的產(chǎn)品很早就開(kāi)始使用鈦合金材料，蘋(píng)果早在2019年發(fā)布的AppleWatchS5系列中就提供了鈦合金邊框的版本，后續(xù)的AppleWatchUltra開(kāi)始標(biāo)配鈦合金邊框，2023年秋季新發(fā)布的iPhone15Pro版本也開(kāi)始標(biāo)配鈦合金中框。華為在2022年發(fā)布的折疊屏手機(jī)MateXs2結(jié)構(gòu)件中采用鈦合金材料，并在2023年新發(fā)布的智能手表Watch4Pro中使用了鈦合金邊框。受益于鈦合金在輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕等性能方面的優(yōu)勢(shì)，主要消費(fèi)電子廠商紛紛開(kāi)展布局。為什么消費(fèi)電子要使用鈦合金：高強(qiáng)度和輕量化的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品升級(jí)導(dǎo)致智能手機(jī)重量上升。智能手機(jī)伴隨著代際更新質(zhì)量越來(lái)越大，主要原因一是手機(jī)大屏化趨勢(shì)導(dǎo)致尺寸擴(kuò)大而重量提升；二是大容量電池的裝配，手機(jī)基于對(duì)長(zhǎng)續(xù)航的需求以及芯片性能提升導(dǎo)致功耗增大，對(duì)大容量電池的需求隨之提升；三是其他配件的堆積，高功耗芯片帶來(lái)散熱系統(tǒng)的升級(jí)，以紅魔游戲手機(jī)6SPro為例，其內(nèi)置ICE7.0九層立體散熱系統(tǒng)，包括但不限于2萬(wàn)轉(zhuǎn)/分的高速離心風(fēng)扇、超導(dǎo)銅箔、高導(dǎo)熱凝膠等，更多的硬件導(dǎo)致整體重量不斷增大。鈦合金兼具高強(qiáng)度和輕量化優(yōu)勢(shì)。鈦合金強(qiáng)度較高，據(jù)搜鈦網(wǎng)數(shù)據(jù)，TC4鈦合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別可達(dá)到960Mpa和892Mpa，高于304不銹鋼的520Mpa和205Mpa以及A380鋁合金的320Mpa和160Mpa。同時(shí)鈦合金具備良好的耐腐蝕性，在高溫的中性或弱酸性的氧化物溶液中具有高度穩(wěn)定性。鈦合金的密度比不銹鋼材料低，TC4鈦合金與304不銹鋼的密度分別為4.51g/cm3和7.93g/cm3，這使鈦合金在同體積下重量更小。蘋(píng)果Ultra手表標(biāo)配鈦合金邊框，據(jù)我們測(cè)算相比使用不銹鋼，鈦合金邊框能夠減輕全機(jī)重量的12.9%。鈦合金與3D打印的結(jié)合成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)鈦合金與3D打印的結(jié)合成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)小，切割過(guò)程中局部快速升溫而熱量難以釋放，因此采用減材制造的加工方式難度大，而3D打印以增材制造的工藝較好地規(guī)避了傳統(tǒng)方式的弊端，兩者結(jié)合有望成為發(fā)展新趨勢(shì)。例如，國(guó)外手表廠商Barrelhand和頭部3D打印設(shè)備商Materialise開(kāi)展合作，采用3D打印工藝制作鈦合金手表殼，榮耀發(fā)布的新款折疊屏手機(jī)MagicV2在折疊屏鉸鏈的軸蓋部分采用鈦合金3D打印工藝，成為全球首款采用鈦合金鉸鏈的折疊旗艦機(jī)，也是3D打印鈦合金工藝首次在手機(jī)上大規(guī)模使用。為什么要用3D打印來(lái)制作鈦合金結(jié)構(gòu)件？（1）傳統(tǒng)機(jī)加工鈦合金難度高。相比于不銹鋼、鋁合金，傳統(tǒng)機(jī)加工在面對(duì)鈦合金時(shí)存在一定難度。這主要是因?yàn)殁伜辖鸬臒釋?dǎo)率低，常見(jiàn)TC4鈦合金熱導(dǎo)率僅7.96W/m·K，遠(yuǎn)低于不銹鋼及鋁合金。這就導(dǎo)致鈦合金在加工中熱量易聚集，局部升溫快。據(jù)先進(jìn)制造技術(shù)網(wǎng)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)切割方式能使鈦合金局部升溫至1000℃以上，一方面導(dǎo)致刀具的刃口磨損、崩裂和生成積屑瘤，縮短刀具壽命，另一方面局部高溫也破壞了鈦合金的表面完整性，導(dǎo)致精度下降并減少其疲勞強(qiáng)度。據(jù)艾邦高分子數(shù)據(jù)，采用鈦合金材料的手機(jī)中框整體良率約30%-40%，遠(yuǎn)低于鋁合金中框的80%。傳統(tǒng)機(jī)加工其他金屬的工藝已相對(duì)成熟。不銹鋼和鋁合金的價(jià)格相比鈦合金更便宜，同時(shí)不銹鋼與鋁合金的熱導(dǎo)率更高，在采用傳統(tǒng)減材工藝制造時(shí)不會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似鈦合金加工時(shí)的問(wèn)題，因此通過(guò)CNC或壓鑄的加工工藝已非常成熟，原材料價(jià)格與加工成本均較低，短期內(nèi)使用3D打印工藝的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)不足。（2）3D打印的技術(shù)工藝較好地適配了鈦合金零部件的制備。a、以SLM技術(shù)為代表的金屬3D打印不同于傳統(tǒng)CNC對(duì)板、棒材的減材制造，SLM是通過(guò)對(duì)金屬粉末激光熔融而層層累積成形的增材制造工藝，這就從技術(shù)路線(xiàn)上規(guī)避了對(duì)鈦合金進(jìn)行切割時(shí)的弊端；b、增材制造層層打印成形的工藝對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)具有低成本敏感性，因此加工時(shí)的設(shè)計(jì)自由度高，可以通過(guò)更多的內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化；c、3D打印設(shè)備通過(guò)大尺寸設(shè)計(jì)以及搭載更多數(shù)量的激光頭，可實(shí)現(xiàn)一次多個(gè)成形，打印效率顯著提升；d、3D打印是一體化成形的技術(shù)，相比于切割加工，其產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)件具備更優(yōu)的強(qiáng)度和一致性。（3）3D打印鈦合金工藝對(duì)折疊屏手機(jī)性能提升顯著。2023年7月榮耀發(fā)布新款折疊屏手機(jī)MagicV2，在折疊處的關(guān)鍵零件鉸鏈中使用了鈦合金材料，鉸鏈的主要作用是輔助柔性屏對(duì)折，對(duì)手機(jī)的耐久度、折疊狀態(tài)的貼合度、展開(kāi)狀態(tài)的平整度發(fā)揮著重要作用。據(jù)榮耀官方數(shù)據(jù)，得益于鈦合金鉸鏈的應(yīng)用，MagicV2的折疊厚度低至9.9mm，展開(kāi)厚度僅4.7mm，較鋁合金材料強(qiáng)度提升150%，可實(shí)現(xiàn)40余萬(wàn)次折疊，重量?jī)H231g，性能指標(biāo)領(lǐng)先市場(chǎng)上絕大部分的折疊屏手機(jī)。3D打印與CNC、MIM工藝之間是怎樣的關(guān)系？3D打印與CNC之間互補(bǔ)與替代關(guān)系并存（1）結(jié)構(gòu)端3D打印可部分替代CNC加工。由于3D打印對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件具有低成本敏感性，增材制造的方式即決定了其適用于加工內(nèi)部較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，因此當(dāng)加工件涉及到曲面形狀且內(nèi)部具有較多中空結(jié)構(gòu)時(shí)，3D打印可以替代CNC工藝。此外3D打印具備較高的定制化特點(diǎn)，因此在醫(yī)療骨科植入物具有較廣闊的應(yīng)用前景。（2）材料端3D打印與CNC加工互補(bǔ)。針對(duì)鈦合金、高溫合金等較難加工材料，增材制造通過(guò)層層鋪粉加工累積成型，從技術(shù)原理上規(guī)避了傳統(tǒng)機(jī)加工在切削過(guò)程中易產(chǎn)生的弊端。因此，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(shí)加工后的毛坯件也需要后續(xù)的退火、線(xiàn)切割及拋光打磨環(huán)節(jié)，數(shù)控研磨拋光機(jī)床在后處理環(huán)節(jié)中將進(jìn)一步精細(xì)化處理，兩種工藝可互為補(bǔ)充。（3）兩種工藝互補(bǔ)與替代關(guān)系并存，經(jīng)濟(jì)性是選擇時(shí)的重要考量因素。以鈦合金材料的加工為例，3D打印的優(yōu)勢(shì)是原材料利用率高、良品率高、支持復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而CNC的優(yōu)勢(shì)則在于打印尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度適中、規(guī)?；a(chǎn)時(shí)的單品成本較低。3D打印與MIM工藝以互補(bǔ)為主MIM具備高效批量化生產(chǎn)能力，在我國(guó)主要應(yīng)用于消費(fèi)電子什么是MIM？金屬粉末注射成形（MetalInjectionMolding，MIM）工藝是將粉末冶金工藝與塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合的新型近凈型成形技術(shù)。技術(shù)原理是：首先將金屬粉末與粘結(jié)劑混合制粒，再將制得的粉末顆粒注射進(jìn)入提前制作好的模具中粘黏成型，之后通過(guò)酸催化脫黏，再進(jìn)行燒結(jié)，部分燒結(jié)產(chǎn)品還需要進(jìn)一步的熱處理、機(jī)加工才會(huì)形成最終成品。由于一旦完成模具制作即向其中注射制成的顆粒即可，所以MIM工藝具有定制化、批量化生產(chǎn)的天然優(yōu)勢(shì)，適用于體積微小、內(nèi)部較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件的高效生產(chǎn)，可適配鈦合金、硬質(zhì)合金、鎳基合金、不銹鋼、銅合金等多種金屬材料。MIM針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件具備高效的批量化生產(chǎn)能力。MIM采用注射成型的工藝，在完成模具制造后向其中注入混合料即可，設(shè)計(jì)自由度高，通過(guò)模具即可支持復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的批量化生產(chǎn)。此外，MIM工藝支持不銹鋼、鋁合金、鎳基合金、鈦合金、高溫合金等多種金屬材料的生產(chǎn)，適用范圍廣；通過(guò)后處理流程，成型結(jié)構(gòu)件在密度、強(qiáng)度、表面光潔度等重要指標(biāo)上與其他工藝相比的綜合優(yōu)勢(shì)顯著。MIM工藝應(yīng)用廣泛，我國(guó)以消費(fèi)電子為主。我國(guó)MIM市場(chǎng)穩(wěn)定成長(zhǎng)，據(jù)中商產(chǎn)研院測(cè)算，預(yù)計(jì)2022年我國(guó)MIM市場(chǎng)規(guī)模達(dá)95億元，2016-22年CAGR為11.7%，預(yù)計(jì)至2026年中國(guó)MIM市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到141億元，2022-26年CAGR為10.4%。據(jù)華經(jīng)產(chǎn)研院數(shù)據(jù)，全球MIM市場(chǎng)主要由中國(guó)和歐美等區(qū)域構(gòu)成，中國(guó)是全球最大的市場(chǎng)，占據(jù)全球市場(chǎng)份額的41%，歐洲和北美市場(chǎng)各占17%的份額。從下游應(yīng)用來(lái)看，中國(guó)MIM市場(chǎng)應(yīng)用主要集中于消費(fèi)電子領(lǐng)域，包括手機(jī)SIM卡槽、裝飾圈、散熱風(fēng)扇、線(xiàn)圈馬達(dá)等零部件，具體分類(lèi)看，手機(jī)/智能穿戴/電腦/五金/醫(yī)療/汽車(chē)的占比分別為56.3%/11.7%/8.3%/6.9%/4.5%/3.5%，與歐美市場(chǎng)以軍工、醫(yī)療和汽車(chē)為主的格局存在顯著差異。為什么要討論3D打印與MIM的關(guān)系：來(lái)自折疊屏手機(jī)的催化折疊屏手機(jī)市場(chǎng)保持高景氣，價(jià)格下探推動(dòng)滲透率向上。據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)折疊屏手機(jī)出貨量近330萬(wàn)臺(tái)，同比+118%。進(jìn)入2023年折疊屏勢(shì)頭不減，中國(guó)市場(chǎng)23Q2出貨量達(dá)126萬(wàn)臺(tái)，同比+173%，在智能手機(jī)市場(chǎng)中的滲透率由22Q2的0.7%提升至23Q2的1.9%。伴隨著技術(shù)成熟及良品率提升，折疊屏手機(jī)的成本下降帶動(dòng)終端售價(jià)下探，平價(jià)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)占比提升有望推動(dòng)折疊屏手機(jī)的滲透率進(jìn)一步提升，據(jù)IDC數(shù)據(jù)，中國(guó)市場(chǎng)23Q2中1000美元以上產(chǎn)品份額已由一年前的92.8%降至54.6%；其中豎折產(chǎn)品最低價(jià)已下探到400-600美元，23Q2市占率達(dá)46.6%，同比+10.4pcts。鉸鏈?zhǔn)钦郫B屏手機(jī)的核心增量，品質(zhì)好壞將直接影響用戶(hù)體驗(yàn)。折疊屏手機(jī)主要包括橫向內(nèi)折、橫向外折和豎向內(nèi)折的三種折疊形態(tài)。鉸鏈?zhǔn)悄壳疤幚韽澱厶幍闹髁骷夹g(shù)，也是折疊屏手機(jī)的主要成本增量。以三星GalaxyFold為例，據(jù)頭豹產(chǎn)研院數(shù)據(jù)，其整機(jī)物料成本為636.7美元，比GalaxyS9+高出260.7美元，其中主要的增量來(lái)自機(jī)械結(jié)構(gòu)件和顯示模組兩塊，成本增幅分別為193.6%和177.0%，原因是鉸鏈、蓋板帶來(lái)的新增結(jié)構(gòu)件，以及屏幕成本隨著面積擴(kuò)大而增加。鉸鏈負(fù)責(zé)折疊屏的開(kāi)合和懸停，使在非折疊狀態(tài)下的兩塊屏幕能夠完全延展并實(shí)現(xiàn)貼合，并兼具耐久度和穩(wěn)定性。因此，鉸鏈品質(zhì)的好壞將直接影響折疊屏展開(kāi)時(shí)的觀感和使用體驗(yàn)，是用戶(hù)是否選擇購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品的重要考量因素。鉸鏈形態(tài)由U型向水滴型發(fā)展，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價(jià)值量進(jìn)一步提升。折疊屏手機(jī)的鉸鏈形態(tài)可分為U型和水滴型兩種。三星是U型鉸鏈技術(shù)的代表廠商，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本低，但因?yàn)閺澱郯霃叫?，通常?.5mm左右，容易造成更深的折痕，折疊屏展開(kāi)時(shí)的平面效果欠佳。華為、榮耀和OPPO是水滴型鉸鏈的代表廠商，水滴型具備更大的彎折半徑，例如OPPO的FindN的水滴鉸鏈彎折半徑達(dá)3.0mm，在折疊時(shí)屏幕彎折和形變分散范圍大，塑性變形小，折痕不明顯?？紤]到水滴型較鏈在控制折痕方面的優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)未來(lái)水滴型將成為主流。據(jù)賽諾市場(chǎng)研究公眾號(hào)，2020年折疊屏鉸鏈中U型鉸鏈占比60%，2021年水滴型鉸鏈加速滲透，份額達(dá)到65%。3D打印與MIM均被應(yīng)用到鉸鏈加工中。3D打印被用于制作折疊屏鉸鏈的軸蓋，據(jù)榮耀官網(wǎng)，MagicV2折疊屏手機(jī)鉸鏈的軸蓋部分首次采用鈦合金3D打印工藝，寬度相較于鋁合金材質(zhì)降低27%，強(qiáng)度卻提升150%，完美平衡了輕薄與可靠性。鉸鏈內(nèi)部零件基本采用MIM工藝，因鉸鏈內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由上百個(gè)體積不足0.5立方厘米的零部件組裝而成，例如小米MIXFold3的龍骨轉(zhuǎn)軸共有198個(gè)零件，vivo的XFold的鉸鏈部分共計(jì)174個(gè)零部件。這些小體積、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件主要采用MIM工藝制作。3D打印與MIM主要是互補(bǔ)關(guān)系，兩者適配不同的場(chǎng)景。MIM適用于小型件的批量化高精度加工，經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用場(chǎng)景常見(jiàn)于50g以?xún)?nèi)，零件尺寸在25mm左右，最大不超過(guò)150mm。因?yàn)镸IM涉及到后續(xù)燒結(jié)處理會(huì)導(dǎo)致零件公差一般為尺寸大小的0.3%-0.5%，因此當(dāng)零件尺寸過(guò)大時(shí)，對(duì)應(yīng)的公差也會(huì)變大，將會(huì)不符合設(shè)計(jì)要求，而額外的機(jī)加工二次工序又會(huì)增加成本。對(duì)3D打印而言，首先不存在制模需求，更適用于定制化生產(chǎn)，伴隨著大尺寸設(shè)備的推出，針對(duì)大體積件的打印更具優(yōu)勢(shì)，因此3D打印相較于MIM在大體積、定制化、高復(fù)雜度的加工過(guò)程中更具優(yōu)勢(shì)，兩者適配領(lǐng)域不同，以互補(bǔ)關(guān)系為主。此外，3D打印可以幫助MIM制作模具，具備成本低、快速交付的優(yōu)勢(shì)。如何測(cè)算3D打印的成本和未來(lái)的降本路徑？3D打印的典型案例成本測(cè)算：打印環(huán)節(jié)+后處理環(huán)節(jié)3D打印能否推廣最終還是落實(shí)到對(duì)經(jīng)濟(jì)性的考慮。雖然主要消費(fèi)電子廠商已布局鈦合金材料，但選擇3D打印的仍是少數(shù)，榮耀MagicV2也僅是使用3D打印制作鈦合金鉸鏈軸蓋這一小部件。能否推廣的核心是權(quán)衡經(jīng)濟(jì)性：鈦合金3D打印的優(yōu)勢(shì)是原材料利用率高、良品率高、支持加工內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)機(jī)加工的優(yōu)勢(shì)則在于打印件尺寸較大、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、規(guī)?；a(chǎn)時(shí)的單品成本較低。因此，應(yīng)當(dāng)符合的規(guī)律是：打印件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積適中、打印數(shù)量有限時(shí)，鈦合金3D打印相比傳統(tǒng)機(jī)加工更具優(yōu)勢(shì)。我們以某款消費(fèi)電子設(shè)備的鈦合金結(jié)構(gòu)件為例，測(cè)算采用SLM設(shè)備時(shí)的成本。我們以鉑力特BLT-S600設(shè)備的配置為基準(zhǔn)，并參考論文《SLM打印金屬零件成本分析與預(yù)測(cè)模型》（陳未，浙江大學(xué)，2019）的假設(shè)方式來(lái)測(cè)算其成本。我們將討論聚焦于成本測(cè)算和未來(lái)的降本增效：首先將成本測(cè)算分為兩部分，一部分是3D打印過(guò)程中的成本，另一部分是后處理過(guò)程中的成本，通過(guò)計(jì)算總成本來(lái)得出3D打印平均單個(gè)成本；之后我們考慮未來(lái)降本影響，降本的方向主要是原材料及核心零部件的國(guó)產(chǎn)化帶來(lái)的成本降低，后處理優(yōu)化帶動(dòng)的良品率提升，與流程自動(dòng)化下的人力成本投入減少。打印環(huán)節(jié)：（1）我們先測(cè)算打印成本，打印階段的成本包括原材料粉末成本、氣體消耗成本、人工操作成本、電費(fèi)、設(shè)備折舊等；（2）首先我們計(jì)算出打印個(gè)數(shù)，通過(guò)目標(biāo)打印件的單個(gè)占地面積和整個(gè)基板的面積，考慮到間隙后假設(shè)一個(gè)基板一次性可打印150個(gè)零部件，我們的測(cè)算是考慮一次性打印整個(gè)基板的數(shù)量的總成本和對(duì)應(yīng)的單個(gè)成本；（3）原材料成本上，我們基于單個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量，在假設(shè)90%的原材料利用率后，結(jié)合假設(shè)的原材料價(jià)格以及打印數(shù)量，計(jì)算出所需原材料粉末的成本；（4）氣體消耗成本上，我們已知設(shè)備成形倉(cāng)體積，參考所選論文考慮惰性氣體的流動(dòng)性和部分重復(fù)利用性，假設(shè)按照成形倉(cāng)比例的開(kāi)始?xì)怏w體積減去結(jié)束時(shí)體積作為消耗量；（5）人工操作成本包括設(shè)備工作前的系統(tǒng)設(shè)置調(diào)試成本以及打印結(jié)束后的清粉時(shí)間，以假設(shè)工資測(cè)算出運(yùn)行過(guò)程中的人工成本；（6）設(shè)備工作成本上，我們基于打印件質(zhì)量和材料密度得出體積，在考慮打印個(gè)數(shù)和支撐比例后計(jì)算出總打印體積，根據(jù)設(shè)備搭載激光器打印效率計(jì)算出打印時(shí)間，并參考論文設(shè)置打印零部件難度系數(shù)，再加上鋪粉時(shí)間和設(shè)備調(diào)試時(shí)間以確立總工作時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)設(shè)備功率和使用壽命測(cè)算出耗電量和設(shè)備折舊；（7）基于上述測(cè)算，我們加總原材料成本、人工成本和設(shè)備工作成本三項(xiàng)后得出打印環(huán)節(jié)的總成本，并進(jìn)入下一步后處理環(huán)節(jié)。根據(jù)假設(shè)測(cè)算：設(shè)備一次性打印150個(gè)零部件的打印成本為8583元。其中主要成本來(lái)自粉末使用成本、設(shè)備工作成本和人工成本，對(duì)應(yīng)數(shù)值分別為5600/2472/511元，占比分別為65.2%/28.8%/5.9%。因此，原材料和設(shè)備的價(jià)格是未來(lái)降本增效的重點(diǎn)方向，后續(xù)鈦合金粉末及核心零部件的國(guó)產(chǎn)化替代有望進(jìn)一步推動(dòng)成本下探。后處理環(huán)節(jié)：（1）我們將整個(gè)后處理分為熱處理、切割、拋光打磨與噴砂環(huán)節(jié)，并對(duì)各環(huán)節(jié)成本加總以測(cè)算總成本，因?yàn)槟壳斑€處于初期階段，此處測(cè)算的打磨拋光環(huán)節(jié)暫時(shí)選用依靠人工的普通拋光打磨箱而非數(shù)控研磨拋光機(jī)床；（2）真空退火爐采用某款常見(jiàn)大功率臥式退火爐設(shè)備，加熱尺寸正好適用于3D打印后基板放置，通過(guò)對(duì)打印件加熱后緩慢冷卻以釋放應(yīng)力來(lái)改善工件性能，此處通過(guò)真空退火爐的工作性能參數(shù)，測(cè)算出設(shè)備工作過(guò)程中的耗電量以及產(chǎn)品折舊；（3）經(jīng)過(guò)熱處理之后需要通過(guò)切割使打印件與基板分離，此處我們選擇線(xiàn)切割機(jī)器，通過(guò)切割速度與成形件總計(jì)表面積來(lái)測(cè)算出切割時(shí)間，并基于設(shè)備的性能參數(shù)計(jì)算出工作過(guò)程中的耗電量與設(shè)備折舊；（4）切割后部件還需要經(jīng)過(guò)打磨、拋光和噴砂步驟，此處設(shè)備需要人力操作，我們假設(shè)由4人共同參與，結(jié)合人工操作時(shí)長(zhǎng)和設(shè)備工作時(shí)長(zhǎng)計(jì)算出人工成本和設(shè)備折舊，并將上述熱處理、線(xiàn)切割和拋光打磨噴砂成本加總以計(jì)算出后處理環(huán)節(jié)的總成本。我們根據(jù)假設(shè)測(cè)算：設(shè)備一次性打印150個(gè)零部件的后處理成本為3460元。其中最主要的成本來(lái)自?huà)伖獯蚰娚昂蜔崽幚韮身?xiàng)環(huán)節(jié)，對(duì)應(yīng)成本分別是3116和337元，占后處理的比重分別為90.1%和9.8%。我們?cè)诒疚闹兴x定的拋光打磨設(shè)備仍需要依靠人力參與，因此會(huì)產(chǎn)生較大的人力成本，相對(duì)更加耗時(shí)。若選擇自動(dòng)化程度更高的數(shù)控研磨拋光機(jī)床，雖然設(shè)備購(gòu)置成本更高，但能夠有效減少人力參與并提高加工效率，在大規(guī)模批量化生產(chǎn)時(shí)更具性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)后處理環(huán)節(jié)降本增效的重要方式。結(jié)果顯示：加總打印環(huán)節(jié)與后處理環(huán)節(jié)成本，我們得出打印總成本為12203.13元，假設(shè)60%的良品率對(duì)應(yīng)單個(gè)零部件的平均打印成本為135.59元。根據(jù)《機(jī)械加工報(bào)價(jià)計(jì)算方法大全》（楊梨紫），小件的機(jī)加工費(fèi)用與零件原材料的成本之比為5-10:1，我們的打印件重量是12g，采用TA15鈦合金材料，考慮機(jī)加工約30%的原材料利用率，計(jì)算得出機(jī)加工成本在100元左右。因此，3D打印相比于CNC加工的成本略高。通過(guò)拆解各項(xiàng)成本，我們發(fā)現(xiàn)主要成本來(lái)源于粉末使用成本、拋光打磨噴砂成本、以及設(shè)備工作成本，占成本的比重分別為45.9%/25.5%/20.3%。因此，后續(xù)的降本增效主要源于三個(gè)方面，原材料粉末國(guó)產(chǎn)份額提升帶動(dòng)價(jià)格下降，設(shè)備中搭載的核心零部件國(guó)產(chǎn)化替代推動(dòng)設(shè)備成本下降，以及后處理環(huán)節(jié)的優(yōu)化促進(jìn)良品率提升。多種因素共同作用推動(dòng)未來(lái)降本增效鈦合金3D打印降本增效的方向主要是：原材料粉末和核心零部件國(guó)產(chǎn)化帶動(dòng)價(jià)格下探，設(shè)備與后處理環(huán)節(jié)的迭代推動(dòng)良品率提升。想要進(jìn)一步推廣鈦合金3D打印工藝，就需要通過(guò)降本增效以提升經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)樘嵘实年P(guān)鍵是搭載更多的激光器和振鏡系統(tǒng)來(lái)提高掃描速率，因此本質(zhì)上又回到了降低核心零部件成本的討論上，在搭載更多套激光器的同時(shí)降低單套設(shè)備的均價(jià)。所以我們的討論將聚焦于如何降本，通過(guò)分析成本的波動(dòng)來(lái)展望未來(lái)的降本路徑。首先我們測(cè)算原材料和核心零部件成本下降所帶來(lái)的積極影響，基本假設(shè)如下：（1）鈦合金粉末型號(hào)較多，常見(jiàn)有TC4、TA15和TA1等，可分為進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)兩類(lèi)產(chǎn)品，目前3D打印用TC4粉末的市場(chǎng)均價(jià)在1000-1500元/kg，國(guó)產(chǎn)粉末價(jià)格在700-800元/kg，本案例中我們選用的原材料是TA15鈦合金粉末，價(jià)格大約是TC4的兩倍，若完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化則有50%-60%的降幅空間。我們?cè)谇拔闹屑僭O(shè)初始價(jià)格為2800元/kg，并考慮價(jià)格波動(dòng)對(duì)單品成本的影響；（2）核心零部件主要包括激光器和振鏡，目前頭部廠商華曙高科和鉑力特的核心零部件依賴(lài)進(jìn)口，激光器主要來(lái)自德國(guó)的IPG，振鏡主要來(lái)自德國(guó)的SCANLAB，據(jù)官網(wǎng)售價(jià)顯示兩者的單價(jià)大約在15-20萬(wàn)元/臺(tái)，一套激光器和振鏡系統(tǒng)的組合成本即為30-40萬(wàn)元。我們假設(shè)一套激光器和振鏡組合的價(jià)格是35萬(wàn)元，則基準(zhǔn)情況下6套核心零部件的總成本為210萬(wàn)元，目前國(guó)內(nèi)大族激光、銳科激光、金橙子廠商均可以實(shí)現(xiàn)核心零部件的國(guó)產(chǎn)化替代，有望將激光器+振鏡的每套成本降至10-15萬(wàn)元，降幅在60%-70%；（3）我們考察當(dāng)原材料和核心零部件同時(shí)降價(jià)時(shí)對(duì)最終單品成本的影響，假設(shè)原材料和核心零部件成本降幅從10%-70%，觀察不同降幅情況下最終的單品成本。原材料與核心零部件價(jià)格下探的降本效果顯著。我們針對(duì)原材料和設(shè)備中核心零部件的價(jià)格做出敏感性分析，基于前文測(cè)算考慮價(jià)格在區(qū)間內(nèi)波動(dòng)對(duì)最終單品成本的影響。結(jié)果顯示：當(dāng)原材料價(jià)格在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的下降幅度達(dá)到60%及以上，或原材料和核心零部件成本的降幅均達(dá)到50%及以上時(shí)，3D打印相比于CNC加工更具備經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)樵牧显谇拔某杀緶y(cè)算中的占比更高，因此原材料價(jià)格下降對(duì)推動(dòng)最終單品成本下降的影響更顯著。綜合考慮各項(xiàng)因素計(jì)算降本路徑。增加效率需要更多的激光器和后處理端的優(yōu)化。搭載更多的激光器將提高總功率，在單位時(shí)間內(nèi)貢獻(xiàn)更多產(chǎn)出。而3D打印“數(shù)據(jù)處理—激光成形—后處理—檢測(cè)”的流程又使后處理對(duì)檢測(cè)環(huán)節(jié)的良品率有重要影響：首先，激光對(duì)粉末點(diǎn)射的工藝會(huì)使成形件表面的平整度欠缺，打磨拋光具備必要性；其次，金屬材料在加熱后存在殘余應(yīng)力，熱處理使金屬內(nèi)部局部塑性或弛豫推動(dòng)殘余應(yīng)力消除，對(duì)金屬件的質(zhì)量提升不可或缺。因此，激光頭提升打印效率而后處理能夠貢獻(xiàn)良品率?；炯僭O(shè)與測(cè)算如下：（1）粉末原材料價(jià)格：我們以1800元/kg為基準(zhǔn)，考慮到目前國(guó)產(chǎn)粉末正快速上量，預(yù)計(jì)近幾年成本降速較快，之后呈現(xiàn)逐年降低的路徑，因此假設(shè)2023-26年每年降低幅度分別為30%/20%/10%/5%；（2）設(shè)備價(jià)格與核心零部件數(shù)量間的辯證關(guān)系：一方面，激光器+振鏡的搭載數(shù)量增多將導(dǎo)致核心零部件成本上升而抬高設(shè)備購(gòu)置價(jià)格，另一方面，更多的激光器意味著更大的打印效率，打印時(shí)間縮短又推動(dòng)最終成本下降。因此，我們假設(shè)國(guó)產(chǎn)的激光器和振鏡在設(shè)備中的用量逐步提升，打印效率上升的同時(shí)單套均價(jià)下行，帶動(dòng)最終單品成本下探；（3）后處理端提升良品率：因?yàn)樯婕暗搅慵诓煌O(shè)備間的轉(zhuǎn)移切換，并且考慮到拋光打磨環(huán)節(jié)人力參與的必要性，目前人力成本仍然較高，未來(lái)環(huán)節(jié)的具體優(yōu)化措施在當(dāng)下還較難預(yù)見(jiàn)。但后處理對(duì)于良品率的提升是明確的，此處我們僅對(duì)良品率指標(biāo)做出樂(lè)觀、中性、悲觀預(yù)期，并結(jié)合上述假設(shè)共同測(cè)算未來(lái)成本。我們與上述測(cè)算結(jié)合，考慮3D打印整體未來(lái)的成本下降路徑。結(jié)果顯示：至2026年在中性預(yù)期下單品成本將降至69元/只，預(yù)計(jì)2022-26年CAGR為-15.6%，相較于傳統(tǒng)CNC加工的成本與效率的綜合優(yōu)勢(shì)顯著。針對(duì)此鈦合金結(jié)構(gòu)件，我們預(yù)計(jì)在2023-2024年間3D打印與CNC加工的加工成本將基本持平，考慮到3D打印在一體化成型等方面的工藝優(yōu)勢(shì)，3D打印的滲透率有望進(jìn)一步提升，推動(dòng)行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域及規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)容。3D打印在消費(fèi)電子的市場(chǎng)空間有多大？首先考慮折疊屏鉸鏈軸蓋的市場(chǎng)前景。目前已知榮耀MagicV2折疊屏鉸鏈的軸蓋采用3D打印進(jìn)行加工，據(jù)南極熊報(bào)道，MagicV2鉸鏈的鈦合金軸蓋的材料成本在30元左右，加工成本在200-300元之間，是目前折疊屏結(jié)構(gòu)件中最昂貴的模塊，第一批的訂單量大概在100萬(wàn)臺(tái)左右。若按250元/臺(tái)的價(jià)值量測(cè)算，則第一批訂單的對(duì)應(yīng)價(jià)值量為2.5億元。據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)折疊屏手機(jī)出貨量近330萬(wàn)臺(tái)，同比+118%。2023年Q2中國(guó)市場(chǎng)出貨量為126萬(wàn)臺(tái)，同比+173%，考慮到我國(guó)折疊屏市場(chǎng)持續(xù)的高景氣度，伴隨著鈦合金和3D打印應(yīng)用的滲透率提升，市場(chǎng)空間有望進(jìn)一步擴(kuò)張。基本假設(shè)如下：（1）鈦合金材料的滲透率，伴隨著主要消費(fèi)電子廠商紛紛在產(chǎn)品中使用鈦合金材質(zhì)，我們預(yù)計(jì)未來(lái)折疊屏軸蓋部分鈦合金材料的滲透率會(huì)不斷提升，目前在售手機(jī)進(jìn)MagicV2采用鈦合金軸蓋，考慮到折疊屏市場(chǎng)的高景氣度以及后續(xù)華為等廠商新機(jī)型推出的催化，我們預(yù)計(jì)中國(guó)今年折疊屏手機(jī)出貨量將接近600萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)在80%左右?？紤]到智能手機(jī)行業(yè)龍頭的市占率一般維持在20%-30%，而據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù)，目前唯一采用鈦合金折疊屏鉸鏈軸蓋的榮耀MagicV2在中國(guó)折疊屏手機(jī)市場(chǎng)Q3的銷(xiāo)量已是第一，因此我們預(yù)計(jì)今年鈦合金軸蓋折疊屏的占比在30%左右，并假設(shè)后續(xù)幾年將逐步提升，而3D打印在折疊屏鉸鏈軸蓋的滲透率將保持在90%左右；（2）中國(guó)是全球最大的折疊屏智能手機(jī)市場(chǎng)，據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)折疊屏出貨量占到了全球折疊屏出貨量的26%，今年預(yù)計(jì)將進(jìn)一步增長(zhǎng)，據(jù)（1），我們假設(shè)2023年采用鈦合金軸蓋的折疊屏手機(jī)在全球折疊屏手機(jī)的市占率大概在10%左右，預(yù)計(jì)之后將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，但速度低于中國(guó)增速；（3）考慮到未來(lái)3D打印的降本增效，我們假設(shè)單個(gè)加工成本在未來(lái)4年保持5%-10%的降幅。軸蓋體積相對(duì)更大，對(duì)接鉸鏈一面的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在榮耀邁出行業(yè)第一步后，3D打印預(yù)計(jì)有望進(jìn)一步應(yīng)用在其他產(chǎn)品的軸蓋制作上，因此暫考慮折疊屏軸蓋對(duì)應(yīng)的鈦合金3D打印市場(chǎng)空間。根據(jù)測(cè)算結(jié)果：若3D打印保持在鈦合金折疊屏鉸鏈軸蓋這一細(xì)分領(lǐng)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(chǎng)空間有望從2023年預(yù)計(jì)的4億元提升至2027年的18億元，2023-2027年CAGR達(dá)45.6%；針對(duì)全球市場(chǎng)，若3D打印保持在折疊屏鉸鏈軸蓋這一細(xì)分領(lǐng)域80%的滲透率，則伴隨著鈦合金材料滲透率的提升，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)規(guī)模有望從2023年預(yù)計(jì)的近6億元提升至2027年的21億元，2023-20