3D打印新突破，不只有鈦合金，這次還有柔性機(jī)器人

今年以來，蘋果、華為、小米、三星、榮耀、OPPO等3C大廠紛紛大面積推出了鈦合金材質(zhì)打造的消費(fèi)電子產(chǎn)品，引發(fā)了市場(chǎng)對(duì)鈦合金相關(guān)產(chǎn)業(yè)*的關(guān)注，而這些鈦合金工藝大多都是通過3D打印實(shí)現(xiàn)的。

近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和一家美國初創(chuàng)公司的研究人員使用*新激光掃描技術(shù)，*成功打印出一只機(jī)械手，其中包含由不同聚合物制成的骨骼、韌帶和肌腱。這項(xiàng)新技術(shù)使一次性3D打印具有彈性的特種塑料成為可能，為柔性機(jī)器人結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)開辟了全新路徑。該研究發(fā)表在*新一期《自然》雜志上。

3D打印技術(shù)以前僅限于快速固化塑料，但新研究下也可用于慢速固化塑料。研究人員此次使用各種優(yōu)質(zhì)材料一次性3D打印出更復(fù)雜、更耐用的機(jī)械手，這次使用的新技術(shù)讓柔軟彈性的特點(diǎn)與剛性材料很容易地結(jié)合在一起。研究人員可根據(jù)需要用它來創(chuàng)建精致的結(jié)構(gòu)和帶有空腔的零件，柔性機(jī)器手的這一研究成果，可以說將當(dāng)下3D打印又推向了一個(gè)新高度，如使用在相應(yīng)的機(jī)械上可以實(shí)現(xiàn)折疊和抻展等形態(tài)，也將更輕更耐用。

此次研究彌合了此前機(jī)器手的差距，使用感更接近人手

此次研究的突破，是科學(xué)家利用緩慢固化的硫醇烯聚合物，*成功一次性打印出一只機(jī)械人手。硫醇烯聚合物具有非常好的彈性，彎曲后恢復(fù)到原始狀態(tài)的速度比聚丙烯酸酯快得多。此外，硫醇烯的硬度也可很好地進(jìn)行微調(diào)，以滿足柔性機(jī)器人的要求。由軟材料制成的機(jī)器人比傳統(tǒng)的金屬機(jī)器人更具優(yōu)勢(shì)。這是由于它們?nèi)彳浀纳眢w，在與人類一起工作時(shí)傷害人類和自身受損的風(fēng)險(xiǎn)均較小，也更適合處理易碎物品。

根據(jù)Wohlers Associates統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年全球3D打印制造產(chǎn)品和服務(wù)的收入達(dá)到180億美元左右，同比增長(zhǎng)18％，3D打印行業(yè)已經(jīng)連續(xù)25年保持兩位數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。據(jù)《中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)展望》預(yù)計(jì)，2023-2027年我國3D打印市場(chǎng)規(guī)模有望從400億元增長(zhǎng)至1000億元。

01.3D打印技術(shù)開啟消費(fèi)電子應(yīng)用

我們常說的3D打印,又被稱為增材制造，是一種快速成型技術(shù)。是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。相較傳統(tǒng)工藝具有：適用于制造復(fù)雜物體；節(jié)省材料、降低成本；縮短研發(fā)制造周期；輕量化、一體化成型；滿足定制化需求等優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)前這一技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、汽車、人形機(jī)器人、無人機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。 近期被市場(chǎng)廣泛關(guān)注的鈦合金背后，支撐這一材料得以在消費(fèi)電子產(chǎn)品上大批量使用的正是3D打印技術(shù)。

以目前這一領(lǐng)域應(yīng)用*熱的手機(jī)為例，傳統(tǒng)的金屬加工工藝為CNC（數(shù)控機(jī)床），但其難以加工鈦合金材料。3D打印技術(shù)則是通過對(duì)金屬粉末激光熔融而層層累積一體化成形的增材制造工藝，能有效規(guī)避鈦合金難加工的屬性。目前，折疊屏手機(jī)的鉸鏈、手機(jī)及智能手表的中框均已開始采用這一技術(shù)。

2023年7月，榮耀發(fā)布的折疊屏手機(jī)Magic V2，就*次大規(guī)模使用鈦合金3D打印技術(shù)，該技術(shù)主要用于鉸鏈的軸蓋部分，這是3D金屬工藝結(jié)構(gòu)件*在手機(jī)上大規(guī)模使用。相比此前的不銹鋼和鋁合金材質(zhì)，鈦合金能夠更好地兼具堅(jiān)固和輕薄的特點(diǎn)，從而降低手機(jī)的厚度和重量，并提高強(qiáng)度。這是3D打印*大規(guī)模在消費(fèi)電子中進(jìn)行應(yīng)用。

漸商證券分析師李思揚(yáng)對(duì)虎嗅表示，鈦合金3D打印實(shí)現(xiàn)了輕量化與高強(qiáng)度的結(jié)合，有望在消費(fèi)電子領(lǐng)域開拓市場(chǎng)，此次軟體機(jī)器人的自由度其實(shí)就是想象力付諸現(xiàn)實(shí)的實(shí)例。它可以根據(jù)人們的需求自由變化，有著極高的靈活性以及與生俱來的高度適應(yīng)性。毫無疑問，一只擁有骨骼、韌帶和肌腱的機(jī)械手，在與人類互動(dòng)方面將更具安全優(yōu)勢(shì)，也將在生物工程、救災(zāi)救援、醫(yī)療領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景，3D打印市場(chǎng)的想象空間也已打開。

02.鈦合金觸發(fā)3D打印在手機(jī)領(lǐng)域的新奇點(diǎn)

目前，蘋果、榮耀、小米等頭部廠商已經(jīng)逐步對(duì)鈦合金展開大規(guī)模批量式應(yīng)用。從*初的手表表殼到手機(jī)中框，鈦合金材料逐漸被消費(fèi)電子選擇。為了進(jìn)一步提高效率和降低成本，這些廠商已經(jīng)開始采用3D打印技術(shù)來制造這些產(chǎn)品。

鈦合金材料存在加工難度大、良率低等問題，從而使得制造成本過高。通過3D打印技術(shù)，尤其是金屬粉末激光熔化技術(shù)，能夠有效地解決鈦合金材料成型的問題，大大降低了生產(chǎn)成本。

在成本方面，隨著光纖激光器的降價(jià)和金屬3D打印粉末的降價(jià)，3D打印鈦合金的成本已經(jīng)逐漸降低。根據(jù)Counterpoint的數(shù)據(jù)，Apple Watch series 6表殼的機(jī)加成本約為132元，而通過3D打印技術(shù)制造的Ultra測(cè)算鈦合金成本約為109元，成本端已具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

此外，據(jù)鉑力特公司公告，我國金屬3D打印粉末價(jià)格持續(xù)下降，鉑力特自制金屬3D打印粉末平均售價(jià)由2020年的144.48萬元/噸下降至2022年的78.19萬元/噸，降幅達(dá)45.9%。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，我國激光器價(jià)格下降趨勢(shì)明顯，我國3kW光纖激光器價(jià)格從2018年的40萬元/臺(tái)下降至2021年的10萬元/臺(tái)，降幅達(dá)75.0%。據(jù)中經(jīng)產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)，我國激光振鏡平均價(jià)格已由2017年的2225.71元/套下降至2021年的2139.43元/套。

在市場(chǎng)空間方面，隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。經(jīng)測(cè)算，到2024年，中國工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備市場(chǎng)空間約為400億元。其中，航空航天和模型制造領(lǐng)域的應(yīng)用分別達(dá)到217億元和126億元。

值得一提的是，3D打印在手機(jī)液冷中具備很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，困擾很多機(jī)型的發(fā)熱問題能借此得到解決。

當(dāng)前VC均熱板液冷+石墨烯已成為5G手機(jī)散熱的主流方案。隨著智能手機(jī)性能的提升，智能手機(jī)功耗快速提升，對(duì)散熱的需求增加。目前手機(jī)散熱方式主要分為液冷散熱（VC均熱板、熱管）、風(fēng)冷散熱、石墨散熱、導(dǎo)熱凝膠散熱、金屬背板/邊框散熱等。

市場(chǎng)上常見的高端智能手機(jī)散熱主要采用超薄VC均熱板輔以石墨及石墨烯等的散熱組合方案，中端機(jī)型則是使用熱導(dǎo)管結(jié)合石墨散熱。VC均熱板和熱管由純銅制造的內(nèi)部密封、中空且填充冷卻劑的散熱單元組成。

但液冷散熱存在液體泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致手機(jī)升溫、損害零部件。

3D打印具有一體化成型、輕量化、制造周期短等特點(diǎn)，能夠提高液冷散熱構(gòu)件的密封性及輕薄性，并縮短生產(chǎn)周期。2023年5月，芯片研究巨頭imec在ITF世界會(huì)議上展出的3D打印處理器冷卻器將處理器（如CPU和GPU）的能力提高了3.5倍，比目前*好的CPU冷卻器性能高出 3.5倍。未來3D打印有望在手機(jī)液冷散熱領(lǐng)域打開市場(chǎng)空間。

除了在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用外，3D打印技術(shù)在鞋模制造、航空航天等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。在鞋模制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)已經(jīng)全面應(yīng)用于鞋模制造，相較于傳統(tǒng)加工方法具有成本和時(shí)間優(yōu)勢(shì)。

A股市場(chǎng)上，目前布局3D打印產(chǎn)業(yè)的公司超80家，近期多家公司透露產(chǎn)業(yè)布局情況。

例如奧比中光與3D打印產(chǎn)業(yè)頭部企業(yè)創(chuàng)想三維（Creality）達(dá)成戰(zhàn)略合作關(guān)系，以三維掃描整機(jī)解決方案助力3D打印領(lǐng)域客戶進(jìn)一步完善產(chǎn)業(yè)鏈布局，助力客戶及用戶打造創(chuàng)意3D世界。

英諾激光在3D打印領(lǐng)域有非常豐富的積累，應(yīng)用于3D打印的激光器收入占比為10%-13%。久日新材的光引發(fā)劑產(chǎn)品可以應(yīng)用于汽車的3D打印，目前已有客戶在小范圍地應(yīng)用。悅安新材研發(fā)的3D打印粉末材料，在國防特種及醫(yī)療領(lǐng)域，鈷基高溫合金、鐵基不銹鋼產(chǎn)品處于批量生產(chǎn)階段。

未來隨著成本下降，3D打印消費(fèi)電子市場(chǎng)空間將打開，目前鈦合金軸蓋的材料成本30元左右，加工成本在200-300元之間。未來隨著3D打印技術(shù)量產(chǎn)進(jìn)一步規(guī)�；�、良率進(jìn)一步提高，有望帶來邊際成本下降。價(jià)格的進(jìn)一步下跌，有望帶動(dòng)3D打印在消費(fèi)電子應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)張，打開市場(chǎng)空間。