导读：近年来，特斯拉一体铸造技术应用加速，Model Y应用之后Cybertruck有望跟进。大众、沃尔沃和奔驰等国际品牌与国内的造车新势力纷纷跟进这一技术趋势，一体铸造已是大势所趋。中信证券测算，2030年全球范围内一体铸造的渗透率有望达到30%，保守估计单车配套价值量有望达到1万元，对应行业市场空间2460亿元。最近，中信证券发布报告《一体铸造大势所趋，自主品牌大有可为》，对特斯拉引领的一体化铸造技术背后的产业链进行了盘点（一体化压铸（gigacasting）能提供什么？）。以下内容节选自此份报告。
一、特斯拉引领，一体铸造成趋势
1.1 特斯拉开创一体铸造技术先河
特斯拉2019年提出“一体铸造”技术，发布“汽车车架的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法”的新专利。
2020年，一体铸造技术在Model Y上开始应用，Model Y的后地板通过应用一体压铸技术，将原先通过冲压等工艺生产的80个零件集成为1个铸造零件，制造成本降低40%。在2020年四季度业绩电话会议上，马斯克表示新一代皮卡Cybertruck的后地板将也会应用一体化压铸技术，且将使用更大吨位的8000T压铸机进行生产。
△ 特斯拉一体压铸示意图
2021年10月，特斯拉柏林工厂对公众展示了一体压铸机模具、一体压铸Model Y前机舱，结构电池包（structural pack）等核心技术方案，表明未来柏林工厂生产车型将全面使用“一体压铸”工艺。
在2022年一季度财报中，特斯拉汽车业务毛利率32.9%，整体毛利率19.2%，均创下历史新高，其中就有一体铸造技术带来的贡献。
1.2 国际巨头加速跟进一体铸造
大众计划于SSP平台开始应用一体压铸，样件已于卡塞尔工厂下线。大众汽车计划在德国沃尔夫斯堡建立一座全新的工厂，投资约20亿欧元，预计从2026年起生产首批Trinity纯电动汽车，且计划引入一体压铸技术。大众现有的大部分电动车型均是基于MEB平台打造，而新一代电动汽车平台SSP在软件和硬件架构上都将提供更好的可拓展性，Trinity车型是大众汽车基于SSP平台打造的首批车型之一。根据Online EV报道，2022年5月，大众汽车一体式铝压铸后车身样件在卡塞尔工厂下线。该样件采用4400吨压铸机生产，专为SSP车型平台开发的，集成了约30多个零部件，减重效果可达10kg。
△ 2022年5月，大众汽车一体式铝压铸后车身样件在卡塞尔工厂下线
沃尔沃2025年将推出全新电动汽车平台，实现一体压铸的量产。2021年10月，沃尔沃宣布在纳斯达克斯德哥尔摩交易所挂牌上市，募集约200亿瑞典克朗（约合22亿美元），并将其中70%的资金用于电动化转型，包括引入大型铝制车身部件铸造工艺等。根据autoevolution消息，沃尔沃宣布投资100亿瑞典克朗对旗下托斯兰达工厂进行现代化改造，其中包括一体压铸技术，最终计划在所有旗下工厂引入一体压铸技术。沃尔沃将在新电动汽车平台的后座部分引入一体铸造技术，希望能改善生产流程，降低物流成本和排放。全新电动汽车平台将会在2025年推出，届时沃尔沃将实现一体压铸汽车的量产。
奔驰发布一体化压铸成果，性能提升显著。2022年1月，奔驰发布全新概念车VISION EQXX。车身的后部及前部减震塔顶应用了和特斯拉同样的仿生工程结构部件，整个车身由3块组成：前后分别有一块一体压铸铝合金铸件，中间有一套结构电池组。这样的设计有望减轻车身15-20%的重量，VISION EQXX能耗达到10kw·h/百公里以下，实际用电里程超过1000km。
1.3 国内新势力积极推进一体压铸技术
国内新势力中，蔚来ET5率先应用一体铸造技术，轻量化、安全性领先。2021年10月，蔚来汽车宣布成功验证开发了可用于制造大型压铸件的免热处理材料，将会应用在蔚来第二代平台车型上。新材料避免了传统压铸件在热处理过程中引起的尺寸变形及表面缺陷。2021年12月，蔚来在ET5发布会上正式宣布将开始采用一体铸造工艺，ET5将使用超高强度钢铝混合车身，使车身后地板重量降低30%，后备箱空间增加7L，整车抗扭刚度达到34000N·m/deg。
小鹏汽车一体压铸技术已在规划当中，计划自建产能。在小鹏2021年业绩发布会上，董事长何小鹏宣布将于2023年发布两个新平台及其首款车型，并将使用超大一体化压铸新工艺。2021年7月小鹏正式启动武汉项目，将建设一系列工艺车间，年总产能约10万辆。2021年10月，小鹏已正式申报“小鹏汽车武汉产业基地项目”规划建筑方案，预计今年10月投产，其中包括一体化压铸工艺车间。小鹏汽车武汉工厂还将引进一套以上超大型压铸岛及自动化生产线。
△ 2022年2月，高合汽车与拓普集团开发的7200T一体化超大压铸后舱下线
高合汽车在一体铸造材料、制造端推进领先。2021年12月，高合汽车与上海交通大学轻合金国家工程中心展开战略合作，共同研发TechCast™超大铸件用低碳铝合金材料，该材料流动性高于同级别材料15%以上、强塑积高出30%以上，保证了整车碰撞等性能达到更高维度。今年2月25日，高合汽车与拓普集团合作开发的7200T一体化超大压铸后舱成功下线。该部件应用了上海交大的合金材料，实现了15%-20%的减重与工艺复杂度的大幅降低，整个开发周期也缩短了1/3。截至成功下线时，该压铸机是汽车零部件领域已知最大的一体化铝合金压铸件，未来也将应用于高合各类车型中。
二、一体铸造带来工艺重大变革
2.1 高压铸造是铝合金最高效的成型方法
压铸全称高压铸造，是一种将金属熔液压入钢制模具内施以高压并冷却成型的一种精密铸造法。压铸适合铸造结构复杂、薄壁、精度要求较高、熔点比钢低的金属零件（铝、锌、铜等）。作为一种几乎无切削的近净成形金属热加工成型技术，其产品具有精密、质轻、美观等诸多优点，广泛应用于汽车、家电、航空、机械等诸多行业。
高压铸造是批量生产铝合金铸件的最高效生产方式。与采用石英砂做铸造模具的重力铸造相比，高压铸造具有以下优势：1、模具可以反复利用；2、通过模具内的冷却系统可以实现快速成型并实现连续生产；3、冷却中对熔融金属施加压力保证零件具备更好的应力强度；4、金属模具内部尺寸精确，可做到精密铸造。
△ 特斯拉采用的压铸工艺，更适合车身结构的大批量生产
压铸虽然高效，但因模具材料均为钢制，因此只能制造熔点比钢低的金属。目前高压铸造行业所使用的基材主要是铝/镁/锌/铜等合金材料，其中铝合金的应用最为广泛。
与高压铸造相近的是低压铸造，低压铸造同样采用可循环的钢制模具，但低压铸造压射压力仅在1-5MPa，远低于高压铸造的300-600MPa水平。低压铸造适合生产壁厚较厚的铸造铝/镁/锌/铜合金等材料的零件，例如汽车轮毂、皮带轮等。虽然低压铸造设备结构简单投资相对较低，但其生产效率和零件强度低于高压铸造，所以在产品适合采用高压铸造且需要大规模批量生产情况下，高压铸造是铝/镁合金等铸件的最高效生产方式。
2.2 一体铸造将带来车体制造工艺变革
过去50年间，汽车车身制造工艺始终以钣金冲压+机器人焊接为主。一体压铸技术可能导致汽车车体制造工艺重大变革，压铸机有望成为汽车制造领域的核心装备。
“一体压铸”简化车身制造工艺流程，整合供应链环节。一体压铸工艺将取代传统车身结构件的组件冲压和焊接环节，特斯拉称其新一代全压铸底盘可减少370个零件，车门和前后两盖结构件也同样可用压铸工艺，零件数量锐减，车体制造流程大幅简化。同时，整车厂内原先复杂的机器人白车身焊接线也被大幅简化，仅需要将若干车身压铸组件和外覆盖件组装焊接即可。车体制造管理流程和所需人力也相应降低。
车身重量减轻，减少电池装机量，电池降本是钢换铝式车身材料增加成本的6.6倍。特斯拉新一代一体压铸底盘有望降低10%车重，对应续航里程增加14%。以普通电动车电池容量80kwh为例，若采用一体压铸车身减重并保持续航里程不变，则电池容量可减少约10kwh。按照磷酸铁锂电池pack成本800元/kwh计算，则可降低成本8000元。
一体压铸工艺可大幅减少涂胶工艺环节。涂胶是传统焊接白车身重要工艺部分，通常由机器人完成涂胶工艺。因点焊使钢板间存在缝隙，传统白车身涂胶主要起到密封防水、增加车体强度、降低钣金件间的摩擦和震动的作用。改为一体压铸车体后，零件面积大幅增加，不再需要繁琐的涂胶环节弥补焊接钣金件间的缝隙，生产流程再次简化。
压铸废品、流道等可再次熔炼，材料利用率超90%，远高于冲压。传统冲压-焊接工艺，通常板材利用率仅为60%-70%，冲压剩余边料只得按废旧金属出售。而改为一体压铸后，因压铸时可反复熔炼，因此废品、压铸流道、边料等废料可返回熔炼炉再次利用。压铸工艺对材料利用率在90%以上，远高于冲压工艺，再次降低生产商成本。
△ 特斯拉新造车工艺节省35%工厂占地面积
车身生产车间占地面积减少30%以上。相较于300多台机器人组成的白车身焊接线，一体压铸工艺采用的压铸岛占地面积更小。特斯拉采用压铸工艺的新工厂占地面积节省35%。同时因生产流程简化，原先由零部件厂供应的组件冲压、组件焊接环节取消，相关场地同时不再需要，更进一步降低全产业链的用地面积。
三、传统结构件向一体压铸升级，打开成长空间
3.1 目前铝压铸件主要用于豪华品牌
铝压铸件相比铸钢和铸铁件具有密度低、比强度高等诸多优点，在同等排量的发动机中，全铝发动机相比普通发动机能够减轻20公斤。减重需求促使车身采用铝合金替代钢材，压铸铝件逐渐应用于车身结构件。在汽车白车身系统上，一个整体铸造的车身结构件，如铝制减震塔或后纵梁等零部件，能够替代5-10个冲压零部件，重量更轻，且节省了焊接成本。
铝压铸结构件虽然强度高、生产效率高、集成优势强，但是由于铝合金成本远高于钢，且高压压铸设备价格昂贵，因此小尺寸的铝压铸结构件成本显著高于钢冲压焊接结构件。当前应用铝压铸结构件的多为35万元以上的豪华品牌车型，平均单车价值不到3000元。以凯迪拉克CT6为例，车身上前减震、前翼子板支架、扭转盒等零件均采用铝合金高压铸造工艺生产，单车价值约为2750元。
△ 奥迪A8的后纵梁结构采用压铸，有着复杂的加强筋设计
压铸车身结构件行业多由乔治费歇尔、麦格纳等外资主导，国内文灿、鸿图等也有配套。海外高压铸造供应商起步早，因此产品、技术和客户覆盖上普遍领先于国内企业。从全球来看，高压铸造行业规模较大的供应商有瑞士乔治费歇尔（Georg Fischer）、加拿大卡斯马（Cosma，麦格纳旗下车身事业部）、德国德志（DGS）、日本利优比等。国内压铸车身结构件参与者主要有文灿股份、广东鸿图和拓普集团等。
3.2 传统结构件向一体压铸升级
根据特斯拉在2020年公布的车身一体铸造技术和力劲科技调研可知，未来汽车的覆盖件冲压生产的方式不会改变之外，其余车身、电池盒、车门骨架、后盖、前后副车架等结构件的冲压和焊接环节均可以采用压铸工艺生产，这将使得整车白车身生产工艺大幅简化。A/B柱、车顶和座椅骨架是否能够采用铝压铸工艺代替钢材冲压焊接，目前还在探讨当中。
前地板、后地板和电池托盘有望在2022年实现一体压铸技术的应用。根据特斯拉公布的信息，其制造技术创新主要集中在前、后地板和电池包：前、后地板均应用一体铸造技术，将数十个冲压零件焊接在一起的总成替换成一个整体的大型铸件；电池包中的电芯采用了大圆柱无极耳设计，能够与电池壳紧密贴合，和结构件一样实现承重功能。
特斯拉于2021年在Model Y车型的后地板上量产一体压铸技术，完成前地板一体压铸件试制，两者均采用7000吨级压铸机生产；若后期考虑采用一体压铸工艺生产电池托盘，则需要用到1.2万吨级别的压铸机。2022年1月，力劲科技已与广东鸿图签署1.2万吨级压铸机购买合同，预计2022年三季度可交付，届时行业有望实现采用一体压铸技术生产一体压铸电池托盘。
△ Model Y的白车身，灰色部分为一体压铸后车身
在特斯拉推出一体压铸技术前，因新能源车用铝量增加，铝压铸件已开始在车身零件上逐步渗透。目前前副车架（如Model 3）、车门（如Model X）、电机和电驱外壳已有车企采用铝压铸件。特斯拉一体压铸技术带动5000吨以上超大型压铸机逐渐问世，为车身其他部位结构件导入压铸提供可行性。
除底盘外的A/B/C柱侧围、车顶、尾门、电池盒上盖以及宁德时代推出换电方案而产生的电池仓，上述车身结构件也具备采用压铸工艺替代冲压焊接件的可能，并且目前已有车企和零部件厂在研发相关工艺和技术。中控台骨架和座椅内部结构件国外已有采用压铸镁合金替代钢制冲焊件来减重的案例。
3.3 一体压铸有望快速渗透
考虑“一体压铸”技术对白车身生产降本带来的显著效应，我们预计全球主机厂有望快速跟进这一技术路线。据产业调研，我们测算2022年一体化压铸件全球市场空间约为22亿元；到2030年，我们预计全球主机厂将都跟进这一技术趋势，乘用车一体压铸全球渗透率为30%，在保守情形下，预计一体压铸技术将应用于前后底板、电池盒体、前副车架、电机/电驱外壳等部位，合计单车价值量约1万元，对应行业市场空间2460亿元，8年CAGR达80%；中性情况下，预计电池盒盖板、中控台骨架、副车架等部件也将应用一体压铸技术，合计单车价值量约1.8万元，对应市场空间3739亿元，8年CAGR达90%；乐观情况下，预计A/B/C 柱侧围、车顶及座椅骨架也将采用一体压铸技术，合计单车价值量约2.5万元，对应市场空间为4477亿元，8年CAGR达94%。
国内零部件供应商积极布局一体铸造行业，文灿设备落地进度、项目定点、产品开发试制等方面均走在行业前列；拓普一体化超大压铸后舱量产下线；爱柯迪拟购买4台6000T+压铸机；旭升将向海天金属引进多套大型压铸岛；泉峰预计2022 年底前完成7台大型压铸设备安装和调试，此外非上市公司宁波海威、瑞立集团、美利信科技也相继采购大型设备，加快布局一体化压铸。
3.4 全球压铸机市场持续高增长
超大型压铸机效率提升，单机产能有望从12万件/年提升至18万件/年。2021年特斯拉首次导入一体压铸生产Model Y后桥时，压铸机单次工作循环在180s左右，若按每天生产20小时、一年工作300天计算，则单台压铸机产能在12万件/年。目前超大型压铸机通过提升工作效率优化生产流程，单次工作循环有望提升至120s左右，仍按每天生产20小时、一年工作300天计算，则压铸机提效后单季产能提升至18万件/年。压铸机提效将进一步提升一体压铸的经济性，有望更快地替代传统冲压焊接结构件。
预计一体压铸在汽车行业渗透率提升至90%需要10-15年左右。将汽车一体压铸变革与手机外壳金属化做类比，2020年特斯拉开始导入一体压铸车体类似于2010年苹果发布iphone4，业内其他企业开始探索和跟进。手机行业用7年左右时间将金属机壳渗透率提升至90%左右。考虑到汽车行业产品迭代速度比手机行业慢1倍左右，我们预计一体压铸车身在汽车行业渗透率提升至90%需要10-15年左右时间，当行业总体形成共识后，渗透率提升速度有可能加快。
△ 压铸机行业全球市场空间（亿元）
预计到2030年全球压铸机及相关设备市场规模将从2021年的85亿元增长至713亿元，一体压铸将使全球压铸机市场持续高增长。
根据力劲科技相关调研分析，2021年一体压铸相关压铸机系统市场规模在10亿元左右。按照行业规律，假设未来十年行业规模呈线性增长，则预计新增的一体压铸车身结构件相关需求，到2030年当年压铸机系统市场规模在600亿元左右，未来十年CAGR 58%。
按照全球传统压铸机市场年销售额75亿元，未来十年行业需求复合增速5%计算，预计到2030年全球压铸机及相关设备市场规模约713亿元。其中一体压铸的占比将从2021年的12%增长至2030年的84%，一体压铸需求将使全球压铸机市场在未来十年持续高增长。
四、免热处理合金是必需材料
传统压铸结构件需热处理、矫形，一体压铸下尺寸精度和成本难以兼顾。目前传统压铸结构件因其使用材料的限制，在压铸工艺后需要通过热处理（高温固溶+过时效）来提升其强度、坚固性、延展性等指标，以达到汽车碰撞安全的要求；但是热处理加热和冷却的过程会导致零件变形，需要通过专业设备或人工进行矫形，以保证尺寸精度。
这样的工艺设计不利于一体压铸技术的应用，因为零部件尺寸成倍变大后，其热处理、矫形的制造费用以及产生废品的风险大幅提升，极大影响零件的生产效率和成本。因此，传统的铝合金压铸材料难堪一体铸造的大任，免热处理材料应运而生。
目前，一体压铸成型工艺以大型压铸件为主，而非原有数个中小型零部件组合而成，需要流动性强、可适应多种壁厚以及尽量避免热处理带来合金变形的压铸材料。而免热处理铝合金的特点是零部件不需要经过高温固溶处理和人工时效，仅通过自然时效即可达到较高的强度和塑性。
△ 一体压铸对免热合金的要求
传统热处理铝合金材料，仅适用于压铸中小型结构件，总成组装仍需经过数十至上百次的铆接/焊接过程。免热处理铝合金具备非常好的热稳定性能与力学性能，适合大型压铸件生产，可实现一次简单压铸加工，由焊接几小时改善为压铸几分钟，精简连接工序、节约生产时间，使得车身结构件的成本和性能具有较大优势，亦提高产品的良品率，并可以减少碳排放（省去零件压铸后的热处理工艺），顺应碳中和节能减排趋势要求，所以其为一体压铸最佳材料选择。
对2022-2025年国内与国外新能源车与2030年国内与国外乘用车整体免热处理合金市场空间进行测算。预计2022-2025年国内新能源车整体免热合金市场规模分别为8.15亿元、22.97亿元、46.35亿元、145.15亿元，对应2022-2025年CAGR为161%；保守/中性/乐观情形下估计2030年国内乘用车整体免热合金市场规模为377/562/665亿元。伴随主机厂一体压铸强需求牵引，大型压铸设备与配套模具持续落地提供强底层支撑，材料端免热处理合金成功革新，产业链各环节配合渐入佳境，工艺愈发成熟，模式逐步跑通，一体压铸有望加速渗透带动免热合金需求快速释放。
在免热处理合金开发过程中，合金主要成分配比和微量特殊元素引入是核心技术壁垒，此外制备合金材料的选用、净化处理、浇铸工艺也会影响合金性质。主流高品质免热处理铝合金材料开发者仍以外企为主，如美国铝业公司EZCAST系压铸铝合金等。但国内免热处理铝合金材料已实现自主研发，专利申请量爆发，性能指标能满足汽车结构件要求。例如帅翼驰集团的免热处理合金通过蔚来汽车验证，大规模应用有望；上海交大轻合金中心为免热处理合金研发先行者，可提供成熟产业化应用方案；立中集团为轻合金新材料生产商，LDHM-02免热处理合金取得专利证书。
五、风险因素
行业存在的风险因素包括：国内乘用车市场景气不及预期；一体铸造技术应用不及预期；大吨位压机研发不及预期；免热处理合金研发不及预期。
基于一体铸造显著的降本优势，当前造车新势力和传统车企纷纷布局，追赶特斯拉步伐。随着一体压铸技术加速渗透，一方面将带动相关汽车零部件企业快速发展，同时也将开启压铸机规格大型化趋势，为设备端企业打开新的空间。同时一体铸造对合金材料提出新的要求，也将利好国内相关新材料企业。
来源：重庆汽车工程学会 原始资料来源：中信证券
