苹果开启消费电子量产新纪元，3D打印规模化制造钛金属表壳

今年9月初，苹果公司正式宣布在Apple Watch Series 11、Apple Watch Ultra 3及新款iPhone Air中应用金属增材制造技术。这是苹果公司首次确认使用金属增材制造技术，但当时并未说明具体采用何种增材制造工艺。

苹果公司已确认其手表外壳采用激光粉末床熔融增材制造技术

苹果现已确认，其表壳生产采用了激光粉末床熔融增材制造技术。在此前官网的一篇发布中，公司阐述了采用增材制造技术的考量。苹果公司表示：“这一切始于一个天马行空的想法：如果3D打印技术——这种历来用于制造原型的技术——能够被用来生产数百万个完全符合苹果设计标准、采用高质量回收金属且完全一致的表壳，会怎样？”

“这不仅仅是一个构想——它是一个渴望成为现实的构想，”苹果公司产品设计副总裁Kate Bergeron补充道，“一旦提出这个问题，我们立即开始对其进行测试。我们必须通过持续的原型制作、工艺优化和海量的数据收集来证明，这项技术能够满足我们所要求的高质量标准。”

所有Apple Watch Ultra 3和钛金属Apple Watch Series 11表壳均采用100%回收的航空级钛金属粉末通过增材制造而成。“苹果的每个团队都为一个共同的愿景全力以赴。Series 11的抛光镜面必须完美无瑕。Ultra 3则必须保持其耐用性与轻量化形态，以满足日常探险者的需求。两者都必须在不影响性能的前提下更利于地球环境，并使用同等或更优质的材料。”

“在苹果，每个团队都将环境保护视为核心价值，”公司环境与供应链创新副总裁Sarah Chandler表示，“我们深知3D打印是一项在材料效率方面极具潜力的技术，这对于实现‘Apple 2030’目标至关重要。”

“Apple 2030”是苹果公司旨在到2030年底在其整个价值链（包括制造供应链及产品全生命周期使用过程）实现碳中和的目标。目前，所有用于制造Apple Watch的电力均已来自风能、太阳能等可再生能源。

Apple Watch Series 11、Apple Watch Ultra 3（如上图所示）以及新款iPhone Air的USB-C接口均由钛金属通过增材制造而成

采用增材制造技术使苹果能够以最接近最终成品形状的方式生产部件。传统上，机加工锻造零件属于减材工艺，需要去除大量原材料。这一转变使得Ultra 3和Series 11钛金属表壳仅需使用前代产品一半的原材料。据苹果估算，仅因这项新工艺，今年全年就将节约超过400公吨的钛金属原材料。过去十年间，苹果报告称其一直在增材制造领域进行实验，当时该行业本身也刚起步。

“我们长期关注这项技术的成熟过程，目睹其原型制品越来越贴近我们的设计理念，”苹果公司Apple Watch与Vision产品制造设计高级总监J Manjunathaiah博士表示，“减少产品材料用量一直是我们的目标。此前，我们无法通过3D打印规模化生产外观部件，因此我们开始尝试用3D打印技术制造金属外观部件。”

每台增材制造设备使用六台激光器

增材制造设备
不出所料，苹果并未透露其增材制造部件的具体生产商。但公司透露，每台增材制造设备均配置了包含六组激光器的振镜系统，这些激光器同步工作，通过超过900层的逐层堆叠来完成单个表壳的制造。

关于所使用的钛金属材料，Manjunathaiah博士解释道：“粉末直径必须控制在50μm，这相当于极细的沙粒。当激光照射时，含氧量与不含氧量的粉末会呈现不同特性，因此我们必须找到将氧含量维持在低水平的方法。”

Bergeron补充说明：“将每层厚度精准设定为60μm，意味着需要对粉末进行极其精细的刮平操作。为了实现规模化生产，我们必须追求极限速度；而为了确保精度，又必须保持极限的细致。这种平衡让我们在实现高效生产的同时，仍能精准达成设计目标。”

制造完成后，剩余的粉末将被回收并重复利用

从构建平台取下后，系统会通过自动化光学检测设备对每个表壳进行测量，核查其尺寸精度与外观完整性。这是确保表壳进入最终处理环节前的最后一道质量关卡。

“机械工程师必须是全世界最擅长解决复杂拼图难题的人，”Bergeron进一步阐述道，“他们将电路板、显示屏、电池——所有最终组装时需要装入表壳的部件——进行精密整合。我们会在各环节进行测试以确保手表功能正常，随后载入软件并持续运行一段时间，验证所有功能是否均符合我们的标准。”

增材制造技术实现了在锻造工艺中无法完成的关键设计优化
 

增材制造的设计优势
增材制造实现的另一项关键设计突破，是在传统锻造工艺无法触及的位置增加了纹理结构。对于Apple Watch而言，这意味着能优化蜂窝网络型号天线基座的防水工艺。在表壳内部，蜂窝网络型号设有填充塑料的缝隙以实现天线功能，通过在金属内表面设计特定纹理，苹果实现了塑料与金属间更牢固的结合。

这种设计灵活性还为新款iPhone Air的USB-C接口带来了另一项优势。通过采用相同回收钛金属粉末增材制造出带有钛金属外壳的全新接口，苹果使其在达到极致纤薄的同时仍保持出色耐用性。

“我们对推动系统性变革抱有非凡的决心，”Chandler补充道，“我们从不为了单次尝试而行动——我们的目标是让这种方式成为整个系统未来的运作标准。我们的北极星始终是设计出对人类和地球更友好的产品。当我们在设计、制造和环境目标之间实现无妥协的创新协同时，所产生的效益将远超最初的想象。”