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苹果产品的一些制造工艺, 其实真的不易模仿

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苹果对自家产品一丝不苟的精进态度,似乎很难令人轻易效仿,这样的表现并不鲜见:当苹果决定生产 100 万台 MacBook 时,它会购置 1 万台数控机床;当苹果需要用激光钻孔来为 MacBook 的睡眠灯孔钻孔,但却发现只有一家公司的设备符合他们在铝板上钻出 20 微米孔洞的需求时,它就收购了这家公司;当苹果需要采用更薄电池却发现没有上游供应商时,它会自主研发做电池。

1500元!这是iphone7的硬件成本,它创造了历代iphone硬件成本的新高,比6S贵20%!颠覆了以往所有的iPhone概念设计。


不锈钢是制作高级腕表的常用材料。苹果在Apple Watch上使用的材质相对保守一些,采用的是316L不锈钢,没有采用液态金属。316L不锈钢也常被称为医用不锈钢,这种材料多用在医疗器械以及食品加工设备中,原因很简单:防止内部组件中金属原子的渗透。而正是出于相同的原因,316L不锈钢成了在手表中应用最为广泛的一种合金材料。手表厂商在数十年的时间里都在尽力降低镍过敏的影响,在金属冶炼和加工过程中极力避免镍过敏情况的出现。


在苹果介绍Apple Watch加工工艺的视频中,首先出现的是一根熔融状态的 316L钢板,也就是芯棒。熔融的不锈钢从坩埚的底部流出,然后经过一系列的塑形流程,最后随着金属分子粘性的增加形成固体。这一过程需要有精确的控制,以保证芯棒的晶粒结构和硬度。由于产品是大批量出货,所以苹果要对坩埚中的金属成分和比例了如指掌,并且精确地调控回火、硬度以及芯棒的尺寸。

苹果在视频中回避了Apple Watch生产加工中最为独特也最为重要的一个步骤:冷锻。在冷锻的过程中,金属坯件被放置在锻压模具中,在锻压设备巨大的压力下,金属会发生塑性变形,然后弯曲、压缩,进而填充到模具的腔体中去。在更为精确和复杂的锻造中,模具的腔体呈递进式加深,最终将金属加工成预期中的形状。

之后视频中就出现了三个锻坯,以及一个定制的五轴夹具。锻造并不是一项很精密的工艺,所以在接下来CNC加工的过程中,挑战之一就在于找到一个基准面,并以它为参照对部件的其他部分进行精确的加工。我们可以看到锻坯的顶部被铣成了方方正正的造型,这部分很可能是预留出用于翻转之后固定锻坯用的。


接下来是用五轴机床切削出表冠、麦克风孔等细微构造。需要注意的是,在铣削按键和表冠卡槽时,苹果所使用的并不是和开口同等宽度的铣刀,而是更加细小的刀具,这样可以避免开口边缘在加工过程中厚度变薄,保持表面的平整。


然后就到了苹果展现对品质和细节的极致追求的时刻了,尽管只是外观件,但苹果依然设定了严格的尺寸要求。使用三坐标测量仪精确地测量加工件表面取样点的三维坐标,并与原始的CAD模型进行对比。CMM可以自动生成报告,判定部件是否合格,更跟踪检测某一批次的产品的尺寸浮动。而在最为精密的车间中,CMM的数据还可以直接反馈给CNC机床,后者对加工过程进行调整,从而抵消误差。


CMM探测之后就到了自动抛光流程。整体抛光的困难在于苹果希望保持部件中应有的棱角和凌厉的切边,而抛光轮则会触及几乎所有的边缘和表面。控制不好不仅仅会把棱角变得光滑,也会损坏抛光轮。从视频中可以看出,苹果用灰色的聚合物对表链插槽和表冠、按键接口进行了填充,这样就保证了表壳被充分抛光,也保存了表壳某些位置的棱角。


在表壳加工的最后部分,快速提到了深空黑色的Apple Watch的上色过程,称之为类钻碳,其实就是碳化钨涂层,非常坚固而且可以做得很薄。这一过程常常在真空室中进行,是很多高端腕表、刀具的上色方法。碳化钨涂层的优点之一是有着非常好的耐用性。


iPhone 7 的机身来自于一整块铝材,通过CNC 切削,得到机身的雏形,这种工艺十分常见,许多其他品牌的手机也会用相同的工艺进行加工。



之后,直接在机身雏形的表面削去一层,预留出双镜头的镜头舱的凸起结构,再通过切削钻孔得到镜头舱。



再用铣床加工机身外壳表面,进行倒角的加工和毛刺的消除,这时外壳已经有了大致的模样。



接下来的几个步骤,据苹果的介绍,是其新研制的工序。如果说的简单一些,我们可以认为这就是抛光。将初步成形的外壳由机械臂吸住,放入细腻的抛光砂中进行均匀的3D 旋转抛光,通过不断地冲刷外壳,使得机身结构一体性更强,也使得金属表面呈现出玻璃般光滑与细腻的质感。



而在阳极氧化工序之后,通过极细的磁化铁粉对阳极氧化层进行进一步的抛光,最终得到表面流动着光影的机身。



苹果的工艺都是超高技术含量的吗?恐怕并不是。其中许多工艺相信大家都很熟悉,但将金属材质处理成玻璃质感在目前的手机产品中还比较少见。这些加工工艺,都是在不断的制造调整中得到合理的良率并运用于量产中。



苹果愿意下大力气对每道工序精益求精,同时苹果也有足够的销量,支持其能够在长时间的量产中消化掉生产初期因良率产生的成本负担。

当然,你可以归因于这是因为苹果财大气粗,所以它可以“各种任性”。然而不可否认的一点在于,苹果成功的产品背后的确是规模巨大的投入,如果初创公司只看到产品本身,而忽略了如此悬殊差距背后的事实,那么它其实是很难达到如同苹果一般严格的生产要求。如此看来,倘若盲目跟风苹果公司的产品设计,初创公司可能会遇到“阴沟翻船”的风险。不过,Medium 文章中提出的几个方面建议,硬件公司不妨可以借鉴以避免不必要的失误:

1、白色塑料壳

白色在制模过程中是“最难驾驭”的,如果你的产品必须用到白色,那么请不要使用两个单独成型的白色部分,因为它们在色彩上很难达到完美匹配。



2、大规模的数控加工(CNC)

对于毛利润高的部件,如髋关节植入物、涡轮叶片等,采用数控加工制造对于成本控制是最佳的方案。不过,尽管它能够打造出完美的原型机,但是数控加工并不适合消费品。




3、激光钻孔

隐形激光钻孔的制作工艺,远比你想象中的更加复杂。你其实可以找到其他一些替代方案,同样可以达到类似的效果



4、模压塑料封装

苹果的小型产品常常都会用到碳酸聚酯+ABS/PC 混合成型包装,不过这样的包装工艺更加复杂,而且成本也比你想象得要昂贵。不过对初创公司来说,回收纸板倒是一个不错的选择。



5、顶针痕迹处理

除非你拥有雄厚的资金支持进行改善,否则你的产品很难完全能够消除顶针痕迹。不过,你倒是可以通过设计产品来把它隐藏。苹果的产品对于顶针痕迹的隐藏处理几近乎毫无痕迹。无法消除的最好方法就是完美的掩盖,毕竟大部分消费者根本不知道这是什么东西。

6、四色、双层、磨砂、泡沫填充的包装盒

尽管好东西人人都想效仿,但是值得注意的是,这样的盒子其实同塑封包装一样,它虽然好看但成本却很高,每组售价一般不低于 12 美元。然而对于消费者来说,拆开包装后就意味着丢弃,所以把盒子制作得再昂贵似乎不太划算。



当然,除了上述提及的六大注意事项之外,其实硬件公司应该谨慎的生产细节还有很多。最不推崇的一点在于,盲目模仿苹果产品的制造工艺,更直白的说法便是“禁止抄袭”,应该理性看待优秀的工艺及设计,从自身的实际出发,不应抱着太高的期望值,而是应该着眼于自己的产品,推出设计合理而且可行的制造方案。但似乎,这样的建议对于苹果较有实力的竞争对手而言显然已毫无成效。


苹果的工艺背后还隐藏着更多的细节,我们看到的只是整个生产过程中的冰山一角,但是,从这些冰山一角,我们的收获应该是一种对品质追求卓越的制造态度!
  

来源:SolidWorks技巧
SolidWorks材料控制数控模具
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首次发布时间:2023-05-09
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