3D打印技术革新3C行业：成本精细化分析与市场展望

行业现状：钛合金材料性能优越，成为3C消费终端材料的新选择。钛合金具有强度高、热强度高、抗腐蚀性好、低温性能好、化学活性大、导热系数小、弹性模量小的优势，目前3C企业纷纷开始使用钛合金材料并尝试以3D打印方式生产钛合金零部件。例如：1）荣耀：2023年7月发布的MagicV2是全球首款采用钛合金铰链的折叠旗舰机，并且铰链的轴盖部分首次采用钛合金3D打印工艺；2）苹果：2023年推出的Apple Watch产品部分钛金属机构件就采用到了3D打印技术。加之越来越多的3C企业重视ESG，而3D打印能减少资源能源消耗，符合ESG理念，有望加速对3D打印的使用。 成本拆解：给予一定的良率等关键参数假设，3D打印手表表壳（90%良率 ）/手机中框（70%良率 ）/手机轴盖（90%良率 ）的总成本预期为131/369/95元/个。本文通过参考行业公开数据并对核心参数作出假设，测算得到：1）苹果手表表壳：假设手表表壳的3D打印可达90%的良率和75%的粉末利用率、粉末0.6元/g、8激光设备750万元，单个表壳总成本为130.58元，从成本端来看相较于原始非3D打印的表壳成本已具备竞争能力；2）苹果手机中框：假定中框的3D打印可达70%的良率和75%的粉末利用率、粉末0.6元/g、8激光设备750万元，单个中框总成本为369.25元。但若假设初期良率仅20%，则对应生产总成本828.87元；3）荣耀手机轴盖：假设轴盖3D打印的良率和粉末利用率均可达90%、粉末0.6元/g、4激光设备250万元，单个轴盖总成本为95.14元。 敏感性分析：“粉末利用率+3D打印设备价格”是3D打印降本的痛点所在。目前制约3D打印渗透的一大关键在于3D打印成本仍相对较高，通过敏感性分析，我们发现粉末利用率和3D打印设备价格是未来3D打印降本、加速渗透的最为关键所在，此外良率和打印效率对3D打印降本的影响亦非常大。未来随着3D打印设备生产技术的发展、管理的优化以及自动化水平的提升，3D打印设备有望成本下降，粉末利用率、打印良率、打印效率有望提升，并促进3D打印成本的下降，带动3D打印的加速渗透。 规模测算：2024年起或迎渗透放量期，三年数倍高增至2026年仍空间广阔。基于未来3C行业需求以及钛合金在3C行业的渗透，我们预期3C行业钛合金3D打印设备市场2024-2026年将分别达14.61亿元/42.92亿元/72.48亿元，三年市场增长近五倍；毛坯产品市场2024-2026年分别达11.45亿元/54.32亿元/94.85亿元，3年增长超8倍。 且2026年对应iPhone渗透率仅14%，仍空间广阔。 投资建议：目前3D打印设备市场竞争者少，主要由铂力特和华曙高科主导。我们持续看好3D打印赋能3C领域带来的广阔市场空间，并推荐关注3D打印设备核心标的铂力特和华曙高科，建议关注3D打印产品后处理核心标的金太阳。 风险提示：宏观经济波动风险、3D打印导入3C行业进程不及预期风险、技术迭代风险、3C钛合金产品需求不及预期风险、上游原材料价格波动风险、测算数据与实际情况不一致的风险。 1.行业现状：钛合金材料性能优越，成为3C消费终端材料 的新选择 1.1钛合金材料性能优越 钛合金具有强度高、热强度高、抗腐蚀性好、低温性能好、化学活性大、导热系数小、弹性模量小的优势。钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。具体来说，其强度高，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件；热强度高，在中等温度下仍能保持所要求的强度；抗腐蚀性好于不锈钢，能在潮湿的大气和海水介质中工作； 低温性能好，在-253℃下还能保持一定的塑性；化学活性大，易与摩擦表面产生粘附现象；导热系数小、弹性模量小的优势。 图表1：钛合金材料性能优越 四种合金相比，钛合金硬度和抗拉强度均处于领先。与铝合金、锌合金、镁合金相比，硬度方面，钛合金最高，要远硬于其他三种合金。就抗拉强度而言，钛合金强于锌合金，其次是镁合金，强度最低的是铝合金。 图表2：四种合金物理性能对比 1.2钛合金切入to C市场，成为3C消费终端材料的新选择 由于钛合金高强度、轻量化和抗腐蚀的特性，成为3C消费终端材料的新选择，目前3C企业纷纷开始使用钛合金材料，并以荣耀为代表的部分企业还开始首次尝试以增材制造（3D打印）的方式生产钛合金零部件： 荣耀：在2023年7月发布的MagicV2是全球首款采用钛合金铰链的折叠旗舰机，铰链的轴盖部分首次采用钛合金3D打印工艺，这也是其第一次在手机上大规模使用钛合金技术。将钛合金技术应用于折叠屏卷轴器件，可以降低其整体厚度和重量，就具体厚度来说，折叠态最薄只有9.9mm，开创了折叠屏轻薄新高度，将折叠屏手机厚度带入毫米时代。与此同时，整机重量仅231g，整机轻薄度足以比肩直板旗舰。 图表3：荣耀MagicV2钛合金铰链轴盖采用3D打印 小米：2024年2月，小米发布会正式推出小米14 Ultra钛金属特别版，Ultra机型的中框通体采用钛合金材质，使用钛合金注射成型（MIM）工艺，小米14 Ultra是迄今为止小米的第二款钛合金中框手机（2023年为小米14 Pro为首款推出钛合金版本的机型）。 它使用的是TC-4超强钛合金，屈服强度达到了900MPa，是小米14 Ultra标准版的214%，材料硬度是14 Ultra标准版的259%，外观精致，内在抗压，手感出众。 苹果：苹果在2023年就已经开始积极引入3D打印技术，2023年推出的Apple Watch产品部分钛金属机构件就采用到了3D打印技术。Apple Watch Series 9的表壳采用不锈钢粘结剂喷射（Binder Jetting）金属3D打印；Apple Watch Ultra的数字表冠、侧按钮和一些其他操作按钮使用钛合金粉末床激光熔融（L-PBF）金属3D打印生产。而对于钛合金的应用，苹果2023年全新的iPhone 15系列机型中iPhone 15 Pro/iPhone 15 Pro Max在机身材质上边框部分首次引入钛合金，打造出Apple史上最轻Pro级产品和iPhone史上最窄边框。在尺寸变化不大的情况下，提升功能性的同时，比iPhone 14 Pro和iPhone 14 Pro Max轻约9%。 1来源 ：中国移动手机俱乐部，“荣耀Magic V2发布，折叠屏进入‘毫米时代’” 2来源 ：南极熊3D打印，“钛合金：小米、苹果、荣耀等3C厂商飞来大单，金属3D打印材料企业持续爆发”3来源 ：南极熊3D打印，“钛合金：小米、苹果、荣耀等3C厂商飞来大单，金属3D打印材料企业持续爆发”4来源 ：安兔兔，“苹果iPhone 15 P ro/iPhone 15 P ro Max发布：A17 Pro+钛合金机身7999起！” 图表4：AppleWatch Series 9 3D打印不锈钢表壳（左）；Apple Watch Ultra3D打印钛合金表冠等（右） 1.3苹果推出“碳中和”产品，ESG理念有望加速3C产品运用3D打印 苹果致力于领导应对气候变化的斗争，专注于可再生能源和低碳设计。2022年，苹果的各个环保项目令所有范围的碳排放量减少了逾2800万吨。具体举措包括为公司场所设施采购100%可再生电力、推动供应商转用可再生能源，以及在产品中使用低碳材料。得益于这些举措，公司业务增长已开始与碳排放脱钩：自2015年起公司营收增长超过68%，但总排放量却减少了45%以上。 图表5：苹果的综合碳足迹 苹果发布第一款碳中和产品，实现绿色生产链条的闭环。2023年9月苹果发布的Apple Watch Series 9、SE、Ultra 2大部分型号达到了碳中和（除了不锈钢壳版本的Series 9）。这项技术主要分四大类：再生金属材料、绿电替代、绿色包装和运输、用户端减碳。未来，苹果还将积极推进绿色生产，并计划到2030年实现碳中和。 5来源：《苹果2023年环境进展报告》 图表6：Apple Watch Series 9产品环境报告 图表7：苹果迈向净零排放目标的进展 越来越多的3C企业重视ESG，致力于为可持续发展助力。2023年4月21日，荣耀在ESG可持续发展论坛上发布了公司成立以来首份ESG报告，承诺将于2045年实现公司运营碳中和；小米集团已将ESG管理全面融入我们的业务运营及管理中，作为公司发展策略的一部分，并在2023年8月正式承诺“2040年达成碳中和，并100%使用可再生能源”，3C企业注重ESG管理已成为趋势。 6来源 ：耀煜科技，“荣耀发布首份ESG报告，承诺2030年实现碳达峰，2045年实现碳中和”7来源 ：雷军公众号，“雷军：小米集团2040碳中和承诺” 图表8：荣耀ESG报告（2021-2022年） 图表9：小米集团2040碳中和承诺 3D打印能减少资源能源消耗，符合3C公司的ESG理念。CASTOR在《2023年3D打印可持续发展趋势报告》中指出，当制造过程中损失的材料量很高时，二氧化碳减排量会显着增加，而使用3D打印相对于传统制造方法的环境效益，有可能对公司的碳足迹产生重大影响。具体来说，3D打印作为增材制造，以“需多少拿多少，一步一投入”的生产方式，改变了传统制造的理念和模式，不仅能在生产中减少资源能源消耗，从而直接有效降低碳排放，还能大幅缩减产品开发周期与成本，推动材料革命，以绿色生产助力可持续发展的未来。未来在ESG理念的推动下，3C企业有望加速对3D打印的使用。 图表10：二氧化碳减排量随着材料浪费的增加而增加 8来源 ：3D打印资源库，“3D打印为推进企业碳达峰、碳中和注入‘新动力’”9来源 ：霍尼韦尔，“3D打印技术，是如何减少碳排放的？” 2.成本拆解：手表表壳&手机中框&轴盖成落脚点，良率和效 率或为最大降本参数 2.1苹果表壳：良率90%情况下，预计单个表壳打印总成本约为131元 根据铂力特、华曙高科等同行业公司披露的相关数据以及行业目前的情况，我们对苹果表壳采用3D打印工艺的成本测算基本假设如下: 1)生产参数&表壳产量： 打印效率：参考铂力特、华曙高科披露的相关产品数据，从整体中位数水平来看，我们预测单个激光头打印效率应该不超过 6cm ³/h，因此8激光的整台机器效率我们给予 48cm ³/h的估计。 单个Apple Watch Ultra表壳重量：专业人士通过对Apple Watch进行微机分拆解，测量出Apple Watch的实际称重重量为12g。 粉末利用率：考虑到表壳内部结构较复杂，工艺初期还有改进空间，去除支撑，打磨抛光损失、加工余量等，我们假设粉末利用率为75%。 一年工时：《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》中披露，铂力特中型设备机时数为4050小时/台/年，我们以此为依据，假设每台3D打印设备的一年工时为4050小时。 基于以上假设，我们可以计算得在不考虑良率的情况下，每年可生产Apple Watch表壳5.47万个，若我们假设良率为90%，则每年可生产表壳数量（考虑良率）为4.92万个。 2)单个表壳毛坯打印总成本： 设备折旧成本：参考华曙高科首次公开发行股票并在科创板上市申请文件审核问询函之回复报告中披露测算的2022年1-6月8激光设备的价格849.69万元，并考虑到随着技术、管理提升，我们做一定降价调整并假设每台3D打印设备价格为750万元。 加之由于Apple Watch属于苹果产业链，我们参考工业富联2022年年报披露的机器设备折旧年限3-12年，假设单台3D打印设备折旧时间为3年。则我们可以计算出在不考虑良率的情况下，单个表壳的设备折旧成本是46.00元，若考虑良率，则单个表壳折旧成本为50.81元。 钛合金粉末成本：《西安铂力特增材技术股份有限公司2022年度向特定对象发行A股股票募集说明书》中披露铂力特2022年自制金