3C行業(yè)應用鈦合金市場分析

3C行業(yè)應用鈦合金市場分析1.鈦材加速導入3C行業(yè)，材料體系再次迎來革新3C產(chǎn)品即電腦、通信和消費電子三類的總稱。通信主要是指手機，消費電子則包括數(shù)碼相機、電視機、隨身聽、電子辭典、影音播放器等。3C產(chǎn)品均需要外殼結構件進行支撐及保護，外殼結構件的材料體系跟隨著產(chǎn)品的更迭及技術的進步不斷變遷。以手機為例，手機邊框材質(zhì)經(jīng)歷了從塑料到金屬的轉變，目前金屬邊框主要使用了鋁合金和不銹鋼，但隨著今年榮耀、蘋果和小米等頭部手機廠商紛紛在其產(chǎn)品中導入鈦金屬材料，3C產(chǎn)品外殼結構件的材料體系或將迎來新一輪的革新。1.1.從塑料到金屬，手機外殼材質(zhì)不斷變遷手機外殼需要兼具美觀和保護作用。隨著通信和數(shù)字技術的飛速發(fā)展，手機在短短二十幾年時間內(nèi)，已經(jīng)過了數(shù)次升級換代，成為科技進步的時代縮影，而手機外殼不僅是手機強有力的防護傘，能有效地減少灰塵的侵襲，降低意外摔落的損害，增強手機的使用壽命，更重要的是能提升使用者的產(chǎn)品體驗。因此，制作手機外殼的材料要求具有強度高、耐熱導熱性良好、具有電磁屏蔽性、尺寸穩(wěn)定、外觀好等特點，而成形產(chǎn)品則向輕薄化方向發(fā)展，以達到保護、散熱、美觀的作用，這也對手機外殼的成形工藝提出了更高的要求。早期的材質(zhì)：塑料早期的手機機身比較常見的材質(zhì)是工程塑料。工程塑料包括聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚苯醚（PPE）和聚丙烯腈（ABS）等。根據(jù)手機技術資訊公眾號，常用于制造手機外殼的工程塑料主要有PC、ABS、PC+ABS三大類。這些工程塑料價格低廉、可塑性強、容易著色，例如諾基亞N9、HTC8X、iPhone5C等彩色智能手機，都是用的PC材料。但工程塑料的缺點較為明顯，比如強度低，散熱差，環(huán)境污染嚴重，廉價感等等，目前塑料材質(zhì)的邊框已使用較少。全金屬外殼：多采用鋁合金和不銹鋼金屬材質(zhì)在智能手機發(fā)展歷史中占據(jù)了重要的地位，金屬本身具有較為高端質(zhì)感，因此全金屬邊框在相當一段長的時間里壟斷了旗艦手機的機身材質(zhì)，其中運用最廣泛的兩種金屬是鋁合金與不銹鋼。金屬因其電磁屏蔽性導致手機的天線設計十分困難，因此采用全金屬外殼方案的手機增加了各種“天線帶”設計來增強天線信號?！疤炀€帶”多使用納米注塑工藝制作，納米注塑是指納米成型技術(NMT，即NanoMoldingTechnology)，是金屬與塑料以納米技術結合的工藝，先將金屬表面經(jīng)過納米化處理后，塑料直接射出成型在金屬表面，讓金屬與塑料可以一體成形，塑料材質(zhì)的“天線帶”充當了信號導通的通道。當前的主流形式：金屬中框+玻璃后蓋隨著無線充電功能在手機中的普及，全金屬邊框變得不再適用。在典型的無線充電板內(nèi)部，都有一個直徑約為一英寸半的纏繞10至20圈的線圈。在手機背部還有一個類似的配對線圈。充電板內(nèi)的線圈采用大約1安培的交流電驅動，頻率在200kHz左右。充電板中的電流產(chǎn)生磁場，反過來感應手機中的線圈產(chǎn)生電流。手機中的線圈連接在整流器上，將交流電轉換成直流電，從而給手機充電。如果使用全金屬邊框，由于金屬自身為導體，無線充電的過程中在磁場的作用下同樣會產(chǎn)生感應電流，一方面造成了能量傳輸損失，另一方面會使得手機發(fā)熱。玻璃背板由于電導率幾乎為0，可以有效避免環(huán)繞電流的產(chǎn)生，此外，玻璃背板美觀度高，有利于信號的接收。當下主流的中高端手機外殼形式多為金屬中框+玻璃后蓋，比如蘋果公司從iPhoneX系列開始一直采用了金屬中框+玻璃后蓋的方案。1.2.大廠紛紛入局，鈦材引領新一輪3C材料體系革新3C頭部廠商近期紛紛發(fā)布鈦材3C產(chǎn)品。今年7月，榮耀發(fā)布了MagicV2折疊屏手機，其中軸蓋使用了鈦合金材料，并在制程中采用了3D打印工藝，鈦合金軸蓋的應用是MagicV2得以將折疊屏手機厚度大幅降低的重要因素之一；今年9月，蘋果在秋季發(fā)布會上發(fā)布了全新的iPhone15Pro手機和AppleWatchUltra2手表，二者的邊框均使用了鈦合金材料，相比于使用不銹鋼邊框的iPhone14Pro，使用鈦合金邊框的iPhone15Pro重量由206g降低為187g；今年10月，小米發(fā)布小米14系列手機，其中小米14Pro提供了鈦金屬特別版，使用了99%純鈦材料，鈦金屬特別版受到了消費者的青睞，目前各大渠道仍處于缺貨狀態(tài)。鈦材在3C行業(yè)的應用由來已久，技術驅動降本后大規(guī)模導入可期。鈦金屬并非近期才被應用于3C行業(yè)，歷史上有多款高端定位的手機產(chǎn)品均使用到了鈦金屬，最早可追溯到2002年諾基亞發(fā)布的諾基亞8190，該手機的外殼使用了鈦金屬，此后雖有多款手機應用了鈦金屬，但由于售價高昂，銷售量較少。蘋果公司對于鈦金屬的探索同樣由來已久，早在2001年發(fā)布的PowerBookG4上，蘋果就首次嘗試了鈦金屬。在iPhone5的機身內(nèi)部，也有使用鈦金屬打造的螺絲。而在機身上第一次使用鈦金屬，則是2019年發(fā)布的AppleWatchSeries5和AppleCard。不過鈦金屬一直存在成本高、加工難度大等不利于消費產(chǎn)品使用的缺點，因此在長時間里并未得到大規(guī)模應用，蘋果公司也是等到首次使用鈦金屬的22年后才把它大批量應用在iPhone上。隨著原材料的降價以及加工工藝的不斷進步，我們認為當前鈦金屬的使用成本相較于過往得到了大幅降低。鈦金屬性能在多方面具備優(yōu)勢，在蘋果公司的引領下，未來大規(guī)模應用確定性強。根據(jù)金太陽2023年11月9日發(fā)布的調(diào)研活動信息記錄表，鈦合金應用較晚的主要原因在于鈦合金強度高、導熱系數(shù)低和化學活性高等特點，以前傳統(tǒng)工藝下鈦合金材質(zhì)的機械加工難度大、良率低、成本高，但目前在新工藝技術驅動下，鈦合金應用成本已大幅降低至3C消費電子領域可接受范圍。2.鈦材在3C的應用形式：純鈦、鈦合金和鈦鋁復合材料2.1.純鈦和鈦合金鈦金屬工業(yè)化應用已有40年歷史，過往主要應用于航空航天和軍工領域。鈦是20世紀80年代走向工業(yè)化生產(chǎn)的一種重要金屬，也是一種對經(jīng)濟和國防具有重要意義的新型金屬。鈦合金與鎂合金相似，它密度小、強度高、耐高溫和抗腐蝕性好等優(yōu)點，在航空航天和軍事領域中獲得了廣泛應用，包括軍用、民用飛機、航空發(fā)動機、導彈、艦艇、核反應堆以及輕型火炮等。純鈦和鈦合金實質(zhì)上均是以鈦為基體金屬并添加合金元素的合金材料。工業(yè)純鈦一般鈦含量大于99%，但依然含有少量的鐵元素以及碳、氮、氫、氧等非金屬元素雜質(zhì)，本質(zhì)上仍為一種合金，但由于鈦含量高，因此通常被稱為純鈦；而在鈦金屬基體內(nèi)人為添加不同種類和含量的合金元素后則會形成通常意義上的鈦合金，通過調(diào)配合金元素添加比例，鈦合金能夠展現(xiàn)出多樣化的性能，鈦合金內(nèi)添加的合金元素種類包括鋁、鉬、釩等。常用的工業(yè)純鈦在國內(nèi)的牌號為TA2，常用的鈦合金在國內(nèi)的牌號為TC4，TC4中的主要合金元素為6%左右的鋁和4%左右的釩，因此TC4又常寫為Ti6Al4V。鈦具有同素異構現(xiàn)象，有α和β兩種結構。很多金屬存在同素異構體，即在不同溫度下有不同的穩(wěn)態(tài)結構，鐵、鎳、鈷、鈦等金屬均有同素異構的性質(zhì)。鈦的熔點為1668℃，在低于882℃時呈密排六方晶格結構，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方晶格結構，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點，添加適當?shù)暮辖鹪囟玫讲煌M織的鈦合金。室溫下，鈦合金一般都是由以α-Ti為基的固溶體和以βTi為基的固溶體兩相組成，在室溫下按兩相占比的不同大致可分為α型、β型和α+β型三大類，我國分別以TA、TC、TB表示。α型鈦合金為α單相固溶體，β相含量極少，一般不能通過熱處理強化，強度較低，但其組織穩(wěn)定，具有較高耐高溫和抗蠕變性能。α+β型鈦合金平衡組織為（α+β）雙相，淬火后兩相同時得到強化，因此其強度、斷裂韌性和塑性都較好，綜合力學性能好。工業(yè)純鈦均為α型鈦合金，TC4為典型的α+β型鈦合金。TC4鈦合金的比強度顯著高于鋁合金和不銹鋼。TC4鈦合金的強度高且密度較低，比強度顯著高于3C行業(yè)常用的不銹鋼和鋁合金材料，能夠幫助3C產(chǎn)品輕量化的同時提高強度，其缺點主要是導熱率較低。榮耀MagicV2折疊屏手機軸蓋和AppleWatchUltra2均使用了單一的鈦合金材質(zhì)。2.2.鈦鋁復合材料鈦鋁復合材料兼具鈦和鋁的優(yōu)點，且具備一定的成本優(yōu)勢。鈦和鋁組成的鈦鋁復合材料兼具鈦合金和鋁合金的優(yōu)點，如比強度高、耐磨性好、優(yōu)良的耐蝕性、導熱性、比重輕等，最重要的是鈦鋁復合材料的材料和加工成本均低于鈦合金。目前，鈦鋁復合材料已在航天航空、炊具廚具、冶金機械、石油化工等多個領域進行應用。3C行業(yè)產(chǎn)品出貨量大，對成本把控較為嚴格，對于手機中框而言，采用全鈦材的方案成本較高。目前導入了鈦金屬材料的iPhone15Pro和小米14Pro鈦金屬版的中框材質(zhì)均為鈦鋁復合材料，其中iPhone手機使用了鈦合金和鋁合金進行復合，而小米手機使用了99%工業(yè)純鈦和鋁合金進行復合。鈦鋁復合材料通常采用固-固相復合的方式進行結合。根據(jù)初復合時金屬相的不同，金屬復合材料的制備方法分為三大類，即固-固相復合法、固-液相復合法和液-液相復合法。由于鈦和鋁熱物理性能差異大，鈦鋁復合材料通常使用固-固相復合法，固-固相復合法可進一步分為軋制復合法、擠壓復合法、爆炸復合法及擴散焊接法等。軋制復合法軋制復合法是指將異種金屬板疊層組坯后送入軋機輥縫進行軋制，依靠軋機的強大壓力使金屬板材發(fā)生塑性變形，待復合金屬表層發(fā)生破裂，露出新鮮金屬，在軋制力和溫度的共同作用下異種金屬原子在雙金屬界面互相擴散，從而實現(xiàn)結合。軋制完成后，為提高界面結合強度，通常還需要進行熱處理促進鈦鋁界面的擴散。軋制復合法具有工藝簡單、生產(chǎn)效率高、成本低、便于批量化生產(chǎn)等優(yōu)點，可生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的復合板。結合質(zhì)量與壓下率，軋制溫度，軋制速度，熱處理溫度和時間等參數(shù)有關。擠壓復合法擠壓復合法首先將基材和包覆金屬清理干凈，在將其放入擠壓模中，并以合適的溫度及合適的擠壓比擠壓成型，最終獲得金屬間緊密結合的復合材料。該方法主要用于生產(chǎn)雙金屬的管、棒、線材及簡單斷面的型材，缺點是連續(xù)化生產(chǎn)的可能性不大，且對設備要求高。爆炸復合法爆炸復合法指利用炸藥爆炸時產(chǎn)生的高強化學能驅動覆板高速碰撞基板，碰撞點產(chǎn)生的瞬間高壓不僅破壞了金屬板表層的氧化膜，露出新鮮表面，而且在新鮮金屬表面形成具有塑性變形、熔化、擴散以及波形特征的焊接過渡區(qū)，從而實現(xiàn)高強度結合的一種金屬焊接技術。該方法具有工藝簡單、成本低、應用廣泛、產(chǎn)品尺寸不受限制等優(yōu)點，但是操作過程易受到環(huán)境因素影響，實驗場地限制較大。擴散焊接法擴散焊接法是將被焊工件緊壓在一起，置于真空或保護氣氛中加熱，使兩焊件表面微觀凹凸不平處產(chǎn)生塑性變形達到緊密接觸，再經(jīng)保溫、原子相互擴散而形成牢固的冶金連接的一種連接方法。此方法優(yōu)點在于可對性能和尺寸相差懸殊的材料進行焊接。不同復合方法的實質(zhì)均為固相擴散連接，軋制復合法和擴散焊接法較為適用于手機中框鈦鋁復合材料的制備。雖然鈦鋁復合材料的制備方法多樣，但原理均為在壓力和溫度的作用下，鈦鋁界面金屬原子互擴散從而實現(xiàn)冶金結合。界面層的形成是復合板實現(xiàn)冶金結合的標志，界面層的形成可分為四個階段：①鈦、鋁原子的相互擴散，并在局部形成飽和固溶體；②鈦/鋁兩側的飽和固溶體形核析出TiAl3相；③TiAl3不斷生長并沿界面和深度方向擴散；④隨著退火時間的延長或溫度的升高，界面層厚度增大，并生成TiAl、TiAl2等中間化合物相。根據(jù)手機中框結構的特點，我們認為軋制復合法和擴散焊接法較為適用于手機中框鈦鋁復合材料的制備。鈦鋁復合材料的界面強度低，未來手機中框或向單一鈦材演進。雖然鈦鋁復合材料相較于單一鈦材具備成本優(yōu)勢，但由于鈦鋁界面僅通過金屬間化合物進行結合，強度較低。根據(jù)《鈦-7A52鋁合金軋制復合工藝研究》一文展示的實驗結果，對于軋制復合的鈦鋁復合板材，即使在最優(yōu)的工藝參數(shù)下其界面強度也僅為70MPa左右，甚至遠遠低于鋁合金的強度。我們認為目前使用鈦鋁復合材料最重要的目的為降本，但鈦鋁復合材料存在界面結合強度低，異種材料加工過程中不均勻變形等問題，隨著未來鈦材加工工藝的進步，手機中框材料或由現(xiàn)在的鈦鋁復合材料向單一鈦材演進。3.3D打?。衡伈膽米钍芤姝h(huán)節(jié)，市場或存預期差3.1.鈦合金CNC加工難度大，3D打印可減少CNC加工環(huán)節(jié)鈦合金加工難度大，加工成本高，為制約鈦材應用的主要因素。過去3C產(chǎn)品的金屬外殼多使用CNC加工，鈦合金是一種典型的難加工金屬材料，其在加工時有如下特點：1）變形系數(shù)小。與切削普通鋼材相比，切削過程中切屑在前刀面上流動的路程很短，切屑沿前刀面流出過程中產(chǎn)生的嚴重摩擦磨損區(qū)十分靠近主切削刃，導致在前刀面上主切削刃附近產(chǎn)生更大的應力和更多的切削熱。刃口容易發(fā)生磨損，甚至產(chǎn)生破損。2）切削溫度較高。原因有2個方面：一是鈦合金的熱導率很小，通過被切削工件本身散熱的能力很差；二是切屑與前刀面的接觸區(qū)域非?？拷邢魅校邢鳠岷茈y散出，致使切削溫度很高。3）彈性回復大。鈦合金彈性模量小，在切削過程中工件受到切削力的作用容易產(chǎn)生變形，且已加工表面也容易發(fā)生回彈。一方面，切削變形使零件的幾何精度難以保證；另一方面，已加工表面回彈增大了已加工表面與刀具后刀面的接觸面積，增加了后刀面產(chǎn)生的切削力和刀具磨損，且容易引起切削振動，降低表面加工質(zhì)量。4）易于生成加工硬化層。鈦元素在高溫時化學活性高，在工件表面容易生成由含鈦化合物組成的硬化層，加劇了刀具磨損。5）使用硬質(zhì)合金刀具易于發(fā)生粘結磨損。在鈦的化學親和作用和高溫高壓作用下，鈦合金切屑容易粘結在硬質(zhì)合金刀具的刀尖上，并在脫落時使刀尖產(chǎn)生粘結磨損。6）切屑易燃。鈦合金燃點低，干切削時較高的切削溫度容易引燃切屑。高速干銑削時銑刀如果粘結大量團狀切屑，如不及時處理，高溫下切屑易被引燃而發(fā)生事故。鈦合金難以加工的特性使得在用傳統(tǒng)的CNC方式對鈦合金進行加工時良率低，成本高昂。3D打印后的毛坯件與最終零件的形狀尺寸接近，可大幅減少CNC加工量。3D打印為一種數(shù)字化的制造方式，制造過程包括：1）3D建模。用CAD軟件構建目標產(chǎn)品的三維模型；2）轉化為STL文件。將模型文件轉化為適用于3D打印的STL文件格式；3）切片處理。將STL文件導入切片軟件進行切片處理；4）切片及路徑規(guī)劃：生成切片信息及打印路徑；5）進行打印。3D打印設備根據(jù)接收到的信息進行制造過程；6）后處理。包括清粉、切割取樣和熱處理等步驟。通過對材料進行層層累加的增材制造，3D打印完成后的毛坯件已經(jīng)十分接近最終成品的形狀和尺寸，因此僅需進行后道的精加工和表面處理等步驟，事實上可以認為3D打印直接代替了CNC中的粗加工環(huán)節(jié)，大幅減少了CNC加工量。3.2.3C行業(yè)對3D打印的相關需求測算：市場或存預期差鈦合金的折疊屏軸蓋、手表表殼以及手機中框均有望選用3D打印進行批量生產(chǎn)。3D打印的生產(chǎn)成本較高，過去一直被認為在大規(guī)模的生產(chǎn)中不具備經(jīng)濟效益，因此主要應用于航空航天等高附加值領域，在民用工業(yè)中通常被用來進行原型試制或是定制化的小批量生產(chǎn)，但3C行業(yè)鈦合金的應用有望改變這一現(xiàn)狀。首先3D打印近年成本下降很快，從粉末原材料到打印設備的價格均有大幅的下降，其次鈦合金自身難以加工的特點使得其CNC加工成本同樣高昂，因此對于3C行業(yè)的小型鈦合金精密結構件的加工而言，3D打印和CNC的成本差距被不斷縮小。今年7月榮耀發(fā)布MagicV2折疊屏手機，官宣采用3D打印進行鈦合金軸蓋的生產(chǎn)，標志著在大批量生產(chǎn)中導入3D打印技術成為可能。我們認為未來鈦合金的折疊屏軸蓋、手表表殼以及手機中框均有望選用3D打印進行批量生產(chǎn)，技術路線為工業(yè)應用較為成熟的SLM（SelectiveLaserMelting，選區(qū)激光熔化）。3.2.1.鈦合金3D打印成本拆解3D打印的成本和產(chǎn)能與諸多因素相關，由于缺乏權威數(shù)據(jù)，我們在測算時參考了市場中大量公開信息并結合自身對技術和工藝的理解，力求做到使測算結果接近實際。3D打印成本主要由原材料、設備折舊、電費、保護氣體費用、清粉和熱處理等后處理費用以及人工費用組成，我們據(jù)此對單g鈦合金3D打印成本進行了拆解。原材料費用當前國產(chǎn)TC4鈦合金粉末的價格約600-800元/kg，我們?nèi)≈虚g值為0.7元/g。設備折舊費用我們以配置4激光的SLM3D打印設備為例，為測算打印單g鈦合金對應的設備折舊，需要考慮的關鍵參數(shù)為打印效率、每年設備運行時間和設備折舊年限。1）打印效率打印效率為測算中最為重要的參數(shù)。我們查詢了鉑力特和華曙高科官網(wǎng)，其標稱的設備單激光打印效率均為25cm3/h，即每小時可以成型體積為25cm3的金屬，目前市場上多按該效率進行相關測算。但鉑力特對該數(shù)據(jù)進行了標注，表明打印效率與零件的形狀、尺寸、材料和參數(shù)有關。我們查閱了鉑力特和華曙高科過往公開的部分3D打印實際案例，涵蓋航空航天、模具、汽車、醫(yī)療多個產(chǎn)業(yè)不同材質(zhì)的打印產(chǎn)品，根據(jù)其給出的打印重量，打印時間，打印設備配置的激光數(shù)量以及查閱相應材料的密度，計算出過往打印案例中實際的單激光平均加工效率。經(jīng)過我們的計算，在實際打印案例中單激光的平均打印效率約為2-6cm3/h，和設備標稱的25cm3/h差異較大。我們認為設備商給出的效率為設備在理想工作狀態(tài)下的瞬時峰值效率，但實際打印中為了保證材料致密無缺陷以及獲得較高的表面質(zhì)量，會在效率上進行妥協(xié)，使得每層的打印厚度和激光功率均無法設置成最高，此外每層打印間后都會有鋪粉時間，該時間為非有效激光打印時間，但在計算平均打印效率時同樣需要將非有效打印時間同樣計算在內(nèi)。諸多因素導致實際打印過程中平均效率會遠低于標稱的最大效率。我們認為通過過往實際打印案例測算出來的打印效率更具備參考意義，考慮到3C行業(yè)打印的產(chǎn)品標準化程度較高，因此效率可能會相較于過往的打印案例有所提升，我們認為3C鈦合金產(chǎn)品實際打印效率為4-8cm3/h。2）每年設備運行時間3D打印設備并不能做到24h不間斷加工，因為設備在完成一次零件打印后，需要停機進行零件獲取，并對金屬3D打印設備進行粉末清理、粉末裝填、重新設定打印參數(shù)后再開始下一批次打印。由于成形尺寸越大的設備一次能夠成形的零件尺寸越大、零件數(shù)量越多，其單次打印時間一般也越長，需要停機進行零件獲取、粉末填充、設定參數(shù)等的頻次較少，全年可實際運行的工作機時數(shù)也就越多。一般情況下尺寸越大的設備由于單次打印的時間長，每年可運行時間也越久。據(jù)鉑力特2022年12月披露的《關于西安鉑力特增材技術股份有限公司向特定對象發(fā)行股票申請文件的審核問詢函的回復（豁免版）（修訂稿）》，公司根據(jù)各類型金屬3D打印設備歷史運行及生產(chǎn)經(jīng)驗，每年金屬3D打印設備運行時長分別為超大尺寸設備5400小時、大尺寸設備4860小時以及其他設備4050小時。我們認為大型和超大型3D打印設備主要用于航空航天領域，用于民用領域的通常為中小型設備，因此按照每年設備運行4050小時進行匡算較為合理。3）設備折舊年限金屬3D打印設備的使用壽命通常在10年以上。鉑力特2022年12月披露的《關于西安鉑力特增材技術股份有限公司向特定對象發(fā)行股票申請文件的審核問詢函的回復（豁免版）（修訂稿）》中在進行相關測算時亦按照10年對設備進行折舊，因此我們假設設備折舊年限為10年。單臺4激光3D打印設備目前的市場價格約為300萬元。根據(jù)上述假設，我們分別按4、6、8cm3/h的效率對單g鈦合金3D打印對應的折舊費用進行測算，并展示按照設備標稱的25cm3/h效率測算出的對應折舊費用作為對比。通過計算，4、6、8cm3/h的單激光打印效率對應的單g鈦合金3D打印設備折舊費用分別為1.029、0.686和0.514元，而若按照設備標稱的25cm3/h的單激光打印效率，對應單g鈦合金3D打印設備折舊費用僅為0.165元。電費根據(jù)鉑力特官網(wǎng)的設備參數(shù)，4激光的S450設備功率不大于15kW，我們按照10kW進行測算，并假設工業(yè)用電費用為0.8元/kWh。計算得出4、6、8、25cm3/h的單激光打印效率對應的單g鈦合金3D打印電費分別為0.111、0.074、0.056元和0.018元。氣體費用鈦合金打印過程中需要輸入高純氬氣進行保護，防止金屬氧化。根據(jù)華曙高科官網(wǎng)的設備參數(shù)，4激光的FS422M設備的氣體消耗量為3-5L/min，我們按照5L/min進行測算。氣體氬氣和液體氬氣的密度分別為1.784kg/m3和1400kg/m3，高純液氬的價格約5元/L。計算得出4、6、8、25cm3/h的單激光打印效率對應的單g鈦合金3D打印氣體費用分別為0.027、0.018、0.013元和0.004元。其他費用除上述費用外，3D打印的其他費用包括其他制造費用，如清粉費用、線切割費用、熱處理費用、外協(xié)加工費用等以及直接人工費用。據(jù)鉑力特2022年12月披露的《關于西安鉑力特增材技術股份有限公司向特定對象發(fā)行股票申請文件的審核問詢函的回復（豁免版）（修訂稿）》，公司金屬3D打印定制化產(chǎn)品2019至2021年其他制造費用占收入比率分別為20.16%、22.35%、28.33%，并在2022年1-9月回落至23.49%，報告期內(nèi)各完整會計年度平均值為23.61%。由于該部分費用涵蓋了電費和氣體費用，我們假設除設備折舊、電費和氣體費用外其他制造費用占營收的20%，按照打印產(chǎn)品50%毛利率測算則占成本的比例為40%。根據(jù)鉑力特招股說明書，2016-2018年公司3D打印定制化產(chǎn)品的直接人工費用占成本比值分別為16.00%、15.42%和18.78%，而根據(jù)鉑力特2022年12月披露的《關于西安鉑力特增材技術股份有限公司向特定對象發(fā)行股票申請文件的審核問詢函的回復（豁免版）（修訂稿）》，公司新擴產(chǎn)的3D打印定制化產(chǎn)品達產(chǎn)后直接人工費用占成本比值為10%左右，我們認為隨著3D打印設備自動化水平的提高，對操作人員的數(shù)量要求逐步降低，且3C行業(yè)3D打印產(chǎn)品標準化程度高，對操作人員數(shù)量的要求不會高于鉑力特新擴產(chǎn)的3D打印定制化產(chǎn)品生產(chǎn)線，因此假設直接人工費用占成本比值為10%。綜上，其他費用在成本中的占比為50%。3D打印總成本依據(jù)以上測算，在單激光4、6、8和25cm3/h的加工效率下單g鈦合金的3D打印成本分別為3.734、2.955和2.566和1.773元。目前鈦合金3D打印的報價約為7元/g，鉑力特2019-2022年3D打印定制化產(chǎn)品的毛利率分別為59.04%、59.71%、48.89%和58.64%，由于鉑力特的3D定制化產(chǎn)品部分使用自產(chǎn)粉末材料，因此毛利率較高。我們假設鈦合金3D打印毛利率為45-50%，則單g鈦合金的3D打印的成本為3.5-3.85元，該價格與設定單激光效率為4cm3/h時測算出的成本接近，且大大高于按照單激光效率25cm3/h測算出的加工成本，這再一次佐證了實際加工過程中的的單激光平均效率遠遠無法達到標稱的25cm3/h。3.2.2.3C行業(yè)鈦合金部件3D打印相關市場空間測算測算3D打印設備需求量時，需要得知對于某一鈦合金結構件，單臺3D打印設備的年產(chǎn)能，測算年產(chǎn)能所需的數(shù)據(jù)為每年設備運行時間、激光數(shù)量、單激光加工效率和產(chǎn)品重量。我們在接下來的測算中繼續(xù)沿用前述的每年設備運行時間為4050小時，設備激光數(shù)量為4，并采用成本測算結果最接近實際成本時對應的單激光效率為當前的效率水平，即4cm3/h。3.2.2.1.折疊屏手機軸蓋鈦合金軸蓋重量：由于未查詢到折疊屏手機軸蓋的重量數(shù)據(jù)，我們使用了榮耀在折疊屏手機專利《同步轉動裝置、轉軸機構及折疊式電子設備》中的產(chǎn)品圖紙近似計算出了軸蓋的體積為1.32cm3，按照鈦合金密度4.5g/cm3計算得到鈦合金軸蓋重量為5.94g。由于3D打印過程中留有部分的后道加工余量以及存在支撐結構，最終成品的重量約為3D打印毛坯件的90%左右，據(jù)此假設3D打印鈦合金軸蓋毛坯件的重量為7g。我們測算了2023-2027年折疊屏手機鈦合金軸蓋的3D打印市場空間，其中做出了如下關鍵假設：1）根據(jù)TrendForce預測，2023年折疊手機的出貨量將達到約1830萬部，另據(jù)ITBEAR科技資訊，預計2027年折疊手機的出貨量可能會達到7000萬部。由于今年榮耀等廠商推出了有競爭力的新款折疊屏手機，對整體銷量有一定的提振，我們謹慎預計2023-2027年折疊屏手機出貨量分別為2000萬部、2600萬部、3500萬部、4800萬部和6500萬部；2）2023-2027年折疊屏手機3D打印鈦合金軸蓋的滲透率分別為5%、15%、30%、50%和80%；3）2023-2027年單激光3D打印效率每年提高0.5cm3/h，分別為4.0、4.5、5.0、5.5和6cm3/h；4）2023-2027年4激光3D打印設備的價格每年降價20萬元，分別為300萬元、280萬元、260萬元、240萬元和220萬元；5）2023-2027年單g鈦合金3D粉末價格每年降價10%，分別為0.7元、0.63元、0.57元、0.51元和0.46元；6）將如上數(shù)據(jù)帶入我們此前的3D打印成本測算模型，可以得到2024-2027年單g鈦合金3D打印成本分別為3.21元、2.79元、2.42元和2.11元；7）假設2023年單g鈦合金3D打印價格為7元，隨著市場規(guī)模的擴大，2024-2027鈦合金3D打印產(chǎn)品的毛利率小幅下行，分別為47%、45%、43%和42%，對應2024-2027年單g鈦合金3D打印價格分別為6.06元、5.07元、4.25元和3.64元；8）根據(jù)華曙高科招股說明書，其2021年采購的激光器和振鏡均價分別為6.32和6.45萬元，近年3D打印廠商正在逐步導入國產(chǎn)激光器和振鏡，其中激光器的導入進度較快，假設2023年3D打印激光器和振鏡的均價分別為5萬元和6萬元，并且隨著國產(chǎn)化的推進，均價每年下降0.5萬元。即2023-2027年激光器均價為5萬元、4.5萬元、4萬元、3.5萬元和3萬元，振鏡均價為6萬元、5.5萬元、5萬元、4.5萬元和4萬元。依據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們測算出每臺四激光3D打印設備目前鈦合金軸蓋的年產(chǎn)能為4.17萬個，2027年可提升至6.25萬個。根據(jù)設備產(chǎn)能測算出的3D打印產(chǎn)品、3D打印設備、3D打印粉末、激光器和振鏡的市場空間參見表格。3.2.2.2.AppleWatch表殼鈦合金表殼重量：根據(jù)微機分WekiHome對第一代AppleWatchUltra手表的拆解，其鈦合金表殼最終成品的重量為12.0g，由于3D打印過程中留有部分的后道加工余量以及存在支撐結構，最終成品的重量約為3D打印毛坯件的90%左右，據(jù)此假設3D打印鈦合金表殼毛坯件的重量為14g。我們測算了2023-2027年AppleWatch鈦合金表殼的3D打印市場空間，其中做出了如下關鍵假設：1）根據(jù)WatchFaces數(shù)據(jù)，蘋果手表出貨量從2015年的830萬塊提高到2022年的5390萬塊，另據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù)，蘋果手表2023年第二季度全球出貨量同比下降10%。我們認為雖然2023年蘋果手表銷量有所下滑，但依靠持續(xù)創(chuàng)新，未來出貨量仍有望保持小幅增長。我們預計2023-2027年AppleWatch出貨量分別為5000萬個、5500萬個、6000萬個、6500萬個和7000萬個；2）2023-2027年AppleWatch3D打印鈦合金表殼的滲透率分別為0%、8%、20%、40%和80%；其余假設沿用測算軸蓋時的3）~8）。依據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們測算出每臺四激光3D打印設備目前鈦合金表殼的年產(chǎn)能為2.08萬個，2027年可提升至3.12萬個。根據(jù)設備產(chǎn)能測算出的3D打印產(chǎn)品、3D打印設備、3D打印粉末、激光器和振鏡的市場空間參見表格。3.2.2.3.iPhone中框鈦合金中框重量：由于目前iPhone15Pro采用了鈦鋁復合材料中框，所以無法獲知全部采用鈦合金時中框的實際重量，我們嘗試對全鈦合金的iPhone中框重量進行間接測算。上一代的iPhone14使用了鋁合金中框，重量為172g，iPhone14Pro使用了不銹鋼中框，重量為206g，我們假設兩種型號的手機重量差異完全來自于中框材質(zhì)的不同，不銹鋼和鋁合金的密度差為5.2g/cm3，據(jù)此可以測算出iPhone14手機中框體積為6.54cm3，如果中框材質(zhì)更換為鈦合金，依據(jù)鈦合金密度4.5g/cm3可以測算出全鈦合金的iPhone中框重量為29.4g。由于3D打印過程中留有部分的后道加工余量以及存在支撐結構，最終成品的重量約為3D打印毛坯件的90%左右，據(jù)此假設3D打印鈦合金中框毛坯件的重量為35g。我們測算了2023-2027年iPhone鈦合金中框的3D打印市場空間，其中做出了如下關鍵假設：1）根據(jù)迪賽智慧數(shù)，2015-2022年iPhone銷量為1.96-2.38億部之間，我們預計未來iPhone銷量仍將保持相對穩(wěn)定，預計2023-2027年iPhone出貨量為2.2億部；2）2023-2027年iPhone3D打印鈦合金中框的滲透率分別為0%、0.3%、3%、10%和25%；其余假設沿用測算軸蓋時的3）~8）。依據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們測算出每臺四激光3D打印設備目前鈦合金中框的年產(chǎn)能為0.83萬個，2027年可提升至1.25萬個。根據(jù)設備產(chǎn)能測算出的3D打印產(chǎn)品、3D打印設備、3D打印粉末、激光器和振鏡的市場空間參見表格。3.2.2.4.軸蓋+表殼+中框市場空間合計對上述的測算結果進行加總，在2027年3D打印鈦合金折疊屏軸蓋80%滲透率，3D打印鈦合金AppleWatch表殼80%滲透率，3D打印鈦合金iPhone中框25%的滲透率前提下，2023-2027年累計的3D打印產(chǎn)品、3D打印設備、3D打印粉末、3D打印激光器和3D打印振鏡的市場規(guī)模分別198.43億元、164.40億元、24.19億元、9.41億元和12.22億元；2027年當年的3D打印產(chǎn)品、3D打印設備、3D打印粉末、3D打印激光器和3D打印振鏡的市場空間分別為111.86億元、83.29億元、14.11億元、4.54億元和6.06億元。此外，2027年軸蓋+表殼+中框對3D打印設備的累計需求數(shù)量超過7000臺，當年新增需求量達到3786臺，作為對比，根據(jù)WohlersAssociates統(tǒng)計，2021年全球金屬3D打印設備銷量僅為2397臺，3C行業(yè)有望為金屬3D打印設備貢獻巨大的增量市場。3.3.為什么我們看好3D打印在3C行業(yè)的應用前景3.3.1.多路徑降本，3D打印經(jīng)濟效益值得期待依靠原材料降價、設備降價和加工效率提升三個方面，3D打印依然有極大的降本空間。決定一種新工藝能否在工業(yè)上用于大批量生產(chǎn)，在最終的加工效果接近的前提下，很大程度上取決于新工藝相較于傳統(tǒng)工藝是否具備成本優(yōu)勢。在榮耀折疊屏手機已經(jīng)采用3D打印進行鈦合金軸蓋批量化生產(chǎn)的背景下，我們有理由相信目前對于3C行業(yè)的小型鈦合金結構件而言，使用3D打印路線的全流程生產(chǎn)成本已與傳統(tǒng)的CNC路線全流程生產(chǎn)成本差距不大。按照7元/g的鈦合金3D打印價格，目前鈦合金軸蓋、表殼和中框在3D打印環(huán)節(jié)的價格分別為49元、98元和245元。若我們前文中對原材料、加工效率和設備價格所假設的變化得以實現(xiàn)，則2027年鈦合金軸蓋、表殼和中框在3D打印環(huán)節(jié)的價格將下探至25.5元、51.0元和127.4元，相較于目前價格降幅接近一半。事實上，我們認為此前對原材料、加工效率和設備價格變化所做出的假設均有望實現(xiàn)。原材料近年來，鈦合金3D打印粉末價格降幅巨大。金屬3D打印應用方興之時，粉末材料及其昂貴，根據(jù)兩江科技評論公眾號2019年1月16日發(fā)布的文章《南科大：一種將3D打印鈦材料價格降低10倍的方法》，當時高品質(zhì)進口鈦粉的價格超過3000元/kg，國產(chǎn)粉的價格也在2600元/kg以上，根據(jù)寶雞博創(chuàng)達鈦業(yè)有限公司公眾號2021年12月31日發(fā)布的文章《3D打印增材制造用鈦合金的種類、應用、粉末制備技術，及市場用量情況》，當時國產(chǎn)和進口鈦合金3D打印粉末價格基本在1300-1800元/kg，目前該數(shù)據(jù)為600-800元/kg?？梢钥闯鲡伜辖?D打印粉末近年的降價速度極快，但通過改進制粉工藝、提高得粉率和回收制粉等措施，以及需求增長帶來的規(guī)模效應，未來粉末材料仍然存在較大降本空間。根據(jù)南極熊3D打印今年9月25日發(fā)布的報道文章《鈦合金再生粉3D打印抗拉強度高達1500兆帕，國內(nèi)已實現(xiàn)量產(chǎn)，TC4價格低至300元/kg》，國內(nèi)廠商思銳增材通過鈦合金粗粉廢料回收再制粉已實現(xiàn)量產(chǎn)，制得的TC4粉末價格低至300元/kg，該價格甚至遠低于我們做出的2027年鈦合金粉末價格降至0.46元/g的假設。因此，我們認為給予鈦合金3D打印粉末每年10%的降價幅度是合理審慎的。設備目前國產(chǎn)的激光3D打印設備大部分搭載了進口激光器和掃描振鏡，激光器廠商主要為IPG，掃描振鏡廠商主要為Scanlab、諾萬特等，目前國內(nèi)的3D打印設備商正在嘗試導入國產(chǎn)的激光器和振鏡，并取得了一定的進展。根據(jù)華曙高科公告的《發(fā)行人及保薦機構回復意見》，其2019-2021年間采購的Scanlab振鏡均價為5.2-5.6萬元，而2020年采購國產(chǎn)菲鐳泰克振鏡的均價為3.8萬元；2019-2021年間采購的IPG激光器均價為7.5-11.6萬元，同時期內(nèi)采購的國產(chǎn)創(chuàng)鑫激光激光器的均價為3.8-4.1萬元，國產(chǎn)振鏡和激光器價格顯著低于進口品牌。3C行業(yè)對3D打印設備的穩(wěn)定性要求低于航空航天，有望大規(guī)模導入國產(chǎn)核心零部件，推動設備的降本。此外目前3D打印設備的銷量較小，規(guī)模化后同樣能夠驅動降本。因此，我們認為給予3D打印設備每年20萬元的降幅是合理審慎的。加工效率相較于3D打印過往的應用領域，3C行業(yè)的產(chǎn)品高度標準化，對于單一產(chǎn)品，當工藝不斷成熟后加工效率有望得到提高。因此，我們認為給出每年單激光提高0.5cm3/h的假設是合理審慎的。3D打印未來的降本空間值得期待，而作為一種應用成熟的加工工藝，CNC的降本會較為緩慢。我們認為未來鈦合金3D打印相對于CNC加工的經(jīng)濟性有望逐步顯現(xiàn)。3.3.2.3D打印符合ESG理念3D打印還存在一個附加優(yōu)勢，即相較于傳統(tǒng)的CNC工藝更加符合ESG的理念。ESG評價體系以環(huán)境（Environmental）、社會（Social）以及公司治理（Governance）三方面為核心，其中“E”聚焦環(huán)境，涵蓋污染排放，能源和水等自然資源的使用，業(yè)務活動對環(huán)境和資源的影響，溫室氣體排放，碳足跡，生物多樣性等內(nèi)容。根據(jù)貝哲斯咨詢，3D打印能夠節(jié)省材料、降低能耗。據(jù)美國能效和可再生能源局，相較于傳統(tǒng)制造方法，增材制造可以將材料成本和浪費降低近90%，同時將能耗降低25%。同時，目前越來越多的3D打印支持材料回收循環(huán)，進而減少材料浪費。ESG方面的顯著優(yōu)勢使得對于注重ESG的公司而言，在3D打印相較于CNC尚未完全顯現(xiàn)經(jīng)濟性效益時即會考慮使用3D打印工藝。4.復盤CNC在3C行業(yè)的應用歷史，3D打印循步前行CNC是計算機數(shù)字控制機床(Computernumericalcontrol)的簡稱，是一種由程序控制的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件。CNC主要用于大規(guī)模的加工零件，其加工方式包括車外圓，鏜孔，車平面等等?？梢跃帉懗绦颍m用于批量生產(chǎn)，生產(chǎn)過程的自動化程度較高。自從1952年美國麻省理工學院研制出世界上第一臺數(shù)控機床以來，數(shù)控機床不斷發(fā)展。在3C行業(yè)，CNC被用于各種金屬外觀件、結構件等的加工，使用到的CNC設備包括加工中心、鉆銑攻牙機、精雕機和雕銑機等。CNC在3C行業(yè)得到大規(guī)模應用，蘋果公司起到了極為重要的引領作用。始于MacBook2008年史蒂夫·喬布斯從一個馬尼拉信封中取出了兩磅重的MacBookAir筆記本電腦，震驚世界。它的最厚處僅為0.76英寸，是有史以來最薄的筆記本電腦，而完成這一壯舉主要歸功于CNC工藝。MacBook使用了鋁合金一體成型(Unibody)工藝，鋁合金機身通過CNC機床精密加工，外殼的制造過程從鋁塊開始，經(jīng)過多種不同的CNC加工工藝，包括鉆孔、切割平面、銑削曲線以及對鋁進行總體成型，以打造出筆記本電腦的精密外殼。根據(jù)FinancialTimes報道，當時CNC機床已經(jīng)存在幾十年，只不過每臺價值超過50萬美元，并且通常只用于少量制造產(chǎn)品原型。三位前蘋果制造工程師稱，為了生產(chǎn)MacBook系列產(chǎn)品，公司買了一萬多臺CNC機床，實現(xiàn)了喬布斯所說的“一種全新的制造筆記本電腦的方式”。向iPhone和iPad延伸繼MacBook之后，蘋果進一步將CNC工藝向其他產(chǎn)品延伸。2010年蘋果推出iPhone4，采用前后雙玻璃機身+CNC不銹鋼中框工藝，在不銹鋼邊框內(nèi)部構造上，并沒有像Touch系列一樣通過點焊來實現(xiàn)，而是由CNC直接在邊框上切削出形狀，難度系數(shù)更高。但是這樣的機身設計讓iPhone4大放異彩，成為了蘋果歷史上最成功的一款手機。而后蘋果后續(xù)又將Unibody技術運用到iPhone5，手機外殼為全CNC加工，并且在iPad外殼上也應用了CNC工藝。iPhone和iPad導入CNC工藝進一步催生了蘋果公司對CNC機床的需求，根據(jù)FinancialTimes報道，當時蘋果與全球最大的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家日本Fanuc達成協(xié)議，協(xié)議內(nèi)容為蘋果將在未來數(shù)年內(nèi)購買Fanuc生產(chǎn)的所有CNC機床。但這仍難以滿足蘋果的需求，蘋果公司還在全球范圍內(nèi)繼續(xù)搜羅其他廠家的先進CNC機床。其他廠商的跟隨在蘋果引領下，手機消費者已經(jīng)普遍認同金屬外觀是“高檔元素”，這對整個產(chǎn)業(yè)鏈帶來了重要影響。隨著蘋果的CNC金屬外殼取得成功，其余手機廠商紛紛開始大量采用金屬外殼。據(jù)國際金屬加工網(wǎng)，2015年數(shù)控機床行業(yè)整體下滑，但是華為、小米、魅族、中興、酷派、聯(lián)想等國產(chǎn)手機品牌對CNC需求持續(xù)增加，為3C加工市場配套的鉆攻中心機是當時CNC最火的機型。CNC機床如今早已成為的3C加工廠商配置最多的設備。復盤CNC在3C行業(yè)的應用歷史，我們認為當前或處于3D打印在3C行業(yè)需求爆發(fā)的前夜。相比于CNC，3D打印具備更高的設計自由度和更快的產(chǎn)品驗證速度，同時具備突出的ESG優(yōu)勢。今年7月榮耀首次使用3D打印進行鈦合金軸蓋的量產(chǎn)，此后彭博社的馬克·古爾曼和知名蘋果分析師郭明錤均表示蘋果正在積極嘗試3D打印技術，并計劃采用3D打印進行鈦金屬部件的生產(chǎn)。如同金屬外殼的使用促使蘋果選用了CNC工藝，如今鈦金屬的使用同樣使得蘋果和榮耀等廠商開始使用3D打印工藝。15年前，人們不會想到昂貴的CNC機床能被用于3C行業(yè)大批量生產(chǎn)，彼時的CNC和如今的3D打印一樣，多被用于原型件加工，但在蘋果