鈦金屬引爆3D打印 千億潛力市場迎關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

來源：全景網(wǎng)

鈦金屬加入疊加技術(shù)升級，3D打印迎來爆發(fā)近在眼前？

　　01

　　一早就出現(xiàn)的3D打印

　　至今仍未大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)

　　3D打印又稱為增材制造（Additive Manufacturing，AM），是涵蓋多學(xué)科的先進(jìn)制造技術(shù)。3D打印是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，將三維實(shí)體變?yōu)槿舾蓚�二維平面，運(yùn)用粉末狀金屬、塑料、陶瓷、樹脂等可粘合原材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

　　整體而言，3D打印是信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)材料技術(shù)與數(shù)字制造技術(shù)的結(jié)合，制造流程橫跨多個學(xué)科，涵蓋機(jī)械、材料、軟件、電子、設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺等。3D打印通過二維逐層堆疊材料的方式，直接成形三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)字制造技術(shù)。對比傳統(tǒng)制造方法，增材制造最適合小批量、復(fù)雜設(shè)計(jì)以及速度至關(guān)重要的應(yīng)用。



　　資料來源：Hubs

　　相較于傳統(tǒng)制造方式，3D打印的優(yōu)勢包括（1）縮短新產(chǎn)品研發(fā)及實(shí)現(xiàn)周期；（2）可高效成形更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；（3）實(shí)現(xiàn)一體化、輕量化設(shè)計(jì)；（4）材料利用率較高，3D打印昂貴的金屬材料可節(jié)約較大成本；（5）實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的力學(xué)性能。3D打印快速凝固成形后的制件內(nèi)部冶金質(zhì)量均勻致密，無其他冶金缺陷；同時快速凝固使得材料內(nèi)部組織為細(xì)小亞結(jié)構(gòu)，成形零件可在不損失塑性的情況下使強(qiáng)度得到較大提高。

　　現(xiàn)階段我國3D打印仍舊以工程塑料、樹脂和部分常見金屬材料為主。3D打印所用的這些原材料都是專門針對3D打印設(shè)備和工藝而研發(fā)的，與普通的塑料、石膏、樹脂等有所區(qū)別，其形態(tài)一般有粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀等。就我國目前3D打印粉末材料使用情況來看，非金屬與金屬材料大致形成6：4的格局，非金屬材料占材料市場大部分份額。

　　其中金屬粉末主要是常見的主要有金屬材料，缽合金、鋁合金和不銹鋼占比較大，非金屬粉末是工程塑料、尼龍、樹脂；以及不斷開發(fā)的生物基可降解材料、復(fù)合材料等。當(dāng)前金屬3D打印技術(shù)在可加工材料、加工精度、表面粗糙度、加工效率等方面與傳統(tǒng)的精密加工技術(shù)相比，還存在一定差距。

　　據(jù)Wohlers Associates，2022年全球3D打印產(chǎn)值180億美元，前三大下游為航空航天（17%）、醫(yī)療（16%）和汽車（15%）；2021年我國3D打印產(chǎn)值265億元，主要用于航空航天、軍工等，均未形成大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

　　02

　　為何當(dāng)前節(jié)點(diǎn)提起3D打��？

　　消費(fèi)電子鈦合金趨勢+國內(nèi)技術(shù)成熟，3D打印將迎大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　由于鈦合金的低熱導(dǎo)率，傳統(tǒng)CNC技術(shù)加工鈦合金刀具損耗大，根據(jù)艾邦高分子，傳統(tǒng)CNC加工鈦合金良率僅30-40%。而3D打印技術(shù)避免了刀具切削環(huán)節(jié)，且激光器和金屬粉末的降價，使得3D打印鈦合金成本逐漸與CNC加工平價。

　　根據(jù)Counterpoint，Apple Watchseries6表殼的機(jī)加成本約為132元，3D打印的Ultra鈦合金成本約為109元，成本端具備競爭優(yōu)勢。



　　來源：IT之家、新浪科技、華為官網(wǎng)、OPPO官網(wǎng)

　　3D打印鈦合金開始不斷在蘋果、榮耀等產(chǎn)品中有應(yīng)用。

　　2023年7月，華為榮耀MagicV2折疊屏手機(jī)鉸鏈宣告使用鈦合金3D打印技術(shù)制造，實(shí)現(xiàn)首次3D打印在消費(fèi)電子領(lǐng)域的規(guī)�；瘧�(yīng)用。據(jù)彭博社，Apple Watch Series9的表殼采用不銹鋼粘結(jié)劑噴射（Binder Jetting）金屬3D打��；Apple Watch Ultra的數(shù)字表冠、側(cè)按鈕和一些其他操作按鈕使用鈦合金粉末床激光熔融（L-PBF）金屬3D打印生產(chǎn)。如果智能手表的測試成功，蘋果或?qū)�尋求在未來幾年�?nèi)在更多產(chǎn)品上使用該技術(shù)。

　　2023年9月，蘋果在秋季發(fā)布會上發(fā)布了全新的iPhone 15Pro手機(jī)和Apple Watch Ultra2手表，二者的邊框均使用到了鈦合金材料；今年10月，小米發(fā)布小米14系列手機(jī)，其中小米14Pro提供了鈦金屬特別版。在以上使用了鈦材的3C產(chǎn)品中，榮耀折疊屏軸蓋和AppleWatchUltra2表殼均為單一鈦合金材質(zhì)，而蘋果和小米手機(jī)則使用了鈦鋁復(fù)合材料，即內(nèi)部的底板為鋁，外部的邊框?yàn)殁�，其中蘋果手機(jī)使用了鈦合金，小米手機(jī)使用了99%純鈦。相較于此前3C行業(yè)廣泛使用的鋁合金和不銹鋼，鈦合金CNC加工難度明顯增大，3D打印成為另一種頗具前景的可選加工方式。

　　頭部廠家的示范效應(yīng)之下，未來3D打印技術(shù)有望拓展至更多消費(fèi)電子產(chǎn)品，鈦合金在3C行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)形成趨勢。

　　同時國內(nèi)廠商技術(shù)的成熟，也讓國內(nèi)產(chǎn)業(yè)爆發(fā)具備基礎(chǔ)。

　　3D打印分為金屬3D打印和非金屬3D打印，其中金屬3D打印技術(shù)PBF已實(shí)現(xiàn)廣泛工業(yè)應(yīng)用，DED已形成工業(yè)化應(yīng)用。增材制造工藝分為7類，不同技術(shù)通常在材料、能量源、成型方法上有差異，其中4種路線涉及金屬3D打印，粉末床熔融PBF（包括SLS、SLM、EBM、MJF）和定向能量沉積DED（包括LSF、WAAM）均可制造達(dá)到鍛件標(biāo)準(zhǔn)的金屬零件，是已成熟應(yīng)用的技術(shù)路線。

　　據(jù)Wohlers 2022年Senvol數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)，全球1026件金屬增材制造產(chǎn)品中，94%均采用PBF(902件)和DED(61件)技術(shù)制造。

　　以最廣泛使用的金屬3D打印技術(shù)路線SLM為例，其加工原理為鋪粉系統(tǒng)在加工平臺鋪一層金屬粉末，激光在金屬粉末的顆粒之間一次一層地?zé)�結(jié)成型。解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的加工制造問題，特別適用于制造具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的難加工鈦合金、高溫合金等零件。

　　SLM技術(shù)路線的主要設(shè)備廠商包括EOS、通快Trumpf、SLM Solutions、Concept Laser(GE)、鉑力特、漢邦、先臨/易加三維、華曙高科。國內(nèi)設(shè)備廠商華曙高科、鉑力特的成型尺寸、掃描速度等各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。



　　資料來源：SLMSOLUTION，Apple，3D Printing Industry，F(xiàn)acfox

　　此外，3D打印的成本還將不斷下降。

　　當(dāng)前原材料金屬3D打印粉末價格持續(xù)下行。以鉑力特為例，2020-2022年自制金屬3D打印粉末銷售價格由144.5萬元/噸降至78.2萬元/噸，降幅為46%。預(yù)計(jì)未來仍將保持下降趨勢。

　　加上激光器國產(chǎn)化推進(jìn)，零部件采購單價呈下降趨勢，使得3D打印設(shè)備端單價呈下降趨勢；以及像鉑力特2023年發(fā)布的BLT-A400、BLT-S400、BLT-S450多激光配置方案，從設(shè)備激光器數(shù)量、粉末循環(huán)系統(tǒng)、配套軟件等方面提升設(shè)備的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性，鈦合金3D打印仍有很大降本空間。

　　專業(yè)機(jī)構(gòu)對鈦合金3D打印的成本進(jìn)行拆解，在對未來3D打印粉末材料價格和3D打印設(shè)備價格的下降幅度以及3D打印效率提升的幅度做出審慎的假設(shè)后，發(fā)現(xiàn)鈦合金3D打印環(huán)節(jié)的價格有望從當(dāng)前的7元/g下降到2027年的3.64元/g，降幅接近50%。降本驅(qū)動后，3D打印在3C鈦合金產(chǎn)品制造中的滲透率有望持續(xù)提升。

　　03

　　市場有多大？

　　首先就鈦合金技術(shù)切入消費(fèi)電子領(lǐng)域看3D市場空間，目前已存在3款運(yùn)用鈦合金的設(shè)備零部件，專業(yè)機(jī)構(gòu)測算鉸鏈到2027年3D打印鈦合金鉸鏈滲透率到50%時，市場空間將達(dá)到60億元。手機(jī)中框與智能手表方面，通過對智能手機(jī)/手表出貨量的預(yù)估，對滲透率、價值量占比、單個手機(jī)用量、鈦合金價格、粉末利用率的合理假設(shè)后得出，2027年在3D打印滲透率在20%的情況下全球智能手機(jī)和智能手表的市場空間分別為486.35億元和63.42億元，中國市場為108.20億元和31.80億元。

　　部分機(jī)構(gòu)則認(rèn)為，在2027年3D打印折疊屏鈦合金軸蓋80%滲透率，3D打印AppleWatch鈦合金表殼80%滲透率，3D打印iPhone鈦合金中框25%的滲透率前提下，2023-2027年累計(jì)的鈦合金3D打印產(chǎn)品、3D打印設(shè)備、3D打印粉末、3D打印激光器和3D打印振鏡的市場規(guī)模分別為198.43億元、164.40億元、24.19億元、9.41億元和12.22億元。

　　而隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，新產(chǎn)品的研發(fā)制造驅(qū)動下游不斷拓展，越來越多領(lǐng)域正轉(zhuǎn)變成增材制造生產(chǎn)。

　　根據(jù)從事增材制造行業(yè)研究的美國咨詢機(jī)構(gòu)WohlersAssociates.（沃勒斯）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年全球增材制造產(chǎn)值（包括產(chǎn)品和服務(wù)）152.44億美元，同比增長19.50%。經(jīng)過30多年發(fā)展，增材制造產(chǎn)業(yè)正從起步期邁入成長期，整體來看近年來呈現(xiàn)快速增長趨勢。根據(jù)沃勒斯預(yù)測，到2025E年增材制造收入規(guī)模有望實(shí)現(xiàn)298億美元，2021-2025E年CAGR為18.24%；到2030E年有望達(dá)到853億美元，2025E-2030E年CAGR為23.41%。



　　全球增材制造市場規(guī)模 資料來源：華曙高科招股說明書

　　當(dāng)前全球3D打印頭部企業(yè)主要集中在美國，我國3D打印行業(yè)仍處于成長早期，2021年我國3D打印行業(yè)規(guī)模在全球占比約17%，國內(nèi)多項(xiàng)專利通過申請但未投入具體應(yīng)用，核心技術(shù)與尖端人才是制約我國當(dāng)前3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

　　我國高度重視增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，近年來，國內(nèi)3D打印市場應(yīng)用程度不斷深化，在各行業(yè)均得到了越來越廣泛的應(yīng)用。2017-2020年，中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈逐年增長趨勢，2020年中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模為208億元，同比增長32.06%。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，預(yù)計(jì)2026E年我國3D打印市場規(guī)模將超過1000億元，2021-2026E年復(fù)合增速20%以上。



　　中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模 資料來源：華曙高科招股書、億渡數(shù)據(jù)

　　04

　　相關(guān)企業(yè)有哪些？

　　3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上游分為打印原材料、核心硬件和輔助運(yùn)行軟件三大板塊。原材料是3D打印產(chǎn)業(yè)鏈基石，參與者以具備全產(chǎn)業(yè)鏈布局的頭部企業(yè)和粉材供應(yīng)商為主。目前行業(yè)內(nèi)常用的打印材料包括金屬、塑料、光敏樹脂、陶瓷和復(fù)合材料等五類，金屬材料和復(fù)合材料是未來發(fā)展趨勢。核心硬件和輔助運(yùn)行軟件國內(nèi)外差距明顯，目前國內(nèi)呈多元競爭態(tài)勢，國產(chǎn)替代潛力大。

　　中游包括3D打印設(shè)備制造及技術(shù)服務(wù)，是整個產(chǎn)業(yè)鏈的核心主體。國內(nèi)廠家以桌面級打印機(jī)供應(yīng)商為主，工業(yè)級打印機(jī)技術(shù)難度大、工藝要求高，國內(nèi)廠家數(shù)量雖少，但普遍具備全產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)能力。

　　下游應(yīng)用方式主要分為直接制造、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和原型制造，目前已經(jīng)廣泛滲透至航空航天、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域，其中金屬工業(yè)級3D打印是未來重要增長極。



　　3D打印產(chǎn)業(yè)鏈 數(shù)據(jù)來源：華曙高科招股說明書，鉑力特招股說明書

　　當(dāng)中鉑力特是國內(nèi)金屬3D打印核心企業(yè)，布局金屬3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈。公司創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)是國內(nèi)最早的3D打印研發(fā)團(tuán)隊(duì)之一，深耕金屬增材領(lǐng)域二十余載，現(xiàn)已形成覆蓋3D打印上游原材料、中游設(shè)備、下游制造的完整產(chǎn)品服務(wù)體系。

　　公司依托自研設(shè)備積極開拓下游航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域客戶，定制化產(chǎn)品已進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段。作為國內(nèi)少有的具備全產(chǎn)業(yè)鏈供貨能力的3D打印綜合方案解決供應(yīng)商，公司技術(shù)能力國內(nèi)領(lǐng)先，隨著我國不斷加大3D打印產(chǎn)業(yè)的投入和政策支持，公司有望充分受益。

　　華曙高科是我國工業(yè)級3D打印設(shè)備領(lǐng)先企業(yè)，同時具備材料及軟件自主研發(fā)和生產(chǎn)能力。公司主要從事工業(yè)級增材制造設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，并提供3D打印材料、工藝和服務(wù)，產(chǎn)品應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療、模具等領(lǐng)域。公司是國內(nèi)少數(shù)具備自主開發(fā)增材制造工業(yè)軟件、控制系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)SLM、SLS設(shè)備產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)銷售的企業(yè)，受益全球3D打印行業(yè)快速發(fā)展。

　　先臨三維是國內(nèi)齒科3D數(shù)字化稀缺標(biāo)的，3D掃描技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先。公司深耕3D打印行業(yè)17年，自主研發(fā)擁有從3D數(shù)字化設(shè)計(jì)到3D打印制造的軟硬件一體化完整技術(shù)鏈。公司齒科數(shù)字化產(chǎn)品豐富，包括3D口掃、3D桌掃、齒科DLP打印機(jī)（含材料）、CAD/CAM系統(tǒng)等，技術(shù)優(yōu)勢在于前端的掃描，目前高毛利率的自研掃描儀已經(jīng)成為公司的主要產(chǎn)品。

　　銀邦股份則是高端金屬復(fù)合材料領(lǐng)先企業(yè)，其子公司飛而康是國內(nèi)最早從事金屬3D打印應(yīng)用服務(wù)的廠商之一，深耕航空航天業(yè)務(wù)十余載，建設(shè)工業(yè)化生產(chǎn)工廠，積極推動3D打印產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。飛而康是國內(nèi)首家通過金屬3D打印適航認(rèn)證、擁有金屬粉末制備-金屬3D打印部件制造-熱等靜壓處理-性能檢測完整生產(chǎn)工藝的企業(yè)，制造的3D打印零件已被批量應(yīng)用到C919飛機(jī)的生產(chǎn)中。

　　光韻達(dá)的全資子公司通宇航空有十年航空裝備制造與管理經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品包括多型號機(jī)加工及3D打印航空零部件，主要客戶為成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司。通宇航空毗鄰核心客戶，是其航空零部件和3D打印供應(yīng)商，在與成飛集團(tuán)多年的合作中，公司已經(jīng)融入成飛供應(yīng)鏈，成為重要供應(yīng)商之一。