出品 | 虎嗅科技組
作者 | 通州老貓
頭圖 | 視覺中國
今年以來，蘋果、華爲、小米、三星、榮耀、OPPO 等 3C 大廠紛紛大面積推出了钛合金材質打造的消費電子産品，引發了市場對钛合金相關産業前所未有的關注，而這些钛合金工藝大多都是通過 3D 打印實現的。
近日，瑞士蘇黎世聯邦理工學院和一家美國初創公司的研究人員使用最新激光掃描技術，首次成功打印出一隻機械手，其中包含由不同聚合物制成的骨骼、韌帶和肌腱。這項新技術使一次性 3D 打印具有彈性的特種塑料成爲可能，爲柔性機器人結構的生産開辟了全新路徑。該研究發表在最新一期《自然》雜志上。
軟機械手示意圖。圖片來源：蘇黎世聯邦理工學院
3D 打印技術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質材料一次性 3D 打印出更複雜、更耐用的機械手，這次使用的新技術讓柔軟彈性的特點與剛性材料很容易地結合在一起。研究人員可根據需要用它來創建精緻的結構和帶有空腔的零件，柔性機器手的這一研究成果，可以說将當下 3D 打印又推向了一個新高度，如使用在相應的機械上可以實現折疊和抻展等形态，也将更輕更耐用。
此次研究彌合了此前機器手的差距，使用感更接近人手
此次研究的突破，是科學家利用緩慢固化的硫醇烯聚合物，首次成功一次性打印出一隻機械人手。硫醇烯聚合物具有非常好的彈性，彎曲後恢複到原始狀态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行微調，以滿足柔性機器人的要求。由軟材料制成的機器人比傳統的金屬機器人更具優勢。這是由于它們柔軟的身體，在與人類一起工作時傷害人類和自身受損的風險均較小，也更适合處理易碎物品。
根據 Wohlers Associates 統計數據，2022 年全球 3D 打印制造産品和服務的收入達到 180 億美元左右，同比增長 18％，3D 打印行業已經連續 25 年保持兩位數的增長趨勢。據《中國增材制造産業發展現狀與趨勢展望》預計，2023-2027 年我國 3D 打印市場規模有望從 400 億元增長至 1000 億元。
01.3D 打印技術開啓消費電子應用
我們常說的 3D 打印 , 又被稱爲增材制造，是一種快速成型技術。是以數字模型文件爲基礎，運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造物體的技術。相較傳統工藝具有：适用于制造複雜物體；節省材料、降低成本；縮短研發制造周期；輕量化、一體化成型；滿足定制化需求等優勢。
當前這一技術已廣泛應用于航空航天、醫療、汽車、人形機器人、無人機等多個領域。 近期被市場廣泛關注的钛合金背後，支撐這一材料得以在消費電子産品上大批量使用的正是 3D 打印技術。
以目前這一領域應用最熱的手機爲例，傳統的金屬加工工藝爲 CNC（數控機床），但其難以加工钛合金材料。3D 打印技術則是通過對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，能有效規避钛合金難加工的屬性。目前，折疊屏手機的鉸鏈、手機及智能手表的中框均已開始采用這一技術。
2023 年 7 月，榮耀發布的折疊屏手機 Magic V2，就第一次大規模使用钛合金 3D 打印技術，該技術主要用于鉸鏈的軸蓋部分，這是 3D 金屬工藝結構件首次在手機上大規模使用。相比此前的不鏽鋼和鋁合金材質，钛合金能夠更好地兼具堅固和輕薄的特點，從而降低手機的厚度和重量，并提高強度。這是 3D 打印首次大規模在消費電子中進行應用。
漸商證券分析師李思揚對虎嗅表示，钛合金 3D 打印實現了輕量化與高強度的結合，有望在消費電子領域開拓市場，此次軟體機器人的自由度其實就是想象力付諸現實的實例。它可以根據人們的需求自由變化，有着極高的靈活性以及與生俱來的高度适應性。毫無疑問，一隻擁有骨骼、韌帶和肌腱的機械手，在與人類互動方面将更具安全優勢，也将在生物工程、救災救援、醫療領域有着很大的應用前景，3D 打印市場的想象空間也已打開。
02. 钛合金觸發 3D 打印在手機領域的新奇點
目前，蘋果、榮耀、小米等頭部廠商已經逐步對钛合金展開大規模批量式應用。從最初的手表表殼到手機中框，钛合金材料逐漸被消費電子選擇。爲了進一步提高效率和降低成本，這些廠商已經開始采用 3D 打印技術來制造這些産品。
钛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，尤其是金屬粉末激光熔化技術，能夠有效地解決钛合金材料成型的問題，大大降低了生産成本。
來源：增材制造創新設計，浙商證券研究所
在成本方面，随着光纖激光器的降價和金屬 3D 打印粉末的降價，3D 打印钛合金的成本已經逐漸降低。根據 Counterpoint 的數據，Apple Watch series 6 表殼的機加成本約爲 132 元，而通過 3D 打印技術制造的 Ultra 測算钛合金成本約爲 109 元，成本端已具備競争優勢。
此外，據鉑力特公司公告，我國金屬 3D 打印粉末價格持續下降，鉑力特自制金屬 3D 打印粉末平均售價由 2020 年的 144.48 萬元 / 噸下降至 2022 年的 78.19 萬元 / 噸，降幅達 45.9%。據前瞻産業研究院，我國激光器價格下降趨勢明顯，我國 3kW 光纖激光器價格從 2018 年的 40 萬元 / 台下降至 2021 年的 10 萬元 / 台，降幅達 75.0%。據中經産業信息研究網，我國激光振鏡平均價格已由 2017 年的 2225.71 元 / 套下降至 2021 年的 2139.43 元 / 套。
在市場空間方面，随着 3D 打印技術的不斷發展，其應用領域也不斷擴大。經測算，到 2024 年，中國工業級 3D 打印設備市場空間約爲 400 億元。其中，航空航天和模型制造領域的應用分别達到 217 億元和 126 億元。
值得一提的是，3D 打印在手機液冷中具備很強的優勢，困擾很多機型的發熱問題能借此得到解決。
當前 VC 均熱闆液冷 + 石墨烯已成爲 5G 手機散熱的主流方案。随着智能手機性能的提升，智能手機功耗快速提升，對散熱的需求增加。目前手機散熱方式主要分爲液冷散熱（VC 均熱闆、熱管）、風冷散熱、石墨散熱、導熱凝膠散熱、金屬背闆 / 邊框散熱等。
市場上常見的高端智能手機散熱主要采用超薄 VC 均熱闆輔以石墨及石墨烯等的散熱組合方案，中端機型則是使用熱導管結合石墨散熱。VC 均熱闆和熱管由純銅制造的内部密封、中空且填充冷卻劑的散熱單元組成。
但液冷散熱存在液體洩漏的風險，會導緻手機升溫、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，能夠提高液冷散熱構件的密封性及輕薄性，并縮短生産周期。2023 年 5 月，芯片研究巨頭 imec 在 ITF 世界會議上展出的 3D 打印處理器冷卻器将處理器（如 CPU 和 GPU）的能力提高了 3.5 倍，比目前最好的 CPU 冷卻器性能高出 3.5 倍。未來 3D 打印有望在手機液冷散熱領域打開市場空間。
除了在消費電子領域的應用外，3D 打印技術在鞋模制造、航空航天等領域也有廣泛應用。在鞋模制造領域，3D 打印技術已經全面應用于鞋模制造，相較于傳統加工方法具有成本和時間優勢。
A 股市場上，目前布局 3D 打印産業的公司超 80 家，近期多家公司透露産業布局情況。
例如奧比中光與 3D 打印産業頭部企業創想三維（Creality）達成戰略合作關系，以三維掃描整機解決方案助力 3D 打印領域客戶進一步完善産業鏈布局，助力客戶及用戶打造創意 3D 世界。
英諾激光在 3D 打印領域有非常豐富的積累，應用于 3D 打印的激光器收入占比爲 10%-13%。久日新材的光引發劑産品可以應用于汽車的 3D 打印，目前已有客戶在小範圍地應用。悅安新材研發的 3D 打印粉末材料，在國防特種及醫療領域，钴基高溫合金、鐵基不鏽鋼産品處于批量生産階段。
未來随着成本下降，3D 打印消費電子市場空間将打開，目前钛合金軸蓋的材料成本 30 元左右，加工成本在 200-300 元之間。未來随着 3D 打印技術量産進一步規模化、良率進一步提高，有望帶來邊際成本下降。價格的進一步下跌，有望帶動 3D 打印在消費電子應用領域的擴張，打開市場空間。
