蘋果在產(chǎn)品制造領域再次引發(fā)關注,這次的主角是其應用于Apple Watch Ultra 3等產(chǎn)品的鈦金屬框架制造工藝。蘋果主動公開了采用全新“鈦金屬打印”工藝的消息,還為此專門推出宣傳視頻,這一舉措在行業(yè)內(nèi)激起層層漣漪。
從表面影響看,此次工藝升級似乎成效不彰。多數(shù)Apple Watch Ultra用戶并未察覺蘋果更換了制造工藝,更未感受到背后技術(shù)提升帶來的變化。然而,換個角度看,這種“用戶無感”恰恰凸顯了蘋果鈦金屬打印工藝的成功。該工藝在降低制造成本的同時,維持了產(chǎn)品性能,良品率大幅提升,原料浪費顯著減少,對于熟悉機械加工的人而言,這無疑是一項了不起的成就。
蘋果此次采用的“鈦金屬打印”雖屬增材制造范疇,但與大眾認知的3D打印技術(shù)大相徑庭。常見的3D打印技術(shù)主要有熱材料擠出打印(FDM)和光固化打印(SLA)兩種。FDM以一卷卷“塑料”條(如PLA)為耗材,通過加熱與冷卻固化;SLA則使用特殊光敏樹脂液,借助特定波長光線(通常為UV)照射固化,層層堆疊出模型。與FDM相比,SLA打印的模型細節(jié)保留更出色,但無論成型質(zhì)量多接近金屬,光固化模型本質(zhì)仍是聚合物結(jié)構(gòu),在強度、抗高溫、抗腐蝕等方面存在天然短板,僅適用于造型測試和裝配驗證,無法用于制造手機、手表外殼。
蘋果此次運用的是激光金屬熔融工藝(SLM),雖與光固化在外觀上有相似之處,但核心技術(shù)截然不同。該工藝的核心在于利用激光能量使金屬粉末熔融、堆疊成型。其原料是數(shù)十微米級的鈦金屬粉末,能量源自多臺高能激光器,最終產(chǎn)物是可加工的金屬結(jié)構(gòu)體。蘋果對鈦粉原料直徑進行限制,將每層打印厚度控制在60微米,多激光陣列同時打印,使鈦粉原料形成連續(xù)致密的金屬組織。
不過,金屬增材制造的“打印”只是第一步。打印出的鈦結(jié)構(gòu)件內(nèi)部存在少量孔隙和應力,需通過熱等靜壓進行致密化處理,使內(nèi)部組織接近鍛件;表面也需后續(xù)的CNC精加工和拋光。既然激光金屬熔融工藝如此復雜,蘋果為何仍將其應用于生產(chǎn)?今年所有Apple Watch Ultra 3和鈦殼S11表殼均采用該工藝制造,原因在于它能顯著降低生產(chǎn)過程中的材料浪費,提高良品率。
傳統(tǒng)鈦加工依賴鍛件成形,需從遠大于成品的坯料開始削減。鈦金屬切削難度大、導熱差,結(jié)構(gòu)復雜時,加工良品率會大幅下降。事實上,采用鈦金屬的數(shù)碼產(chǎn)品價格昂貴,不可控的加工成本是重要因素。而激光金屬熔融工藝在打印階段便完成大部分體積成型,材料利用率大幅提高。據(jù)蘋果介紹,該技術(shù)能節(jié)約50%原材料,今年已節(jié)約超過400噸鈦原料。該技術(shù)還能顯著提升鈦件加工良品率,后續(xù)CNC只需負責精度與表面質(zhì)量,加工風險降低。同時,它帶來了傳統(tǒng)工藝難以企及的設計自由度,以Apple Watch Ultra 3為例,復雜曲面在CNC體系中加工困難,而激光金屬熔融工藝讓特殊結(jié)構(gòu)得以實現(xiàn)。
那么,國產(chǎn)手機能否采用激光金屬熔融工藝呢?從能力上看,國產(chǎn)品牌完全具備條件。國內(nèi)增材制造產(chǎn)業(yè)鏈完整,從鈦粉霧化設備到激光金屬熔融成型機,再到后續(xù)五軸CNC、自動檢測等加工環(huán)節(jié),都具備規(guī)模化生產(chǎn)能力,不存在技術(shù)門檻。然而,對國產(chǎn)品牌而言,真正的難點在于量產(chǎn)體系。
蘋果一款智能手表銷量可達幾千萬臺,而安卓旗艦機更新快、SKU多、代工分散,能用該工藝的產(chǎn)品有限。若排產(chǎn)不足,制造成本將失控,性價比不如鍛造或CNC加工。安卓旗艦手機內(nèi)部功能競爭激烈,影像、轉(zhuǎn)軸、電池快充等都在爭奪預算,相比能直接改變體驗的升級,鈦中框的價值有限。不過,激光金屬熔融工藝除用于打印鈦中框,還可制造折疊屏手機轉(zhuǎn)軸關鍵部件,但轉(zhuǎn)軸部件產(chǎn)量難以分攤工藝成本。
盡管如此,對于立志沖擊高端市場的國產(chǎn)手機品牌,激光金屬熔融工藝仍是一條值得探索的技術(shù)路線。該工藝無鍛造、CNC加工的局限性,通用性強,既能制作手表外殼、鏡頭飾圈,也能打造屏幕轉(zhuǎn)軸甚至更大體積部件。
再看蘋果,盡管最新一季iPhone中僅iPhone Air保留鈦金屬中框,且沿用原因與產(chǎn)品立項時間有關,但蘋果對鈦金屬的追求不會止步。Apple Watch、iPad等“周邊產(chǎn)品”一直是蘋果的“試驗田”,是iPhone未來新技術(shù)的“測試平臺”。從工程角度,未來“折疊屏iPhone”大概率會采用鈦金屬保證機身與轉(zhuǎn)軸強度。結(jié)合激光金屬熔融工藝特點,鈦金屬在蘋果內(nèi)部還有更多應用可能。未來,鈦金屬可能更注重實用意義,如搭配回收鋁外殼,在轉(zhuǎn)軸、邊框中部、USB - C等特定位置打造鈦結(jié)構(gòu)件,為整體結(jié)構(gòu)補強或制造特殊部件。至于鈦中框是否會再次流行,目前尚難定論。有人喜愛不銹鋼、鈦金屬等高強度材料邊框,認為其高端耐用,但若在鈦件結(jié)構(gòu)補強下,鋁合金中框也能達到類似效果,“鋁鈦之爭”或許將不再重要。











