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在2024年開局之際，各大消費電子(3C)巨頭紛紛推出新品，贏得了受眾的青睞。其中，作為受眾群體占比較大的領域，手機生產(chǎn)商也開始嘗試在產(chǎn)品生產(chǎn)流程中引入3D打印等新興技術，以求縮短生產(chǎn)周期和降低成本。可以預見，手機等3C產(chǎn)品的制造轉(zhuǎn)型也將為金屬3D打印材料供應商帶來崛起甚至爆發(fā)的契機。
2024年2月23日，南極熊獲悉，小米在昨天正式發(fā)布會上推出了小米14 Ultra鈦金屬特別版，售價達到8999元，成為小米史上最強悍的Ultra機型。Ultra機型的中框通體采用鈦合金材質(zhì)，使用鈦合金注射成型(MIM)工藝。它使用的是TC-4超強鈦合金，屈服強度達到了900MPa，是小米14 Ultra標準版的214%，材料硬度是14 Ultra標準版的259%，外觀精致，內(nèi)在抗壓，手感出眾。
小米手機中框采用MIM鈦金屬制造
小米14 Ultra是迄今為止小米的第二款鈦合金中框手機(2023年為小米14 Pro為首款推出鈦合金版本的機型)，這種材質(zhì)能夠抵抗日常使用中的磨損和劃痕，同時讓手機更加便攜。小米集團盧偉冰表示，小米14 Ultra鈦金屬版是在注射成型燒結(jié)體的基礎上經(jīng)過了CNC二次加工，使用定制刀具，良率僅50%，成本極高。
注射成型(MIM)工藝原理是將微米級粉末與塑料混煉成顆粒喂料，再注入模具通過50000MPa的超高壓，把內(nèi)部壓結(jié)實，進行燒結(jié)脫脂，最終直接形成超高密度的鈦金屬中框。MIM所使用的粉末一般需要是粒徑<20μm的粉末，以維持注射件較高的表面光潔度。盡管小米14 Ultra手機中框的生產(chǎn)過程并未使用到3D打印技術，但原料端的金屬粉末的大量使用也為國內(nèi)的金屬3D打印材料廠商帶來巨大的機遇。據(jù)南極熊了解，著名金屬3D粉末廠商中航邁特即是小米鈦合金版的鈦合金粉體供應商之一。我們有理由相信，中航邁特也將乘著這股手機大賣的東風順勢起飛，迎來爆單！
從2023年起，南極熊就注意到國內(nèi)多家金屬3D打印粉末材料廠商，接收到了大量的鈦合金粉末材料訂單。眾所周知，金屬3D打印所使用的金屬粉末原料大都通過氣霧化法生產(chǎn)，其所需粉末的粒度范圍集中在15-53μm，要稍高于MIM工藝(<20μm)。由于氣霧化鈦合金粉末主要供應3D打印市場，MIM所需的超細粉末需要從原始粉末中篩分，收得率并不高。
目前，MIM工藝雖被大量應用于3C電子類產(chǎn)品框架、零部件的生產(chǎn)，基于模具的一體化成形也節(jié)省了因減材加工帶來的大量材料浪費，但由于燒結(jié)流程會使得坯體的尺寸精度偏差大、表面粗糙度變差，導致MIM部件仍需進行二次CNC加工。然而，細粉生產(chǎn)成本高、喂料需混煉、二次CNC加工等流程同樣會導致成本增高，各大手機廠商一直在尋找更低成本的生產(chǎn)模式，這也為短流程的金屬3D打印技術提供了入局空間
蘋果、榮耀等手機廠商積極引入金屬3D打印
最新調(diào)查顯示，蘋果在2023年就已經(jīng)開始積極引入3D打印技術，去年推出的Apple Watch產(chǎn)品部分鈦金屬機構(gòu)件就采用到了3D打印技術。Apple Watch Series 9的表殼采用不銹鋼粘結(jié)劑噴射(Binder Jetting)金屬3D打?。籄pple 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)で笤谖磥韼啄陜?nèi)在更多產(chǎn)品上使用該技術。實際上，蘋果已經(jīng)在鈦合金專利上進行了大量儲備。調(diào)研機構(gòu)PatentlyApple統(tǒng)計，截至目前，蘋果已累計獲得鈦合金材料相關專利8項。
除蘋果外，目前三星、華為、OPPO等公司均計劃在下一代產(chǎn)品中使用鈦合金技術。榮耀在2023年7月發(fā)布的MagicV2是全球首款采用鈦合金鉸鏈的折疊旗艦機，鉸鏈的軸蓋部分首次采用鈦合金3D打印工藝，這也是其第一次在手機上大規(guī)模使用鈦合金技術。由于將鈦合金技術應用于折疊屏卷軸器件，可以降低其整體厚度和重量，據(jù)供應商人士透露，華為也計劃在手機上使用。三星、OPPO等公司開始加速與供應鏈溝通、測試，試圖在下一代產(chǎn)品中使用鈦合金技術。
蘋果、華為等消費電子巨頭均對鈦合金3D打印表現(xiàn)出濃厚興趣，并嘗試引入鈦合金打印技術將其應用于自家產(chǎn)品，表明鈦合金在消費電子領域迎來應用新進展。鈦合金材料輕盈堅固，不過仍存在加工難度大、材料及設備成本高、打印速度較慢等問題，3D打印技術則能夠很好地解決鈦合金技術的量產(chǎn)痛點及鈦合金材料成型的問題。
在頭部廠家的示范效應之下，未來3D打印技術有望拓展至更多消費電子產(chǎn)品。小米14 Pro(2023.10)、小米14 Ultra(2024.2)、三星Galaxy S24 Ultra(2024.3)等均已采用或確定采用鈦合金零部件，鈦合金在3C行業(yè)中的應用已經(jīng)形成趨勢。
鈦合金3D打印技術在手機中的應用前景
據(jù)了解，目前鈦合金軸蓋的材料成本約為30元，加工成本卻高達10倍。由于總成本相對較高，鈦合金此前主要應用于航空航天、生物醫(yī)學、化學工程、能源技術等領域。目前，將其與3D打印工藝結(jié)合，則可研發(fā)出相對堅固、延展性好、易于打印的高性能鈦合金，開始逐步應用于消費電子領域。
過去3D打印的痛點在于無法大規(guī)模量產(chǎn)，當前消費電子折疊屏+鈦合金趨勢之下，3D打印市場空間得以釋放。未來，隨著3D打印技術在鈦合金軸蓋的量產(chǎn)規(guī)?；⒘计仿蔬M一步提高，帶來邊際成本下降，價格有望持續(xù)下跌。隨著成本逐漸可控，鈦合金3D打印技術有望引領消費電子新革命。
此外，近年來國內(nèi)廠商金屬3D打印技術已發(fā)展成熟，具備了產(chǎn)業(yè)化基礎，這也將成為推動鈦合金3D打印技術在手機領域產(chǎn)業(yè)化應用的一大助力。以最廣泛使用的金屬3D打印技術路線——選區(qū)激光融化(SLM)為例，國內(nèi)設備廠商鉑力特、華曙高科、易加三維等的成型尺寸、掃描速度等各項指標已經(jīng)達到國際先進水平。
近期，部分上市公司也公開回應3D打印業(yè)務進展。鉑力特表示，公司構(gòu)建了較為完整的金屬3D打印產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。華曙高科稱，公司建立了自主可控的3D打印技術體系。銳科激光表示，公司增材制造領域劃分進入戰(zhàn)略業(yè)務，3D打印等表面處理業(yè)務發(fā)展態(tài)勢良好，已有批量訂單。據(jù)透露，蘋果公司W(wǎng)atch Ultra手表生產(chǎn)所使用的金屬打印機供應商為兩家國產(chǎn)A股公司——華曙高科與鉑力特。另外，在榮耀相關產(chǎn)品鉸鏈的合作供應鏈中，鉑力特、瑞聲科技、金太陽等公司均有所涉及。
在原材料供應方面，我國增材制造材料目前基本完成國產(chǎn)替代。根據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2021年調(diào)研50家規(guī)上企業(yè)結(jié)果，我國50家增材制造原材料規(guī)上企業(yè)2021年產(chǎn)值14.7億元，其中以高溫合金、鈦合金、鋁合金為主的金屬材料年產(chǎn)量約700噸，營收5.5億元，占比37%。國內(nèi)主要增材制造原材料供應商包括中航邁特、鉑力特、威拉里等。此外，金屬3D打印設備核心零部件激光器、振鏡國產(chǎn)替代雖進程較慢，但也有著許多國產(chǎn)廠家正在努力：激光器、振鏡等工業(yè)3D打印機核心零部件，國產(chǎn)化已在路上-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(nanjixiong.com)。國內(nèi)廠商在原材料和設備端的雙重發(fā)力，為鈦合金3D打印入軍3C行業(yè)提供了有力保障。
從短期看，3C行業(yè)新增3D打印市場空間 iPhone>Apple Watch>折疊手機軸蓋，其中24年3D打印設備新增市場超百億。根據(jù)中泰證券測算，假設2024年折疊屏軸蓋、手表表殼、iPhone中框的3D打印滲透率分別為10%/25%/10%，新增3D打印設備空間1.6/10.4/117億元。從中長期預測，消費電子全行業(yè)的3D打印滲透率極低，成長空間巨大。根據(jù)Statista和Wohlers，2022年全球消費電子市場規(guī)模約為1.01萬億美元，全球消費電子領域3D打印市場規(guī)模為21.27億美元，滲透率僅約0.21%。未來，隨著鈦合金的廣泛使用以及龍頭廠商的示范效應，3D打印在3C行業(yè)的應用仍有巨大上升空間。
總結(jié)
蘋果、華為等消費電子巨頭引領著行業(yè)的技術創(chuàng)新和發(fā)展方向，他們對鈦合金3D打印技的應用同樣會促使其他手機或科技公司的跟進，小米新款手機的細節(jié)就是這一趨勢的很好印證。
隨著鈦合金3D打印技術的不斷發(fā)展和成熟，整體產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模將逐漸擴大，在消費電子行業(yè)占據(jù)新的市場份額或許只是時間問題。此外，鈦合金3D打印技術在3C產(chǎn)業(yè)的普及，也將帶來電子產(chǎn)品關鍵材料創(chuàng)新及普及、制造效率提升、供應鏈優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)合創(chuàng)新效應有望被進一步激發(fā)。
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