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1、 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 Table_Info1 机械设备机械设备 Table_Date 发布时间:发布时间:2023-11-18 Table_Invest 优于大势优于大势 上次评级:优于大势 Table_PicQuote 历史收益率曲线 Table_Trend 涨跌幅(%)1M 3M 12M 绝对收益 3%-2%-1%相对收益 5%5%5%Table_Market 行业数据 成分股数量(只)509 总市值(亿)37062 流通市值(亿)17221 市盈率(倍)34.23 市净率(倍)2.21 成分股总营收(亿)16422 成分股总净利润(亿)919 成分股
2、资产负债率(%)53.36 相关报告 金橙子(688291):软件为体,硬件为翼,推动精密激光加工核心部件国产替代-20231011 铂力特(688333):营收高速增长,设备+加工服务+材料产能全面扩张-20230829 华曙高科(688433):设备为基,多元发展,争做国际一流工业 3D 打印厂商-20230620 Table_Author 证券分析师:韦松岭证券分析师:韦松岭 执业证书编号:S0550523070002 研究助理:凌展翔研究助理:凌展翔 执业证书编号:S0550122090033 Table_Title 证券研究报告/行业
3、深度报告 3D 打印:打印:3C 行业应用行业应用钛合金钛合金最受益环节最受益环节,市场或存预期差,市场或存预期差 报告摘要:报告摘要:Table_Summary 3C 行业钛合金应用如火如荼行业钛合金应用如火如荼,3D 打印成为可选工艺打印成为可选工艺。今年 7 月,荣耀发布了 Magic V2 折叠屏手机,其中轴盖使用了钛合金材料,并在制程中采用了 3D 打印工艺;今年 9 月,苹果在秋季发布会上发布了全新的iPhone 15 Pro 手机和 Apple Watch Ultra 2 手表,二者的边框均使用到了钛合金材料;今年 10 月,小米发布小米 14 系列手机,其中小米 14 Pro提
4、供了钛金属特别版。在以上使用了钛材的 3C 产品中,荣耀折叠屏轴盖和 Apple Watch Ultra 2 表壳均为单一钛合金材质,而苹果和小米手机则使用了钛铝复合材料,即内部的底板为铝,外部的边框为钛,其中苹果手机使用了钛合金,小米手机使用了 99%纯钛。相较于此前相较于此前 3C 行业行业广泛使用的铝合金和不锈钢,钛合金广泛使用的铝合金和不锈钢,钛合金 CNC 加工难度明显增大,加工难度明显增大,3D 打印打印成为另一种颇具前景的成为另一种颇具前景的可选可选加工方式。加工方式。3C 行业钛合金行业钛合金 3D 打印市场空间广阔打印市场空间广阔,市场或存预期差,市场或存预期差。我们对目前主
5、要的 3C 钛合金产品(折叠屏手机轴盖、Apple Watch 表壳和 iPhone 中框)对应的 3D 打印市场进行了测算,测算过程中,所有的参数选取均尽量做到接近实际。在某些关键指标的选取上我们与市场有所区别,比如对设备需求测算结果影响较大的单激光 3D 打印效率,我们选用了4cm3/h 进行测算,而非设备厂商标称的 25cm3/h。根据我们的测算,在在2027 年年 3D 打印折叠屏打印折叠屏钛合金钛合金轴盖轴盖 80%渗透率,渗透率,3D 打印打印 Apple Watch钛合金钛合金表壳表壳 80%渗透率,渗透率,3D 打印打印 iPhone 钛合金钛合金中框中框 25%的渗透率前的渗
6、透率前提下,提下,2023-2027 年累计的钛合金 3D 打印产品、3D 打印设备、3D 打印粉末、3D 打印激光器和 3D 打印振镜的市场规模分别为 198.43 亿元、亿元、164.40 亿元、亿元、24.19 亿元、亿元、9.41 亿元和亿元和 12.22 亿元。亿元。钛合金钛合金 3D 打印仍有很大降本空间打印仍有很大降本空间,ESG+降本驱动有望推动渗透率提降本驱动有望推动渗透率提升升。我们对钛合金 3D 打印的成本进行了拆解,在对未来 3D 打印粉末材料价格和 3D 打印设备价格的下降幅度以及 3D 打印效率提升的幅度做出审慎的假设后,发现钛合金钛合金 3D 打印环节的打印环节的
7、价格价格有望从当前的有望从当前的 7 元元/g下降到下降到 2027 年的年的 3.64 元元/g,降幅接近,降幅接近 50%。CNC 作为一种较为成熟的制造工艺,降本空间有限,我们认为未来钛合金 3D 打印相对于 CNC 加工的经济性会逐步显现。3D 打印打印在在 ESG 方面方面具备显著具备显著优势,优势,叠加叠加降本降本驱动驱动后,后,3D 打印打印在在 3C 钛合金产品制造钛合金产品制造中中的渗透率的渗透率有望有望持续持续提升提升。投资建议:投资建议:推荐 3D 打印核心设备标的华曙高科华曙高科和铂力特铂力特,建议关注正在推进高精密扫描振镜国产替代的金橙子金橙子。风险提示:风险提示:钛
8、合金钛合金在在 3C 行业渗透率提升行业渗透率提升不及预期;不及预期;3D 打印降本速度不打印降本速度不及预期及预期 重点公司主要财务数据重点公司主要财务数据 重点公司重点公司 现价现价(元)(元)EPS(元)(元)PE 评级评级 2022A 2023E 2024E 2022A 2023E 2024E 华曙高科 35.77 0.27 0.39 0.59-90.87 60.06 增持 铂力特 117.01 0.70 1.67 2.76 203.10 69.97 42.32 增持 金橙子 31.80 0.48 0.51 0.85 54.50 62.37 37.38 增持 -15%-10%-5%0%
9、5%10%15%机械设备沪深300 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 2/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 目目 录录 1.钛材加速导入钛材加速导入 3C 行业,材料体系再次迎来革新行业,材料体系再次迎来革新.4 1.1.从塑料到金属,手机外壳材质不断变迁.4 1.2.大厂纷纷入局,钛材引领新一轮 3C 材料体系革新.6 2.钛材在钛材在 3C 的应用形式:纯钛、钛合金和钛铝复合材料的应用形式:纯钛、钛合金和钛铝复合材料.8 2.1.纯钛和钛合金.8 2.2.钛铝复合材料.10 3.3D 打印:钛材应用最受益环节,市场或存预期差打印:钛材应用最受益环节,市场或存
10、预期差.12 3.1.钛合金 CNC 加工难度大,3D 打印可减少 CNC 加工环节.12 3.2.3C 行业对 3D 打印的相关需求测算:市场或存预期差.14 3.2.1.钛合金 3D 打印成本拆解.15 3.2.2.3C 行业钛合金部件 3D 打印相关市场空间测算.19 3.2.2.1.折叠屏手机轴盖.19 3.2.2.2.Apple Watch 表壳.21 3.2.2.3.iPhone 中框.23 3.2.2.4.轴盖+表壳+中框市场空间合计.25 3.3.为什么我们看好 3D 打印在 3C 行业的应用前景.25 3.3.1.多路径降本,3D 打印经济效益值得期待.25 3.3.2.3D
11、 打印符合 ESG 理念.26 4.复盘复盘 CNC 在在 3C 行业的应用历史,行业的应用历史,3D 打印循步前行打印循步前行.27 5.推荐标的推荐标的.30 5.1.华曙高科.30 5.2.铂力特.30 5.3.金橙子.31 6.风险提示风险提示.31 图表目录图表目录 图图 1:塑料机身的诺基亚功能机:塑料机身的诺基亚功能机.4 图图 2:iPhone 5C 使用了聚碳酸酯外壳使用了聚碳酸酯外壳.4 图图 3:小米:小米 4 采用了采用了 304 不锈钢边框不锈钢边框.5 图图 4:铝合金边框的:铝合金边框的 iPhone 6 使用了使用了“天线带天线带”.5 图图 5:金属盖板和无线
12、充电功能不适配:金属盖板和无线充电功能不适配.6 图图 6:iPhone 14 的金属边框的金属边框+玻璃后盖玻璃后盖.6 图图 7:OPPO R15 的金属边框的金属边框+玻璃后盖玻璃后盖.6 图图 8:2023 年荣耀、小米和苹果纷纷发布钛材质的年荣耀、小米和苹果纷纷发布钛材质的 3C 产品产品.7 图图 9:历史上的钛金属材质手机:历史上的钛金属材质手机.8 图图 10:部分金属在相变温度:部分金属在相变温度下会发生同素异构转变下会发生同素异构转变.9 图图 11:钛合金按:钛合金按 和和 相的占比不同分为三类相的占比不同分为三类.9 图图 12:iPhone 15 Pro 中框拆解中框
13、拆解.10 图图 13:轧:轧制复合法示意图制复合法示意图.11 5VeXsU8ZuY4XkZuX6MbPbRoMnNtRoNeRpOoPkPpNqRaQmNmPwMpNmOMYmOrN 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 3/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 图图 14:挤压复合法示意图:挤压复合法示意图.11 图图 15:爆炸复合法示意图:爆炸复合法示意图.11 图图 16:扩散焊接法示意图:扩散焊接法示意图.11 图图 17:钛铝复合材料的界面结合原理:钛铝复合材料的界面结合原理.12 图图 18:钛铝复合材:钛铝复合材料界面的强度较低料界面的强度较低.12
14、 图图 19:钛合金在:钛合金在 CNC 加工时易发生切屑粘结和燃烧加工时易发生切屑粘结和燃烧.13 图图 20:3D 打印后的毛坯件与最终零件的形状尺寸接近打印后的毛坯件与最终零件的形状尺寸接近.14 图图 21:3D 打印可代替打印可代替 CNC 的粗加工环节的粗加工环节.14 图图 22:荣:荣耀耀 Magic V2 在行业内首次使用了在行业内首次使用了 3D 打印工艺生产钛合金轴盖打印工艺生产钛合金轴盖.15 图图 23:荣耀折叠屏手机轴盖剖面图:荣耀折叠屏手机轴盖剖面图.19 图图 24:Apple Watch Ultra 钛合金表壳重量为钛合金表壳重量为 12.0 g.22 图图
15、25:3D 打印技术相比传统打印技术相比传统 CNC 制造能耗对比制造能耗对比.27 图图 26:数控机床的发展历史:数控机床的发展历史.27 图图 27:3C 零部件的制造流程零部件的制造流程.28 图图 28:MacBook Pro 铝合金一体成型机壳外观铝合金一体成型机壳外观.28 图图 29:数控机床对:数控机床对 MacBook 机壳进行加工示意图机壳进行加工示意图.28 图图 30:iPhone 4 的不锈钢中框的不锈钢中框.29 表表 1:TA2 纯钛和纯钛和 TC4 钛合金的元素组成(钛合金的元素组成(%).9 表表 2:纯钛、钛合金、不锈钢和铝合金性能对比:纯钛、钛合金、不锈
16、钢和铝合金性能对比.9 表表 3:根据铂力特和华曙高科公开的实际:根据铂力特和华曙高科公开的实际 3D 打印案例测算出的打印效率打印案例测算出的打印效率.16 表表 4:单:单 g 钛合金钛合金 3D 打印设备折旧测算打印设备折旧测算.17 表表 5:单:单 g 钛合金钛合金 3D 打印电费测算打印电费测算.17 表表 6:单:单 g 钛合金钛合金 3D 打印气体费用测算打印气体费用测算.18 表表 7:单:单 g 钛合金钛合金 3D 打印总成本测算打印总成本测算.19 表表 8:不同参数假设:不同参数假设下的单下的单 g 钛合金钛合金 3D 打印价格打印价格.20 表表 9:折叠屏手机钛合金
17、轴盖:折叠屏手机钛合金轴盖 3D 打印相关市场空间测算打印相关市场空间测算.21 表表 10:Apple Watch 钛合金表壳钛合金表壳 3D 打印相关市场空间测算打印相关市场空间测算.23 表表 11:iPhone 钛合金中框钛合金中框 3D 打印相关市场空间测算打印相关市场空间测算.24 表表 12:轴盖:轴盖+表壳表壳+中框中框 3D 打印市场空间合计打印市场空间合计.25 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 4/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 1.钛钛材材加速导入加速导入 3C 行业,行业,材料体系再次材料体系再次迎来迎来革新革新 3C 产品即电脑、通
18、信和消费电子三类的总称。产品即电脑、通信和消费电子三类的总称。通信主要是指手机,消费电子则包括数码相机、电视机、随身听、电子辞典、影音播放器等。3C 产品均需要外壳结构件进行支撑及保护,外壳结构件的材料体系跟随着产品的更迭及技术的进步不断变迁。以手机为例,手机边框材质经历了从塑料到金属的转变,目前金属边框主要使用了铝合金和不锈钢,但随着今年荣耀、苹果和小米等头部手机厂商纷纷在其产品中导入钛金属材料,3C 产品外壳结构件的材料体系或将迎来新一轮的革新。1.1.从塑料到金属,手机外壳材质不断变迁 手机手机外壳外壳需要兼具美观和保护作用。需要兼具美观和保护作用。随着通信和数字技术的飞速发展,手机在短
19、短二十几年时间内,已经过了数次升级换代,成为科技进步的时代缩影,而手机外壳不仅是手机强有力的防护伞,能有效地减少灰尘的侵袭,降低意外摔落的损害,增强手机的使用寿命,更重要的是能提升使用者的产品体验。因此,制作手机外壳的材料要求具有强度高、耐热导热性良好、具有电磁屏蔽性、尺寸稳定、外观好等特点,而成形产品则向轻薄化方向发展,以达到保护、散热、美观的作用,这也对手机外壳的成形工艺提出了更高的要求。早期的材质:塑料早期的材质:塑料 早期的手机机身比较常见的材质是工程塑料。工程塑料包括聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯醚(PPE)和聚丙烯腈(ABS
20、)等。根据手机技术资讯公众号,常用于制造手机外壳的工程塑料主要有PC、ABS、PC+ABS 三大类。这些工程塑料价格低廉、可塑性强、容易着色,例如诺基亚 N9、HTC8X、iPhone5C 等彩色智能手机,都是用的 PC 材料。但工程塑料的缺点较为明显,比如强度低,散热差,环境污染严重,廉价感等等,目前塑料材质的边框已使用较少。图图 1:塑料机身的诺基亚功能机:塑料机身的诺基亚功能机 图图 2:iPhone 5C 使用了使用了聚碳酸酯聚碳酸酯外壳外壳 数据来源:手机技术资讯公众号,东北证券 数据来源:百度百科,东北证券 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 5/33 机械设
21、备机械设备/行业深度行业深度 全全金属金属外壳:外壳:多采用多采用铝合金和不锈钢铝合金和不锈钢 金属材质在智能手机发展历史中占据了重要的地位,金属本身具有较为高端质感,因此全金属边框在相当一段长的时间里垄断了旗舰手机的机身材质,其中运用最广泛的两种金属是铝合金与不锈钢。金属因其电磁屏蔽性导致手机的天线设计十分困难,因此采用全金属外壳方案的手机增加了各种“天线带”设计来增强天线信号。“天线带”多使用纳米注塑工艺制作,纳米注塑是指纳米成型技术(NMT,即 Nano Molding Technology),是金属与塑料以纳米技术结合的工艺,先将金属表面经过纳米化处理后,塑料直接射出成型在金属表面,让
22、金属与塑料可以一体成形,塑料材质的“天线带”充当了信号导通的通道。图图 3:小米小米 4 采用了采用了 304 不锈钢边框不锈钢边框 图图 4:铝合金边框的铝合金边框的 iPhone 6 使用了“天线带”使用了“天线带”数据来源:快科技,东北证券 数据来源:手机技术咨询公众号,东北证券 当前的主流当前的主流形式形式:金属:金属中中框框+玻璃后盖玻璃后盖 随着无线充电功能在手机中的普及,全金属边框变得不再适用。在典型的无线充电板内部,都有一个直径约为一英寸半的缠绕 10 至 20 圈的线圈。在手机背部还有一个类似的配对线圈。充电板内的线圈采用大约 1 安培的交流电驱动,频率在 200 kHz左右
23、。充电板中的电流产生磁场,反过来感应手机中的线圈产生电流。手机中的线圈连接在整流器上,将交流电转换成直流电,从而给手机充电。如果使用全金属边框,由于金属自身为导体,无线充电的过程中在磁场的作用下同样会产生感应电流,一方面造成了能量传输损失,另一方面会使得手机发热。玻璃背板由于电导率几乎为 0,可以有效避免环绕电流的产生,此外,玻璃背板美观度高,有利于信号的接收。当下主流的中高端手机外壳形式多为金属中框+玻璃后盖,比如苹果公司从iPhone X 系列开始一直采用了金属中框+玻璃后盖的方案。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 6/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 图图
24、 5:金属盖板和无线充电功能不适配金属盖板和无线充电功能不适配 数据来源:ZOL 中关村在线,东北证券 图图 6:iPhone 14 的的金属金属中中框框+玻璃后盖玻璃后盖 图图 7:OPPO R15 的金属的金属中中框框+玻璃后盖玻璃后盖 数据来源:金属加工公众号,东北证券 数据来源:手机结构设计联盟公众号,东北证券 1.2.大厂纷纷入局,钛材引领新一轮 3C 材料体系革新 3C 头部厂商近期头部厂商近期纷纷纷纷发布发布钛材钛材 3C 产品产品。今年 7 月,荣耀发布了 Magic V2 折叠屏手机,其中轴盖使用了钛合金材料,并在制程中采用了 3D 打印工艺,钛合金轴盖的应用是 Magic
25、V2 得以将折叠屏手机厚度大幅降低的重要因素之一;今年 9 月,苹果在秋季发布会上发布了全新的 iPhone 15 Pro 手机和 Apple Watch Ultra 2 手表,二者的边框均使用了钛合金材料,相比于使用不锈钢边框的 iPhone 14 Pro,使用钛合金边框的 iPhone 15 Pro 重量由 206g 降低为 187g;今年 10 月,小米发布小米 14系列手机,其中小米 14 Pro 提供了钛金属特别版,使用了 99%纯钛材料,钛金属特别版受到了消费者的青睐,目前各大渠道仍处于缺货状态。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 7/33 机械设备机械设备/
26、行业深度行业深度 图图 8:2023 年荣耀、小米和苹果纷纷发布钛材质的年荣耀、小米和苹果纷纷发布钛材质的 3C 产品产品 数据来源:荣耀官网,小米官网,苹果官网,东北证券 钛材钛材在在 3C 行业的行业的应用由来已久,技术驱动降本应用由来已久,技术驱动降本后后大规模导入大规模导入可期可期。钛金属并非近期才被应用于 3C 行业,历史上有多款高端定位的手机产品均使用到了钛金属,最早可追溯到 2002 年诺基亚发布的诺基亚 8190,该手机的外壳使用了钛金属,此后虽有多款手机应用了钛金属,但由于售价高昂,销售量较少。苹果公司对于钛金属的探索同样由来已久,早在 2001 年发布的 Power Boo
27、k G4 上,苹果就首次尝试了钛金属。在 iPhone 5 的机身内部,也有使用钛金属打造的螺丝。而在机身上第一次使用钛金属,则是 2019 年发布的 Apple Watch Series 5 和 Apple Card。不过钛金属一直存在成本高、加工难度大等不利于消费产品使用的缺点,因此在长时间里并未得到大规模应用,苹果公司也是等到首次使用钛金属的 22 年后才把它大批量应用在 iPhone 上。随着原材料的降价以及加工工艺的不断进步,我们认为当前钛金属随着原材料的降价以及加工工艺的不断进步,我们认为当前钛金属的使用成本相较于过往得到了大幅降低的使用成本相较于过往得到了大幅降低。钛金属性能在多
28、方面具备优势,在苹果公。钛金属性能在多方面具备优势,在苹果公司的引领下,未来大规模应用确定性强司的引领下,未来大规模应用确定性强。根据金太阳 2023 年 11 月 9 日发布的调研活动信息记录表,钛合金应用较晚的主要原因在于钛合金强度高、导热系数低和化学活性高等特点,以前传统工艺下钛合金材质的机械加工难度大、良率低、成本高,但目前在新工艺技术驱动下,钛合金应用成本已大幅降低至 3C 消费电子领域可接受范围。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 8/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 图图 9:历史上的钛金属材质手机历史上的钛金属材质手机 数据来源:WHYLAB 公众
29、号,东北证券 2.钛材钛材在在 3C 的应用形式:的应用形式:纯钛、钛合金纯钛、钛合金和和钛铝复合材料钛铝复合材料 2.1.纯钛和钛合金 钛金属工业化应用已有钛金属工业化应用已有 40 年历史年历史,过往主要应用于航空航天和军工领域,过往主要应用于航空航天和军工领域。钛是 20世纪 80 年代走向工业化生产的一种重要金属,也是一种对经济和国防具有重要意义的新型金属。钛合金与镁合金相似,它密度小、强度高、耐高温和抗腐蚀性好等优点,在航空航天和军事领域中获得了广泛应用,包括军用、民用飞机、航空发动机、导弹、舰艇、核反应堆以及轻型火炮等。纯钛纯钛和和钛合金钛合金实质上均实质上均是是以钛为基体金属以钛
30、为基体金属并添加合金元素并添加合金元素的合金材料。的合金材料。工业纯钛一般钛含量大于 99%,但依然含有少量的铁元素以及碳、氮、氢、氧等非金属元素杂质,本质上仍为一种合金,但由于钛含量高,因此通常被称为纯钛;而在钛金属基体内人为添加不同种类和含量的合金元素后则会形成通常意义上的钛合金,通过调配合金元素添加比例,钛合金能够展现出多样化的性能,钛合金内添加的合金元素种类包括铝、钼、钒等。常用的工业纯钛在国内的牌号为 TA2,常用的钛合金在国内的牌号为 TC4,TC4 中的主要合金元素为 6%左右的铝和 4%左右的钒,因此 TC4又常写为 Ti6Al4V。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后
31、的声明及说明 9/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 表表 1:TA2 纯钛和纯钛和 TC4 钛合金的元素组成(钛合金的元素组成(%)基材基材 合金元素合金元素 杂质元素(不大于)杂质元素(不大于)Ti Al V Fe C N H O 其他杂质其他杂质 TA2(纯钛)(纯钛)余量-0.30 0.08 0.03 0.015 0.25 0.40 TC4(钛合金)(钛合金)余量 5.56.8 3.54.5 0.30 0.08 0.05 0.015 0.20 0.40 数据来源:力航钛业官网,东北证券 钛钛具有具有同素异构同素异构现象现象,有,有 和和 两种结构。两种结构。很多金属存在同素异构体
32、,即在不同温度下有不同的稳态结构,铁、镍、钴、钛等金属均有同素异构的性质。钛的熔点为1668,在低于 882时呈密排六方晶格结构,称为 钛;在 882以上呈体心立方晶格结构,称为 钛。利用钛的上述两种结构的不同特点,添加适当的合金元素而得到不同组织的钛合金。室温下,钛合金一般都是由以-Ti 为基的固溶体和以-Ti 为基的固溶体两相组成,在室温下按两相占比的不同大致可分为 型、型和+型三大类,我国分别以 TA、TC、TB 表示。型钛合金为 单相固溶体,相含量极少,一般不能通过热处理强化,强度较低,但其组织稳定,具有较高耐高温和抗蠕变性能。+型钛合金平衡组织为(+)双相,淬火后两相同时得到强化,因
33、此其强度、断裂韧性和塑性都较好,综合力学性能好。工业纯钛均为工业纯钛均为 型钛合金,型钛合金,TC4为典型的为典型的+型钛合金。型钛合金。图图 10:部分金属在相变温度下会发生同素异构转变部分金属在相变温度下会发生同素异构转变 图图 11:钛合金按钛合金按 和和 相的占比不同分为三类相的占比不同分为三类 数据来源:AMLetters 公众号,东北证券 数据来源:AMLetters 公众号,东北证券 TC4 钛合金钛合金的的比强度比强度显著显著高于铝合金和不锈钢。高于铝合金和不锈钢。TC4 钛合金的强度高且密度较低,比强度显著高于 3C 行业常用的不锈钢和铝合金材料,能够帮助 3C 产品轻量化的
34、同时提高强度,其缺点主要是导热率较低。荣耀荣耀 Magic V2 折叠屏手机轴盖和折叠屏手机轴盖和 Apple Watch Ultra 2 均使用了单一的钛合金材质。均使用了单一的钛合金材质。表表 2:纯钛、钛合金、不锈钢和铝合金性能对比纯钛、钛合金、不锈钢和铝合金性能对比 材料材料 密度(密度(g/cm3)导热率导热率 W/(m K)抗拉强度(抗拉强度(MPa)比强度比强度 延伸率(延伸率(%)TA2 纯钛 4.5 15.6 440620 9.813.8 2035 TC4 钛合金 4.5 7.96 895 19.9 1012 304 不锈钢 7.9 16 608 7.7 40 6061 铝合
35、金 2.7 121 300 11.1 16 数据来源:热处理生态圈公众号,金属材料手册,东北证券 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 10/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 2.2.钛铝复合材料 钛铝复合材料钛铝复合材料兼具钛和铝的优点,且具备一定的成本优势。兼具钛和铝的优点,且具备一定的成本优势。钛和铝组成的钛铝复合材料兼具钛合金和铝合金的优点,如比强度高、耐磨性好、优良的耐蚀性、导热性、比重轻等,最重要的是钛铝复合材料的材料和加工成本均低于钛合金。目前,钛铝复合材料已在航天航空、炊具厨具、冶金机械、石油化工等多个领域进行应用。3C行业产品出货量大,对成本把控较
36、为严格,对于手机中框而言,采用全钛材的方案成本较高。目前导入了钛金属材料的目前导入了钛金属材料的 iPhone 15 Pro 和小米和小米 14 Pro 钛金属版的中框钛金属版的中框材质均为钛铝复合材料材质均为钛铝复合材料,其中,其中 iPhone 手机使用了钛合金和铝合金进行复合,而小手机使用了钛合金和铝合金进行复合,而小米手机使用了米手机使用了 99%工业纯钛和铝合金进行复合。工业纯钛和铝合金进行复合。图图 12:iPhone 15 Pro 中框拆解中框拆解 数据来源:微机分 WekiHome,东北证券 钛铝复合材料钛铝复合材料通常采用固通常采用固-固相复合的方式进行结合。固相复合的方式进
37、行结合。根据初复合时金属相的不同,金属复合材料的制备方法分为三大类,即固-固相复合法、固-液相复合法和液-液相复合法。由于钛和铝热物理性能差异大,钛铝复合材料通常使用固-固相复合法,固-固相复合法可进一步分为轧制复合法、挤压复合法、爆炸复合法及扩散焊接法等。轧制复合法轧制复合法 轧制复合法是指将异种金属板叠层组坯后送入轧机辊缝进行轧制,依靠轧机的强大压力使金属板材发生塑性变形,待复合金属表层发生破裂,露出新鲜金属,在轧制力和温度的共同作用下异种金属原子在双金属界面互相扩散,从而实现结合。轧制完成后,为提高界面结合强度,通常还需要进行热处理促进钛铝界面的扩散。轧制复合法具有工艺简单、生产效率高、
38、成本低、便于批量化生产等优点,可生产质量稳定的复合板。结合质量与压下率,轧制温度,轧制速度,热处理温度和时间等参数有关。挤压挤压复合法复合法 挤压复合法首先将基材和包覆金属清理干净,在将其放入挤压模中,并以合适的温度及合适的挤压比挤压成型,最终获得金属间紧密结合的复合材料。该方法主要用于生产双金属的管、棒、线材及简单断面的型材,缺点是连续化生产的可能性不大,且对设备要求高。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 11/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 图图 13:轧制复合法轧制复合法示意图示意图 图图 14:挤压复合法示意图挤压复合法示意图 数据来源:钛/铝复合板研究
39、进展,东北证券 数据来源:钛-7A52 铝合金轧制复合工艺研究,东北证券 爆炸爆炸复合法复合法 爆炸复合法指利用炸药爆炸时产生的高强化学能驱动覆板高速碰撞基板,碰撞点产生的瞬间高压不仅破坏了金属板表层的氧化膜,露出新鲜表面,而且在新鲜金属表面形成具有塑性变形、熔化、扩散以及波形特征的焊接过渡区,从而实现高强度结合的一种金属焊接技术。该方法具有工艺简单、成本低、应用广泛、产品尺寸不受限制等优点,但是操作过程易受到环境因素影响,实验场地限制较大。扩散焊接扩散焊接法法 扩散焊接法是将被焊工件紧压在一起,置于真空或保护气氛中加热,使两焊件表面微观凹凸不平处产生塑性变形达到紧密接触,再经保温、原子相互扩
40、散而形成牢固的冶金连接的一种连接方法。此方法优点在于可对性能和尺寸相差悬殊的材料进行焊接。图图 15:爆炸复合法示意图爆炸复合法示意图 图图 16:扩散焊接法示意图扩散焊接法示意图 数据来源:钛/铝复合板研究进展,东北证券 数据来源:钛-7A52 铝合金轧制复合工艺研究,东北证券 不同复合方法的实质均为固相扩散连接,轧制复合法和扩散焊接法较为适用于手机不同复合方法的实质均为固相扩散连接,轧制复合法和扩散焊接法较为适用于手机中框钛铝复合材料的制备。中框钛铝复合材料的制备。虽然钛铝复合材料的制备方法多样,但原理均为在压力和温度的作用下,钛铝界面金属原子互扩散从而实现冶金结合。界面层的形成是复合板实
41、现冶金结合的标志,界面层的形成可分为四个阶段:钛、铝原子的相互扩 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 12/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 散,并在局部形成饱和固溶体;钛/铝两侧的饱和固溶体形核析出 TiAl3 相;TiAl3 不断生长并沿界面和深度方向扩散;随着退火时间的延长或温度的升高,界面层厚度增大,并生成 TiAl、TiAl2 等中间化合物相。根据手机中框结构的特点,我们认为轧制复合法和扩散焊接法较为适用于手机中框钛铝复合材料的制备。钛铝复合材料的界面强度低钛铝复合材料的界面强度低,未来手机中框或向单一钛材演进,未来手机中框或向单一钛材演进。虽然钛铝复合
42、材料相较于单一钛材具备成本优势,但由于钛铝界面仅通过金属间化合物进行结合,强度较低。根据钛-7A52 铝合金轧制复合工艺研究一文展示的实验结果,对于轧制复合的钛铝复合板材,即使在最优的工艺参数下其界面强度也仅为 70MPa 左右,甚至远远低于铝合金的强度。我们认为目前使用钛铝复合材料最重要的目的为降本,但钛铝复合材料存在界面结合强度低,异种材料钛铝复合材料存在界面结合强度低,异种材料加工过程中加工过程中不均匀变形等问题不均匀变形等问题,随着未来钛材加工工艺的进步,手机中框材料或由现在的钛铝复合材料向单一钛材演进。图图 17:钛铝复合材料的界面结合原理钛铝复合材料的界面结合原理 图图 18:钛铝
43、复合材料界面的强度较低钛铝复合材料界面的强度较低 数据来源:钛/铝复合板研究进展,东北证券 数据来源:钛-7A52 铝合金轧制复合工艺研究,东北证券 3.3D 打印打印:钛材应用最受益环节,市场或存预期差:钛材应用最受益环节,市场或存预期差 3.1.钛合金 CNC 加工难度大,3D 打印可减少 CNC 加工环节 钛合金加工难度大,加工成本高,为制约钛材应用的主要因素。钛合金加工难度大,加工成本高,为制约钛材应用的主要因素。过去 3C 产品的金属外壳多使用 CNC 加工,钛合金是一种典型的难加工金属材料,其在加工时有如下特点:1)变形系数小。)变形系数小。与切削普通钢材相比,切削过程中切屑在前刀
44、面上流动的路程很短,切屑沿前刀面流出过程中产生的严重摩擦磨损区十分靠近主切削刃,导致在前刀面上主切削刃附近产生更大的应力和更多的切削热。刃口容易发生磨损,甚至产生破损。2)切削温度较高。)切削温度较高。原因有 2 个方面:一是钛合金的热导率很小,通过被切削工件本身散热的能力很差;二是切屑与前刀面的接触区域非常靠近切削刃,切削热很难散出,致使切削温度很高。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 13/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 3)弹性回复大。)弹性回复大。钛合金弹性模量小,在切削过程中工件受到切削力的作用容易产生变形,且已加工表面也容易发生回弹。一方面,切削变形
45、使零件的几何精度难以保证;另一方面,已加工表面回弹增大了已加工表面与刀具后刀面的接触面积,增加了后刀面产生的切削力和刀具磨损,且容易引起切削振动,降低表面加工质量。4)易于生成加工硬化层。)易于生成加工硬化层。钛元素在高温时化学活性高,在工件表面容易生成由含钛化合物组成的硬化层,加剧了刀具磨损。5)使用硬质合金刀具易于发生粘结磨损。)使用硬质合金刀具易于发生粘结磨损。在钛的化学亲和作用和高温高压作用下,钛合金切屑容易粘结在硬质合金刀具的刀尖上,并在脱落时使刀尖产生粘结磨损。6)切屑易燃。)切屑易燃。钛合金燃点低,干切削时较高的切削温度容易引燃切屑。高速干铣削时铣刀如果粘结大量团状切屑,如不及时
46、处理,高温下切屑易被引燃而发生事故。钛合金难以加工的特性使得在用传统的钛合金难以加工的特性使得在用传统的 CNC 方式对钛合金进行加工时良率低,成方式对钛合金进行加工时良率低,成本高昂。本高昂。图图 19:钛合金在:钛合金在 CNC 加工时易发生切屑粘结和燃烧加工时易发生切屑粘结和燃烧 数据来源:钛合金铣削加工技术研究现状及发展,东北证券 3D 打印后的毛坯件与最终零件的形状尺寸接近,可打印后的毛坯件与最终零件的形状尺寸接近,可大幅减少大幅减少 CNC 加工量。加工量。3D 打印为一种数字化的制造方式,制造过程包括:1)3D 建模。用 CAD 软件构建目标产品的三维模型;2)转化为 STL 文
47、件。将模型文件转化为适用于 3D 打印的 STL 文件格式;3)切片处理。将 STL 文件导入切片软件进行切片处理;4)切片及路径规划:生成切片信息及打印路径;5)进行打印。3D 打印设备根据接收到的信息进行制造过程;6)后处理。包括清粉、切割取样和热处理等步骤。通过对材料进行层层累加的增材制造,3D 打印完成后的毛坯件已经十分接近最终成品的形状和尺寸,因此仅需进行后道的精加工和表面处理等步骤,事实上可以认为 3D 打印直接代替了CNC 中的粗加工环节,大幅减少了 CNC 加工量。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 14/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 图图 2
48、0:3D 打印后的毛坯件与最终零件的形状尺寸接近打印后的毛坯件与最终零件的形状尺寸接近 数据来源:3D 印梦园公众号,东北证券 图图 21:3D 打印可代替打印可代替 CNC 的粗加工环节的粗加工环节 数据来源:新材料在线公众号,3D 打印在线,东北证券 3.2.3C 行业对 3D 打印的相关需求测算:市场或存预期差 钛合金的折叠屏轴盖、手表表壳以及手机中框均有望选用钛合金的折叠屏轴盖、手表表壳以及手机中框均有望选用 3D 打印进行批量生产。打印进行批量生产。3D 打印的生产成本较高,过去一直被认为在大规模的生产中不具备经济效益,因此主要应用于航空航天等高附加值领域,在民用工业中通常被用来进行
49、原型试制或是定制化的小批量生产,但 3C 行业钛合金的应用有望改变这一现状。首先 3D 打印近年成本下降很快,从粉末原材料到打印设备的价格均有大幅的下降,其次钛合金自身难以加工的特点使得其 CNC 加工成本同样高昂,因此对于 3C 行业的小型钛合金精密结构件的加工而言,3D 打印和 CNC 的成本差距被不断缩小。今年 7 月荣耀发布 Magic V2 折叠屏手机,官宣采用 3D 打印进行钛合金轴盖的生产,标志着在大批量生产中导入 3D 打印技术成为可能。我们认为未来钛合金的折叠屏轴盖、手表表壳以及手机中框均有望选用 3D 打印进行批量生产,技术路线为工业应用较为成熟的 SLM(Selectiv
50、e Laser Melting,选区激光熔化)。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 15/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 图图 22:荣耀:荣耀 Magic V2 在行业内首次使用了在行业内首次使用了 3D 打印工艺生产钛合金轴盖打印工艺生产钛合金轴盖 数据来源:3D 打印资源库公众号,东北证券 3.2.1.钛合金 3D 打印成本拆解 3D 打印的成本和产能与诸多因素相关,由于缺乏权威数据,我们在测算时参考了市场中大量公开信息并结合自身对技术和工艺的理解,力求做到使测算结果接近实际。3D 打印成本主要由原材料、设备折旧、电费、保护气体费用、清粉和热处理等后处理费
51、用以及人工费用组成,我们据此对单 g 钛合金 3D 打印成本进行了拆解。原材料费用原材料费用 当前国产 TC4 钛合金粉末的价格约 600-800 元/kg,我们取中间值为 0.7 元/g。设备折旧费用设备折旧费用 我们以配置 4 激光的 SLM 3D 打印设备为例,为测算打印单 g 钛合金对应的设备折旧,需要考虑的关键参数为打印效率、每年设备运行时间和设备折旧年限。1)打印效率 打印效率为测算中最为重要的参数。我们查询了铂力特和华曙高科官网,其标称的设备单激光打印效率均为 25cm3/h,即每小时可以成型体积为 25 cm3的金属,目前市场上多按该效率进行相关测算。但铂力特对该数据进行了标注
52、,表明打印效率与零件的形状、尺寸、材料和参数有关。我们查阅了铂力特和华曙高科过往公开的部分 3D 打印实际案例,涵盖航空航天、模具、汽车、医疗多个产业不同材质的打印产品,根据其给出的打印重量,打印时间,打印设备配置的激光数量以及查阅相应材料的密度,计算出过往打印案例中实际的单激光平均加工效率。经过我们的计算,在实际打印案例中单激光的平均打印效率约为 2-6 cm3/h,和设备标称的 25cm3/h 差异较大。我们认为设备商给出的效率为设备在理想工作状态下的瞬时峰值效率,但实际打印中为了保证材料致密无缺陷以及获得较高的表面质量,会在效率上进行妥协,使得每层的打印厚度和激光功率均无法设置成最高,此
53、外每层打印间后都会有铺粉时间,该时间为非有效激光打印时间,但在计算平均打印效率时同样需要将非有效打印时间同样计算在内。诸多因素导致实际打印过程中平均效率会远低于标称的最大效率。我们认为通过过往实际打印案例测算出来的打印效率更具备参考意义,请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 16/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 考虑到 3C 行业打印的产品标准化程度较高,因此效率可能会相较于过往的打印案例有所提升,我们认为 3C 钛合金产品实际打印效率为 4-8cm3/h。表表 3:根据铂力特和华曙高科公开的实际根据铂力特和华曙高科公开的实际 3D 打印案例测算出的打印效率打印案
54、例测算出的打印效率 公司 设备 激光数量 打印产品 材质 重 量(g)密度(g/cm3)打印时长(h)单激光实际效率(cm3/h)铂力特 S515 4 承压源仓零件 不锈钢 8200 7.9 120 2.16 铂力特/1 印章 钛合金 30.15 4.5 2.5 2.68 铂力特 S200 1 模具 模具钢 130 7.9 10 1.65 铂力特 S200 1 模具 模具钢 280 7.9 6.5 5.45 铂力特 S200 1 模具 模具钢 210 7.9 8.5 3.13 铂力特 S200 1 模具 模具钢 500 7.9 13.5 4.69 铂力特 S400 2 股骨板 钛合金 8100
55、 4.5 174.6 5.15 铂力特 S400 6 股骨板 钛合金 8100 4.5 64.5 4.65 铂力特 S450 4 定子转子 不锈钢 4700 7.9 35.2 4.23 铂力特 S450 8 定子转子 不锈钢 4700 7.9 18.9 3.93 铂力特 A400 2 汽车轮胎钢片 高强钢 9640 7.9 128.8 4.74 铂力特 A400 5 汽车轮胎钢片 高强钢 9640 7.9 52.2 4.68 铂力特 S300 1 尾喷管 纯铜 2000 8.9 96 2.34 华曙高科 271M 1 赛车立柱 钛合金 524.2 4.5 28 4.16 华曙高科 121M 1
56、 牙齿 钴铬合金 300 8.8 6 5.68 华曙高科 421M 2 涡轮冷却试验台 钛合金 6460 4.5 144 4.98 数据来源:铂力特公众号,华曙高科公众号,东北证券测算 2)每年设备运行时间 3D 打印设备并不能做到 24h 不间断加工,因为设备在完成一次零件打印后,需要停机进行零件获取,并对金属 3D 打印设备进行粉末清理、粉末装填、重新设定打印参数后再开始下一批次打印。由于成形尺寸越大的设备一次能够成形的零件尺寸越大、零件数量越多,其单次打印时间一般也越长,需要停机进行零件获取、粉末填充、设定参数等的频次较少,全年可实际运行的工作机时数也就越多。一般情况下尺寸越大的设备由于
57、单次打印的时间长,每年可运行时间也越久。据铂力特 2022 年12 月披露的 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(豁免版)(修订稿),公司根据各类型金属 3D 打印设备历史运行及生产经验,每年金属 3D 打印设备运行时长分别为超大尺寸设备 5400 小时、大尺寸设备 4860 小时以及其他设备 4050 小时。我们认为大型和超大型 3D 打印设备主要用于航空航天领域,用于民用领域的通常为中小型设备,因此按照每年设备运行 4050 小时进行匡算较为合理。3)设备折旧年限 金属 3D 打印设备的使用寿命通常在 10 年以上。铂力特 2022 年 12 月
58、披露的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(豁免版)(修订稿)中在进行相关测算时亦按照 10 年对设备进行折旧,因此我们假设设备折旧年限为 10 年。单台 4 激光 3D 打印设备目前的市场价格约为 300 万元。根据上述假设,我们分别按 4、6、8 cm3/h 的效率对单 g 钛合金 3D 打印对应的折旧费用进行测算,并展示按 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 17/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 照设备标称的 25 cm3/h 效率测算出的对应折旧费用作为对比。通过计算,4、6、8cm3/h 的单激光打印效率对应的
59、单 g 钛合金 3D 打印设备折旧费用分别为 1.029、0.686 和 0.514 元,而若按照设备标称的 25cm3/h 的单激光打印效率,对应单 g 钛合金 3D 打印设备折旧费用仅为 0.165 元。表表 4:单单 g 钛合金钛合金 3D 打印设备折旧测算打印设备折旧测算 设备折旧费用设备折旧费用 设备价格(万元)300 激光数 4 钛合金密度(g/cm3)4.5 设备每年运行时长(h)4050 设备寿命(年)10 单激光打印效率(cm3/h)4 6 8 25 设备每小时打印钛合金重量(g)72 108 144 450 寿命期内打印钛合金总重量(kg)2912 4374 5832 18
60、225 单 g 钛合金设备折旧(元)1.029 0.686 0.514 0.165 数据来源:铂力特公告,东北证券测算 电费电费 根据铂力特官网的设备参数,4 激光的 S450 设备功率不大于 15kW,我们按照 10kW进行测算,并假设工业用电费用为 0.8 元/kWh。计算得出 4、6、8、25cm3/h 的单激光打印效率对应的单 g 钛合金 3D 打印电费分别为 0.111、0.074、0.056 元和 0.018元。表表 5:单:单 g 钛合金钛合金 3D 打印打印电费电费测算测算 电费电费 设备运行功率(kW)10 寿命期内总运行时长(h)40500 寿命期内总功耗(kWh)4050
61、00 工业用电电费(元/kWh)0.8 寿命期内总电费(元)324000 单激光打印效率(cm3/h)4 6 8 25 寿命期内打印钛合金总重量(kg)2912 4374 5832 18225 单 g 钛合金对应电费(元)0.111 0.074 0.056 0.018 数据来源:铂力特官网,东北证券测算 气体费用气体费用 钛合金打印过程中需要输入高纯氩气进行保护,防止金属氧化。根据华曙高科官网的设备参数,4 激光的 FS422M 设备的气体消耗量为 3-5L/min,我们按照 5L/min 进行测算。气体氩气和液体氩气的密度分别为 1.784kg/m3和 1400kg/m3,高纯液氩的价格约
62、5 元/L。计算得出 4、6、8、25cm3/h 的单激光打印效率对应的单 g 钛合金 3D打印气体费用分别为 0.027、0.018、0.013 元和 0.004 元。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 18/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 表表 6:单:单 g 钛合金钛合金 3D 打印气体费用测算打印气体费用测算 气体气体费费用用 氩气消耗量(L/min)5 寿命期内总运行时长(h)40500 寿命期内总氩气消耗量(L)12150000 对应液氩体积(L)15474 液氩价格(元/L)5 寿命期内总电费(元)77369 单激光打印效率(cm3/h)4 6 8
63、 25 寿命期内打印钛合金总重量(kg)2912 4374 5832 18225 单 g 钛合金对应气体费用(元)0.027 0.018 0.013 0.004 数据来源:华曙高科官网,东北证券测算 其他费用其他费用 除上述费用外,3D 打印的其他费用包括其他制造费用,如清粉费用、线切割费用、热处理费用、外协加工费用等以及直接人工费用。据铂力特 2022 年 12 月披露的 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(豁免版)(修订稿),公司金属 3D 打印定制化产品 2019 至 2021 年其他制造费用占收入比率分别为 20.16%、22.35%、28.
64、33%,并在 2022 年 1-9 月回落至 23.49%,报告期内各完整会计年度平均值为 23.61%。由于该部分费用涵盖了电费和气体费用,我们假设我们假设除设备折旧、电费和气体费用外除设备折旧、电费和气体费用外其他制造费用占其他制造费用占营收的营收的20%,按照打印产品,按照打印产品 50%毛利率测算则占成本的比例为毛利率测算则占成本的比例为 40%。根据铂力特招股说明书,2016-2018 年公司 3D 打印定制化产品的直接人工费用占成本比值分别为16.00%、15.42%和 18.78%,而根据铂力特 2022 年 12 月披露的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
65、文件的审核问询函的回复(豁免版)(修订稿),公司新扩产的 3D 打印定制化产品达产后直接人工费用占成本比值为10%左右,我们认为随着 3D 打印设备自动化水平的提高,对操作人员的数量要求逐步降低,且 3C 行业 3D 打印产品标准化程度高,对操作人员数量的要求不会高于铂力特新扩产的 3D 打印定制化产品生产线,因此假设直接人工费用占成本比值为因此假设直接人工费用占成本比值为10%。综上,其他费用综上,其他费用在成本中在成本中的占比为的占比为 50%。3D 打印总成本打印总成本 依据以上测算,依据以上测算,在在单激光单激光 4、6、8 和和 25cm3/h 的加工效率下单的加工效率下单 g 钛合
66、金的钛合金的 3D 打印打印成本分别为成本分别为 3.734、2.955 和和 2.566 和和 1.773 元。元。目前钛合金 3D 打印的报价约为 7 元/g,铂力特2019-2022年3D打印定制化产品的毛利率分别为59.04%、59.71%、48.89%和 58.64%,由于铂力特的 3D 定制化产品部分使用自产粉末材料,因此毛利率较高。我们假设钛合金 3D 打印毛利率为 45-50%,则单 g 钛合金的 3D 打印的成本为 3.5-3.85 元,该价格与设定单激光效率为 4cm3/h 时测算出的成本接近,且大大高于按照单激光效率 25cm3/h 测算出的加工成本,这这再一次佐证了实际
67、加工过程中的的单激再一次佐证了实际加工过程中的的单激光平均效率远远无法达到标称的光平均效率远远无法达到标称的 25cm3/h。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 19/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 表表 7:单:单 g 钛合金钛合金 3D 打印总成本测算打印总成本测算 总成本总成本 单激光打印效率(cm3/h)4 6 8 25 单 g 钛合金材料费用(元)0.7 单 g 钛合金设备折旧(元)1.029 0.686 0.514 0.165 单 g 钛合金对应电费(元)0.111 0.074 0.056 0.018 单 g 钛合金对应气体费用(元)0.027 0.
68、018 0.013 0.004 其他费用占比 50%单单 g 钛合金总成本(元)钛合金总成本(元)3.734 2.955 2.566 1.773 数据来源:东北证券测算 3.2.2.3C 行业钛合金部件 3D 打印相关市场空间测算 测算 3D 打印设备需求量时,需要得知对于某一钛合金结构件,单台 3D 打印设备的年产能,测算年产能所需的数据为每年设备运行时间、激光数量、单激光加工效率和产品重量。我们在接下来的测算中继续沿用前述的每年设备运行时间为 4050 小时,设备激光数量为 4,并采用成本测算结果最接近实际成本时对应的单激光效率为当前的效率水平,即 4cm3/h。3.2.2.1.折叠屏手机
69、轴盖 钛合金轴盖重量:钛合金轴盖重量:由于未查询到折叠屏手机轴盖的重量数据,我们使用了荣耀在折叠屏手机专利同步转动装置、转轴机构及折叠式电子设备中的产品图纸近似计算出了轴盖的体积为 1.32 cm3,按照钛合金密度 4.5g/cm3计算得到钛合金轴盖重量为 5.94g。由于 3D 打印过程中留有部分的后道加工余量以及存在支撑结构,最终成品的重量约为 3D 打印毛坯件的 90%左右,据此假设 3D 打印钛合金轴盖毛坯件的重量为 7g。图图 23:荣耀折叠屏手机轴盖剖面图荣耀折叠屏手机轴盖剖面图 数据来源:同步转动装置、转轴机构及折叠式电子设备,东北证券 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文
70、后的声明及说明 20/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 我们测算了 2023-2027 年折叠屏手机钛合金轴盖的 3D 打印市场空间,其中做出了如下关键假设:1)根据 TrendForce 预测,2023 年折叠手机的出货量将达到约 1830 万部,另据ITBEAR 科技资讯,预计 2027 年折叠手机的出货量可能会达到 7000 万部。由于今年荣耀等厂商推出了有竞争力的新款折叠屏手机,对整体销量有一定的提振,我们谨慎预计 2023-2027 年折叠屏手机出货量分别为 2000 万部、2600 万部、3500 万部、4800 万部和 6500 万部;2)2023-2027 年折叠屏手机
71、 3D 打印钛合金轴盖的渗透率分别为 5%、15%、30%、50%和 80%;3)2023-2027 年单激光 3D 打印效率每年提高 0.5 cm3/h,分别为 4.0、4.5、5.0、5.5和 6 cm3/h;4)2023-2027 年 4 激光 3D 打印设备的价格每年降价 20 万元,分别为 300 万元、280 万元、260 万元、240 万元和 220 万元;5)2023-2027 年单 g 钛合金 3D 粉末价格每年降价 10%,分别为 0.7 元、0.63 元、0.57 元、0.51 元和 0.46 元;6)将如上数据带入我们此前的 3D 打印成本测算模型,可以得到 2024-
72、2027 年单 g钛合金 3D 打印成本分别为 3.21 元、2.79 元、2.42 元和 2.11 元;7)假设 2023 年单 g 钛合金 3D 打印价格为 7 元,随着市场规模的扩大,2024-2027钛合金 3D 打印产品的毛利率小幅下行,分别为 47%、45%、43%和 42%,对应 2024-2027 年单 g 钛合金 3D 打印价格分别为 6.06 元、5.07 元、4.25 元和 3.64 元;8)根据华曙高科招股说明书,其 2021 年采购的激光器和振镜均价分别为 6.32 和6.45 万元,近年 3D 打印厂商正在逐步导入国产激光器和振镜,其中激光器的导入进度较快,假设 2
73、023 年 3D 打印激光器和振镜的均价分别为 5 万元和 6 万元,并且随着国产化的推进,均价每年下降 0.5 万元。即 2023-2027 年激光器均价为 5 万元、4.5 万元、4 万元、3.5 万元和 3 万元,振镜均价为 6 万元、5.5 万元、5 万元、4.5 万元和 4 万元。表表 8:不同参数假设下的单:不同参数假设下的单 g 钛合金钛合金 3D 打印价格打印价格 2024E 2025E 2026E 2027E 单激光打印效率(单激光打印效率(cm3/h)4.5 5 5.5 6 单单 g 钛合金钛合金 3D 打印粉末价格(元)打印粉末价格(元)0.63 0.57 0.51 0.
74、46 单台四激光单台四激光 3D 打印设备价格(万元)打印设备价格(万元)280 260 240 220 单单 g 钛合金钛合金 3D 打印成本(元)打印成本(元)3.21 2.79 2.42 2.11 钛合金钛合金 3D 打印毛利率打印毛利率 47%45%43%42%单单 g 钛合金钛合金 3D 打印价格(元)打印价格(元)6.06 5.07 4.25 3.64 数据来源:东北证券测算 依据以上数据,我们测算出每台四激光3D打印设备目前钛合金轴盖的年产能为4.17万个,2027 年可提升至 6.25 万个。根据设备产能测算出的 3D 打印产品、3D 打印设备、3D 打印粉末、激光器和振镜的市
75、场空间参见表格。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 21/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 表表 9:折叠屏手机钛合金轴盖:折叠屏手机钛合金轴盖 3D 打印相关市场空间测算打印相关市场空间测算 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 折叠手机出货量(万个)2000 2600 3500 4800 6500 3D 打印技术渗透率 5%15%30%50%80%3D 打印折叠手机出货量(万个)100 390 1050 2400 5200 3D 打印钛合金轴盖市场空间打印钛合金轴盖市场空间 单 g 钛合金 3D 打印价格(元)7.00 6.06 5.07
76、 4.25 3.64 单个轴盖 3D 打印价格(元)49.0 42.4 35.5 29.8 25.5 当年当年 3D 打印轴盖市场空间(亿元)打印轴盖市场空间(亿元)0.5 1.7 3.7 7.1 13.2 3D 打印设备市场空间打印设备市场空间 单激光加工效率(cm3/h)4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 单台 3D 打印设备年产能(万个)4.17 4.69 5.21 5.73 6.25 当年 3D 打印设备总需求(台)24 83 202 419 832 当年新增 3D 打印设备需求(台)24 59 118 217 413 单台 3D 打印设备价格(万元)300 280 26
77、0 240 220 当年新增设备市场空间(亿元)当年新增设备市场空间(亿元)0.72 1.66 3.08 5.22 9.09 3D 打印钛合金粉末材料市场空间打印钛合金粉末材料市场空间 单个轴盖 3D 打印材料用量(g)7 7 7 7 7 3D 打印材料均价(元/g)0.70 0.63 0.57 0.51 0.46 当年材料市场空间(亿元)当年材料市场空间(亿元)0.05 0.17 0.42 0.86 1.67 3D 打印激光器市场空间打印激光器市场空间 单台设备激光器数量 4 4 4 4 4 当年新增激光器需求 96 237 474 869 1653 激光器单价(万元)5 4.5 4 3.5
78、 3 当年新增激光器市场空间(亿元)当年新增激光器市场空间(亿元)0.05 0.11 0.19 0.30 0.50 3D 打印振镜市场空间打印振镜市场空间 单机振镜数量 4 4 4 4 4 当年新增振镜需求 96 237 474 869 1653 振镜单价(万元)6 5.5 5 4.5 4 当年新增振镜市场空间(亿元)当年新增振镜市场空间(亿元)0.06 0.13 0.24 0.39 0.66 数据来源:华曙高科招股说明书,东北证券测算 3.2.2.2.Apple Watch 表壳 钛合金表壳重量:钛合金表壳重量:根据微机分 WekiHome 对第一代 Apple Watch Ultra 手表
79、的拆解,其钛合金表壳最终成品的重量为 12.0 g,由于 3D 打印过程中留有部分的后道加工余量以及存在支撑结构,最终成品的重量约为 3D 打印毛坯件的 90%左右,据此假设 3D 打印钛合金表壳毛坯件的重量为 14g。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 22/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 我们测算了 2023-2027 年 Apple Watch 钛合金表壳的 3D 打印市场空间,其中做出了如下关键假设:1)根据 Watch Faces 数据,苹果手表出货量从 2015 年的 830 万块提高到 2022 年的5390 万块,另据 Counterpoint
80、数据,苹果手表 2023 年第二季度全球出货量同比下降 10%。我们认为虽然 2023 年苹果手表销量有所下滑,但依靠持续创新,未来出货量仍有望保持小幅增长。我们预计 2023-2027 年 Apple Watch 出货量分别为 5000万个、5500 万个、6000 万个、6500 万个和 7000 万个;2)2023-2027 年 Apple Watch 3D 打印钛合金表壳的渗透率分别为 0%、8%、20%、40%和 80%;其余假设沿用测算轴盖时的 3)8)。依据以上数据,我们测算出每台四激光3D打印设备目前钛合金表壳的年产能为2.08万个,2027 年可提升至 3.12 万个。根据设
81、备产能测算出的 3D 打印产品、3D 打印设备、3D 打印粉末、激光器和振镜的市场空间参见表格。图图 24:Apple Watch Ultra 钛合金表壳重量为钛合金表壳重量为 12.0 g 数据来源:微机分 WekiHome,东北证券 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 23/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 表表 10:Apple Watch 钛合金表壳钛合金表壳 3D 打印相关市场空间测算打印相关市场空间测算 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E Apple Watch 出货量(万个)5000 5500 6000 6500 7000 3
82、D 打印技术渗透率 0%8%20%40%80%3D 打印 Apple Watch 出货量(万个)0 440 1200 2600 5600 3D 打印钛合金表壳市场空间打印钛合金表壳市场空间 单 g 钛合金 3D 打印价格(元)7.00 6.06 5.07 4.25 3.64 单个钛合金表壳 3D 打印价格(元)98.0 84.8 71.0 59.5 51.0 当年当年 3D 打印表壳市场空间(亿元)打印表壳市场空间(亿元)0.0 3.7 8.5 15.5 28.5 3D 打印设备市场空间打印设备市场空间 单激光加工效率(cm3/h)4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 单台 3D 打印设备年
83、产能(万个)2.08 2.34 2.60 2.86 3.12 当年 3D 打印设备总需求(台)0 188 462 909 1795 当年新增 3D 打印设备需求(台)0 188 274 448 886 单台 3D 打印设备价格(万元)300 280 260 240 220 当年新增设备市场空间(亿元)当年新增设备市场空间(亿元)0.00 5.26 7.11 10.74 19.49 3D 打印钛合金粉末材料市场空间打印钛合金粉末材料市场空间 单个表壳 3D 打印材料用量(g)14 14 14 14 14 3D 打印材料均价(元/g)0.70 0.63 0.57 0.51 0.46 当年材料市场空
84、间(亿元)当年材料市场空间(亿元)0.00 0.39 0.95 1.86 3.60 3D 打印激光器市场空间打印激光器市场空间 单台设备激光器数量 4 4 4 4 4 当年新增激光器需求 0 752 1094 1790 3543 激光器单价(万元)5 4.5 4 3.5 3 当年新增激光器市场空间(亿元)当年新增激光器市场空间(亿元)0.00 0.34 0.44 0.63 1.06 3D 打印振镜市场空间打印振镜市场空间 单台设备振镜数量 4 4 4 4 4 当年新增振镜需求 0 752 1094 1790 3543 振镜单价(万元)6 5.5 5 4.5 4 当年新增振镜市场空间(亿元)当年
85、新增振镜市场空间(亿元)0.00 0.41 0.55 0.81 1.42 数据来源:华曙高科招股说明书,东北证券测算 3.2.2.3.iPhone 中框 钛合金钛合金中框中框重量:重量:由于目前 iPhone 15 Pro 采用了钛铝复合材料中框,所以无法获知全部采用钛合金时中框的实际重量,我们尝试对全钛合金的 iPhone 中框重量进行间接测算。上一代的 iPhone 14 使用了铝合金中框,重量为 172g,iPhone 14 Pro 使用了不锈钢中框,重量为 206g,我们假设两种型号的手机重量差异完全来自于中框材质的不同,不锈钢和铝合金的密度差为 5.2g/cm3,据此可以测算出 iP
86、hone 14 手机中框体积为 6.54cm3,如果中框材质更换为钛合金,依据钛合金密度 4.5 g/cm3可以测算出全钛合金的 iPhone 中框重量为 29.4g。由于 3D 打印过程中留有部分的后道加工余量以及存在支撑结构,最终成品的重量约为 3D 打印毛坯件的 90%左右,据此假设 3D 打印钛合金中框毛坯件的重量为 35g。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 24/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 我们测算了 2023-2027 年 iPhone 钛合金中框的 3D 打印市场空间,其中做出了如下关键假设:1)根据迪赛智慧数,2015-2022 年 iPh
87、one 销量为 1.96-2.38 亿部之间,我们预计未来 iPhone 销量仍将保持相对稳定,预计 2023-2027 年 iPhone 出货量为 2.2 亿部;2)2023-2027 年 iPhone 3D 打印钛合金中框的渗透率分别为 0%、0.3%、3%、10%和 25%;其余假设沿用测算轴盖时的 3)8)。依据以上数据,我们测算出每台四激光3D打印设备目前钛合金中框的年产能为0.83万个,2027 年可提升至 1.25 万个。根据设备产能测算出的 3D 打印产品、3D 打印设备、3D 打印粉末、激光器和振镜的市场空间参见表格。表表 11:iPhone 钛合金中框钛合金中框 3D 打印
88、相关市场空间测算打印相关市场空间测算 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E iPhone 出货量(万个)22000 22000 22000 22000 22000 3D 打印技术渗透率 0%0.3%3%10%25%3D 打印 iPhone 出货量(万个)0 66 660 2200 5500 3D 打印钛合金中框市场空间打印钛合金中框市场空间 单 g 钛合金 3D 打印价格(元)7.00 6.06 5.07 4.25 3.64 单个钛合金中框 3D 打印价格(元)245.0 212.1 177.5 148.8 127.4 当年当年 3D 打印中框市场空间(亿元)打印中框市场
89、空间(亿元)0.0 1.4 11.7 32.7 70.1 3D 打印设备市场空间打印设备市场空间 单激光加工效率(cm3/h)4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 单台 3D 打印设备年产能(万个)0.83 0.94 1.04 1.15 1.25 当年 3D 打印设备总需求(台)0 70 635 1913 4400 当年新增 3D 打印设备需求(台)0 70 564 1278 2487 单台 3D 打印设备价格(万元)300 280 260 240 220 当年新增设备市场空间(亿元)当年新增设备市场空间(亿元)0.00 1.97 14.67 30.68 54.71 3D 打印钛合金粉末材料
90、市场空间打印钛合金粉末材料市场空间 单个中框 3D 打印材料用量(g)35 35 35 35 35 3D 打印材料均价(元/g)0.70 0.63 0.57 0.51 0.46 当年材料市场空间(亿元)当年材料市场空间(亿元)0.00 0.15 1.31 3.93 8.84 3D 打印激光器市场空间打印激光器市场空间 单台设备激光器数量 4 4 4 4 4 当年新增激光器需求 0 281 2258 5114 9948 激光器单价(万元)5 4.5 4 3.5 3 当年新增激光器市场空间(亿元)当年新增激光器市场空间(亿元)0.00 0.13 0.90 1.79 2.98 3D 打印振镜市场空间
91、打印振镜市场空间 单台设备振镜数量 4 4 4 4 4 当年新增振镜需求 0 281 2258 5114 9948 振镜单价(万元)6 5.5 5 4.5 4 当年新增振镜市场空间(亿元)当年新增振镜市场空间(亿元)0.00 0.15 1.13 2.30 3.98 数据来源:华曙高科招股说明书,东北证券测算 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 25/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 3.2.2.4.轴盖+表壳+中框市场空间合计 对上述的测算结果进行加总,在 2027 年 3D 打印钛合金折叠屏轴盖 80%渗透率,3D打印钛合金 Apple Watch 表壳 80%
92、渗透率,3D 打印钛合金 iPhone 中框 25%的渗透率前提下,2023-2027 年累计的年累计的 3D 打印产品、打印产品、3D 打印设备、打印设备、3D 打印粉末、打印粉末、3D 打打印激光器和印激光器和 3D 打印振镜的市场打印振镜的市场规模规模分别分别 198.43 亿元、亿元、164.40 亿元、亿元、24.19 亿元、亿元、9.41 亿元和亿元和 12.22 亿元亿元;2027 年当年的年当年的 3D 打印产品、打印产品、3D 打印设备、打印设备、3D 打印粉末、打印粉末、3D 打印激光器和打印激光器和 3D 打印振镜的市场空间分别打印振镜的市场空间分别为为 111.86 亿
93、元、亿元、83.29 亿元、亿元、14.11 亿亿元、元、4.54 亿元和亿元和 6.06 亿元。亿元。此外,2027 年轴盖+表壳+中框对 3D 打印设备的累计需求数量超过7000台,当年新增需求量达到3786台,作为对比,根据Wohlers Associates统计,2021 年全球金属 3D 打印设备销量仅为 2397 台,3C 行业有望为金属 3D 打印设备贡献巨大的增量市场。表表 12:轴盖轴盖+表壳表壳+中框中框 3D 打印市场空间合计打印市场空间合计 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 3D 打印产品总价值(轴盖打印产品总价值(轴盖+表壳表壳+中框)中框)
94、(亿元亿元)0.49 6.79 23.96 55.34 111.86 累计累计 3D 打印设备需求量打印设备需求量(台台)24 341 1298 3241 7027 当年新增当年新增 3D 打印设备需求量打印设备需求量(台台)24 317 956 1943 3786 当年新增当年新增 3D 打印设备市场空间(亿元)打印设备市场空间(亿元)0.72 8.89 24.86 46.64 83.29 3D 打印材料市场空间(亿元)打印材料市场空间(亿元)0.05 0.71 2.68 6.64 14.11 当年新增激光器市场空间(亿元)当年新增激光器市场空间(亿元)0.05 0.57 1.53 2.72
95、 4.54 当年新增振镜市场空间(亿元)当年新增振镜市场空间(亿元)0.06 0.70 1.91 3.50 6.06 数据来源:东北证券测算 3.3.为什么我们看好 3D 打印在 3C 行业的应用前景 3.3.1.多路径降本,3D 打印经济效益值得期待 依靠原材料依靠原材料降价降价、设备降价和设备降价和加工效率加工效率提升提升三三个个方面方面,3D 打印依然有打印依然有极大的极大的降本降本空间空间。决定一种新工艺能否在工业上用于大批量生产,在最终的加工效果接近的前提下,很大程度上取决于新工艺相较于传统工艺是否具备成本优势。在荣耀折叠屏手机已经采用 3D 打印进行钛合金轴盖批量化生产的背景下,我
96、们有理由相信目前对于 3C 行业的小型钛合金结构件而言,使用 3D 打印路线的全流程生产成本已与传统的 CNC 路线全流程生产成本差距不大。按照 7 元/g 的钛合金 3D 打印价格,目前钛合金轴盖、表壳和中框在 3D 打印环节的价格分别为 49 元、98 元和 245 元。若我们前文中对原材料、加工效率和设备价格所假设的变化得以实现,则 2027 年钛合金轴盖、表壳和中框在 3D 打印环节的价格将下探至 25.5 元、51.0 元和 127.4 元,相较于目前价格降幅接近一半。事实上,我们认为此前对原材料、加工效率和设备价格变化所做出的假设均有望实现。原材料原材料 近年来,钛合金 3D 打印
97、粉末价格降幅巨大。金属 3D 打印应用方兴之时,粉末材料及其昂贵,根据两江科技评论公众号 2019 年 1 月 16 日发布的文章南科大:一种将 3D 打印钛材料价格降低 10 倍的方法,当时高品质进口钛粉的价格超过 3000 元/kg,国产粉的价格也在 2600 元/kg 以上,根据宝鸡博创达钛业有限公司公众号 2021年 12 月 31 日发布的文章3D 打印增材制造用钛合金的种类、应用、粉末制备技术,及市场用量情况,当时国产和进口钛合金 3D 打印粉末价格基本在 1300-1800 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 26/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度
98、元/kg,目前该数据为 600-800 元/kg。可以看出钛合金 3D 打印粉末近年的降价速度极快,但通过改进制粉工艺、提高得粉率和回收制粉等措施,以及需求增长带来的规模效应,未来粉末材料仍然存在较大降本空间。根据南极熊 3D 打印今年 9 月 25日发布的报道文章钛合金再生粉 3D 打印抗拉强度高达 1500 兆帕,国内已实现量产,TC4 价格低至 300 元/kg,国内厂商思锐增材通过钛合金粗粉废料回收再制粉已实现量产,制得的 TC4 粉末价格低至 300 元/kg,该价格甚至远低于我们做出的2027 年钛合金粉末价格降至 0.46 元/g 的假设。因此,我们认为给予钛合金 3D 打印粉末
99、每年 10%的降价幅度是合理审慎的。设备设备 目前国产的激光 3D 打印设备大部分搭载了进口激光器和扫描振镜,激光器厂商主要为 IPG,扫描振镜厂商主要为 Scanlab、诺万特等,目前国内的 3D 打印设备商正在尝试导入国产的激光器和振镜,并取得了一定的进展。根据华曙高科公告的发行人及保荐机构回复意见,其 2019-2021 年间采购的 Scanlab 振镜均价为 5.2-5.6 万元,而 2020 年采购国产菲镭泰克振镜的均价为 3.8 万元;2019-2021 年间采购的 IPG激光器均价为 7.5-11.6 万元,同时期内采购的国产创鑫激光激光器的均价为 3.8-4.1万元,国产振镜和
100、激光器价格显著低于进口品牌。3C 行业对 3D 打印设备的稳定性要求低于航空航天,有望大规模导入国产核心零部件,推动设备的降本。此外目前3D 打印设备的销量较小,规模化后同样能够驱动降本。因此,我们认为给予 3D 打印设备每年 20 万元的降幅是合理审慎的。加工效率加工效率 相较于 3D 打印过往的应用领域,3C 行业的产品高度标准化,对于单一产品,当工艺不断成熟后加工效率有望得到提高。因此,我们认为给出每年单激光提高 0.5cm3/h的假设是合理审慎的。3D 打印未来的降本空间值得期待,而作为一种应用成熟的加工工艺,打印未来的降本空间值得期待,而作为一种应用成熟的加工工艺,CNC 的降本的降
101、本会较为缓慢。我们认为未来钛合金会较为缓慢。我们认为未来钛合金 3D 打印相对于打印相对于 CNC 加工的经济性有望逐步显加工的经济性有望逐步显现。现。3.3.2.3D 打印符合 ESG 理念 3D 打印还存在一个附加优势,打印还存在一个附加优势,即即相较于传统的相较于传统的 CNC 工艺更加符合工艺更加符合 ESG 的理念。的理念。ESG 评价体系以环境(Environmental)、社会(Social)以及公司治理(Governance)三方面为核心,其中“E”聚焦环境,涵盖污染排放,能源和水等自然资源的使用,业务活动对环境和资源的影响,温室气体排放,碳足迹,生物多样性等内容。根据贝哲斯咨
102、询,3D 打印能够节省材料、降低能耗。据美国能效和可再生能源局,相较于传统制造方法,增材制造可以将材料成本和浪费降低近90%,同时将能耗降低25%。同时,目前越来越多的 3D 打印支持材料回收循环,进而减少材料浪费。ESG 方面的显著优势使得对于注重 ESG 的公司而言,在 3D 打印相较于 CNC 尚未完全显现经济性效益时即会考虑使用 3D 打印工艺。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 27/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 图图 25:3D 打印技术相比传统打印技术相比传统 CNC 制造能耗对比制造能耗对比 数据来源:贝哲斯咨询,东北证券 4.复盘复盘 CNC
103、 在在 3C 行业的行业的应用应用历史,历史,3D 打印循步前行打印循步前行 CNC 是计算机数字控制机床(Computer numerical control)的简称,是一种由程序控制的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,从而使机床动作并加工零件。CNC 主要用于大规模的加工零件,其加工方式包括车外圆,镗孔,车平面等等。可以编写程序,适用于批量生产,生产过程的自动化程度较高。自从 1952 年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来,数控机床不断发展。在 3C 行业,CNC 被用于各种金属外观件、结构件等的加工,使用到的 CNC 设备包
104、括加工中心、钻铣攻牙机、精雕机和雕铣机等。图图 26:数控机床的发展历史:数控机床的发展历史 数据来源:百度文库,东北证券 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 28/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 图图 27:3C 零部件的制造流程零部件的制造流程 数据来源:智研咨询,东北证券 CNC 在在 3C 行业得到大规模应用,苹果公司起到了极为重要的引领作用。行业得到大规模应用,苹果公司起到了极为重要的引领作用。始于始于 MacBook 2008 年史蒂夫 乔布斯从一个马尼拉信封中取出了两磅重的 MacBook Air 笔记本电脑,震惊世界。它的最厚处仅为 0.76 英
105、寸,是有史以来最薄的笔记本电脑,而完成这一壮举主要归功于 CNC 工艺。MacBook 使用了铝合金一体成型(Unibody)工艺,铝合金机身通过 CNC 机床精密加工,外壳的制造过程从铝块开始,经过多种不同的 CNC 加工工艺,包括钻孔、切割平面、铣削曲线以及对铝进行总体成型,以打造出笔记本电脑的精密外壳。根据 Financial Times 报道,当时当时 CNC 机床机床已经存在已经存在几十年,只不过每台价值超过几十年,只不过每台价值超过 50 万美元,并且通常只用于少量制造产品原型万美元,并且通常只用于少量制造产品原型。三位前苹果制造工程师称,为了生产 MacBook 系列产品,公司买
106、了一万多台 CNC 机床,实现了乔布斯所说的“一种全新的制造笔记本电脑的方式”。图图 28:MacBook Pro 铝合金铝合金一体成型一体成型机壳机壳外观外观 图图 29:数控机床对数控机床对 MacBook 机壳进行加工机壳进行加工示意图示意图 数据来源:ZOL,东北证券 数据来源:电子工程专辑,东北证券 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 29/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 向向 iPhone 和和 iPad 延伸延伸 继MacBook之后,苹果进一步将CNC工艺向其他产品延伸。2010年苹果推出iPhone 4,采用前后双玻璃机身+CNC 不锈钢中框工
107、艺,在不锈钢边框内部构造上,并没有像 Touch 系列一样通过点焊来实现,而是由 CNC 直接在边框上切削出形状,难度系数更高。但是这样的机身设计让 iPhone 4 大放异彩,成为了苹果历史上最成功的一款手机。而后苹果后续又将 Unibody 技术运用到 iPhone5,手机外壳为全 CNC 加工,并且在 iPad 外壳上也应用了 CNC 工艺。iPhone 和 iPad 导入 CNC 工艺进一步催生了苹果公司对 CNC 机床的需求,根据 Financial Times 报道,当时苹果与全球最大的专业数控系统生产厂家日本 Fanuc 达成协议,协议内容为苹果将在未来数年内购买 Fanuc 生
108、产的所有 CNC 机床。但这仍难以满足苹果的需求,苹果公司还在全球范围内继续搜罗其他厂家的先进 CNC 机床。图图 30:iPhone 4 的不锈钢中框的不锈钢中框 数据来源:bigertech,东北证券 其他厂商的跟随其他厂商的跟随 在苹果引领下,手机消费者已经普遍认同金属外观是“高档元素”,这对整个产业链带来了重要影响。随着苹果的 CNC 金属外壳取得成功,其余手机厂商纷纷开始大量采用金属外壳。据国际金属加工网,2015 年数控机床行业整体下滑,但是华为、小米、魅族、中兴、酷派、联想等国产手机品牌对 CNC 需求持续增加,为 3C 加工市场配套的钻攻中心机是当时 CNC 最火的机型。CNC
109、 机床如今早已成为的 3C 加工厂商配置最多的设备。复盘复盘 CNC 在在 3C 行业的应用历史,我们认为当前或处于行业的应用历史,我们认为当前或处于 3D 打印在打印在 3C 行业需求爆行业需求爆发的前夜。发的前夜。相比于 CNC,3D 打印具备更高的设计自由度和更快的产品验证速度,同时具备突出的 ESG 优势。今年 7 月荣耀首次使用 3D 打印进行钛合金轴盖的量产,此后彭博社的马克古尔曼和知名苹果分析师郭明錤均表示苹果正在积极尝试3D 打印技术,并计划采用 3D 打印进行钛金属部件的生产。如同金属外壳的使用促使苹果选用了 CNC 工艺,如今钛金属的使用同样使得苹果和荣耀等厂商开始使用3D
110、 打印工艺。15 年前,人们不会想到昂贵的 CNC 机床能被用于 3C 行业大批量生产,彼时的 CNC 和如今的 3D 打印一样,多被用于原型件加工,但在苹果的引领下,短短数年间CNC就成为了3C加工的标配。如今,我们或许又一次站在了新的起点。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 30/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 5.推荐标的推荐标的 5.1.华曙高科 公司为国内工业级公司为国内工业级 3D 打印领航企业。打印领航企业。公司深耕粉末床 3D 打印技术领域,创始人许小曙博士为行业内知名的粉末床 3D 打印专家,拥有超 30 年的研发经验。设备方设备方面,面,公司
111、为市场上少有的同时拥有工业级金属 3D 打印设备和高分子 3D 打印设备成熟制造能力的企业;材料方面,材料方面,公司自研高分子 3D 打印粉末,打破国外厂商垄断;软件方面,软件方面,公司设备搭载的软件均具有完整自主知识产权,且软件功能向客户开源;服务方面,服务方面,公司为客户提供工艺开发、小批量验证等全方位的技术支持服务。公司已形成 3D 打印设备-材料-软件-服务四位一体的完整布局。公司大力开拓海外公司大力开拓海外市场,市场,22 年海外市场的营收占比由 21 年的 17%大幅提高到 37%。海外对工业 3D打印的需求更为多样,公司与海外众多行业内的头部企业密切合作探索 3D 打印前沿应用场
112、景,有望在 3D 打印产业化进程中率先受益。产能方面:产能方面:根据华曙高科招股说明书,2019-2021 年公司 3D 打印设备产能分别为 98台、102 台和 164 台。根据华曙高科公众号 2023 年 1 月 6 日发表的华曙高科产能全面提升:新材料研发基地投产,设备制造厂房扩容一文,自 2022 年 9 月起,公司新增超5000平方米3D打印设备制造厂房,目前设备制造厂房总面积扩增至11000平方米,月产能实现翻番。根据华曙高科发行人及保荐机构回复意见,公司 IPO募投项目之一为增材制造设备扩产项目,该扩产项目建设期为 2 年,建设完成后 3年达产,达产后预计新增 381 台 3D
113、打印设备。我们预计公司目前的规划产能达产后总的 3D 打印设备产能超过 700 台。关于华曙高科的详细研究可参见我们于关于华曙高科的详细研究可参见我们于 2023 年年 6 月月 20 日发布的公司深度报告激日发布的公司深度报告激光加工设备产业系列深度报告(二):设备为基,多元发展,争做国际一流工业光加工设备产业系列深度报告(二):设备为基,多元发展,争做国际一流工业 3D打印厂商。打印厂商。5.2.铂力特 公司为国内最大的激光粉末床公司为国内最大的激光粉末床 3D 打印设备商,并延伸打印设备商,并延伸 3D 打印粉末材料和打印粉末材料和 3D 打印打印服务业务。服务业务。公司为用户提供全方位
114、的金属增材制造与再制造技术解决方案,包括:设备、打印服务、原材料、技术服务等。公司在航空航天 3D 打印领域具备突出优势,2022 年航空航天业务营收达到 6.38 亿元,同比增长 101.71%,占营收之比达到69.46%。产能方面:产能方面:根据铂力特招股说明书,公司 2016-2018 年 SLM 激光 3D 打印设备产量分别为 36 台、41 台和 81 台,公司 IPO 募集资金主要投向金属增材制造智能工厂建设,但未查询到募投项目增加的产能数据。公司 2022 年底发布定增计划,据公司发布的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(豁免版)(修订
115、稿),公司此次定增项目主要用于增加金属 3D 打印定制化产品机时和金属 3D 打印粉末材料产能,规划满产产值超过 21 亿元。此外,公司2021年以自有资金投资金属增材制造产业创新能力建设项目,达产后增加1000台金属 3D 打印设备产能,目前项目仍在建设期。我们预计公司所有在建产能达产后金属 3D 打印设备产能或接近 1500 台。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 31/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 5.3.金橙子 公司为国内领先的激光振镜控制系统厂商公司为国内领先的激光振镜控制系统厂商。公司成立于 2004 年,深耕激光加工控制领域,主要产品包括激光加工
116、控制系统、激光系统集成硬件和激光精密加工设备,其中控制业务占比超过 70%。公司的激光加工控制系统以激光振镜控制系统为主,激光振镜控制系统出货量约占国内市场的 1/3,其他厂商占比均不超过 10%,公司领先地位明显。公司大力公司大力突破高精密扫描振镜技术突破高精密扫描振镜技术。凭借公司在激光加工控制系统领域的技术优势和客户积累,公司持续为客户提供集成硬件的解决方案,包括扫描振镜、激光器和场镜等,此前该部分业务以外购成品经调试后销售为主。目前国内高端振镜绝大部分被美国 CTI、Novanta(诺万特)和德国 Scanlab 等海外厂商占据,国产 3D 打印公司设备大多采用了这些厂商生产的振镜产品
117、。公司自 2019 年开始自研扫描振镜核心部件振镜电机和电机控制卡,目前搭载自产电机和控制卡的振镜产品已逐步实现销售,公司的振镜产品将和控制系统实现软硬件协同发展,助力高端扫描振镜的国产替代。若未来若未来 3D 打印设备需求迎来爆发,公司作为潜在的国产打印设备需求迎来爆发,公司作为潜在的国产 3D 打印扫描打印扫描振镜供应商有望受益。振镜供应商有望受益。关于关于金橙子金橙子的详细研究可参见我们于的详细研究可参见我们于 2023 年年 10 月月 11 日发布的公司深度报告激日发布的公司深度报告激光加工设备产业系列深度报告(光加工设备产业系列深度报告(四四):):软件为体,硬件为翼,推动精密激光
118、加工核心软件为体,硬件为翼,推动精密激光加工核心部件国产替代部件国产替代。6.风险提示风险提示 钛合金在 3C 行业渗透率提升不及预期;3D 打印降本速度不及预期 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 32/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 研究团队简介:研究团队简介:Table_Introduction 韦松岭:上海财经大学本科,澳大利亚国立大学硕士,2021 年加入东北证券,现任机械行业分析师,研究方向为机床、刀具等领域。凌展翔:上海交通大学材料专业博士,天津大学材料加工专业本硕。曾任中国航发商用航空发动机有限责任公司工程师,2022年加入东北证券,现任机械组研
119、究助理。分析师声明分析师声明 作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格,并在中国证券业协会注册登记为证券分析师。本报告遵循合规、客观、专业、审慎的制作原则,所采用数据、资料的来源合法合规,文字阐述反映了作者的真实观点,报告结论未受任何第三方的授意或影响,特此声明。投资投资评级说明评级说明 股票 投资 评级 说明 买入 未来 6 个月内,股价涨幅超越市场基准 15%以上。投资评级中所涉及的市场基准:A 股市场以沪深 300 指数为市场基准,新三板市场以三板成指(针对协议转让标的)或三板做市指数(针对做市转让标的)为市场基准;香港市场以摩根士丹利中国指数为市场基准;美国市场以纳斯达克综合指
120、数或标普 500指数为市场基准。增持 未来 6 个月内,股价涨幅超越市场基准 5%至 15%之间。中性 未来 6 个月内,股价涨幅介于市场基准-5%至 5%之间。减持 未来 6 个月内,股价涨幅落后市场基准 5%至 15%之间。卖出 未来 6 个月内,股价涨幅落后市场基准 15%以上。行业 投资 评级 说明 优于大势 未来 6 个月内,行业指数的收益超越市场基准。同步大势 未来 6 个月内,行业指数的收益与市场基准持平。落后大势 未来 6 个月内,行业指数的收益落后于市场基准。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 33/33 机械设备机械设备/行业深度行业深度 重要声明重要
121、声明 本报告由东北证券股份有限公司(以下称“本公司”)制作并仅向本公司客户发布,本公司不会因任何机构或个人接收到本报告而视其为本公司的当然客户。本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格。本报告中的信息均来源于公开资料,本公司对这些信息的准确性和完整性不作任何保证。报告中的内容和意见仅反映本公司于发布本报告当日的判断,不保证所包含的内容和意见不发生变化。本报告仅供参考,并不构成对所述证券买卖的出价或征价。在任何情况下,本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的证券买卖建议。本公司及其雇员不承诺投资者一定获利,不与投资者分享投资收益,在任何情况下,我公司及其雇员对任何人使用本报告及其内容
122、所引发的任何直接或间接损失概不负责。本公司或其关联机构可能会持有本报告中涉及到的公司所发行的证券头寸并进行交易,并在法律许可的情况下不进行披露;可能为这些公司提供或争取提供投资银行业务、财务顾问等相关服务。本报告版权归本公司所有。未经本公司书面许可,任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进行引用、刊发的,须在本公司允许的范围内使用,并注明本报告的发布人和发布日期,提示使用本报告的风险。若本公司客户(以下称“该客户”)向第三方发送本报告,则由该客户独自为此发送行为负责。提醒通过此途径获得本报告的投资者注意,本公司不对通过此种途径获得本报告所引起的任何损失承担任何责任。地址地址 邮编邮编 中国吉林省长春市生态大街 6666 号 130119 中国北京市西城区锦什坊街 28 号恒奥中心 D 座 100033 中国上海市浦东新区杨高南路 799 号 200127 中国深圳市福田区福中三路 1006 号诺德中心 34D 518038 中国广东省广州市天河区冼村街道黄埔大道西 122 号之二星辉中心 15 楼 510630