粘结剂喷射金属3D打印技术或迎来”Aha moment”，苹果欲规模应用于apple智能手表钢制底盘
苹果公司将再次掀起行业革命，这次的目标是制造业，据彭博社最近报道，该公司正在测试使用 Binder jet 粘结剂喷射3D打印机来生产其未来智能手表的钢制底盘。 目前该技术的使用还处于研发测试阶段，但它的成功实施可能会显著改变苹果甚至整个科技行业的制造方式。
这一消息给3D Systems Corp.和Stratasys Ltd.等3D打印公司带来了提振。3D Systems的股价飙升了10%，而Stratasys则上涨了6.9%， 该股随后回吐了部分涨幅。
本期3D科学谷将为谷友提供苹果采用粘结剂喷射金属3D打印技术的行业推动价值方面的深度剖析。
苹果手表
© Apple
根据3D科学谷，粘结剂喷射金属3D打印技术将成为驱动3D打印行业发展的主流技术之一，根据3D科学谷全球市场研究合作伙伴AMPOWER，Binder Jetting 粘结剂喷射金属3D打印技术在技术成熟度方面取得了重大飞跃，例如通过更多可用材料，进入发展快车道。根据3D科学谷全球市场研究合作伙伴CONTEXT，随着金属3D打印技术类别中的粘结剂喷射金属3D打印技术走向成熟，该技术在汽车等交通工具应用领域的零件制造方面将渐入佳境。
粘结剂喷射金属3D打印技术，该技术于 1993 年在麻省理工学院发明，使用喷墨打印头将粘结剂施加到金属粉末床上，形成类似于金属注射成型 (MIM) 生产的部件的生坯。然后，这些部件会经过一系列后处理（因具体技术而异），包括烧结，以获得致密的金属零件。
粘接剂喷射3D打印技术
© 3D科学谷白皮书
开启制造的范式转变
尽管苹果公司以其保密性而闻名，但这家科技巨头内部使用增材制造 (AM) 却是一个公开的秘密。据说大部分用途都是用于传统应用：原型设计、工具加工和研发。彭博社的报道增加了苹果已转向增材制造进行实际最终零件生产的可能性。
而粘结剂喷射金属3D打印技术，从生产效率、经济性的角度看充分的满足了面向量产的应用。而可打印材料的丰富多样（从金属到陶瓷，金属与金属的复合材料，陶瓷与金属的复合材料…)，使得粘结剂喷射这项技术的适用场景获得了进一步的延伸。
迄今为止，苹果公司的不锈钢手表采用了更传统的制造方法，约占该产品线总销量的 10%。锻造工艺用于将材料块形成的较小金属块， 然后使用 CNC（计算机数控）切除多余金属并创建精确的设计和纽扣孔。3D打印技术的引入有可能简化苹果的供应链，从而并引发更广泛的转变。知情人士称，如果 Apple Watch 的增材制造开发工作按计划进行，这家科技巨头将寻求在未来几年内将3D打印这一流程扩展到更多产品。
3D科学谷了解到苹果及其供应商已经悄悄开发这项粘结剂喷射金属3D打印技术应用至少三年了。在过去的几个月里，他们一直在为 Apple Watch Series 9 准备的钢制表壳进行测试，该表壳将于2023年 9 月 12 日发布。
关于粘结剂喷射3D打印技术用于不锈钢的制造，根据3D科学谷《深度透视金属粘结剂喷射金属3D打印材料与应用发展》一文，在南洋理工的实验研究中，BJ-粘结剂喷射制造的合金塑性变形的早期阶段普遍存在的平面滑移，以及其他微结构因素的结合，导致在准静态和循环载荷下阻止了在孔角处成核的小裂纹；结果，延展性和疲劳强度都不会受到BJ粘结剂喷射3D打印合金中孔隙率的不利影响。
粘接剂喷射3D打印技术
© 3D科学谷白皮书
虽然目前无法保证第一批向消费者发货的新型钢制苹果手表将采用改进后的3D打印制造技术，但试运行表明苹果公司对3D打印这种方法很认真。苹果还计划将该工艺应用于其钛金属 Ultra 手表，但这种转变要到 2024 年才会计划。
增材制造对环境有益，其他知情人士表示，苹果公司正计划在部分新款 iPhone 手机壳和其他配件中使用新材料取代皮革，这是实现可持续发展的又一举措。
3D科学谷了解到目前3D打印工作由苹果的制造设计团队领导，对于苹果及其供应商来说，转向3D 打印表壳是一项昂贵的努力，但随着时间的推移，它应该会简化生产并可能降低成本。目前，采用新工艺的每个表壳的成本与之前方法的成本一致。
3D打印表壳的工作仍处于起步阶段，暂时仅用于小批量产品。大多数 Apple Watch 外壳都是铝制的，而不是不锈钢的。苹果尚未在使用该材料在大规模生产3D打印外壳方面取得进展，但苹果公司正在讨论引入钢和钛等可3D打印的材料。
3D科学谷认为苹果手表采用增材制造技术的行业价值在于开启制造技术的范式转变，通过苹果手表来涉足新材料与新技术，该举措将是使用粘结剂喷射大规模生产大批量金属零件的首批案例之一。根据财富杂志，将 Apple Watch 作为3D打印技术的测试是开启苹果引入新技术的方式。例如，苹果在第一代 Apple Watch 上出现钢框架两年后，就在 iPhone 上添加了钢框架。在 Apple Watch Ultra 上首次使用钛金属一年后，今年的高端 iPhone 将将采用。
瓜熟蒂落
在刚刚过去的formnext深圳展会的粘结剂喷射成形技术论坛上，惠普介绍了其新一代粘结剂喷射技术在全球的应用回顾及展望，鉴于伯克希尔哈撒韦公司在苹果公司拥有大量投资股份，并且是惠普的最大股东，这家科技领导者是否有可能已经在跟苹果合作？我们还不得而知，但存在想象空间。此外，“在中国、为中国”，根据《让我们制造可能性！l 惠普个性化与3D打印全球总裁Didier Deltort中国洞见》一文，惠普在中国以开放的增长思维推动与不同客户的合作模式，推动数字化制造和本地应用开发。
formnext深圳展会的粘结剂喷射成形技术论坛上，国内企业武汉易制，共享智能，北京三帝科技也纷纷分享了各自的技术进展。
粘接剂喷射成形技术论坛
© formnext深圳
其中，武汉易制的核心研发团队源于华中科技大学，深耕3D打印行业二十多年。武汉易制聚焦在金属粘结剂喷射的技术赛道，在解决如何避免喷头堵塞，如何控制烧结变形，如何实现自动化，如何与国内上下游厂商合作打通整条供应链解决方案方面打造自主创新的解决方案。武汉易制新推出了容堵打印技术，通过其独有的RIP算法调整每个喷头每PASS的打印数据，在打印中实现当前层和上下层喷孔的随机换位，使得喷孔堵塞点在每层打印的位置不定，武汉易制的容堵控制打印技术有效提升了对打印结果的控制水平，展示了中国创造的精彩用心。介于苹果基本会在中国寻找几家本土化解决方案，那么最终粘结剂喷射成形技术将有可能纳入哪家中国企业？这方面也存在着想象空间。
无论该公司最终使用哪一家的粘结剂喷射技术来进行制造，苹果通过3D 打印进行最终零件生产都将代表增材制造的范式转变。苹果不仅仅是世界上最赚钱的企业，也是设计、营销和制造方面成功的典范。因此，对3D打印的全面支持将把这种创新光环转移到源头的增材制造领域，为增材制造这一技术种类提供推动其发展所需的全社会关注度与研发投入。
3D科学谷曾在《烧结变形、几何形状受限…间接金属3D打印的短板正在消失》一文中分享到Binder Jetting粘结剂喷射金属3D打印技术与几乎所有其他金属3D打印工艺相比都是独一无二的，因为在3D打印过程中不会产生大量的热量。这使得高速打印成为可能，并避免了金属3D打印过程中的残余应力问题。Binder Jetting粘结剂喷射金属3D打印技术将热加工过程转移到烧结步骤，这使得更容易管理热应力，因为烧结温度低于其他类型的金属3D打印工艺中所需的完全熔化温度，并且热量可以更均匀地施加。然而，这并不能完全消除温度梯度和产生残余应力的挑战。
不过，3D科学谷认为针对3C行业对制造的质量一致性以及低成本制造的严苛要求，虽然粘结剂喷射金属3D打印技术一向以对标CNC和铸造技术的经济性作为热门话题，然而拿CNC技术来说，想象一下发展至今CNC技术实现的高度自动化能力（而粘结剂喷射金属3D打印在自动化方面还存在着不少的挑战，包括打印出来的生坯零件还比较脆弱，如何实现自动化抓取的过程都需要相关的研发投入，以及行业上下游资源的支持。），而在产品的制造良率方面，CNC技术更是处于遥遥领先的状态，这方面粘结剂喷射金属3D打印还存在着收缩变形等各方面的质量控制挑战，正如惠普个性化与3D打印全球总裁Didier Deltort在其“中国洞见”所言，这其中，你需要将不可能作为驱动力，解决制约3D打印产业化方面有关产品质量的两个关键挑战：Predictability（质量的可预测性）与Repeatability（质量的可重复性）。离开这两个关键点的解决方案，追求卖多少台设备是没有任何意义的。
3D科学谷认为正如“瓜熟蒂落”的道理，每一种技术踏上爆发之路都并非是媒体或者行业从业者的科普工作能够推动起来的，而是存在着一个”Aha moment”，正如AlphaGo向世人展示了人工智能的思索能力，ChatGPT带动了英伟达的GPU业务快速增长，GE的喷油嘴开启了L-PBF金属熔融3D打印的增长之路，对于粘结剂喷射金属3D打印来说，或许也存在着一个”Aha moment”，而苹果的正在进行的努力，或许正是开启3D打印技术进入规模量产快车道的“顿悟时刻”。
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