蘋果發(fā)文闡述：鈦合金3D打印為什么是表殼的制造答案

AM易道深度快訊

本文基于蘋果官方發(fā)布的3D打印文章撰寫。

這篇文章對于3D打印從業(yè)者來說可能技術(shù)深度稍顯不足，但其價(jià)值在于其用極其通俗易懂的語言向所有關(guān)注蘋果的用戶講清楚了：

為什么鈦合金3D打印是蘋果手表的制造答案。

一年節(jié)省400噸鈦金屬，材料利用率直接提升50%，這是蘋果2025年用3D打印生產(chǎn)Apple Watch表殼交出的成績單。

這個(gè)數(shù)字對金屬增材制造行業(yè)意味著什么？

這是金屬3D打印真正跨過消費(fèi)品量產(chǎn)門檻的標(biāo)志性事件。

當(dāng)一項(xiàng)技術(shù)能夠支撐數(shù)百萬量級的精密結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)，且在表面質(zhì)量、尺寸精度、批次一致性上達(dá)到消費(fèi)電子標(biāo)準(zhǔn)，那些困擾行業(yè)多年的問題:

成本、速度、穩(wěn)定性。

顯然已經(jīng)有了系統(tǒng)性解決方案。

但這條生產(chǎn)線不是一夜之間建成的。

蘋果從十年前就開始實(shí)驗(yàn)金屬3D打印，在之前的產(chǎn)品代次中小規(guī)模驗(yàn)證，一步步把工藝參數(shù)摸透，才有了今天百萬級的產(chǎn)能。

此前3D打印一直做不了大規(guī)模的外觀件，因?yàn)楸砻尜|(zhì)量和批次一致性達(dá)不到消費(fèi)電子標(biāo)準(zhǔn)，這次蘋果真正突破了這道關(guān)口。

這篇文章會(huì)拆解蘋果這條生產(chǎn)線背后的技術(shù)細(xì)節(jié)，從粉末制備到后處理的每一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，以及這些參數(shù)選擇背后的工程邏輯。

50微米粉末

蘋果這次用的是100%回收的航空級鈦合金粉末，粒徑控制在50微米。這個(gè)數(shù)字不是隨便定的。

金屬粉末的粒徑直接決定了打印精度和表面質(zhì)量。粉末太粗，層與層之間的結(jié)合不夠致密，容易產(chǎn)生孔隙;

太細(xì)，流動(dòng)性變差，鋪粉不均勻，激光熔融時(shí)也更容易氧化。

50微米是一個(gè)在流動(dòng)性、堆積密度和熔融效果之間找到平衡點(diǎn)的尺寸。

但鈦粉有個(gè)麻煩的特性：

高溫下遇氧易爆。

蘋果的材料團(tuán)隊(duì)花了大量精力降低粉末的氧含量。

文檔里提到，氧含量的高低會(huì)直接影響激光照射時(shí)粉末的行為表現(xiàn)。

這背后其實(shí)是一套復(fù)雜的粉末冶金工藝：

從鈦錠霧化成粉末的過程中，需要在惰性氣氛下操作，嚴(yán)格控制冷卻速率和氣體純度，才能把氧含量壓到安全范圍。

蘋果選擇100%回收粉末，意味著他們的供應(yīng)鏈已經(jīng)建立起閉環(huán)回收和再生系統(tǒng)，這對減少原料成本和環(huán)境負(fù)荷都至關(guān)重要。

60微米層厚

每一層的厚度是60微米，這是蘋果在速度和精度之間找到的最優(yōu)解。

這個(gè)平衡點(diǎn)是通過持續(xù)的原型測試和海量數(shù)據(jù)采集找到的，每一個(gè)參數(shù)背后都有完整的工藝數(shù)據(jù)庫支撐。

層厚越薄，打印精度越高，表面質(zhì)量越好，但時(shí)間成本呈線性增長。

鋪粉系統(tǒng)需要用刮刀精確地把粉末"刮"成均勻的60微米厚度，這對鋪粉機(jī)構(gòu)的機(jī)械精度和控制系統(tǒng)要求極高。

6激光同步作業(yè)

這是這條生產(chǎn)線最值得關(guān)注的設(shè)計(jì)：

每臺設(shè)備配備一個(gè)振鏡系統(tǒng)，內(nèi)置六束激光，同時(shí)工作，逐層構(gòu)建表殼。

多激光并行是提升效率的必然選擇。

但文章并沒有闡述蘋果是否使用了激光搭接；

如果不使用搭接，為什么一定是6激光？

這些行業(yè)關(guān)注的問題，蘋果并沒有在這篇文章解答。

近凈成形

3D打印最大的優(yōu)勢是增材制造，按需添加材料，而不是像傳統(tǒng)機(jī)加工那樣從一大塊金屬上削掉大部分。

蘋果這次實(shí)現(xiàn)的是近凈成形，打印出來的表殼已經(jīng)非常接近最終形狀，所有互鎖結(jié)構(gòu)、天線槽位都直接成型。

傳統(tǒng)的鍛造+機(jī)加工工藝，需要從一塊厚重的鈦合金板材上銑削出表殼的形狀，材料利用率通常只有30%-40%，剩下的都變成切屑廢料。

蘋果通過3D打印把材料利用率提升到50%以上，相當(dāng)于同樣的鈦金屬原料可以做出兩倍數(shù)量的表殼。

400噸的年節(jié)省量，按照當(dāng)前鈦合金粉末的市場價(jià)格估算，單材料成本節(jié)省就在千萬美元級別，這還不算減少機(jī)加工工序帶來的設(shè)備、人工和能耗節(jié)省。

更關(guān)鍵的是，近凈成形讓蘋果能夠?qū)崿F(xiàn)一些傳統(tǒng)工藝做不到的設(shè)計(jì)。

比如蜂窩天線外殼內(nèi)側(cè)的特殊紋理，這種微米級的表面結(jié)構(gòu)能夠改善塑料與金屬的結(jié)合強(qiáng)度，提升防水性能。

鍛造模具做不出這種細(xì)節(jié)，機(jī)加工也無法觸及，只有3D打印的逐層構(gòu)建方式能夠?qū)崿F(xiàn)。

去粉與分離

打印完成后，表殼還埋在一堆粉末里，這些粉末需要徹底清理干凈。

粗去粉階段，操作員用真空系統(tǒng)把成型平臺上的松散粉末吸走。

但表殼的內(nèi)腔、縫隙里還有殘留，這時(shí)候需要超聲波振動(dòng)器。

超聲波的高頻振動(dòng)讓粉末從細(xì)小的角落脫落，這個(gè)過程叫精細(xì)去粉。

去粉看似簡單，實(shí)際上對設(shè)備和工藝控制要求很高。

粉末清理不干凈，會(huì)影響后續(xù)的熱處理和表面處理；

分離過程用的是線切割，一根極細(xì)的帶電金屬絲在冷卻液的輔助下，把表殼從成型平臺上切割下來。

這個(gè)過程需要控制熱量，避免切割產(chǎn)生的高溫影響表殼的微觀組織。冷卻液不僅降溫，還能把切割產(chǎn)生的金屬顆粒沖走，保證切割面的質(zhì)量。

切割完成后，自動(dòng)化光學(xué)檢測系統(tǒng)會(huì)對每個(gè)表殼進(jìn)行尺寸和外觀檢查，確保符合設(shè)計(jì)要求。

這是進(jìn)入最終組裝前的最后一道質(zhì)量關(guān)口。

表面處理：從粗糙到鏡面的跨越

金屬3D打印的一個(gè)普遍問題是表面粗糙度較高，這是由粉末顆粒和逐層堆積的特性決定的。

蘋果的Series 11需要鏡面拋光效果，Ultra 3要保持啞光質(zhì)感，這對表面處理提出了極高要求。

文檔里強(qiáng)調(diào)，Series 11的鏡面效果必須完美無瑕。

從Ra值在幾十微米的打印表面，拋光到鏡面，這中間需要多道研磨、拋光工序，每一道都要精確控制研磨材料、壓力和時(shí)間。

Ultra 3的表面處理則是另一種思路，保留一定的粗糙度以營造運(yùn)動(dòng)表的硬朗風(fēng)格，但同時(shí)要確保耐腐蝕性和抗劃傷能力。

這可能涉及到噴砂、化學(xué)處理或者氧化等表面強(qiáng)化技術(shù)。

不同的表面效果，對應(yīng)著不同的后處理工藝鏈。

蘋果能夠在量產(chǎn)狀態(tài)下穩(wěn)定輸出兩種截然不同的表面質(zhì)量，說明他們的后處理體系已經(jīng)高度模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。

防水密封：3D打印解鎖的新設(shè)計(jì)

蜂窩版Apple Watch需要在表殼內(nèi)部填充塑料以實(shí)現(xiàn)天線功能，塑料與鈦金屬的結(jié)合質(zhì)量直接影響防水性能。

蘋果利用3D打印在表殼內(nèi)表面打印出特定的微紋理，這些紋理增加了塑料與金屬的接觸面積和機(jī)械咬合力，提升了結(jié)合強(qiáng)度。

傳統(tǒng)鍛造工藝的模具無法在內(nèi)表面制造如此精細(xì)的紋理，機(jī)加工刀具也觸及不到這些位置。

3D打印，能在需要的位置和方向上比較自由的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)。

這個(gè)細(xì)節(jié)看似不起眼，但它揭示了3D打印在功能性設(shè)計(jì)上的獨(dú)特價(jià)值：

不僅是造型自由，更是在零件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝做不到的功能優(yōu)化。

這才是增材制造真正的競爭力所在。

iPhone Air的USB-C接口：技術(shù)溢出效應(yīng)

蘋果把這套3D打印鈦合金的技術(shù)應(yīng)用到了iPhone Air的USB-C接口上，用同樣的回收鈦粉打印出接口的金屬外殼，支撐起超薄機(jī)身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

這是一個(gè)很有意思的技術(shù)擴(kuò)散案例。

從Apple Watch表殼到iPhone接口，蘋果正在把3D打印從單一產(chǎn)品線擴(kuò)展到更多產(chǎn)品。

這種技術(shù)復(fù)用能夠攤薄研發(fā)成本，提高設(shè)備利用率，形成規(guī)模效應(yīng)。

量產(chǎn)不再是神話

蘋果這條生產(chǎn)線給金屬增材制造行業(yè)帶來的最大啟示是：

消費(fèi)電子級別的量產(chǎn)已經(jīng)不是技術(shù)幻想，而是工程現(xiàn)實(shí)。

但蘋果用百萬級的表殼產(chǎn)量證明，只要工藝參數(shù)調(diào)得足夠精細(xì)，設(shè)備穩(wěn)定性控制得足夠好，后處理體系足夠成熟，3D打印完全可以進(jìn)入大批量生產(chǎn)的舞臺。

這對設(shè)備商、材料商、工藝服務(wù)商都是巨大的市場信號。

消費(fèi)電子是一個(gè)萬億級的市場，如果3D打印能夠在這個(gè)領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟，那么設(shè)備需求、材料需求、工藝開發(fā)需求都會(huì)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。

環(huán)境目標(biāo)與商業(yè)邏輯的統(tǒng)一

蘋果強(qiáng)調(diào)這次技術(shù)升級是為了實(shí)現(xiàn)Apple 2030碳中和目標(biāo)，400噸鈦金屬的節(jié)省對減少碳排放有顯著貢獻(xiàn)。

減少材料用量直接降低了成本，近凈成形減少了機(jī)加工環(huán)節(jié)的能耗和廢料處理成本，100%回收粉末降低了原材料采購壓力。

這些都是實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)收益。

蘋果的聰明之處在于，他們把環(huán)保作為技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力，而不是附加負(fù)擔(dān)。

未來的可能性：從表殼到更多

蘋果在文檔最后說，這次突破打開了無限的設(shè)計(jì)可能性。

當(dāng)金屬3D打印能夠在消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，那些曾經(jīng)受限于傳統(tǒng)工藝的設(shè)計(jì)想法就可以重新拿出來嘗試。

更復(fù)雜的散熱結(jié)構(gòu)，更輕量化的框架設(shè)計(jì)，更精細(xì)的功能集成，都有了實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)。

對于3D打印行業(yè)來說，蘋果這個(gè)案例向市場證明了一件事：

增材制造可以做到傳統(tǒng)制造做不到的事，而且可以做得更好、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保。

AM易道的思考

這篇文章拆解了蘋果3D打印鈦表殼的技術(shù)細(xì)節(jié)，從粉末到成品的每一個(gè)環(huán)節(jié)都有清晰的工程邏輯。

蘋果證明了增材制造：

能解決真實(shí)的工程問題，創(chuàng)造真實(shí)的商業(yè)價(jià)值。

這才是3D打印行業(yè)真正需要的敘事。

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