一覽蘋果靠3D列印Apple Watch鈦金屬製造背後技術與秘辛


當大多數人想到金屬加工時,腦海中浮現的可能是車床高速轉動、火花四射的傳統工廠景象,不過蘋果在處理新一代 Apple Watch 鈦金屬外殼,已經不是從一大塊金屬慢慢削出,而是從一堆如麵粉般細緻的鈦粉長出來。主要是蘋果正在把 3D 列印正式推入主流消費性電子產品的量產線,不是展示概念、不是製作原型,而是實打實出現在每一位 Apple Watch 使用者手上。

一覽蘋果靠3D列印Apple Watch鈦金屬製造背後技術與秘辛

從減法到加法,蘋果為什麼要改變金屬製造邏輯?

長久以來,金屬加工都是一道把多餘的切掉的工序,即便是輕量、堅固、抗腐蝕的鈦金屬,在傳統 CNC 加工中也相當麻煩,容易導致刀具磨損快、成形時間長,複雜結構甚至得先打造巨大的鍛造件,再慢慢雕刻成出想要的形狀,這種方式雖然精密,但材料浪費與加工耗時都極高。

如今蘋果轉向 3D列印積層製造技術,不是透過削而是堆,將材料一層堆一層,直到形成最終結構,就像製作蛋糕時一圈圈擠出裝飾花紋,這項工藝也能夠使用更少浪費、更自由的設計空間,以及能夠讓鈦金屬加工變得更高效。

從減法到加法,蘋果為什麼要改變金屬製造邏輯?

蘋果能夠將這想工藝推到量產規模,也算是極少數企業敢挑戰,而最新 Apple Watch 鈦金屬錶殼也就是被列印出來。

Apple Watch鈦金屬錶殼是如何用3D列印?

那到底 Apple Watch 鈦金屬錶殼是怎麼透過列印技術來產出?蘋果也揭開整個量產幕後設計,製程最初是從一批經過特殊處理的回收鈦粉開始,蘋果為此調整霧化流程、降低氧含量,避免鈦在高溫下的活躍反應引發意外。

接著,印表機內的振鏡系統啟動 6 束雷射,像 6 支極細的畫筆,在每層粉末中描出錶殼的橫截面,先列印一層在平台下降 60 微米(約一根頭髮的厚度)。

Apple Watch鈦金屬錶殼是如何用3D列印 1

再鋪上新粉末,最後再融化下一層,過程重複約 900 次,錶殼的雛形就會從粉末堆中浮現。

Apple Watch鈦金屬錶殼是如何用3D列印 2

後續工程師利用真空吸取與超音波振動設備,將殘餘粉末徹底清除,讓所有粉末皆可回收再利用。

Apple Watch鈦金屬錶殼是如何用3D列印 3

進入到半成品後,利用鑽石線鋸從底板上切下,並進入後續加工流程。

Apple Watch鈦金屬錶殼是如何用3D列印 4

看不見的關鍵:後處理才是決定成品質感的勝負手

雖然 3D 列印讓結構更精巧、效率更高,但列印出的金屬表面並沒有 Apple Watch 該有的樣子,所以在後續加工處理也會是關鍵,要先經過 CNC 精修校正尺寸和細節,並且用噴砂/拋光塑造出錶殼質感,最後再注塑、零件整合和表面處理。

看不見的關鍵:後處理才是決定成品質感的勝負手

對於 Apple Watch Ultra 外殼硬度,過去 iFixit 拆解透過顯微鏡發現有見微弱的堆疊紋,同時也在硬度測試中可達莫氏硬度 6 級,比早期 Ultra 系列僅有硬度 5 級更耐刮。

看不見的關鍵:後處理才是決定成品質感的勝負手 1

3D列印不是省成本,而是蘋果的碳排秘密武器

通常大多數人都不會在意 Apple Watch Ultra 錶殼究竟是怎麼做的,更會誤認為這樣是為了省成本,但實際上蘋果改用 3D 列印主要目的是為了減碳。

蘋果設定在 2015 年為基準,要在 2030 年實現碳中和,目前蘋果已完成約 60% 的碳減排,但越往後越難,能夠達成碳排減量,而 3D 列印剛好能同時改善三大面向:

  • 材料使用降低約 50%
  • 100% 鈦粉可回收循環使用
  • 減少大型鍛造設備的能源消耗
3D列印不是省成本,而是蘋果的碳排秘密武器

根據蘋果推估,光是採用這項 3D 列印製程,就能節省超過 400 公噸的原鈦材料。

通常這些看似微小的改變,要是在每年數千萬件的產品規模下,將會累積成巨大的碳排差距,就連蘋果環境與供應鏈創新副總裁 Sarah 表示,減碳不是不得不做,而是我們要主動贏下來的技術戰。

從 MacBook Unibody 到金屬 3D 列印:蘋果再度推動製造進化

2008 年蘋果以 CNC 打造一體成形的 MacBook Unibody,開啟全球製造業的一場革命,如今蘋果再次將 3D 列印從試驗室推進真正量產,並驗證金屬增材製造也能滿足消費電子對精度、光潔度、耐用性和量產穩定性要求。

這也讓其他 OEM 廠商也開始跟進,將會形成一個新製造趨勢與發展方向。

從 MacBook Unibody 到金屬 3D 列印:蘋果再度推動製造進化

那到底 3D 列印有什麼好處?對蘋果來說使用 3D 列印不只是效率,而且還包括設計自由度都會有明顯提升,像是輕量化晶格結構,以及能夠製造出一體成形的中空通道,甚至連傳統 CNC 無法製造的複雜過渡曲面都有辦法處理。

3D列印將是蘋果下一個公藝製造的新世代

蘋果此次將 3D 列印首度導入 Apple Watch Ultra 和 iPhone Air 產品,不只是製造工藝的升級,更為未來的設計可能性開了一道閘門。

如果說 Unibody 曾改寫金屬加工的遊戲規則,那麼如今蘋果在鈦金屬 3D 列印上的突破,很可能是下一場製造革命的起點。

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