一切始於一個(gè)看似遙不可及的想法：3D 列印傳統(tǒng)上多用於製作原型，但能否運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)來生產(chǎn)數(shù)百萬完全符合 Apple 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、以高品質(zhì)再生金屬製成的錶殼？
Apple 產(chǎn)品設(shè)計(jì)副總裁 Kate Bergeron 表示：「這不只是個(gè)點(diǎn)子，而是一個(gè)渴望成真的想法。我們一提出這個(gè)問題，就立刻著手進(jìn)行測試。我們得透過不斷打樣、流程最佳化，以及大量的資料蒐集，證明這項(xiàng)技術(shù)足以達(dá)到我們對品質(zhì)的高標(biāo)準(zhǔn)?！?/div>
今年，所有 Apple Watch Ultra 3 和 Apple Watch Series 11 鈦金屬錶殼都以 100% 再生航太級(jí)鈦粉末 3D 列印製成，而能以如此規(guī)模達(dá)成這番成果，在以往被認(rèn)為是不可能的。Apple 的每個(gè)團(tuán)隊(duì)都為同一個(gè)目標(biāo)積極投入。Apple Watch Series 11 的拋光鏡面處理必須完美無瑕。Apple Watch Ultra 3 則必須維持耐用且輕量的特性，滿足日常探險(xiǎn)者的需求。兩者也都必須在不犧牲效能的前提下，更加環(huán)境友善，並採用相同或更高品質(zhì)的材料。
Apple 環(huán)保與供應(yīng)鏈創(chuàng)新副總裁 Sarah Chandler 表示：「Apple 每個(gè)團(tuán)隊(duì)都把環(huán)境視為核心價(jià)值。我們知道 3D 列印在材料效率方面具有極大潛力，而這對達(dá)成 Apple 2030 目標(biāo)非常重要?！?/div>
Apple 2030 是公司設(shè)定的積極目標(biāo)，要在 2030 年前，使整體足跡達(dá)到碳中和，涵蓋製造供應(yīng)鏈以及產(chǎn)品的整個(gè)使用生命週期。目前，用於製造 Apple Watch 的所有電力已全面來自風(fēng)能、太陽能等再生能源。
在 3D 列印的積層製程中，物件會(huì)一層又一層堆疊成形，直到最接近所需的最終形狀。傳統(tǒng)上，鍛造零件的加工是減材製程，需要將大量材料切削去除。這項(xiàng)轉(zhuǎn)變讓 Ultra 3 和 Series 11 的鈦金屬錶殼能比前一代減少一半的原物料使用量。
Chandler 解釋道：「減少 50% 是非常了不起的成就，代表用原本製作一只錶殼的材料，現(xiàn)在可以做出兩只。回頭檢視其影響，節(jié)省的地球資源是非常可觀的。」
Apple 推估，光是今年，這項(xiàng)新製程就可節(jié)省超過 400 公噸的原鈦材料。
過去十年期間，Apple 已著手進(jìn)行 3D 列印的實(shí)驗(yàn)，而整個(gè)產(chǎn)業(yè)才正要起飛。在醫(yī)院的實(shí)驗(yàn)室裡，醫(yī)師開始使用第一批 3D 列印義肢和人工器官；甚至在地球之外，太空人也在國際太空站上體驗(yàn)到 3D 列印關(guān)鍵工具的速度與便利。
Apple Watch 與 Vision 製造設(shè)計(jì)資深總監(jiān) J Manjunathaiah 博士表示：「我們觀察這項(xiàng)技術(shù)成熟的歷程已經(jīng)很長一段時(shí)間，也看到其原型愈來愈符合我們的設(shè)計(jì)。用更少的材料打造產(chǎn)品一直是我們的目標(biāo)。以往，我們無法以 3D 列印的方式大規(guī)模生產(chǎn)外觀組件。因此我們開始嘗試以 3D 列印金屬來製作外觀組件?！?/div>
對 Apple 而言，功能、美感和耐用度都是基本要求。再加上量產(chǎn)能力、嚴(yán)格的可靠度測試、效能，以及材料科學(xué)上的突破，同時(shí)也必須確保 Apple 不會(huì)在 2030 年的減碳目標(biāo)上退步。
從俯瞰角度，一排排方塊從地面凸起，就像白色的樂高摩天大樓，日以繼夜地運(yùn)作。這些就是為 Apple Watch Ultra 3 和 Series 11 建構(gòu)鈦金屬錶殼的 3D 列印機(jī)。
每臺(tái)機(jī)器都配備一個(gè)內(nèi)含六支雷射的檢流計(jì)，六支雷射會(huì)同時(shí)運(yùn)作，反覆堆疊超過 900 層，以完成一個(gè)錶殼。但在列印開始前，原鈦必須先霧化成粉末，而這個(gè)過程需要調(diào)整其中的含氧量，以降低鈦在受熱時(shí)容易爆炸的特性。
Bergeron 表示：「這是最尖端的材料科學(xué)?！?/div>
Manjunathaiah 解釋道：「粉末必須是 50 微米大小，就像非常細(xì)的沙子。雷射打在粉末上時(shí)，含氧與否會(huì)讓它的行為完全不同。所以我們必須找出如何讓含氧量保持在低水準(zhǔn)?！?/div>
Bergeron 補(bǔ)充道：「將每一層精準(zhǔn)控制在 60 微米厚，也就是說，要非常細(xì)緻地將粉末推展開來。我們必須速度盡快，以便達(dá)到量產(chǎn)；同時(shí)又要在操作上盡可能慢，以確保精準(zhǔn)。這讓我們得以顧及效率，同時(shí)達(dá)成設(shè)計(jì)方面的要求?！?/div>
列印機(jī)完成作業(yè)後，操作人員會(huì)先將多餘的粉末從成形板上以真空方式吸除，這個(gè)步驟稱為粗略除粉 (rough depowdering)。由於列印的成品已接近錶殼所需的最終形狀，包含所有連接處，因此粉末仍可能殘留在錶殼的細(xì)縫與角落中。在精細(xì)除粉 (fine depowdering) 階段，超音波振動(dòng)器會(huì)協(xié)助將這些殘留粉末完全清除。
在分離 (singulation) 過程中，一條細(xì)細(xì)的帶電金屬線會(huì)將各個(gè)錶殼鋸切分開，同時(shí)會(huì)噴灑冷卻液，以維持切割過程中的低溫。接著，自動(dòng)光學(xué)檢測系統(tǒng)會(huì)測量每個(gè)錶殼，檢查其尺寸和外觀是否精準(zhǔn)無誤。這是最終的品質(zhì)檢查，確保錶殼已準(zhǔn)備好進(jìn)入後續(xù)的最後加工。
Bergeron 表示：「機(jī)械工程師大概是世界上最厲害的拼圖高手。他們必須把所有在最終組裝時(shí)要放進(jìn)錶殼的東西，包括電路板、顯示器、電池......等等，全部安排得剛剛好能放入。我們會(huì)在過程中反覆測試，確認(rèn)手錶可正常運(yùn)作；接著加入軟體，運(yùn)行一段時(shí)間，確保所有功能都符合我們的要求?！?/div>
3D 列印所帶來的另一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)改良，是能在傳統(tǒng)鍛造工法無法加工的位置上列印紋理。對 Apple Watch 而言，這代表能夠改進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)路錶款天線結(jié)構(gòu)的防水製程。行動(dòng)網(wǎng)路機(jī)型的錶殼內(nèi)部有一條以塑膠填充的分隔結(jié)構(gòu)，以便提供天線功能；而在金屬內(nèi)側(cè)表面以 3D 列印製作特定紋理，使 Apple 得以提升塑膠和金屬之間的黏合效果。
要把這些「拼圖」組合起來，經(jīng)歷了數(shù)年的旅程：從一系列示範(fàn)與概念驗(yàn)證開始，逐步調(diào)整整套工序，包括特定合金成分，以及列印流程本身。在先前產(chǎn)品世代以顯著較小的規(guī)模進(jìn)行測試後，團(tuán)隊(duì)對處理加工鈦金屬的獨(dú)特挑戰(zhàn)充滿信心。
Bergeron 表示：「我們總是努力積沙成塔，讓我們能夠逐漸跨出下一步。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在讓我們的設(shè)計(jì)能比以往更有彈性。如今我們已經(jīng)在量產(chǎn)規(guī)模上達(dá)成這項(xiàng)突破，而且是真正以永續(xù)的方式達(dá)成，同時(shí)符合我們在外觀和結(jié)構(gòu)上的要求，帶來無限可能。」
這項(xiàng)設(shè)計(jì)彈性所帶來的另一項(xiàng)效益，更超越 Apple Watch 本身：全新 iPhone Air 的 USB-C 埠。透過打造一個(gè)全新的連接埠，並以同樣的再生鈦粉末 3D 列印鈦金屬機(jī)身，Apple 得以打造出極纖薄卻堅(jiān)固的設(shè)計(jì)。
當(dāng)物理法則、材料創(chuàng)新、非凡的設(shè)計(jì)能力，以及對環(huán)境的不懈承諾全都匯聚在一起時(shí)，就會(huì)發(fā)生這樣的魔法。
Chandler 表示：「我們非常致力於推動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的變革。我們做的事情從來不是只做一次，而是要讓它成為整個(gè)系統(tǒng)之後運(yùn)作的方式。我們的指導(dǎo)原則始終是打造對人和地球更好的產(chǎn)品。當(dāng)我們在設(shè)計(jì)、製造和環(huán)境目標(biāo)之間做到無妥協(xié)的創(chuàng)新時(shí)，帶來的效益會(huì)比我們所能想像的更為巨大。」
分享文章
新聞聯(lián)絡(luò)人
即時(shí)收到來自 Apple Newsroom 的最新發(fā)佈