机械行业深度研究报告：3C钛合金加速导入，关注3D打印及刀具加工环节变化

钛是具有战略意义的二十一世纪金属，上游钛矿储量丰富，下游应用持续开拓。钛具有密度小、比强度高、导热系数低、耐高温低温性能好，耐腐蚀能力强等突出的特点，被誉为“现代金属”、“第三金属”和“战略金属”。上游钛矿储量丰富，钛产品供应充足；下游应用广泛，其应用领域已从航空航天等高科技领域逐渐向3C、化工、石油、电力、海水淡化、建筑、日常生活用具等行业扩展，重点关注3C领域的渗透进展。 钛合金迎合3C轻量化、高强度的发展趋势。传统不锈钢较硬但质量重、铝合金质量轻但不耐磕碰，钛合金兼具轻量化和高比强度的优势，应用于智能手机可提升其整体强度、耐摔性和耐刮擦性，且还有质轻等优点。苹果、荣耀等厂商加速导入钛合金，引领消费电子使用钛合金潮流。 加工耗材增加及加工工艺变化。一方面，钛由于其质轻耐磨等特性在消费电子领域优势尽显；另一方面钛合金材料属性使得其加工难度大、良率低，加工耗材及设备需求量增加，或催生钛合金加工技术变革。 刀具：钛导热系数低、质地硬，在CNC加工过程中易出现黏刀、积屑、崩刃等问题，因此对刀具需求量增加。国产刀具厂商正加大投入，提质增量，积极布局钛合金硬质合金刀具，产品持续升级，产能逐步释放。根据IDC数据测算，若2024年全球智能手机市场出货量将达12.63亿台，假设钛合金手机渗透率为10%（对应1.26亿台），对应的钛合金加工刀具市场需求大概31.58亿元。 MIM：金属注射成型是传统粉末冶金技术与塑料注射成型技术相结合的高新技术，是小型复杂零部件成型工艺的一场革命；MIM技术近净成形，几乎无废料，可以用于大批量生产三维形状、复杂结构、精密尺寸的金属产品，设计自由度高，这是MIM技术和其他金属加工技术相比较的优势所在。据中商产业研究院统计，我国MIM市场规模从2016年的49亿元增长至2021年的84亿元，CAGR为11.38%。 3D打印：传统CNC加工工艺的重要补充，或催生钛合金加工工艺的变革，比如荣耀Magic Vs2铰链采用3D打印技术，带来轻薄与坚固兼具使用体验。3D打印（又称“增材制造”），相对于传统的“车铣刨磨”切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法，不仅仅具有定制化、个性化、材料利用率高、可生产复杂构件等优势，还有利于解决传统制造过程中的“制造决定设计”问题，已经成为传统制造的重要补充。我们测算得：1）手机中框：假设2024年3D打印钛合金手机中框渗透率为0.20%，打印良率为50%等条件下，则对应3D打印钛合金手机253万台，3D打印设备的市场空间为12亿元。2）手表表壳：根据Mordor Intelligence数据测算，若2024年手表出货量为1.71亿台，假设3D打印渗透率0.5%及良率为50%等条件下，则对应3D打印钛合金手表86万台，所需3D打印设备市场空间为3亿元。 投资建议：建议重点关注机床刀具行业的欧科亿、鼎泰高科、华锐精密、沃尔德、厦门钨业、创世纪等；建议重点关注3D打印行业的华曙高科、铂力特等。 建议重点关注MIM行业的统联精密、精研科技等。 风险提示：钛合金在3C领域导入不及预期、消费电子复苏不及预期、上游原材料价格波动、3D打印导入3C领域进程不及预期等。 重点公司盈利预测、估值及投资评级 投资主题 报告亮点 本报告：1）以3C钛合金为切入点，分析3C领域采用钛合金原因及带来的机械加工环节变化。2）对比3D打印、MIM与传统CNC工艺的优缺点，在技术迭代、降本增效、优势互补等多因素驱动下，三大工艺未来的应用场景及趋势。3）本文试测算3D打印在手机中框及手表表壳的不同加工良率及渗透率条件下的成本及市场空间。 投资逻辑 钛金属具有硬度高、密度较低、高强度、抗腐蚀性较强等特征，虽然钛合金材料在3C领域应用具有一定的优势，但钛合金材料属性也会使得加工耗材及设备需求量增加，同时或催生加工工艺的变革：1）刀具：传统机械加工的常用方式，但由于钛导热系数低、质地硬，在CNC加工过程中易出现黏刀、积屑、崩刃等问题，因此对刀具需求量增加，国内刀具厂商正在积极布局，建议关注欧科亿、华锐精密、鼎泰高科、沃尔德、厦门钨业等。2）MIM：传统粉末冶金技术与塑料注射成型技术相结合的高新技术，是小型复杂零部件成型工艺的一场革命，在钛合金加工中具有重要的地位，建议关注统联精密、精研科技等。3）3D打印：传统制造技术的变革，钛合金加工新型方式，未来前景可期，如荣耀Magic Vs2铰链采用3D打印技术，带来轻薄与坚固兼具使用体验，建议关注3D打印企业华曙高科、铂力特。 一、钛合金：3C钛合金加速导入，关注机械加工环节变化 苹果、荣耀等厂商加速导入钛合金，引领消费电子使用钛合金潮流。2023年9月13日，苹果发布iPhone 15系列等产品，产品中有采用钛金属，有效地降低机身重量，同时提高设备的坚固性；2023年10月12日，荣耀正式发布轻薄大内折旗舰——荣耀Magic Vs2，在折叠屏产品关键器件铰链方面，荣耀Magic Vs2采用由钛合金3D打印技术制成的荣耀鲁班钛金铰链，带来轻薄与坚固兼具的使用体验；后续国内外3C厂商有望跟进采用钛合金，催生3C行业加工需求变化或工艺变革。 图表1钛合金材质有助于降低3C产品重量 二、上游：钛矿储量丰富，具有质轻耐磨等特征 （一）钛：具有战略意义的二十一世纪金属 钛是诞生于二十世纪五十年代的新金属，属于难熔稀有轻金属，具有密度小、比强度高、导热系数低、耐高温低温性能好，耐腐蚀能力强等突出的特点，最早被应用于航空航天等高科技领域，现在其应用领域已逐渐向3C、化工、石油、电力、海水淡化、建筑、日常生活用具等行业扩展，被誉为“现代金属”、“第三金属”和“战略金属”。若应用于智能手机可提升手机的整体强度、耐摔性和耐刮擦性，并且还有质轻等优点。 图表2钛产品 图表3钛合金性能 图表4钛合金与铝、镁、锌合金性能参数对比 （二）国内主要钛产品产量持续扩张，钛产品价格稳中偏弱 国内主要钛产品产量持续扩张。2022年我国主要钛产品产量整体保持增长态势，据《2022年中国钛工业发展报告》，2022年我国钛矿产量为314.4万吨（以 TiO2 含量计），同比增加10.05%，2022年我国生产钛白粉约386万吨，同比增加4.32%。同年海绵钛产量17.5万吨（含9家企业），同比增长25%，钛锭产量14.5万吨（含28家企业），同比增长19.83%。 图表5 2011-2022年中国钛矿产量走势 图表6 2011-2022年中国钛白粉产量趋势 图表7 2011-2022年中国海绵钛产量走势 图表8 2011-2022年中国钛锭产量走势 钛产品价格波动较大。近些年钛成品价格波动较大，2023年上半年受全球宏观经济影响，终端需求下滑，钛系市场弱势运行，钛白粉市场波动较大，海绵钛市场价格有所下滑。 图表9我国海绵钛价格走势（元/千克） 图表10我国钛白粉价格走势（元/吨） 三、中游：CNC、3D打印及MIM是钛合金加工重要工艺 （一）CNC制造：传统机械加工是钛合金加工的主要方式 我国刀具市场稳步增长。据QY Research，全球刀具市场规模从2016年的331亿美元增长至2021年380亿美元，复合增长率约2.80％。2012-2016年我国刀具市场规模在320亿元左右；2016年以来，制造业转型升级推动刀具行业快速发展，2021年刀具市场规模达477亿元新高。 图表11全球切削刀具消费额 图表12我国刀具市场规模 国产刀具厂商提质带来产品升级，产能逐步释放带来量提升。刀具厂商正在加大投入，积极布局各类型硬质合金刀具，一方面，项目建成后，将丰富各大公司刀具产品种类，提高刀具产品产能；另一方面，也有助于公司技术升级，增强公司市场竞争力，助力公司刀具产品向中高端迈进。 图表13刀具厂商扩产项目 钛合金材具有高强度、高硬度和低密度材料特性，被认为是“轻质、高强、耐热”材料的典型代表，但由于钛导热系数低、质地硬，在CNC加工过程中易出现黏刀、积屑、崩刃等问题，因此对刀具需求量增加，对刀具提出较大挑战，如：航空发动机被誉为“现代工业皇冠上的明珠”，零部件较多且常有选用钛合金等难加工材料，总体工艺性差，加工难度大，大多数要通过五轴数控机床，编程过程要解决多约束加工干涉和复杂的刀轴矢量计算等问题，加工过程要搭配高精度、高耐磨及高稳定的刀具才能完成整个零件的加工。 图表14航空发动机叶片CNC解决方案 图表15手机加工刀具示意图 （二）3D打印：从“减材”到“增材”，传统制造技术的革新 3D打印是指以三维模型数据为基础，通过材料堆积的方式制造零件或实物的工艺。3D打印改变了产品的设计制造过程，尤其是在复杂构建方面具有明显的优势，在诸多科技创新领域被视为“加速器”，将对传统机械制造业起到重要影响。 图表16 3D打印原理示意图 图表17 3D打印平面示意图 3D打印可快速加工成形结构复杂的零件，实现“自由制造”。“化繁为简”是3D打印的优势之一，尤其在复杂、大型结构加工工艺方面具有明显的优势。3D打印的原理是将三维工件切片以获得二维的轮廓信息，通过层层叠加的方式实现产品成形，是一种“自下而上”的工艺方式，这种方式基本不受零件形状的限制，特别在制造内部结构复杂的、传统加工无法完成一体制造的产品方面，具备突出优势，因此，3D打印能够生产出符合特定需求的复杂产品，从而实现“自由制造”。 图表18 3D打印加工复杂构件 图表19 3D打印优化制造与设计 3D打印相较于传统制造可具有成本低、研发周期短等优势。成本端：传统机械制造通常是通过批量生产单一产品来降低成本，生产的主要成本可分为物料成本，开模成本、机器折旧，耗材成本和人工成本几方面，而3D打印则是通过一台设备生产多种类产品，通过生产多种类产品来降低生产成本，简化了生产过程，降低了生产装配成本和耗材成本。 效率端：3D打印无需开模、无需传统机械多重处理，可在单个设备上快速制造出所需零件，加速产品研发迭代，提高效率。 图表20传统铸造工艺和3D打印工艺的工时及成本比较 预计2023年我国3D打印行业市场规模约367亿元。根据Wohlers Associates，2021年全球3D打印产值为152亿美元。我国3D打印行业发展迅速，未来增长空间较大，根据中商情报网数据，预计2020-2023年我国市场规模将从208亿元增长到367亿元。目前我国3D打印仍处于产业化早期阶段，未来有望逐渐成为千亿元级别产业。 图表21全球3D打印行业市场规模 图表22我国3D打印行业市场规模 钛合金由于具有优异的物理及化学性能，被认为是最适合制备成粉末的金属材料，因此基于模型切片分层制造原理的激光3D打印技术成为一种直接制造钛合金零件的新型技术。如在3C领域，荣耀Magic Vs2采用由钛合金3D打印技术制成的荣耀鲁班钛金铰链，带来轻薄与坚固兼具的使用体验。钛合金3D打印技术改变了人们对传统钛合金加工方式的认识，但是作为一项新型的制造技术仍然有较多问题需要解决，比如效率、成本与良率等问题。 图表23 3D打印钛合金在航空航天领域应用 图表24 3D打印钛合金在3C领域应用 （三）MIM：高效批量生产方式，市场前景广阔 金属注射成型，简称MIM，是传统粉末冶金技术与塑料注射成型技术相结合的高新技术，是小型复杂零部件成型工艺的一场革命。MIM技术的主要工艺是先将金属粉末与粘结剂均匀混合成具有流动性的喂料，在注射机上注射成型，获得的毛坯经脱脂处理后烧结致密化成产品，必要时还可以进行后处理。 图表25钛及钛合金MIM工艺流程图 图表 26M IM技术优势 图表27 MIM工艺的技术优势 MIM相较传统金属成型工艺优势明显。传统金属加工技术如冷镦、锻压、冲压适合用于加工二维、零件结构简单的产品，对于三维、复杂形状产品的加工，存在一定的难度。 CNC技术无需模具设计制作，自由度及加工精度颇高，但材料浪费严重，且在加工超小件、三维造型复杂的零件方面耗时长、产量低、成本高。