Apple 或将在下一代 Apple Watch 上采用 3D 打印：对壳体意味着什么

广泛流传的版本很具体。Apple 将为下一代 Apple Watch 的表壳采用金属 3D 打印，最可能是钛金属型号，所指工艺通常是粘结剂喷射而非激光熔化。钛金属此前已用于 Watch 产品线，所以材料选择并不意外。意外的是产量。手表销量达数千万只，此前没有金属打印工艺以这种规模生产过外观件。

这一差距正是该报道对制造小型金属壳体的人有意义的原因。如果一家拥有 Apple 采购规模的公司正在认真评估增材制造用于消费级壳体，说明工艺经济性已经变化。对加工车间来说，问题更简单：对给定壳体，打印加精加工是否优于棒料机加工？

• 1
  涉及零件薄壁钛金属表壳，外表面为外观面，内部为功能面
• 2
  所指工艺金属粘结剂喷射，烧结至全密度
• 3
  待解问题能否在高产量下保持手表级外观

小型金属壳体有两条路线。激光粉末床熔融在惰性腔室内用光纤激光逐层熔化。零件致密度通常高于 99%，表面为细密的打印态，支撑结构需手工或线切割去除。粘结剂喷射铺展金属粉末并逐层喷射粘结剂成形，然后在炉中烧结坯体。无需支撑结构，因为周围粉末支撑零件。

难点在烧结。零件会收缩，而表壳壁厚约 0.8 至 1.5 mm，厚薄截面的收缩不均匀。首次打印出现零点几毫米的变形属正常。表壳制造商用缩放模型和迭代打印试验来补偿。这可行，但每次几何变更都要再进行一轮打印。

对钛金属而言，两条路线都需要可控气氛或真空。Ti-6Al-4V 在烧结温度下与氧和氮反应，吸收任一元素都会使零件脆化。氧含量在烧结毛坯上检测，而不只是来料粉末。尺寸合格但氧含量达 0.25% 的打印表壳无法通过跌落测试。

• 1
  激光粉末床熔融打印态致密，需支撑，残余应力高
• 2
  粘结剂喷射无需支撑，烧结后各向同性，收缩控制工作量更大
• 3
  两条路线密封面、螺纹和外观面均需机加工

机加工钛金属表壳从棒料或板材开始，去除 70% 至 90% 的材料。这在材料上浪费，但工艺可预测。五轴循环在一次装夹中保证表壳轮廓、表冠内孔和传感器窗口座 ±0.005 mm，表面直接加工到 Ra 0.8–1.6 μm。无烧结步骤、无收缩模型，除毛坯本身外无氧吸收。

当刀具难以触及几何特征时，打印占优。内部通道、倒扣表耳、减重晶格结构以及壁与凸台之间的有机过渡，打印都不增加额外成本。同样形状的机加工版本可能需要三次装夹、定制工装和易颤振的细长刀具。对低批量或原型钛金属表壳，打印近净成形毛坯再仅加工关键接口通常更便宜。

客观的划分是这样。如果零件是直壁的简单圆形表壳，任何批量下棒料机加工都更快更便宜。如果零件有内部特征、减重晶格或需要五件装配的形状，打印毛坯再在五轴铣床上精加工是更好的方案。

• 1
  选机加工简单壁面、严格平面度、小批量、快速交付
• 2
  选打印内部通道、晶格、合并装配、复杂过渡
• 3
  两者结合打印近净成形毛坯，加 CNC 加工密封面和螺纹

打印表壳不是成品表壳。打印态表面粗糙，某些批次烧结钛金属表层附近有开孔。标准流程是去应力、激光熔化件去除支撑，然后 CNC 加工密封面、表冠内孔、传感器窗口座和螺纹。这些特征承载公差，因此始终切削，从不打印到尺寸。

接下来是表面处理。喷砂使表面均匀，然后拉丝或抛光将表壳处理到手表级外观。透明、彩色或硬质阳极氧化为钛合金上色，激光打标处理背面的小字。激光打标的最小字符高度为 1.5 mm，因此表壳上的任何刻字都必须按此尺寸或更大来规划。

检测是最后一道关口。打印并完成表面处理的壳体应检查密度或孔隙率、氧含量、最薄处的壁厚，以及表冠和传感器接口的配合。尺寸报告按需提供。缺少这一步，再漂亮的表壳也可能在泄漏测试或跌落测试中失败。

• 1
  始终机加工密封面、表冠内孔、传感器座、螺纹
• 2
  打印后精加工外形轮廓、表耳、内部通道、点阵结构
• 3
  发货前检查密度、氧含量、壁厚、接口配合