一切始於天馬行空的構(gòu)想：一直用於製作產(chǎn)品原型的 3D 打印技術(shù)，倘若可用於創(chuàng)製數(shù)以百萬(wàn)計(jì)由優(yōu)質(zhì)再生金屬製成、外觀一致且符合 Apple 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的錶身，會(huì)是怎樣的一番景象？
Apple 產(chǎn)品設(shè)計(jì)副總裁 Kate Bergeron 表示：「這不僅僅是構(gòu)想，而是我們渴望化為現(xiàn)實(shí)的構(gòu)思。當(dāng)我們想起此問(wèn)題後，便立即開(kāi)始測(cè)試。我們必須經(jīng)持續(xù)製作產(chǎn)品原型、改良程序和收集海量數(shù)據(jù)，證明此技術(shù)能夠滿足我們所要求的高質(zhì)素標(biāo)準(zhǔn)。」
今年，所有 Apple Watch Ultra 3 與鈦金屬 Apple Watch Series 11 錶殼均採(cǎi)用 100% 航天工業(yè)級(jí)再生鈦金屬粉，以 3D 打印技術(shù)創(chuàng)製，得以如此規(guī)模達(dá)成此番成果，過(guò)往被認(rèn)定為不可能的，現(xiàn)可謂一大創(chuàng)舉。Apple 每一團(tuán)隊(duì)均為此共同目標(biāo)努力。Apple Watch Series 11 的拋光鏡面外觀必須亮麗無(wú)瑕；Apple Watch Ultra 3 則需保持耐用、輕巧，以滿足日常探險(xiǎn)迷需求。兩款產(chǎn)品均須在不犧牲效能表現(xiàn)下，再減低對(duì)地球的影響，且採(cǎi)用相同或更優(yōu)質(zhì)物料。
Apple 環(huán)境與供應(yīng)鏈創(chuàng)新副總裁 Sarah Chandler 表示：「在 Apple，環(huán)保是每一團(tuán)隊(duì)的核心價(jià)值。我們深知 3D 打印技術(shù)能夠大大提升物料使用效率，對(duì)達(dá)成 Apple 2030 非常重要。」
Apple 2030 是公司一大積極進(jìn)取的目標(biāo)，旨在 2030 年前將整體碳足印減至淨(jìng)零，包括生產(chǎn)供應(yīng)鏈及產(chǎn)品的完整生命週期，目前，用於創(chuàng)製 Apple Watch 的所有電力，全來(lái)自風(fēng)力與太陽(yáng)能等可再生能源。
運(yùn)用 3D 打印積層製造程序，逐層打印產(chǎn)品，直至物件盡其可能接近最終所需形狀。過(guò)往的鍛造加工零件採(cǎi)用減材製造程序，需要削走大量物料。此一轉(zhuǎn)變讓 Apple Watch Ultra 3 和 Apple Watch Series 11 鈦金屬錶殼與上幾代相比，只需運(yùn)用一半原材料。
Sarah Chandler 解釋指：「原材料使用量減一半是一大創(chuàng)舉，過(guò)往同樣的材料量，只夠創(chuàng)製一隻 Apple Watch，現(xiàn)可創(chuàng)製兩隻。
當(dāng)你回頭檢視相關(guān)影響，所節(jié)省的地球資源量非常驚人。」
據(jù) Apple 估計(jì)，單單此一新程序，今年可節(jié)省逾 400 公噸鈦金屬原料。
過(guò)去十年間，Apple 持續(xù)探索 3D 打印技術(shù)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)亦開(kāi)始蓬勃發(fā)展。在醫(yī)院實(shí)驗(yàn)室，醫(yī)生運(yùn)用第一批 3D 打印義肢與人工器官；甚至在地球大氣層之外，太空人於國(guó)際太空站上亦體驗(yàn)到以 3D 打印重要工具的速度與便利。
Apple Watch 與 Vision 製造設(shè)計(jì)高級(jí)總監(jiān) Dr. J Manjunathaiah 表示：「我們留意到此一技術(shù)已轉(zhuǎn)趨成熟一段長(zhǎng)時(shí)間，其產(chǎn)品原型亦更貼近我們的設(shè)計(jì)理念。使用較少物料製造產(chǎn)品一直是我們的目標(biāo)。過(guò)往，我們無(wú)法以 3D 打印技術(shù)大量創(chuàng)製外觀零件，因此，我們開(kāi)始試用 3D 打印金屬創(chuàng)製外觀零件。」
對(duì) Apple 而言，功能、美感與耐用度是基本要求。此外，亦需要兼顧生產(chǎn)規(guī)模能力、嚴(yán)格的可靠度測(cè)試、效能表現(xiàn)，甚至材料科學(xué)方面的突破，同時(shí)確保 Apple 在實(shí)現(xiàn)其 2030 年除碳目標(biāo)方面不會(huì)落後。
俯瞰過(guò)程，一排排方塊有如以白色 Lego 砌成的摩天大樓般，從地面凸起，日以繼夜運(yùn)作。
此為全力創(chuàng)製 Apple Watch Ultra 3 與 Apple Watch Series 11 鈦金屬錶殼的 3D 打印機(jī)。
每部機(jī)器均配備一個(gè)裝有六支鐳射激光器的電流計(jì)，所有鐳射激光器同步運(yùn)作，層層堆疊反覆逾 900 次，以完成一個(gè)錶殼。 然而，打印開(kāi)始前，原始鈦金屬須先經(jīng)霧化轉(zhuǎn)化為粉末，此過(guò)程需精確微調(diào)當(dāng)中含氧量，以降低鈦金屬受熱時(shí)容易爆炸的特性。
Kate Bergeron 表示：「此為頂尖材料科學(xué)?！?/div>
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Dr. J Manjunathaiah 解釋道：「所用粉末直徑必須為 50 微米，相當(dāng)於極細(xì)沙粒。鐳射激光照射時(shí)，粉末含氧與否，會(huì)呈現(xiàn)截然不同的反應(yīng)。因此，我們必須設(shè)法維持低含氧量?！?/div>
Kate Bergeron 補(bǔ)充：「每層厚度要精準(zhǔn)控制為 60 微米，意味須以極精細(xì)的刮刀，將粉末均勻鋪展。
速度上，為確保生產(chǎn)規(guī)模，我們必須盡可能地快速；為確保精準(zhǔn)度，我們又必須盡可能地慢。
如此一來(lái)，我們既能顧及效率，又能達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)?！?/div>
打印機(jī)完成工作後，操作人員會(huì)以真空吸走打印底板上的多餘粉末，過(guò)程稱為「粗略除粉」(Rough Depowdering)。由於所打印的成品已接近錶身所需的最終形狀，包括所有連接位，因此粉末仍可能會(huì)殘留在錶身的縫隙與角落中。在及後的「精細(xì)除粉」(Fine Depowdering) 程序中，超聲波振動(dòng)清洗機(jī) (Ultrasonic Shaker) 可確保去除殘留粉末。
在切割過(guò)程 (Singulation)中，一條幼細(xì)通電金屬線會(huì)切割各個(gè)錶殼，同時(shí)噴灑液體冷卻劑，保持低溫切割。隨後，自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng) (Automated Optical Inspection) 測(cè)量每一錶殼，檢查其尺寸與外觀準(zhǔn)確與否。此為質(zhì)素檢查最後一步，確保錶身可步入最後加工程序。
Kate Bergeron 表示：「機(jī)械工程師可說(shuō)是世上最厲害的拼圖高手。他們負(fù)責(zé)將電路板、顯示器、電池等所有在最終組裝時(shí)要放入錶殼的零件，一一放入錶身。我們會(huì)在過(guò)程中反覆測(cè)試，確保手錶功能正常；然後安裝軟件，運(yùn)行一段時(shí)間，確保所有功能符合我們的要求?！?/div>
3D 打印技術(shù)所帶來(lái)的另一重要設(shè)計(jì)改良，是得以在傳統(tǒng)鍛造工藝過(guò)往無(wú)法加工的位置上列印紋理。對(duì) Apple Watch 而言，此意味得以改良流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)型號(hào)天線結(jié)構(gòu)的防水程序。流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)型號(hào)的錶殼內(nèi)部有一塑膠隔層，以提供天線功能。經(jīng)在金屬內(nèi)表面以 3D 打印製作特定紋理，讓 Apple 大大提升塑膠與金屬之間的黏合效果。
要拼好以上「拼圖」，實(shí)現(xiàn)此技術(shù)，經(jīng)歷數(shù)年研發(fā)旅程：始於一系列示範(fàn)與概念驗(yàn)證，從特定合金成分到打印過(guò)程本身，不斷改良調(diào)整工序。
在先前的產(chǎn)品系列作小規(guī)模測(cè)試後，團(tuán)隊(duì)更有信心應(yīng)對(duì)鈦金屬加工程序中的獨(dú)特挑戰(zhàn)。
Kate Bergeron 表示：「我們力求循序漸進(jìn)、聚沙成塔，為得以邁出下一步做好準(zhǔn)備。此技術(shù)讓我們的設(shè)計(jì)比以往更靈活。如今，我們已成功突破，得以經(jīng)真正可持續(xù)方式大規(guī)模生產(chǎn) Apple Watch，同時(shí)符合我們對(duì)外觀和結(jié)構(gòu)的要求，未來(lái)的可能可謂無(wú)限?！?/div>
此靈活設(shè)計(jì)亦帶來(lái)另一 Apple Watch 以外的優(yōu)勢(shì)：全新 iPhone Air 的 USB-C 連接埠。以相同再生鈦金屬粉經(jīng) 3D 打印技術(shù)製成的全新鈦金屬連接埠，Apple 得以創(chuàng)製極致纖薄卻堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì)。
當(dāng)物理定律、材料創(chuàng)新、非凡設(shè)計(jì)，以及對(duì)環(huán)境堅(jiān)定不移的承諾完美契合時(shí)，如此奇蹟應(yīng)運(yùn)而生。
Sarah Chandler 表示：「我們傾盡全力推動(dòng)系統(tǒng)變革。我們做事絕非一蹴而就，而是力求讓其成為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的準(zhǔn)則。我們始終秉持的理念是設(shè)計(jì)對(duì)人類和地球更好的產(chǎn)品。當(dāng)我們齊心協(xié)力，在設(shè)計(jì)、製造和環(huán)境目標(biāo)方面毫不妥協(xié)地創(chuàng)新時(shí)，其帶來(lái)的益處將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們想像?！?/div>
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