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钛合金:手机生产厂商的“新宠”但3D打印成本究竟是多少?

  2023年7月12日,荣耀Magic V2正式对外发布,折叠屏手机进入毫米时代,目前累计产量已经突破100万台,其中关键的铰链轴盖部分采用3D打印制作,这也是荣耀首次将3D打印钛合金技术引入手机行业。而随后苹果发布的Iphone15 Pro/Pro Max,小米发布的Xiaomi 14 Pro,以及三星即将推出的Galaxy S24 Ultra都采用了钛合金中框。

  钛合金材料慢慢的变成了下一代手机的新选择,但是由于这样一种材料用传统加工方式难度大、良品率低,造成生产所带来的成本较高。而3D打印从技术原理绕开钛合金的加工难题,实现快速定制化生产。那么采用3D打印进行加工的成本到底是多少?后期还有没有办法把成本降得更低?

  最近,华福证券发布了一份关于3D打印行业的研究报告,标题是《从“为什么”到“如何”:成本分析》。报告中预测,使用3D打印技术制造的铰链卷轴、手表表壳和手机中框的成本分别为166元、187元和556元。报告还详细讲述了四种降低这些成本的方法。以下是报告的部分内容摘要。

  我们对于使用3D打印技术制作的折叠屏手机的铰链卷轴、苹果手表的表壳以及未来苹果手机的中框进行了成本估算。估算是基于以下几个基本假设:

  折叠屏手机铰链卷轴:根据微机分拆机视频来看,折叠屏手机铰链重量为22.7g,铰链的宽度、厚度(展开)、厚度(折叠)和长度分别为:19.6mm、2.86mm、7.79mm和151.78mm,那么我们预计钛合金卷轴的长、宽、厚分别为151.78mm、6mm和2.5mm,即体积为2.2767cm3,根据密度可得钛合金卷轴重量是10.25g。

  钛合金中框重量:按目前苹果手机中框的钛金属与不锈钢表壳的质量与两种材料各自的密度估算(钛4.5g/cm3,不锈钢 7.9g/cm3),同时根据苹果手机官网的数据,Iphone15 Pro长、宽、高分别为146.6mm、70.6mm和8.25mm,假设厚度为2mm,则根据计算可以得到钛合金中框重量为31.66g,不锈钢为55.58g。

  苹果钛合金手表表壳:根据微机分拆机视频来看,苹果Ultra手表的钛合金外框重量为12g。

  设备单台机时:根据铂力特定增说明书,每年金属 3D 打印设备运行时长分别为超大尺寸设备 5,400 小时、大尺寸设备 4,860 小时以及其他设备 4,050 小时。因为消费电子领域所用设备主要为小型设备(常用2激光设备,部分用4激光设备),参考其他设备打印机时,每年运行 4050 小时/单个机台。

  设备打印效率:参考铂力特和华曙高科用不同设备和不同材质的打印速度进行了整理,得出在打印钛合金零部件时单个激光打印效率为每小时打印20-240g,本文选取中间值120g作为参数预测。因此每小时2激光设备的能打印19.5、6.3、16.7个。

  粉末费用:钛合金3D 打印材料售价大约在800 元/KG,折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳对应于材料端的需求大约为12.3g/37.99g/14.4g,假设过程中粉末利用率为50%,因此测算单个手机中框的打印粉末成本大约为19.68/60.78/23元。

  人工成本:根据铂力特2022年年报披露3D打印产品服务成本占比可以看出,人工成本占总成本的1/10,即占其他成本的1/9左右,因此单个折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳的人工成本为6.6/20.3/7.7元。

  制造费用:根据铂力特2022年年报3D打印产品服务的成本占比可以看出,粉末原材料:人工成本:制造费用的比例关系为3:1:6,因此单个折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳的制造费用约为39.4/121.6/46.1元。其中:

  设备折旧费用:设备10年折旧, 3D 打印设备售价假设为245万元(铂力特均价,为双激光设备),1 年按照4050 小时计算,一年可以生产79024/25584/67500个折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳,单个折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳折旧成本约为3.1/9.6/3.6元。

  电费:参考铂力特S400设备的功率可以计算出每小时的耗电量为11度电,假设工业用电价格为0.8元/度,则每个折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳的电费成本为0.45/1.4/0.53元。

  稀有气体:3D 打印加工过程中需要消耗稀有气体,氩气成本比较高,铂力特BLT-S450对应使用的气体为氩气,市场价格约0.02元/L,根据华曙高科FS350M-4 配备“高效”惰性气体系统成熟,打印过程前需要11分钟净化,打印过程中惰性气体的消耗量取4L/min,即每小时成本气体成本为4.8元。可得每个折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳的气体成本为0.25/0.76/0.29元。

  其他费用:即为剩下的另外的成本费用每个折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳共计34.6/109.84/41.68元。

  3D打印与原材料成本:加工每个折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳毛胚件在3D打印端的成本共66/203/77元。

  后处理成本:由于3D打印出来的折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳毛胚件还需要经过热处理、精加工、打磨、抛光等环节,该环节假设成本分别为100/350/110元/个。

  3D打印总成本:生产每个折叠屏铰链轴盖/智能手机中框/手表表壳成品的成本为166/556/187元。

  此外,报告中还从技术发展角度进行了分析,得出结论:多方向加速产业链降本,3D打印规模应用未来可期。1)工艺降本:金属粘结剂喷射(BJAM)工艺与区域打印技术为目前潜在能实现大规模低成本生产的技术。2)技术降本:目前市场通过添加激光数量、增加粉层厚度或使用多激光搭接技术、先进扫描技术、双向扑粉技术、自动嫁接技术等实现效率提升和降本。3)材料降本:国内下游需求提升,粉末制作厂商规模化生产为降低粉末生产所带来的成本主要方式。4)零部件降本:设备端的降本核心在于激光器与振镜,国产替代可降低该部件60-70%的价格。目前国内零部件逐渐来测试与验证,未来算法弥补或许会成为采用国产激光振镜系统的方式之一。

  最后,报告还指出3D打印为生产纯钛材质零部件的潜在工艺,但是目前在3C行业中,钛铝复合材料是主流的钛材料形式。例如,苹果手机的钛金属边框是通过一种称为固态扩散的技术与铝金属内框焊接在一起的。而小米的手机边框外层是钛材质以增加外观质感和可靠性,内层是铝,以减少相关成本。这两种材料是在高温度高压力下通过热轧复合工艺结合在一起。

  然而,根据3D打印的原理,目前这种钛铝复合材料还无法通过3D打印技术生产。但是,随着手机制造商逐渐转向使用纯钛材料,3D打印的优势将得到充分释放。到那时,3D打印行业又有了一个全新的应用落脚点。

2024-01-07 新闻中心 1 次

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