對(duì)于3D打印技術(shù)的應(yīng)用，人們通常追求的是“做出傳統(tǒng)工藝做不出的結(jié)構(gòu)”。晶格點(diǎn)陣、拓?fù)鋬?yōu)化、異形流道，這些標(biāo)簽幾乎是3D打印的默認(rèn)敘事。

但蘋(píng)果等3C行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，追求的卻是另一外一條路——“要做的和傳統(tǒng)工藝一樣好”。

一樣光滑、一樣精致、一樣耐用，越看不出是3D打印的，“蘋(píng)果們”就越滿(mǎn)意。但要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要花多少心思呢？

答案就藏在兩位蘋(píng)果高管近日披露的工程細(xì)節(jié)里。

3D打印技術(shù)參考注意到，蘋(píng)果公司硬件工程副總裁Kate Bergeron和環(huán)境與供應(yīng)鏈創(chuàng)新副總裁Sarah Chandler，公布了3D打印手表表殼制造工藝的更多細(xì)節(jié)，釋放了關(guān)于蘋(píng)果對(duì)材料獲取、打印后更多流程的信息。

蘋(píng)果公司的目的就是要打造與以往Apple Watch完全相同的美學(xué)效果。

過(guò)去，Apple Watch表殼采用減材制造工藝，從鍛造的金屬坯料開(kāi)始，通過(guò)銑削技術(shù)最終達(dá)到所需的形狀。這會(huì)導(dǎo)致大量的加工時(shí)間，并且在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的材料浪費(fèi)。

然而，3D打印是逐層構(gòu)建外殼的，最終成品所需的材料和能源顯著減少。但3D打印存在的問(wèn)題也很明顯——肉眼可見(jiàn)的層紋、效率、成本以及良品率。

那么蘋(píng)果公司是如何在保證質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的呢？

從材料獲取到打印及精加工

從宏觀層面來(lái)看，蘋(píng)果的鈦金屬表殼采用的是成熟的激光粉末床熔融（LPFB）3D打印工藝。對(duì)于表殼而言，需要打印900 多層，花費(fèi)20小時(shí)，然后進(jìn)行最終的機(jī)械加工和精加工步驟。

?? 關(guān)于再生材料的獲取

蘋(píng)果指出，其表殼制造使用了100%回收鈦再造的金屬粉末，而采購(gòu)再生鈦金屬卻并非易事。由于蘋(píng)果的生產(chǎn)規(guī)模龐大，再生金屬必須從多個(gè)外部供應(yīng)商采購(gòu)。Bergeron透露，通過(guò)這條供應(yīng)鏈，他們將5級(jí)鈦廢料轉(zhuǎn)化為了含氧量更低的23級(jí)鈦，這得益于公司在鋁合金領(lǐng)域積累的經(jīng)驗(yàn)。

在3D打印過(guò)程中，氧含量會(huì)增加，最終成品表殼實(shí)際上呈現(xiàn)出5級(jí)鈦金屬的特性。而5級(jí)鈦合金，實(shí)際上是傳統(tǒng)制表行業(yè)使用的鈦金屬。

?? 關(guān)于效率與成本的平衡

在3D打印過(guò)程中，鈦粉的鋪粉厚度是60微米，采用6激光進(jìn)行粉末熔融。筆者對(duì)此過(guò)程有了新的體會(huì)，大層厚工藝意味著高效率，但制造精度相比低層厚會(huì)稍有遜色，但高效率也降低了總成本。

?? 清粉只是打印后的環(huán)節(jié)之一

打印完成后，利用加壓氬氣和超聲波振動(dòng)器將殘留在外殼各個(gè)細(xì)小縫隙中的殘余鈦粉徹底清除。在這兩個(gè)清粉步驟中，鈦粉都會(huì)被回收利用，用于后續(xù)的打印。

精細(xì)脫粉步驟使用超聲波振蕩器去除殘留粉末

這些表殼以豎直的對(duì)角線方向打印在打印平臺(tái)上，每個(gè)表殼都立于其一個(gè)角上，并通過(guò)打印件本身自帶的支撐底座固定。然后完成線切割，得到Apple Watch 表殼的雛形。

但這還不是全部流程，每個(gè)表殼都會(huì)被刻上條形碼以進(jìn)行追溯，并且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)驗(yàn)證每個(gè)表殼在尺寸和外觀方面是否符合質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

條形碼的刻印過(guò)程以及隨后的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)

?? 表殼流轉(zhuǎn)至傳統(tǒng)加工廠

這些步驟完成后，表殼將離開(kāi)3D打印供應(yīng)商，運(yùn)往傳統(tǒng)的表殼制造廠，這些工廠專(zhuān)門(mén)從事CNC加工和表面處理工藝，就像之前鍛造的Apple Watch表殼在這些步驟中一樣。

正是這些最后步驟，將3D打印表殼粗糙的表面呈現(xiàn)出噴砂或拋光效果，與以往的樣品相同。對(duì)于完全拋光的Series 11表殼，每個(gè)表殼都要經(jīng)過(guò)熱等靜壓處理，該處理可以有效地密封表殼上的毛孔，并為最終拋光做好準(zhǔn)備。

意義比想象中更大

對(duì)于如此重要的工程而言，這些變化對(duì)佩戴者來(lái)說(shuō)幾乎難以察覺(jué)，表殼外觀并未體現(xiàn)出制造工藝的特殊之處。

但Bergeron指出，新的3D打印結(jié)構(gòu)融入了傳統(tǒng)數(shù)控加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)特征?！澳憧梢韵胂?，無(wú)論選擇哪種制造技術(shù)，都會(huì)受到一定的限制，而我們通過(guò)在金屬中添加一些額外的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了天線窗口的成型和防水密封，這些是傳統(tǒng)機(jī)械加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。”

然而，當(dāng)我們考慮更廣泛的背景時(shí)，一些更重要的意義就顯現(xiàn)出來(lái)了。Chandler解釋道，“我覺(jué)得我們可能低估了材料用量減半所帶來(lái)的影響，這是巨大的突破。通常情況下，材料效率提高5%我都會(huì)非常興奮。即使3D打印技術(shù)已經(jīng)成熟，人們?nèi)匀徽J(rèn)為無(wú)法使用回收的鈦粉進(jìn)行打印。但這是為什么呢？”

Bergeron表示，蘋(píng)果的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)就像一項(xiàng)極限團(tuán)隊(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)一個(gè)團(tuán)隊(duì)遇到難題時(shí)，其他團(tuán)隊(duì)會(huì)齊心協(xié)力解決問(wèn)題。設(shè)計(jì)師、工程師和材料科學(xué)家必須與制造和運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)以及其他團(tuán)隊(duì)緊密合作，才能攻克這個(gè)難題。

誠(chéng)然，傳統(tǒng)手表品牌宣傳使用回收金屬制造表殼，但由于產(chǎn)量相對(duì)較小，實(shí)際對(duì)環(huán)境的影響微乎其微，這種做法越來(lái)越被質(zhì)疑，被視為一種“綠色營(yíng)銷(xiāo)”。

然而，蘋(píng)果公司的運(yùn)營(yíng)規(guī)模要大得多，而且當(dāng)回收金屬與效率更高的3D打印工藝相結(jié)合時(shí)，這些數(shù)字的意義就完全不同。僅2025年一年，蘋(píng)果公司就預(yù)計(jì)通過(guò)采用新工藝節(jié)省了超過(guò)400噸鈦原料，這相當(dāng)可觀。

Series 11仍然保留了2014年初代Apple Watch的許多視覺(jué)特征，但全新的全規(guī)模制造工藝為設(shè)計(jì)者在造型方面提供了更大的自由度。這種自由度或許會(huì)帶來(lái)意想不到的發(fā)現(xiàn)，甚至可能激發(fā)制表師們值得借鑒的靈感。隨著表殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加精巧，以及更多傳統(tǒng)制表師采用這些新一代工藝，機(jī)械機(jī)芯的設(shè)計(jì)是否也會(huì)發(fā)生變化呢。

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

歡迎轉(zhuǎn)發(fā)

1.

2.

3.

4.