苹果公布了用于 Apple Watch Ultra 3 和 Series 11 钛合金外壳的 3D 打印技术细节，采用激光粉末床熔融（LPBF）工艺，从 100% 回收航空级钛粉制造，单件减少约 50% 原材料使用。新工艺支持微结构设计提升防水性能，同时优化内部结构减少零件数量。苹果通过该技术不仅提升制造精度和效率，还为 2030 年实现碳中和战略迈出关键一步。该技术同样应用于 iPhone Air，推动轻量化与环保生产。
苹果，美国的一家消费电子公司，提供了更多关于激光粉末床熔融（LPBF）技术如何用于制造 Apple Watch Ultra 3 和钛金属 Series 11 表壳的细节。这些表壳由 100% 回收的航空级钛粉制成，并以近净形状制造，与早期的锻造设计相比，原材料使用量减少了约一半。这一举措推动了苹果在 2030 年实现全供应链碳中和的计划。
苹果不再使用钛锭进行机械加工，而是使用六激光振镜系统逐层构建每个表壳，可同时打印多个单元。单个表壳的打印大约需要 900 遍。打印前，回收钛粉经过气体雾化成平均粒径约 50 微米的细粉——大致与细沙质地相似，同时严格控制氧含量，以防止激光照射下发生不良反应。每一层沉积高度为 60 微米，以平衡精度和打印速度。
通过激光粉末床熔融（LPBF）生产的钛金属晶格结构特写。视频来源：苹果。
高级制造设计总监 J. Manjunathaiah 解释说，粉末的化学成分是实现稳定熔融的关键因素。“当激光照射时，如果有氧与否表现完全不同，”他指出，工程师必须在雾化和打印过程中尽量降低氧含量，以保持一致性。据估计，今年新生产方法可节省约 400 公吨钛材料。
环境与供应链创新副总裁 Sarah Chandler 将钛金属项目描述为苹果 2030 年碳中和战略的重要组成部分。Apple Watch 的生产所用电力现已全部来自风能和太阳能等可再生能源。她表示：“原材料使用量下降 50% 是一项巨大的成就——同样的材料量可以生产两块手表，而以前只能生产一块。”
二十小时、超过 900 层后，表壳准备进行最终加工。视频来源：苹果。
工程师还利用 LPBF 的设计灵活性，引入微纹理以增强蜂窝天线单元周围的防水性能。打印图案改善了金属与聚合物嵌件之间的粘附力。显示屏、电池和传感器的内部互锁结构也在相同框架下重新设计，以在减少零件数量的同时保持结构强度。
苹果对 3D 打印的研究已有十多年历史，与航空航天和医疗领域增材制造的广泛应用同步。早期工作侧重于具有真实表面效果的功能性原型，随后进行了一系列钛金属概念验证构建，展示了可以在规模上实现化妆级别的质量。
Apple Watch Ultra 3 必须保持耐用且轻量，以满足日常探险者的需求。视频来源：苹果。
产品设计副总裁 Kate Bergeron 表示，持续原型制作和数据驱动的工艺优化对于验证 LPBF 的生产可行性至关重要。一旦参数确定，打印部件将进入苹果既有的质量保证系统：超声波去粉、单件切割中的冷却线切割，以及自动光学检测以确认几何形状和表面质量。Bergeron 补充说，实现这一能力“现在为我们带来了比以往更多的设计灵活性”。
苹果采用增材制造
来自 Formnext + PM 南中国 2023 的报告显示，苹果正在与中国 3D 打印机制造商合作。近期报告指出，苹果使用 Bright Laser Technologies（BLT）的金属 3D 打印系统生产智能手表部件。在被询问关于最新更新时，BLT 未予证实。报道称，苹果也在测试不锈钢手表底盘的喷墨粘结（binder-jetting）工艺。同一 2023 年活动中，中国制造商 EasyMFG 展示了用喷墨粘结技术 3D 打印的 316L 不锈钢手表外壳，与苹果正在评估的方法相似。据多方消息，苹果已经开发这一技术约三年，在 Apple Watch Series 9 钢制表壳上进行测试，并准备于 2024 年将增材制造应用于钛金属 Ultra 型号。
苹果对 3D 打印的应用已扩展至其他设备，包括 iPhone Air 和 Watch Series 11，两者均采用了增材制造部件。在 iPhone Air 上，USB-C 接口采用 3D 打印，以实现更薄、更坚固的结构，比传统锻造节省 33% 材料，有助于实现该设备 5.6 毫米的机身厚度——苹果产品线中最薄。Watch Series 11 的钛金属表壳也比前代减少约 50% 原材料使用量。两款产品均属于苹果 2030 年碳中和战略的一部分，该战略通过在电池中使用回收钴、在机身框架中使用回收钛金属，减少生产浪费。
Apple iPhone Air 颜色系列。图片来源：苹果。
