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2024-03-18 返回

鈦合金：手機廠商的“新寵”，但3D打印成本究竟是多少？

鈦合金3D打印，要火了。

2023年7月12日，榮耀Magic V2正式發布，折疊屏手機進入毫米時代，目前累計產量已經突破100萬臺，其中關鍵的鉸鏈軸蓋部分采用3D打印制作，這也是榮耀首次將3D打印鈦合金技術引入手機行業。而隨后蘋果發布的Iphone15 Pro/Pro Max，小米發布的Xiaomi 14 Pro，以及三星即將推出的Galaxy S24 Ultra都采用了鈦合金中框。

鈦合金材料已經成為下一代手機的新選擇，但是由于這種材料用傳統加工方式難度大、良品率低，造成生產成本較高。而3D打印從技術原理繞開鈦合金的加工難題，實現快速定制化生產。那么采用3D打印進行加工的成本到底是多少？后期還有沒有辦法把成本降得更低？

最近，華福證券發布了一份關于3D打印行業的研究報告，標題是《從“為什么”到“如何”：成本分析》。報告中預測，使用3D打印技術制造的鉸鏈卷軸、手表表殼和手機中框的成本分別為166元、187元和556元。報告還詳細講述了四種降低這些成本的方法。以下是報告的部分內容摘要。

我們對于使用3D打印技術制作的折疊屏手機的鉸鏈卷軸、蘋果手表的表殼以及未來蘋果手機的中框進行了成本估算。估算是基于以下幾個基本假設：

一、零部件重量：

折疊屏手機鉸鏈卷軸：根據微機分拆機視頻來看，折疊屏手機鉸鏈重量為22.7g，鉸鏈的寬度、厚度（展開）、厚度（折疊）和長度分別為：19.6mm、2.86mm、7.79mm和151.78mm，那么我們預計鈦合金卷軸的長、寬、厚分別為151.78mm、6mm和2.5mm，即體積為2.2767cm3，根據密度可得鈦合金卷軸重量是10.25g。

鈦合金中框重量：按目前蘋果手機中框的鈦金屬與不銹鋼表殼的質量與兩種材料各自的密度估算（鈦4.5g/cm3，不銹鋼 7.9g/cm3），同時根據蘋果手機官網的數據，Iphone15 Pro長、寬、高分別為146.6mm、70.6mm和8.25mm，假設厚度為2mm，則根據計算可以得到鈦合金中框重量為31.66g，不銹鋼為55.58g。

蘋果鈦合金手表表殼：根據微機分拆機視頻來看，蘋果Ultra手表的鈦合金外框重量為12g。

毛胚件：假設毛胚件較成品重量重20%。

二、設備市場時間與效率：

設備單臺機時：根據鉑力特定增說明書，每年金屬 3D 打印設備運行時長分別為超大尺寸設備 5,400 小時、大尺寸設備 4,860 小時以及其他設備 4,050 小時。因為消費電子領域所用設備主要為小型設備（常用2激光設備，部分用4激光設備），參考其他設備打印機時，每年運行 4050 小時/單個機臺。

設備打印效率：參考鉑力特和華曙高科用不同設備和不同材質的打印速度進行了整理，得出在打印鈦合金零部件時單個激光打印效率為每小時打印20-240g，本文選取中間值120g作為參數預測。因此每小時2激光設備的能打印19.5、6.3、16.7個。

三、生產環節的費用：

粉末費用：鈦合金3D 打印材料售價大約在800 元/KG，折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼對應于材料端的需求大約為12.3g/37.99g/14.4g，假設過程中粉末利用率為50%，因此測算單個手機中框的打印粉末成本大約為19.68/60.78/23元。

人工成本：根據鉑力特2022年年報披露3D打印產品服務成本占比可以看出，人工成本占總成本的1/10，即占其他成本的1/9左右，因此單個折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼的人工成本為6.6/20.3/7.7元。

制造費用：根據鉑力特2022年年報3D打印產品服務的成本占比可以看出，粉末原材料：人工成本：制造費用的比例關系為3：1：6，因此單個折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼的制造費用約為39.4/121.6/46.1元。其中：

設備折舊費用：設備10年折舊， 3D 打印設備售價假設為245萬元（鉑力特均價，為雙激光設備），1 年按照4050 小時計算，一年可以生產79024/25584/67500個折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼，單個折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼折舊成本約為3.1/9.6/3.6元。

電費：參考鉑力特S400設備的功率可以計算出每小時的耗電量為11度電，假設工業用電價格為0.8元/度，則每個折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼的電費成本為0.45/1.4/0.53元。

稀有氣體：3D 打印加工過程中需要消耗稀有氣體，氬氣成本較高，鉑力特BLT-S450對應使用的氣體為氬氣，市場價格約0.02元/L，根據華曙高科FS350M-4 配備“高效”惰性氣體系統成熟，打印過程前需要11分鐘凈化，打印過程中惰性氣體的消耗量取4L/min，即每小時成本氣體成本為4.8元?？傻妹總€折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼的氣體成本為0.25/0.76/0.29元。

其他費用：即為剩下的其他成本費用每個折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼共計34.6/109.84/41.68元。

3D打印與原材料成本：加工每個折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼毛胚件在3D打印端的成本共66/203/77元。

四、后處理市場環節：

后處理成本：由于3D打印出來的折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼毛胚件還需要經過熱處理、精加工、打磨、拋光等環節，該環節假設成本分別為100/350/110元/個。

3D打印總成本：生產每個折疊屏鉸鏈軸蓋/智能手機中框/手表表殼成品的成本為166/556/187元。

此外，報告中還從技術發展角度進行了分析，得出結論：多方向加速產業鏈降本，3D打印規模應用未來可期。1）工藝降本：金屬粘結劑噴射（BJAM）工藝與區域打印技術為目前潛在能實現大規模低成本生產的技術。2）技術降本：目前市場通過添加激光數量、增加粉層厚度或使用多激光搭接技術、先進掃描技術、雙向撲粉技術、自動嫁接技術等實現效率提升和降本。3）材料降本：國內下游需求提升，粉末制作廠商規?；a為降低粉末生產成本主要方式。4）零部件降本：設備端的降本核心在于激光器與振鏡，國產替代可降低該部件60-70%的價格。目前國內零部件逐漸進行測試與驗證，未來算法彌補或許會成為采用國產激光振鏡系統的方式之一。

最后，報告還指出3D打印為生產純鈦材質零部件的潛在工藝，但是目前在3C行業中，鈦鋁復合材料是主流的鈦材料形式。例如，蘋果手機的鈦金屬邊框是通過一種稱為固態擴散的技術與鋁金屬內框焊接在一起的。而小米的手機邊框外層是鈦材質以增加外觀質感和可靠性，內層是鋁，以降低成本。這兩種材料是在高溫高壓下通過熱軋復合工藝結合在一起。

然而，根據3D打印的原理，目前這種鈦鋁復合材料還無法通過3D打印技術生產。但是，隨著手機制造商逐漸轉向使用純鈦材料，3D打印的優勢將得到充分釋放。到那時，3D打印行業又有了一個全新的應用落腳點。