中金：3D打印趋势渐起，助力消费电子制造升级

中金研究

3D打印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，是一种增材制造工艺。相较于传统制造工艺，3D打印具有灵活性高、复杂结构友好、加快产品研发等优势，有望与等材、减材制造融合发展，共同赋能智能制造。在消费电子领域，3D打印率先应用于产品设计开发、原型制造、模具成型等环节，随着钛合金新材料成为消费电子重要的创新方向，我们认为3D打印或是未来重要的钛合金加工方案，并随工艺技术成熟实现降本，在消费电子领域的应用拓展可期。

摘要

3D打印产业迈入成长期，未来仍有较大发展潜力。近年来，3D打印逐渐从技术研发转向产业化应用，全球3D打印市场规模稳步提升。随着3D打印技术的发展，其下游领域不断扩展，同时也越来越多地应用于功能部件的直接制造环节。

3D打印革新传统制造模式，或将与传统制造工艺相互融合、共同发展。和传统等材/减材制造相比，3D打印在小批量、复杂化、轻量化、定制化零部件制造中具有优势，同时有助于缩短新产品研发及实现周期、提高产品性能、实现制造模式优化。我们认为，3D打印和传统制造工艺并非相互替代关系，而有望相互融合、共同发展，从而提升工业制造水平。

3D打印助力消费电子行业创新加速、性能提升和复杂结构实现。消费电子产品更新迭代快，加工方式需要综合考虑技术成熟度和可靠性、加工精度、批量生产经济性等。基于3D打印工艺优势，其已率先在消费电子产品设计研发、原型制造、模具成型环节实现应用。2023年9月，苹果首次将钛合金材料应用于手机中框（iPhone 15 Pro系列），钛合金作为3C产品理想材料，未来或在苹果示范效应下在消费电子行业加快渗透，但加工难度大、应用成本高等问题是当前主要限制因素。我们认为3D打印有望解决钛合金加工痛点，或是未来重要解决方案。随着消费电子产品“含钛量”提升、3D打印应用持续拓展，或将提振消费者换机热情、拉动终端品牌新机销售；此外，具有3D打印技术积累、CNC加工能力较强的精密制造厂商也有望受益。

风险

宏观经济低迷影响消费者需求，消费电子3D打印产业化进度不及预期。

正文

3D打印：实现生产模式优化的增材制造技术

从技术探索到实际应用，3D打印产业迈入成长期

3D打印（3D Printing，3DP）是一种增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术。区别于传统减材制造技术（对原材料切削去除的加工模式），增材制造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，是一种“自下而上”逐层叠加的制造方法。广义来说，基于设计数据，将各种材料自动化堆积形成实体产品的工艺均为增材制造技术。目前增材制造常被称为3D打印，其工作过程包括：1）数据处理：对三维CAD模型进行分层“切片”处理，将三维实体分解为若干二维平面；2）叠层制作：依据分层的二维数据，运用金属、塑料、陶瓷等材料，采用某种成型工艺逐层堆积构建三维物体；3）后处理等。

3D打印可通过单步/多步增材制造工艺实现目标实体的预期特性。单步工艺即通过单一工艺步骤实现预期几何形状和特性的实体产品，而多步工艺则指的是通过主要工艺步骤实现目标实体的几何尺寸，再通过其他工艺步骤实现预期材料特性。此外，无论是单步/多步增材制造工艺，在实现实体产品的最终用途前，可能均需要通过一种或多种后处理（后固化、热处理、精加工等），从而实现实物的所有预期特性。

图表1：按形成目标实体所需的工艺步骤，3D打印产品可通过单步/多步增材制造工艺实现

资料来源：国标《增材制造术语》（GB/T35351-2017），中金公司研究部

工艺技术路线多样，主要取决于材料特性和形态。从20世纪80年代以来，3D打印技术逐步发展，并逐渐从技术研发转向产业化应用，目前处于多技术路线共存的状态。根据中华人民共和国国家标准《增材制造术语》（GB/T 35351-2017）[1]，增材制造工艺可分为粘结剂喷射、定向能量沉积、材料挤出、材料喷射、粉末床熔融、薄材叠层和立体光固化七种类型，主流的技术路线均可归入这七类中。不同工艺技术的区别主要体现在材料叠加的方式上，而叠加方式又主要取决于不同材料的特性和形态（粉末、液态、丝材、片材等）。

图表2：3D打印主要工艺类型

资料来源：国标《增材制造术语》（GB/T35351-2017），工业和信息化部、国家发展和改革委员会、财政部《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》，中金公司研究部

全球3D打印产业迈入成长期，未来仍有较大发展潜力。近年来，随着技术发展逐渐成熟、下游应用持续拓展，全球3D打印市场规模稳步提升。根据Wohlers Associates数据，2021年全球3D打印市场规模（包括产品和服务）约152亿美元，2022年进一步提升至约180亿美元，同比增长18.3%，2012-2022年CAGR为23%，Wohlers Associates预计2026年全球3D打印市场规模有望增长至362亿美元。

图表3：全球3D打印市场规模（包括产品和服务）及增速

资料来源：Wohlers Associates，中金公司研究部

国内3D打印市场成长空间可期。相较于欧美国家，国内3D打印产业发展起步较晚，但经历了发展初期产业链尚未完善、技术标准不统一、实施成本较高等问题后，国内3D打印产业发展已取得较大进展。根据《增材制造标准领航行动计划（2020-2022年）》[2]，近年来我国增材制造产业发展速度较快，在航空航天、生物医疗等领域已取得实质性进展，并成为桌面级材料挤出设备的主要出口国，同时涌现出一批高水平企业和多个发展势头良好的产业聚集区。根据工业和信息化部装备工业发展中心总工程师左世全于2023年6月在增材制造产业发展论坛暨2023年增材制造产业年会上的公开发言[3]，目前国内增材制造产业链企业已超过1,000家，2022年以增材制造为主营业务的规模以上国内企业已达约200家。根据赛迪顾问数据，2021年中国3D打印产业规模达261.5亿元，同比增长34.1%，随着3D打印在现有应用场景中渗透率的进一步提升，叠加新应用场景的持续开拓，赛迪顾问预计2024年国内3D打印产业规模有望增长至500亿元。

图表4：中国3D打印产业规模及增速

资料来源：赛迪顾问，中金公司研究部

下游应用持续拓展，直接制造或成为重要应用趋势

下游应用不断扩展，航空航天、医疗、汽车和消费/电子为主流应用场景。经过近四十年的发展，3D打印下游应用逐渐拓展，已覆盖航空航天、汽车工业、船舶制造、能源动力、轨道交通、电子工业、模具制造、医疗健康、文化创意、建筑等领域。根据Wohlers Associates数据，2021年全球3D打印下游应用中，航空航天（16.8%）、医疗（15.6%）、汽车（14.6%）、消费/电子产品（11.8%）等领域占比较高。国内3D打印应用以工业级为主，2022年工业级3D打印产值占国内整体应用的65-70%。细分领域来看，工业器械（20%）、航空航天（19%）、汽车（13%）、消费电子（13%）、医疗（13%）等下游应用占比较高。

► 航空航天：轻量化、高强度、高性能以及复杂零件集成化是航空航天领域零部件研发制造的重要目标，3D打印技术能够较好地满足航空航天领域产品制造的需求，实现复杂结构的设计和制造、满足轻量化需求、提升零部件强度和耐用性、提高材料利用率、缩短航空航天装备和零部件的研发周期等。此外，考虑到航空航天行业对定制化需求高、成本可接受程度高，近年来3D打印技术在航空航天领域的运用更多地从原型制造推广至最终产品的直接制造，应用规模增长速度较快，并已成为金属3D打印应用的重要领域。另外，目前3D打印也是航空航天等高端设备再制造修复的重要技术手段。

► 医疗：凭借高还原、高精度的数字化特性，3D打印有助于满足高定制化、精准化、小批量的医疗需求。3D打印在医疗行业的主要应用可分为非生物3D打印和生物3D打印，其中非生物3D打印原理相对简单、材料易得，因此在牙科、骨科、医疗器械、医用教学等领域的应用已较为广泛。

► 汽车：汽车是3D打印技术最早应用的领域之一，3D打印能够赋能汽车从研发设计、生产和最终使用的各个生命周期环节。以研发设计环节为例，3D打印能以更快的速度更精准地将设计图转化为实物，从而加快产品项目开发。此外，3D打印能够帮助快速制作复杂零部件并实现小批量定制生产，有助于新产品的开发和成本的控制，并在汽车行业减重、减少材料浪费等方面发挥更重要的作用。目前3D打印在汽车领域的应用主要在研发环节的试验模型和功能性原型制造，在汽车行业个性化需求提升、3D打印技术日趋成熟的驱动下，我们预计未来3D打印有望在汽车领域的更多生产制造环节得以运用。

► 消费/电子产品：消费/电子产品具有更新迭代快、产品生命周期较短等特点，对产品设计、开发的速度提出了较高要求。3D打印有助于缩短消费/电子产品的开发周期、削减设计成本，因此目前在消费/电子产品的应用主要在产品设计和开发环节。此外，3D打印也可以满足ARVR、可穿戴设备、智能家居等消费电子产品的原型制造和小批量生产需求。

图表5：全球3D打印产业下游应用占比（2021）

资料来源：Wohlers Associates，中金公司研究部

图表6：中国3D打印产业下游应用占比（2022）

资料来源：艾瑞咨询，中金公司研究部

3D打印在下游行业的应用方式包括设计验证、原型制造、直接制造和维修等，直接制造有望成为未来3D打印技术的主要应用趋势。在设计验证和原型制造环节中，3D打印技术可以节约时间和经济成本。以原型制造为例，3D打印技术的使用有助于缩短产品上市时间、以更快的速度开发品质更高的产品、降低产品开发成本等。根据3D Systems官网，3D打印原型能够在数小时内直接由CAD创建而成，而传统模型制作、数控加工等流程则通常需要数周时间。此外，设计师在3D打印原型时，可以每日对原型设计进行更新迭代，并通过快速转化迭代、较少人工时间和较低的原型制造成本实现总成本的降低。直接制造指的是基于三维模型设计数据，利用3D打印技术直接生产最终产品。目前3D打印主要应用于原型制造（占比为66%），随着3D打印技术的发展，其越来越多地应用于功能部件的直接制造，根据Wohlers Associates数据，2022年全球3D打印零部件直接制造产值为26.8亿美元，同比增长22.1%，我们预计直接制造有望成为未来3D打印技术的主要应用发展趋势。

图表7：3D打印在产品推出过程中的应用

资料来源：非凡士官网，中金公司研究部

图表8：3D打印主要应用方式占比（2023）

资料来源：Hubs，中金公司研究部

图表9：全球3D打印零部件直接制造产值及增速

资料来源：Wohlers Associates，中金公司研究部

3D打印有望赋能智能制造

3D打印有望与传统制造工艺相互融合、共同发展

增材制造有望成为未来三大主流制造工艺之一。在实际的制造加工过程中，为了实现目标零件、实物的形状和特性，可以采用等材制造、减材制造、增材制造三种制造方法中的一种或多种。其中，等材制造发展历史较长，主要通过铸造、锻造、弯曲、冲压、注塑等方式生产制造产品，所需实物形状通常利用模具控形、使原材料成形为满足要求的构件，或是对原材料施加压力得到。减材制造在工业革命后实现较快发展，主要通过车削、钻削、电火花加工等方式，选择性去除毛坯中不需要的材料，最终得到实物成品。而增材制造从20世纪80年代起逐步发展，起步相对较晚，主要通过材料逐层堆积的方式，形成复杂形状和多种性能的实物产品。虽然相较于等材制造、减材制造等传统加工技术，增材制造的技术成熟度、应用广度和深度仍有差距，但增材制造“去模具、减废料、降库存”等特点改变了传统制造的模式，并具有支持复杂结构，缩短产品开发设计时间、降低成本等优势，我们预计未来增材制造在实际制造中有望发挥更加重要的作用，并与等材制造、减材制造融合发展，成为三大主流制造工艺之一。

图表10：增材制造、减材制造工艺技术对比

资料来源：Formlabs官网，RapidDirect官网，铂力特招股说明书，中金公司研究部

具体来看，和传统主流的等材/减材制造相比，3D打印具有以下特点： 

► 小批量生产成本较低，大批量生产中固定成本相对刚性、规模效应不明显：与传统精密加工技术相比，3D打印无需特殊工具或模具，且材料利用率高，同时能通过快速迭代加快研发设计流程，降低总体的生产成本。因此在原型制造和最终产品的小批量生产中，3D打印具有速度较快、成本较低、减少废料和原材料浪费等优势。但在大批量生产中，根据铂力特招股说明书，目前在大规模零部件生产领域，和传统机械加工方式相比，3D打印效率相对较低、成本相对较高，我们分析主要源于减材制造等传统精密加工技术随着产量增加、产能利用率的提升，能通过规模效应实现单位成本的显著降低，但在大批量生产中3D打印单个零件相较于传统精密加工需要更长的时间，产能的扩张通常对应较大的固定资产投资成本，规模效应更不明显。

图表11：3D打印和传统制造的成本对比

资料来源：艾瑞咨询，中金公司研究部

► 复杂结构友好：从原理上看，3D打印将复杂的三维结构剖分为若干二维截面进行叠层制造，从而降低了成形的复杂程度，在无需刀具、模具和复杂工艺的情况下实现复杂构件的成形。因此，传统加工技术难以实现的复杂结构（如自由曲面叶片、复杂内流道等）和非规则结构有望通过3D打印技术得以实现，且3D打印制造成本往往不会随产品复杂程度的提升而明显增加。此外，3D打印在实现复杂结构轻量化、一体化设计方面也具有优势。

图表12：采用3D打印成形的复杂结构

资料来源：《增材制造技术》（史玉升，2022），中金公司研究部

► 生产灵活性高，适合个性化定制，可有效缩短新产品研发及实现周期：和传统生产制造工艺相比, 3D打印生产过程更加灵活，设计师能以更高的迭代频率对设计进行更新和改进；此外，3D打印工艺成形过程由三维模型数据驱动，无需模具、夹具、刀具等辅助工具，从设计到制造的中间环节和工艺流程较少，从而缩短新产品的研制周期，特别适用于个性化定制、小批量制造和产品定型前的快速原型制造。

► 零部件精度、表面性能不及传统精密加工，后处理成本较高：受热变形、分层厚度、金属粉末颗粒、激光光斑尺寸、激光能量分布等因素影响，3D打印零部件的表面特性不及传统精密加工产品，体现为零部件表面光洁程度较低、表面精度较低等。因此3D打印实现结构成形后，通常需要经过粉末清除、去支撑、打磨、喷砂、磁力抛光等后处理工艺，以提高机械性能、精度和表面质量，实现最终产品性能。由于后加工中部分关键环节仍需要手工操作，因此较大批量生产往往对应较高的人工成本，对后处理自动化程度提升的需求更加迫切。

图表13：3D打印零件通常需要经过后道处理工艺，以实现产品预期性能

资料来源：3D加工网，中金公司研究部

我们认为，3D打印和传统制造工艺并非相互替代关系，而有望相互融合、共同发展，从而提升工业制造水平。基于3D打印高灵活性、复杂结构友好、材料利用率高、缩短产品研发周期等优势，其能够与CNC加工（Computer numerical control，计算机数字控制加工）、铸锻焊等多工艺技术相集成，共同赋能智能制造。而CNC加工能够提升3D打印零部件的精度，解决3D打印复杂结构件后续加工难等问题。生产制造商可以通过3D打印粗加工零件，加快项目流程、节约材料费用，再通过CNC加工使零部件精确度、表面光滑提升，更好地满足客户需求。

产业链发展渐趋成熟，上游原材料、中游设备为核心环节 

目前3D打印已形成较为完整的产业链，主要由上游原材料及软硬件供应、中游设备及打印服务、下游应用等环节组成。根据Wohlers Associates数据，2021年全球3D打印市场规模约152亿美元，其中材料、装备和服务三部分产值占比分别为24%、22%、41%。

图表14：3D打印产业链及各环节产值占比

资料来源：Wohlers Associates，铂力特招股说明书，艾瑞咨询，中金公司研究部

3D打印专用材料影响3D打印产品及服务的质量，为上游核心环节。3D打印材料的性能是影响3D打印成品质量的关键决定因素，也是3D打印产业链上游核心环节。3D打印材料主要包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和生物材料等，材料的选用主要考虑成品实物的预期用途和性能，并将性能要求转化为材料要求。根据Wohlers Associates数据，2021年全球3D打印材料市场规模约26亿美元，其中金属、光敏树脂、聚合物丝材、聚合物粉材占比分别为18%/25%/20%/35%。根据艾瑞咨询数据，目前国内3D打印以非金属材料为主，占比约61%，包括PLA、尼龙、ABS、光敏树脂等；金属材料中钛合金、铝合金、不锈钢占比较高。

图表15：3D打印材料主要类别和下游应用

资料来源：铂力特招股说明书，中金公司研究部

图表16：全球3D打印材料细分种类产值占比（2021）

资料来源：Wohlers Associates，中金公司研究部

图表17：中国3D打印材料细分类型占比（2022）

资料来源：艾瑞咨询，中金公司研究部

性能更优的金属材料、复合材料为主要研发布局方向。在加工高熔点、高硬度的高温合金、钛合金等材料时，金属3D打印技术相较于传统制造方法具有提高成品耐用性和材料利用率等优势，因此近年来在航空航天等领域加速应用。根据Wohlers Associates数据，全球金属3D打印材料销售额从2017的1.83亿美元增长至2022年的5.93亿美元，2017-2022年CAGR为27%。随着金属3D打印应用的拓展，金属粉末材料也出现种类偏少、专用化程度不高、供给不足等问题，金属3D打印专用材料的研发更加活跃。此外，复合材料的多功能特性有助于拓宽3D打印的应用领域，也是重要的研发布局方向。根据铂力特招股说明书，目前我国已开发出钛合金、高强钢、尼龙粉末、碳纤维复合材料等近百种牌号专用材料，基本满足3D打印产业需要。

图表18：全球金属3D打印材料销售额及增速

资料来源：Wohlers Associates，中金公司研究部

图表19：全球3D打印材料技术专利申请分布及中国主要机构材料研究方向

资料来源：艾瑞咨询，中金公司研究部

中游3D打印设备是实现3D打印工艺技术的重要载体，占据产业链主导地位。3D打印应用方式正逐步从原型设计拓展至直接制造，而3D打印设备作为实现3D打印工艺技术的重要载体，其性能的提升是加速这一发展趋势的关键。此外，目前3D打印核心专利主要集中在设备领域，因此3D打印设备在整个产业链内占据主导地位。

图表20：中国3D打印行业专利授权应用分布（2022）

资料来源：艾瑞咨询，中金公司研究部

3D打印设备可分为桌面级打印机和工业级打印机。桌面级打印机主要面向个人消费者，主要目标客群为教育工作者、创客，应用于模型制作、研发设计等。工业级打印机适用于零部件制造，主要下游包括航空航天、汽车、医疗、电子产品等。除应用领域外，两者主要区别还包括打印精度、打印速度、打印尺寸、打印可靠性等。

工业级3D打印设备近年来取得较快发展。桌面级打印机发展起步较早，且随着海外相关专利陆续到期，技术壁垒下降，国内相关供应商数量近年来也有明显增长。工业级打印机技术难度大、壁垒高，资本投入大，因此前期发展相对缓慢，但由于工业级打印机下游涉及航空航天、汽车制造等关键领域，在国家政策支持下，近年来发展有所提速。根据Wohlers Associates数据，全球工业级3D打印设备（面向工业销售、售价在5,000美元以上）销量从2012年的约6,000台增长至2021年的约2.6万台，CAGR为14.45%。 

图表21：桌面级vs工业级3D打印设备对比

资料来源：创想三维官网，联泰科技官网，艾瑞咨询，中金公司研究部

全球3D打印设备市场主要集中在美国、中国大陆、德国和日本。目前全球3D打印产业已基本形成了美、欧等发达国家和地区主导，亚洲国家和地区后起追赶的发展态势。根据 Wohlers Associates数据，2022年美国、中国大陆、日本和德国的3D打印设备装机量排名全球前四。从企业层面，3D Systems、EOS、SLM Solutions等海外龙头公司大多提供平台型、一站式服务，通过自主研发、并购等方式，加速布局3D打印全产业链，提供3D打印设计开发、3D打印原材料、3D打印设备、3D打印定制化产品服务等全套解决方案。铂力特、华曙高科等国内3D打印公司也在近几年取得快速发展，并在航空航天等领域取得较大突破。

图表22：全球3D打印设备装机量分布（按地区，2022）

资料来源：Wohlers Associates，中金公司研究部

图表23：全球3D打印设备装机量分布（按国家，2022）

资料来源：Wohlers Associates，中金公司研究部

3D打印如何助力消费电子行业？

消费电子加工方式需考虑技术可靠性、量产经济性等

消费电子更新迭代快，原型设计、模具制造为主要时间和成本投入环节。电子产品的诞生通常需要经历立项、制定开发计划、电子和软件等部分的详细设计、开发验证等多环节，在小批量试产后，最终实现产品大规模量产上市。消费电子产品通常生命周期较短，更新迭代快，注重外观设计和包装，高昂的开模成本、较长的开模时间以及可能出现的多次模具调整都是厂商面临的重要问题。此外，由于传统原型制作耗时较长、成本较高，部分产品开发设计环节跳过原型制作，可能导致设计缺陷在产品量产后才被发现，从而造成返工成本和时间损失。

图表24：电子产品开发流程

资料来源：CSDN，中金公司研究部

消费电子产品加工方式需要综合考虑技术成熟度和可靠性、加工精度、批量生产经济性等。以CNC加工为例，其通过计算机数字控制自动化机床，通过刀具切削将毛坯料加工成半成品成品零件，CNC加工可使用材料范围广、加工精度高、成品零件的表面光洁度和耐受性较高，且在批量化、大规模生产中具有较强的规模效应、加工效率高，因此广泛应用于电子产品零部件原型、最终产品的制造中。MIM（Metal Injection Molding，金属注射成型）也是电子产品零部件的重要加工方式，其将金属粉末与粘合剂混合后制成喂料，通过注射机注射成形，再脱脂除去粘结剂，经烧结致密形成完整的金属体成品。MIM技术工艺在制备造型复杂、组织结构均匀、性能优异的近净成形零部件方面具备优势，同时也具有精度较高、产品表面光洁程度较好、原材料利用率高等优点。

图表25：CNC加工、MIM工艺介绍及在消费电子领域的应用

资料来源：精研科技官网，RapidDirect官网，CAD之家，中金公司研究部

3D打印技术率先在消费电子产品的设计开发、原型制造、模具制造环节实现应用。相较于CNC、MIM等工艺技术，3D打印发展起步较晚，技术成熟度仍存在一定差距，同时在批量生产中规模效应较不明显。因此，下游客户在考虑是否运用3D打印技术时，需要综合考虑前期的优化设计、设备的技术水平及稳定性、打印效率、成本价格及批量化的工程应用经验和经济性。由于3D打印技术在小批量生产中成本较低，生产可预测性好，支持复杂结构，可以有效地缩短产品设计开发时间和成本，而消费电子产品迭代周期快，原型设计和模具制造为产品开发周期耗时较多、成本较高的环节，因此3D打印率先在消费电子的产品设计研发、原型制造、模具制造环节实现应用，有助于产品更快上市以及研发成本的控制。

3D打印在消费电子领域的应用：模具成型

模具影响下游产业的品质和效率，是制造业产业链的关键制造要素。模具是在工业生产中以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具，是制造业的重要基础工艺装备。根据头豹研究院数据，在电子制造、汽车制造、建材加工、医疗用品制造、航空航天、轻工、能源等行业中，60%～80%的零部件都需要依靠模具加工成型。模具产业具有实现制品高精度、高复杂度、高一致性的技术特点和高加工效率、高材料利用率、低生产成本的制造优势，是实现零部件成形和量产的双重保障，也是影响下游产业品质和效率的关键要素。

电子行业是模具主要下游应用，电子产品生产过程中精密模具为关键环节。模具作为“工业之母”、“效益放大器”，广泛应用于汽车、电子与IT产品、家电、机械电气、轨道交通、医疗等领域。根据中国模具工业协会数据，按销售收入计算，2019年国内模具行业主要下游应用为汽车、电子和IT，分别占比为34%、28%和12%。根据成型材料、成型方法的不同，模具可分为塑料模具、冲压模具、铸造模具、锻造模具、橡胶模具等，其中塑料模具、冲压模具占比较高，2019年分别占国内模具行业总收入的45%和37%。

图表26：中国模具下游应用领域分布（2019）

资料来源：中国模具工业协会，中金公司研究部

图表27：中国模具行业细分类型占比（2019）

资料来源：中国模具工业协会，中金公司研究部

主流的模具成型方法有注塑、冲压、铸造、锻造等。注塑是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状塑料制品的一种加工方法；锻造利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、形状和尺寸的锻件，具有工艺简单、成本较低的特点；冲压利用专用冲压设备和模具对材料施加外力，使之产生塑性变形或分离，具有生产效率高、尺寸精度稳定、操作简单、适合大批量生产等特性，冲压和锻造均属于压力加工，合称锻压。铸造将熔化的金属液体浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，冷却凝固后得到零件或毛坯，是现代制造业最为基础和成熟的工艺之一。 

图表28：模具主要分类及工艺特点

资料来源：各公司招股说明书，中国模具工业协会，中金公司研究部

与传统模具成型方法相比，3D打印技术在解决结构复杂、小批量、定制化的模具加工问题时具有优势。随着下游应用领域对轻量化、节能降耗等需求的提升，模具产品发展趋向多样化、精密化、复杂化、大型化等，对模具制造工艺提出了更高的要求。3D打印可快速加工复杂结构的成品，操作软件更简单、缩短模具制作时间、适合小批量生产，3D打印技术在模具工业领域的主要应用包括：

► 复杂模具的设计和制造：和普通精度模具相比，精密模具具有精度高、一致性好、形状复杂等特点，如型腔类，其工作部分多为复杂曲面，普通机械加工难以制造。3D打印的增材制造技术原理使其在复杂结构或异形模具的设计制造上更具自由度。

► 模型的修补和更改：传统模具磨损、破损后需重新制作，而3D打印技术能实现局部的修补和更新，延长模具使用寿命，有效降低开模成本、提高生产效率。

► 随形冷却：模具注塑成型过程中，冷却时间约占整体制造周期的60%，随形冷却技术用于快速降低模具温度，使其稳定成型。传统的冷却通道通过二次加工的交叉钻孔形成，存在流通网络设计受限、与模具表面相距较远、冷却效率低、不均匀等问题。而3D打印技术为冷却系统带来了新发展，能够根据模具的结构设计随形冷却系统，实现1）大幅降低注塑或压铸模具的成型周期，提高生产效率；2）有效减少因冷却不均或不足带来的应力残余、弯曲变形等问题，提高模具成型质量。

图表29：随形冷却模具生产过程

资料来源：CSDN，中金公司研究部

图表30：3D打印随形冷却模具与传统制造模具性能比较

注：CAE (Computer Aided Engineering) 为计算机辅助工程，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等；

资料来源：Moldex 3D，3D Science Valley，中金公司研究部

3D打印赋能消费电子创新、性能提升和复杂结构实现

3D打印技术赋能消费电子产品创新和产品性能提升。根据3D Systems的介绍，3D打印解决方案可以满足消费电子产品的研发验证、原型制造和小批量生产需求，具有响应性高、实现创新设计、提高产品性能、加快产品项目开发等优势。以3D打印在一台VR头显中的应用为例，3D打印凭借更快、更高效的工作流程，能够实现功能性原型的快速制造，并确保原型和最终用途生产部件性能的高度拟合；此外，3D打印还能在数小时内生产所需质量、精确度和机械性能的零部件。高质量的原型和最终用途部件能够使最终产品展现出较高的审美和功能价值，更好地契合消费者的需求。

3D打印有助于解决复杂结构的定制化制造问题。根据铂力特招股说明书，天线零件表面信号接收口阵列分布，内部信号通道复杂，为了提高信号接收效果、降低损耗和散射，零件内外表面需有较高的表面粗糙度。公司依据零件结构和客户需求进行参数调试和工艺试验，实现了内外表面约Ra3.2的粗糙度，较好地满足了客户的需求。

图表31：3D打印应用于消费电子领域的案例及优势

资料来源：3D Systems官网，铂力特招股说明书，中金公司研究部

钛合金应用趋势渐起，3D打印或是重要解决方案

钛材即钛加工材，通过将钛铸锭锻造、轧制、挤压等塑性加工方法得以形成。按是否添加合金元素划分，钛材可分为纯钛和钛合金，其中钛合金以钛（Ti）为基加入适量其他元素，并调整基体相组成和综合物理化学性能，是一种常见的合成结构材料。钛具有密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温低温性能好等特点，广泛应用于化工、航空航天、医药、电力、船舶、海洋工程、冶金、体育休闲等领域。根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会统计，化工、航空航天是我国钛材的主要应用领域，2022年化工、航空航天领域用钛量分别占我国钛材市场的50%和23%。

图表32：主要合金材料物理性能对比

资料来源：轻合金国家工程研究中心应用基地，压铸周刊官网，中金公司研究部

图表33：中国钛材下游应用占比（2022）

资料来源：中国有色金属工业协会钛锆铪分会，中商产业研究院，中金公司研究部

钛合金为3C产品理想材料，目前已应用于智能手机、智能手表等领域，未来或有望在消费电子行业加快渗透。和铝合金、不锈钢、镁合金等消费电子产品常用外壳材料相比，钛合金兼具轻便（密度较低）、坚固（比强度高）、耐腐蚀等优势，但应用成本高、加工难度大。苹果iphone 15 pro系列首次采用钛合金中框，我们认为或在行业内形成示范效应，其他手机品牌厂商有望在高端旗舰机型中率先跟进。展望未来，随着钛合金加工技术的成熟和制造成本的降低，我们预计钛合金在智能手机上的应用有望加速，单机含钛量或将提升，并有望延伸至PC、平板等其他3C电子产品。

► 钛合金在手表领域应用时间较早，主要分布在智能手表的表壳、表带等部位，如华为Watch GT 2 Pro（2020.10）、三星Watch5 Pro（2022.08）采用钛金属表壳，苹果Apple Watch Ultra（2022.09）采用航空级钛合金表壳、Apple Watch Ultra 2（2023.09）表壳采用更加环保的95%的再生钛金属。

► iPhone 15 Pro系列首次采用钛合金中框，其他厂商或有望陆续跟进：智能手机领域，钛合金早期主要应用于折叠屏手机中，满足折叠屏轻薄、减重等需求。比如vivo X Fold/Fold+（2022）在铰链零部件中使用了钛合金，OPPO Find N2（2022.12）使用钛合金螺丝有效实现减重，OPPO Find N3典藏版（2023.10）采用了钛合金材质的镜头圆环。荣耀则在荣耀Magic V2（2023.07）/Vs2（2023.09）上搭载了自研钛金铰链，其中轴盖部分为钛合金材质，并为业内首次采用钛金3D打印，实现了更加轻薄的设计和更高的结构强度。根据荣耀实验室数据，钛合金轴盖相较于同尺寸铝合金轴盖，强度提升150%。2023年9月，苹果iphone 15 pro系列通过固态扩散技术将钛金属边框与铝金属内框焊接，成为首款在设计中采用航空级钛金属的iPhone，提高耐磨属性的同时实现减重。小米也在2023年10月推出小米14 Pro钛金属特别版，钛金属中框采用航天级99%高纯钛和高强铝合金材料，实现周全保护和更佳手感。我们预计基于钛合金坚固、轻盈等特性，其他厂商也有望陆续在高端旗舰机型应用钛合金中框。

图表34：钛金属在消费电子产品中的部分应用

资料来源：各公司官网，IT之家，中金公司研究部

钛合金加工难度大，对工艺提出较高要求。虽然钛合金能够较好地满足消费电子产品轻薄、坚固、耐腐蚀等需求，但由于其强度较高、热导率较低、高温化学活性高，在切削过程中容易导致切削温度高、刀具磨损扩散、表面加工质量下降等问题，且加工时间较长、良率较低，熔炼铸造、挤压锻造、CNC加工等传统加工技术难以实现钛合金的高效、稳定生产。

图表35：钛合金切削加工难度较大

资料来源：孙阔.钛合金加工工艺技术初探[J].机械制造与智能化,2022(03):27-29.，李刚,徐永.钛合金铣削加工技术研究[J]. 机械制造与智能化,2021(25):58-60，中金公司研究部

3D打印有望解决钛合金加工痛点，但目前经济性有限，需关注后道人工降本路径。目前消费电子产品的钛合金材料主要加工方式包括CNC加工、MIM、3D打印等，其中MIM主要应用于结构复杂、精度高的小型件，如折叠屏手机的铰链零部件，CNC和3D打印则被视为手机中框、手表外壳等钛合金主要应用领域的主流加工技术。3D打印基于三维模型数据，通过逐层堆叠累加逐渐构建三维物体，能够有效避免钛合金在切削过程中加工难度大、刀具磨损严重、良率较低等问题，同时降低原材料的浪费，我们预计其应用空间有望随钛合金新材料趋势发展而打开。但和CNC加工相比，3D打印的加工精度、表面光滑度仍有差距，因而只能完成坯件，需要 CNC磨削进一步精加工至更高精度，同时需要抛光、拉丝等后道处理工序。目前3D打印手机中框/手表表壳的成本构成中，后道加工成本占比较高，且后加工中部分关键环节仍需要手工操作，较大批量生产往往对应较高的人工成本。因此我们认为，3D打印钛合金在消费电子领域的规模化应用需要关注取代后道人工加工的降本路径。

关注3D打印技术对消费电子产业链的潜在影响

3D打印革新消费电子加工方式，下游品牌、中游精密制造厂商有望受益

手机外壳材料关乎美观和实用，材料的革新有望提振消费者换机热情。智能手机作为目前消费电子行业最主要的硬件终端，在过去十余年间实现了快速的创新迭代和市场规模的增长，并在2017年后进入发展成熟期。回顾智能手机的演变历史，手机材料的变化革新一定程度上影响了消费者的购买行为，对消费者来说，手机外壳材料不仅影响了外观质感，同时材料的硬度和强度、耐磨性、耐腐蚀性、导热能力等性能也影响了消费者的使用体验。以iPhone为例，从2007年发布的初代iphone背板采用铝合金+塑料材质，至2023年iphone 15 pro系列首次采用钛合金中框，并搭配玻璃背板和超瓷晶前面板，在十几年的产品迭代中，iPhone外壳材质经历了塑料、不锈钢+玻璃、铝合金+陶瓷玻璃、一体化铝合金、铝合金中框/不锈钢中框+玻璃、钛合金+玻璃等多次变化，历次材料变革均引发消费者和产业界关注。我们认为，钛合金作为手机外壳材料，兼具轻盈、质地坚固的优势，目前应用的限制主要在于成本；3D打印技术有望解决钛合金加工痛点，若未来随着技术的成熟实现成本和性能的较好平衡，3D打印钛合金手机外壳的渗透率或有望持续提升，并有望驱动消费者的换机热情。

图表36：iPhone历代产品材质演变历程

资料来源：苹果官网，IT之家，中金公司研究部

钛合金新材料的运用有望带动终端新机销售。对下游手机品牌厂商来说，在当前智能手机行业整体创新趋缓的背景下，钛合金新材料的运用是新机型的重要亮点。根据苹果官网介绍，iPhone 15 Pro是首款在设计中采用航空级钛金属的iPhone，由于钛的强度重量比超过绝大多数金属，由此实现了苹果迄今最轻的Pro机型，iPhone 15 Pro单机重量相较于上一代减少约9%。此外，通过精密机械加工、打磨、拉丝、喷砂多道工序，iPhone 15 Pro的钛金属边框呈现细腻的拉丝质感；结合坚硬的玻璃背板和超瓷晶前面板，给予手机坚固的多重防护。

图表37：钛金属的运用是iphone 15 pro系列的重要亮点

资料来源：苹果官网，中金公司研究部

图表38：iphone 15 pro是迄今最轻的Pro机型

资料来源：苹果官网，中金公司研究部

不同机壳材料对应不同的加工方式，中游精密制造厂商有望受益。在2010年发布的iPhone4中，苹果首次使用了CNC不锈钢中框；2012年，苹果首次在手机产品（iPhone5）中使用了Unibody工艺（一体成型机械加工技术，指的是将一整块铝合金挤压成板材，再通过CNC数控机床一体成型的加工技术）；而iPhone6系列进一步提升了外壳金属占比和一体化程度。随着iPhone系列对金属材料和CNC工艺的加速应用，其他手机品牌亦陆续跟进，国内消费电子产业链公司积极配合下游品牌厂商，实现了CNC加工市场规模的较快增长。因此我们认为，随着手机外壳材料的迭代，相应的加工技术变革也为产业链中游的精密制造厂商带来了机会，若3D打印在消费电子领域的应用持续拓展，或将驱动具有3D打印技术积累的精密制造厂商收入增长。此外，考虑到3D打印能够与CNC加工、铸锻焊等多工艺技术相集成，其中CNC加工在后处理环节能够通过精细加工、打磨抛光等提升3D打印零部件的精度、表面光滑度，因此CNC加工能力较强的精密制造厂商或也有望受益。

图表39：3D打印产业链全景图（以智能手机应用为例）

注：3D打印设备厂商中，3D Systems、铂力特等厂商延伸至3D打印服务和终端产品制作，EOS、华曙高科等厂商专注设备生产而不涉及终端成品制作。

资料来源：各公司官网，各公司公告，中金公司研究部

消费级3D打印体验升级、价格下探，C端用户习惯或将逐步养成

消费级3D打印产销增长，国内品牌畅销全球。海外消费级3D打印应用落地时间早于国内，且创客文化浓厚，C端产品实现规模化、创新化发展。近年来，国内创想三维、纵维立方等消费级3D打印品牌依靠本土制造业产业链的高成熟度和成本优势，产品主要销往海外，在全球市场占据较高份额。根据共研网数据，2022年我国消费级3D打印设备产销量分别为350.2/135.2万台，五年内实现4.8倍/14.4倍的高速增长。

图表40：我国消费级3D打印机产销情况（2017-2023E）

资料来源：共研网，中金公司研究部

软硬件升级降低消费级3D打印使用门槛，均价下探趋势下，国内C端需求有望增长。消费级3D打印存在打印速度慢、使用门槛高、打印精度低等问题，因此在国内C端用户侧尚未形成规模应用，国内消费级3D打印渗透率仍然较低。近年来，消费级3D打印品牌商通过打印设备的硬件升级和建模软件的优化来提升用户使用体验：一方面，改良喷头、优化设备结构设计，并对算法进行优化，从而提升打印速度。另一方面，通过提升建模软件的AI学习能力，最大化还原用户需打印图像的3D模型。此外，伴随技术的成熟和市场参与者的增加，消费级3D打印机价格呈下探趋势，根据共研网数据，国内消费级3D打印机均价从2017年的0.38万元/台降至2022年的0.22万元/台，销售均价的下探也有望进一步提升用户需求。在软硬件升级提升用户使用体验、降低操作难度，价格下探的共同驱动下，我们认为国内C端3D打印需求有望持续增长。

建议关注

3D打印技术有望革新消费电子加工方式，在消费电子领域的渗透率或将提升，下游品牌、中游精密制造厂商有望受益。在消费电子领域，3D打印率先应用于产品设计开发、原型制造、模具成型等环节。随着钛合金新材料成为消费电子重要的创新方向，我们认为3D打印或是未来重要的钛合金加工方案，并随工艺技术成熟实现降本，在消费电子领域的应用拓展可期。随着消费电子产品“含钛量”提升、3D打印应用持续拓展，或将提振消费者换机热情、拉动终端品牌新机销售；此外，具有3D打印技术积累、CNC加工能力较强的精密制造厂商也有望受益。

风险提示

宏观经济影响消费电子需求：如汇率波动、大宗商品价格、通胀等宏观因素影响消费者需求，可能导致智能手机、PC、智能可穿戴等消费电子产品需求不及预期。

消费电子3D打印产业化进度不及预期：尽管3D打印工艺应用于消费电子生产具有灵活度高、实现创新设计、提高产品性能、加快产品项目开发等优势，但由于产业化应用时间较晚，产业链上下游工艺或尚未全面完善，若成本无法显著降低，消费电子3D打印工艺拓展或将低于预期。

注：本文摘自中金公司于2024年1月18日已经发布的《3D打印趋势渐起，助力消费电子制造升级》，证券分析师：

分析员 贾顺鹤 SAC 执证编号：S0080522060002 SFC CE Ref：BTN002

分析员 陈艺洁 SAC 执证编号：S0080523070017 SFC CE Ref：BTK181

分析员 曹佳桐 SAC 执证编号：S0080523120004

分析员 温晗静 SAC 执证编号：S0080521070003 SFC CE Ref：BSJ666

分析员 黄天擎 SAC 执证编号：S0080523060005 SFC CE Ref：BTL932

分析员 李澄宁 SAC 执证编号：S0080522050003 SFC CE Ref：BSM544

联系人 查玉洁 SAC 执证编号：S0080122120012