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冷知識:Apple Watch Ultra 3 和 Apple Watch Series 11 錶殼是以 3D 列印製成

編輯部
14天前
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冷知識:Apple Watch Ultra 3 和 Apple Watch Series 11 錶殼是以 3D 列印製成
一個冷知識,Apple 產品設計副總裁 Kate Bergeron 透露,今年,所有 Apple Watch Ultra 3 和 Apple Watch Series 11 鈦金屬錶殼都以 100% 再生航太級鈦粉末 3D 列印製成。

傳統上,鍛造零件的加工是減材製程,需要將大量材料切削去除。這項轉變讓 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,主要原因便是在於 3D 列印的積層製程中,物件會一層又一層堆疊成形,直到最接近所需的最終形狀,而達成這項成就也就代表著過去原本製作一只錶殼的材料,現在可以做出兩只,不只節省產品製造成本,同時也能有效節省的地球資源,Apple 推估,今年這項新製程就可節省超過 400 公噸的原鈦材料。

對於 Apple 而言,達成這項成就之前,必須要有兩個基本要求:

1.Apple Watch Series 11 的拋光鏡面處理必須完美無瑕。

2.Apple Watch Ultra 3 則必須維持耐用且輕量的特性。

不僅材料科學上的突破,以 3D 列印的 Apple Watch 也都必須在不犧牲效能、功能、美感與耐用度的前提下,達成量產能力、嚴格的可靠度測試,同時也必須確保 Apple 不會在 2030 年的減碳目標上退步。

「我們得透過不斷打樣、流程最佳化,以及大量的資料蒐集,證明這項技術足以達到我們對品質的高標準。」Apple 產品設計副總裁 Kate Bergeron 表示:「將每一層精準控制在 60 微米厚,也就是說,要非常細緻地將粉末推展開來。我們必須速度盡快,以便達到量產;同時又要在操作上盡可能慢,以確保精準。這讓我們得以顧及效率,同時達成設計方面的要求。」

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,日以繼夜地運作。這些就是為 Apple Watch Ultra 3 和 Series 11 建構鈦金屬錶殼的 3D 列印機。

每台機器都配備一個內含六支雷射的檢流計,六支雷射會同時運作,反覆堆疊超過 900 層,以完成一個錶殼。但在列印開始前,原鈦必須先霧化成粉末,而這個過程需要調整其中的含氧量,以降低鈦在受熱時容易爆炸的特性。

Apple Watch 與 Vision 製造設計資深總監 J Manjunathaiah 博士解釋道:「粉末必須是 50 微米大小,就像非常細的沙子。雷射打在粉末上時,含氧與否會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。」

列印機完成作業後,操作人員會先將多餘的粉末從成形板上以真空方式吸除,這個步驟稱為粗略除粉 (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縫與角落中。在精細除粉 (fine depowdering) 階段,超音波振動器會協助將這些殘留粉末完全清除。

在分離 (singulation) 過程中,一條細細的帶電金屬線會將各個錶殼鋸切分開,同時會噴灑冷卻液,以維持切割過程中的低溫。接著,自動光學檢測系統會測量每個錶殼,檢查其尺寸和外觀是否精準無誤。這是最終的品質檢查,確保錶殼已準備好進入後續的最後加工。

除了確保電路板、顯示器、電池......等等組裝與先前無異,3D 列印所帶來的另一項重要設計改良,是能在傳統鍛造工法無法加工的位置上列印紋理,這代表能夠改進行動網路錶款天線結構的防水製程。行動網路機型的錶殼內部有一條以塑膠填充的分隔結構,以便提供天線功能;而在金屬內側表面以 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。

另一個冷知識是:「用於製造 Apple Watch 的所有電力已全面來自風能、太陽能等再生能源。」Apple 2030 是公司設定的積極目標,要在 2030 年前,使整體足跡達到碳中和,涵蓋製造供應鏈以及產品的整個使用生命週期。Apple 環保與供應鏈創新副總裁 Sarah Chandler 表示:「Apple 每個團隊都把環境視為核心價值。我們知道 3D 列印在材料效率方面具有極大潛力,而這對達成 Apple 2030 目標非常重要。」

Apple 還透露,全新 iPhone Air 的 USB-C 埠,也是因為透過同樣的再生鈦粉末以 3D 列印而成,讓 Apple 得以打造出極纖薄卻堅固的設計。

談到下一步,Chandler 表示:「我們非常致力於推動整個系統的變革。我們做的事情從來不是只做一次,而是要讓它成為整個系統之後運作的方式。我們的指導原則始終是打造對人和地球更好的產品。當我們在設計、製造和環境目標之間做到無妥協的創新時,帶來的效益會比我們所能想像的更為巨大。」

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