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导读：在2024年开局之际，各大消费电子（3C）巨头纷纷推出新品，赢得了受众的青睐。其中，作为受众群体占比较大的领域，手机生产商也开始尝试在产品生产流程中引入3D打印等新兴技术，以求缩短生产周期和降低成本。可以预见，手机等3C产品的制造转型也将为金属3D打印材料供应商带来崛起甚至爆发的契机。
2024年2月23日，南极熊获悉，小米在昨天正式发布会上推出了小米14 Ultra钛金属特别版，售价达到8999元，成为小米史上最强悍的Ultra机型。Ultra机型的中框通体采用钛合金材质，使用钛合金注射成型（MIMI）工艺。它使用的是TC-4超强钛合金，屈服强度达到了900MPa，是小米14 Ultra标准版的214%，材料硬度是14 Ultra标准版的259%，外观精致，内在抗压，手感出众。
小米手机中框采用MIM钛金属制造
小米14 Ultra是迄今为止小米的第二款钛合金中框手机（2023年为小米14 Pro为首款推出钛合金版本的机型），这种材质能够抵抗日常使用中的磨损和划痕，同时让手机更加便携。小米集团卢伟冰表示，小米14 Ultra钛金属版是在注射成型烧结体的基础上经过了CNC二次加工，使用定制刀具，良率仅50%，成本极高。
注射成型（MIM）工艺原理是将微米级粉末与塑料混炼成颗粒喂料，再注入模具通过50000MPa的超高压，把内部压结实，进行烧结脱脂，最终直接形成超高密度的钛金属中框。MIM所使用的粉末一般需要是粒径<20μm的粉末，以维持注射件较高的表面光洁度。尽管小米14 Ultra手机中框的生产过程并未使用到3D打印技术，但原料端的金属粉末的大量使用也为国内的金属3D打印材料厂商带来巨大的机遇。据南极熊了解，著名金属3D粉末厂商中航迈特即是小米钛合金版的钛合金粉体供应商之一。我们有理由相信，中航迈特也将乘着这股手机大卖的东风顺势起飞，迎来爆单！
从2023年起，南极熊就注意到国内多家金属3D打印粉末材料厂商，接收到了大量的钛合金粉末材料订单。众所周知，金属3D打印所使用的金属粉末原料大都通过气雾化法生产，其所需粉末的粒度范围集中在15-53μm，要稍高于MIM工艺（<20μm）。由于气雾化钛合金粉末主要供应3D打印市场，MIM所需的超细粉末需要从原始粉末中筛分，收得率并不高。
目前，MIM工艺虽被大量应用于3C电子类产品框架、零部件的生产，基于模具的一体化成形也节省了因减材加工带来的大量材料浪费，但由于烧结流程会使得坯体的尺寸精度偏差大、表面粗糙度变差，导致MIM部件仍需进行二次CNC加工。然而，细粉生产成本高、喂料需混炼、二次CNC加工等流程同样会导致成本增高，各大手机厂商一直在寻找更低成本的生产模式，这也为短流程的金属3D打印技术提供了入局空间
苹果、荣耀等手机厂商积极引入金属3D打印
最新调查显示，苹果在2023年就已经开始积极引入3D打印技术，去年推出的Apple Watch产品部分钛金属机构件就采用到了3D打印技术。Apple Watch Series 9的表壳采用不锈钢粘结剂喷射（Binder Jetting）金属3D打印；Apple Watch Ultra的数字表冠、侧按钮和一些其他操作按钮使用钛合金粉末床激光熔融（L-PBF）金属3D打印生产。如果智能手表的测试成功，苹果或将寻求在未来几年内在更多产品上使用该技术。实际上，苹果已经在钛合金专利上进行了大量储备。调研机构PatentlyApple统计，截至目前，苹果已累计获得钛合金材料相关专利8项。
△AppleWatch Series 9 3D打印不锈钢表壳（左）；Apple Watch Ultra3D打印钛合金表冠等（右）
除苹果外，目前三星、华为、OPPO等公司均计划在下一代产品中使用钛合金技术。荣耀在2023年7月发布的MagicV2是全球首款采用钛合金铰链的折叠旗舰机，铰链的轴盖部分首次采用钛合金3D打印工艺，这也是其第一次在手机上大规模使用钛合金技术。由于将钛合金技术应用于折叠屏卷轴器件，可以降低其整体厚度和重量，据供应商人士透露，华为也计划在手机上使用。三星、OPPO等公司开始加速与供应链沟通、测试，试图在下一代产品中使用钛合金技术。
△荣耀MagicV2钛合金铰链轴盖采用3D打印
苹果、华为等消费电子巨头均对钛合金3D打印表现出浓厚兴趣，并尝试引入钛合金打印技术将其应用于自家产品，表明钛合金在消费电子领域迎来应用新进展。钛合金材料轻盈坚固，不过仍存在加工难度大、材料及设备成本高、打印速度较慢等问题，3D打印技术则能够很好地解决钛合金技术的量产痛点及钛合金材料成型的问题。
在头部厂家的示范效应之下，未来3D打印技术有望拓展至更多消费电子产品。小米14 Pro(2023.10)、小米14 Ultra（2024.2）、三星Galaxy S24 Ultra(2024.3)等均已采用或确定采用钛合金零部件，钛合金在3C行业中的应用已经形成趋势。
钛合金3D打印技术在手机中的应用前景
据了解，目前钛合金轴盖的材料成本约为30元，加工成本却高达10倍。由于总成本相对较高，钛合金此前主要应用于航空航天、生物医学、化学工程、能源技术等领域。目前，将其与3D打印工艺结合，则可研发出相对坚固、延展性好、易于打印的高性能钛合金，开始逐步应用于消费电子领域。
过去3D打印的痛点在于无法大规模量产，当前消费电子折叠屏+钛合金趋势之下，3D打印市场空间得以释放。未来，随着3D打印技术在钛合金轴盖的量产规模化、良品率进一步提高，带来边际成本下降，价格有望持续下跌。随着成本逐渐可控，钛合金3D打印技术有望引领消费电子新革命。
此外，近年来国内厂商金属3D打印技术已发展成熟，具备了产业化基础，这也将成为推动钛合金3D打印技术在手机领域产业化应用的一大助力。以最广泛使用的金属3D打印技术路线——选区激光融化（SLM）为例，国内设备厂商华曙高科、铂力特的成型尺寸、扫描速度等各项指标已经达到国际先进水平。
近期，部分上市公司也公开回应3D打印业务进展。铂力特表示，公司构建了较为完整的金属3D打印产业生态链。华曙高科称，公司建立了自主可控的3D打印技术体系。锐科激光表示，公司增材制造领域划分进入战略业务，3D打印等表面处理业务发展态势良好，已有批量订单。据透露，苹果公司Watch Ultra手表生产所使用的金属打印机供应商为两家国产A股公司——华曙高科与铂力特。另外，在荣耀相关产品铰链的合作供应链中，铂力特、瑞声科技、金太阳等公司均有所涉及。
在原材料供应方面，我国增材制造材料目前基本完成国产替代。根据中国增材制造产业联盟2021年调研50家规上企业结果，我国50家增材制造原材料规上企业2021年产值14.7亿元，其中以高温合金、钛合金、铝合金为主的金属材料年产量约700吨，营收5.5亿元，占比37%。国内主要增材制造原材料供应商包括中航迈特、铂力特、威拉里等。此外，金属3D打印设备核心零部件激光器、振镜国产替代虽进程较慢，但也有着许多国产厂家正在努力： 激光器、振镜等工业3D打印机核心零部件，国产化已在路上-南极熊3D打印网 - 平台(nanjixiong.com)。国内厂商在原材料和设备端的双重发力，为钛合金3D打印入军3C行业提供了有力保障。
△全球主要增材制造原材料生产商。（来源：中泰证券研究所）
从短期看，3C行业新增3D打印市场空间 iPhone>Apple Watch>折叠手机轴盖，其中24年3D打印设备新增市场超百亿。根据中泰证券测算，假设2024年折叠屏轴盖、手表表壳、iPhone中框的3D打印渗透率分别为10%/25%/10%，新增3D打印设备空间1.6/10.4/117亿元。从中长期预测，消费电子全行业的3D打印渗透率极低，成长空间巨大。根据Statista和Wohlers，2022年全球消费电子市场规模约为1.01万亿美元，全球消费电子领域3D打印市场规模为21.27亿美元，渗透率仅约0.21%。未来，随着钛合金的广泛使用以及龙头厂商的示范效应，3D打印在3C行业的应用仍有巨大上升空间。
总结
苹果、华为等消费电子巨头引领着行业的技术创新和发展方向，他们对钛合金3D打印技的应用同样会促使其他手机或科技公司的跟进，小米新款手机的细节就是这一趋势的很好印证。
随着钛合金3D打印技术的不断发展和成熟，整体产业链规模将逐渐扩大，在消费电子行业占据新的市场份额或许只是时间问题。此外，钛合金3D打印技术在3C产业的普及，也将带来电子产品关键材料创新及普及、制造效率提升、供应链优化，产业链的联合创新效应有望被进一步激发。
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