2023年机械行业专题报告：3C钛合金加速导入，关注3D打印及刀具加工环节变化

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。

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。

（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%。

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。

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。

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。

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。

（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。

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”。

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。

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。

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。

（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。

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。相比之下，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。

MIM 下游应用领域广泛，行业市场前景广阔。目前 MIM 技术的运用主要集中在电子产 品领域方面，但也逐渐向汽车零部件、医疗器械、电动工具、工业设备以及日常用品等 多个领域拓展。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%。

（四）3D 打印和 MIM 是传统 CNC 工艺的重要补充

3D 打印、MIM 工艺各有千秋，是传统 CNC 工艺的重要补充。对于较小的零件尺寸来 说，相对其它铸造工艺，MIM 的精度较高，一般不必进行二次加工或只需少量精加工， 从而减少二次加工的成本。3D 打印相较于 MIM 在大体积、定制化、高复杂度的加工过 程中更具优势。

四、下游：钛合金应用广泛，重点关注 3C 领域渗透进展

上游主要是钛矿的开采和冶炼等、中游主要包括钛产品的制造和加工环节，其中钛合金 加工工艺主要为 CNC、3D 打印和 MIM 等方式。下游是钛产品的应用和消费，主要应用 于航空、航天、舰船、兵器、生物医疗、化工冶金、海洋工程、体育休闲等领域。

（一）3C 钛合金加速导入，关注 3D 打印及刀具环节

钛合金兼具轻薄且坚固等特点，同时也带来加工难度大、加工耗材的增加，或催生加工 工艺的变革。钛金属具有硬度高、密度较低、高强度、抗腐蚀性较强等特征；一方面，虽 然钛合金材料在消费电子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；另一方面，或催生钛合金加工工艺的变革，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，由于工业级 3D 打印设备价格较贵、 加工精度及效率等因素，3D 打印下游更多聚焦在航空航天等高端及复杂制造领域。但随 着技术不断成熟，3D 打印不断提效降本，下游应用领域持续开拓，开始慢慢渗透进入消 费电子领域。

（二）3D 打印钛合金 3C 领域市场空间测算

3D 打印生产成本包括：设备折旧成本、人工成本、设备维修成本、材料成本及后处理成 本等。目前各大手机手表厂商还未大范围采用 3D 打印技术制造手机中框及手机表壳，但 未来 3D 打印技术的渗透率有望提升，我们尝试测算 3D 打印钛合金手机中框及手表表壳 成本及对应的设备空间。 钛合金手机中框成本测算：1）设备折旧：3D 打印机在打印过程中的机器损耗成本。一 台普通的 3D 打印机通常寿命是在 3-5 年，我们保守假设为 3 年；假设 3D 打印机器工作 时长 4050 小时/台/年、3D 打印设备效率为 25 cm³/h、打印物体体积参考苹果 iPhone 15 pro max 中框体积并适当考虑后处理余量。2）人工成本：从数据处理到实物打印的过程还需 要人来完成较多工作，包括建模、数据处理、机器操作、打印过程监控和模型后处理等， 假设人工成本为设备成本的 12.5%。3）设备维修成本：常见的维修包括更换喷嘴、修复限位开关或温控器等，此外还可能需要定期更换其他零部件，假设维修成本占设备总价 值的 2.5%。4）钛材料成本：钛合金密度为 4.51g/cm³，假设 3D 打印钛合金粉末价格为 600 元/千克，材料利用率为 90%，以 iPhone15 Pro max 为参考，对应手机中框的粉末成 本约为 35.14 元/台。5）成本测算：不考虑 CNC 再加工、抛光打磨等 3D 打印后处理环 节成本，3D 打印钛合金良率为 20%、30%、50%、75%等条件下，对应钛合金中框成本 为 478.54 元、330.74 元、212.50 元、153.38 元。

3D 打印设备市场空间测算：1）手机出货量：据 IDC 预测，2023-2027 年全球智能手机出 货量分别为 11.93 亿台、12.63 亿台、13.09 亿台、13.41 亿台、13.71 亿台，假设 2024 年 3D 打印钛合金手机中框渗透率为 0.2%、0.5%、1%、2%、5%等条件下，对应出货量为 253 万台、632 万台、1263 万台、2526 万台、6315 万台。2）3D 打印设备需求空间：假 设 3D 打印设备单台价值量为 200 万元/台，打印效率及成等条件同上，若 2024 年 3D 打 印钛合金手机中框渗透率为 0.20%，3D 打印中框的良率为 50%，则 3D 打印设备的市场 空间为 12 亿元。

钛合金手表表壳成本测算：设备折旧、人工成本、设备维修成本、钛材料密度、粉末价 格、打印设备工作时长、设备效率、设备均价等同上，打印物体体积参考苹果 Apple Watch Ultra 2 表壳。1）成本测算：不考虑 CNC 再加工、抛光打磨等 3D 打印后处理环节成本， 3D 打印钛合金良率为 50%、70%、80%、90%条件下，对应单件钛合金手表表壳的成本 为 145.79 元、111.02 元、100.16 元、91.71 元。

3D 打印设备市场空间测算：根据 Mordor Intelligence 数据，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%，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。

提效率、降成本、提良率将是 3D 打印加速渗透过程中需要解决的痛点。目前 3D 打印导 入 3C 领域还处于起步阶段，预计未来各大厂商将进一步提高 3D 打印效率、降低打印设 备成本、提高打印良率等，逐步将 3D 打印技术导入 3C 等民用领域。

（三）钛合金加工刀具 3C 领域市场空间测算

钛合金材料与铝合金材料差异较大，主要体现在材料匹配、涂层应用及结构设计上的不 同。首先，铝合金加工刀具一般不需要涂层或使用 DLC 或 TAC 涂层，而钛合金加工刀 具为提升刀具的使用寿命，是以 PVD 涂层为主；其次，二者在结构设计上也有较大差异， 铝合金加工刀具要求比较锋利一些，采用较大前后角设计。最后，钛合金加工刀具是要 求零前角或者负前角，对刀具的材料要求也不同。 钛合金整体刀具价格假设：在售价方面，因钛合金加工刀具的成本结构不同，售价相较 于不锈钢加工刀具或铝合金加工刀具都会较高一些；假设整体刀具均价 25 元/只左右。

钛合金手机中框用刀量假设：但钛合金相比铝合金具有更高的硬度，因而 CNC 加工难度 更大、刀具寿命更短，耗刀量呈翻倍式增长，假设加工单个钛合金手机中框需用 100+不 同规格的刀具，可加工中框 100+个，因而对应加工单个手机中框大概需要消耗 1 只整体 刀具。 钛合金手机渗透假设：2023 年苹果、小米等陆续发布钛合金手机产品，如：iPhone15 pro、 iPhone15 Pro Max、小米 14 Pro 钛金属特别版等，预计 2024 年三星及国产品牌手机或 将陆续发布钛合金产品。根据国际数据公司（IDC）预计，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。由于加工钛合金材料对刀具的损耗更大，随着钛合金材 料未来在手机中框的应用趋势增加，对刀具的需求量也会相应增长。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）