从构想至量产：Apple官方解析金属3D打印之路

当Apple公司正式发布采用金属3D打印-增材制造表壳的Apple Watch Ultra 3及Series 11产品之时，标志着这一消费电子巨头正式将增材制造技术推向了规模化量产舞台。这一里程碑式的事件引发了产业界对增材制造在消费电子产品量产应用中可行性、效率与价值的深入探讨。

11月18日，Apple公司官方发文系统阐释了其在金属增材制造领域多年的技术积累与战略思考。他们不仅揭示了粉末床选区激光熔融增材制造技术在提升材料利用率、实现复杂功能结构方面的核心优势，更展现了苹果如何将精密制造、可持续发展目标与产品创新通过增材制造深度结合。3D科学谷认为，我们从中看到的，不仅是一项工艺的突破，更是一个科技巨头对未来制造系统的重新定义。

这一切始于一个天马行空的构想：若将历来主要用于快速成型的增材制造技术，应用于量产数百万个符合

苛设计标准且采用高品质回收金属的封装外壳，会如何实现？

对此，苹果产品设计副总裁Kate Bergeron强调，这不只是一个概念提按，更是渴望落地的技术构想，他们在提出假设后立即展开了对于增材制造技术的验证。通过持续的原型迭代、工艺参数优化与海量数据采集，最终证实该技术能满足Apple坚持的质量标准。

今年，所有Apple Watch Ultra 3与钛金属款Apple Watch Series 11的表壳均采用100%回收航空级钛合金粉末通过粉末床选区激光熔融技术进行增材制造。而这项突破此前曾被认为难以实现规模化量产。

Apple 跨部门团队围绕共同目标协同攻坚：Series 11的镜面抛光需达到显微级光洁度，Ultra 3则必须在维持轻量化架构的同时确保结构完整性以满足极端环境使用需求。两款产品均需在保持性能零妥协的前提下，采用同级或更优的环保材料。

Apple 2030 全景路线图

在Apple，环境可持续性已融入各团队的核心价值观。

“Apple 2030"是该公司制定的全景路线图，旨在2030年前实现全产业链碳中和，涵盖制造供应链与产品全生命周期碳足迹。目前Apple Watch制造流程已全面采用风能、光伏等可再生能源供电。

Apple确信 增材制造在材料利用率方面具有革命性潜力，这对实现"Apple 2030" 战略目标具有关键意义。

与传统减材制造工艺不同，增材制造通过逐层堆叠方式近净成形零件。这种技术路线的转变使Ultra 3与Series 11钛金属表壳的原材料消耗量较前代产品降低50%。

Apple环境与供应链创新副总裁 Sarah Chandler 表示,材料利用率提升50%是里程碑式的突破——相当于同等钛锭原料可制造双倍产品,回溯至原材料端，这对地球资源的节约效益极为显著。

谈到增材制造材料节约效益，Apple官方揭示了如下数据：

• "2025年度节约400+公吨钛金属原材料"

• "100%航空级再生钛合金粉末"

• "较前代产品减少50%原材料投入"

十年技术储备

Apple Watch与Vision制造设计高级总监J Manjunathaiah博士表示，他们长期追踪增材制造技术路线成熟度。过去十年间，在增材制造技术在医疗植入物、航天零部件制造等领域获得蓬勃发展的同时，苹果也持续进行着技术储备。

降低单件物料消耗始终是Apple的核心目标。此前受限于表面处理工艺，早期他们未能实现外观级增材制造件的规模化生产。因此Apple团队启动了金属增材制造外观件的技术攻关。

对Apple而言，功能实现、美学表达与耐久保障是基础门槛。在此基础上还需突破规模化量产瓶颈，通过严苛的可靠性验证，实现材料科学创新，同时确保2030碳中和目标稳步推进。

不是单点创新而是成为未来产业体系的新基准

Apple的目标是致力于构建系统性变革，所有技术所有技术创新都不追求单点突破，而要成为未来产业体系的新基准。

Sarah Chandler ，Apple 环境与供应链创新副总裁

粉末床选区激光熔融工艺创新工艺采用多激光系统对回收钛合金粉末进行逐层制造。视频中看到的增材制造画面正是为Apple Watch Ultra 3与Series 11制造钛金属表壳的工业级增材制造系统。

Apple公司揭示，每台设备均配备六组激光器，通过多光束同步扫描实现逐层堆积——单个表壳需经历逾900次叠层加工方能成型。

表壳制造所采用的是通过气雾化制粉工艺制造的钛合金粉末材料，通过精确控氧工艺降低钛粉在热源下的爆燃风险。粉末粒径需严格控制在50微米级，在氧含量方面采用了专用的低氧工艺方案。

经历20小时的增材制造之后，表壳进入后处理阶段。

操作员通过粗清粉工序真空清除成型舱内未烧结粉末。虽然零件已实现近净成形，但复杂内腔结构仍会残留微量粉末。后续通过超声波振荡工艺在精除粉阶段实现完全清粉。

在3D打印表壳的分离工序中，采用电火花线切割装置沿预设路径对集成制造基板上的成型件进行逐一切割，同时喷射介电流体以控制放电加工过程中的热影响区。

随后通过自动化机器视觉检测系统执行全尺寸计量学分析，对每个表壳进行三维形貌测绘与表面瑕疵扫描，该工序作为封装件进入终段加工前的最终质量认证环节，确保所有几何公差与外观标准符合设计规范。

在此之后，机械工程师将在表壳中装配电路板、显示模组、电池组等所有内嵌元件，实现毫米级空间匹配，并通过持续测试验证功能完整性，最后植入固件进行老化测试，确保所有性能指标符合设计规范。

塑造传统工艺无法实现的复杂曲面

Apple在此次发文中揭示了增材制造技术实现的另一项核心突破：

能够在传统锻压工艺无法加工的复杂型腔内构建功能性表面织构。对Apple Watch而言，该技术显著提升了蜂窝网络型号天线区域的密封性能。在金属表壳内部，为实现射频信号传输功能专门设计了注塑填充结构，通过在内壁表面3D打印微锚点织构，使塑料与金属界面形成机械互锁效应，大幅提升界面结合强度与防水可靠性。

这项技术突破历经多年积累：从专项技术演示到原理验证，从特定合金配比研发到打印策略优化。在前代产品中完成小批量试制后，团队已掌握钛合金增材制造的全套工艺解决方案。

设计自由度提升带来的技术外溢

Apple 通过渐进式创新夯实技术基础，凭借增材制造技术所带来的超越传统技术极限的设计自由度，在实现规模化量产、可持续性突破、外观与结构要求全面达标的当下，其对于增材制造技术的想象空间已全面打开。

这种设计自由度还催生了向更多Apple产品的技术外溢：新款iPhone Air的USB-C接口采用同源钛合金粉末整体打印成型，通过增材制造实现超薄高强结构设计。

当设计工程、制造技术与环境目标实现多维协同创新，产生的综合价值将超越所有预期。

预约参观TCT亚洲展，收获3D打印新思路。

▌三维科学 l 无限可能

投稿丨daisylinzhu 微信

2509957133@qq.com 编辑邮箱

www.3dsciencevalley.com