Diese 3D-Druck-Technologie von Apple wird die Einstellung der Mobiltelefonbranche gegenüber "Titan" verändern.

Ohne es zu merken hat Apple wieder eine große Sache getan.

Vor kurzem hat Apple freiwillig "Enthüllungen" gemacht und angegeben, dass es bei Produkten mit Titanrahmen wie dem Apple Watch Ultra 3 ein neues "Titan-Druckverfahren" angewendet hat und sogar nach langer Zeit ein spezielles Werbevideo für dieses Verfahren herausgebracht hat.

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Betrachtet man nur die "direkten Auswirkungen" dieser Werbung, scheint diese Prozessoptimierung eher "gescheitert" zu sein. Nachdem doch die überwiegende Mehrheit der Apple Watch Ultra-Nutzer überhaupt nicht bemerkt hat, dass Apple ein neues Herstellungsverfahren eingesetzt hat, geschweige denn die "technologischen Verbesserungen" hinter der Prozessoptimierung erlebt hat.

Aber aus der Sicht von Lei Technology beweist diese Prozessverbesserung, bei der die Nutzer keinen Unterschied erkennen können, gerade den Erfolg des Apple-Titan-Druckverfahrens - es kann mit geringeren Herstellungskosten die gleiche Produktleistung aufrechterhalten, gleichzeitig die Ausbeute verdoppeln und der Materialverschwendung drastisch reduzieren. Ich glaube, dass Freunde mit Erfahrung in der mechanischen Bearbeitung verstehen können, wie großes Erlebnis dies ist.

Was ist also dieses als "3D-Druck" bezeichnete Titan-Herstellungsverfahren?

Völlig anders als der herkömmliche 3D-Druck auf dem Markt

Wenn man das von Apple propagierte "Titan-Druckverfahren" in das gesamte 3D-Drucksystem einordnet, gehört es tatsächlich zur Kategorie der additiven Fertigung. Aber dies ist mit dem von der Öffentlichkeit verstandenen 3D-Druck und der von Apple eingesetzten Technologie überhaupt nicht das gleiche.

Im Allgemeinen gibt es zwei gängige 3D-Drucktechnologien: Heißmaterial-Extrusionsdruck (FDM) und Stereolithographie (SLA). Diese beiden Drucktechnologien sind sehr einfach zu unterscheiden: Bei der ersten ist das Material eine Rolle "Kunststoff"-Stränge (z. B. PLA), die durch "Erhitzen und Abkühlen" des Materials ausgehärtet werden; bei der zweiten ist das Material eine spezielle lichtempfindliche Harzlösung, die durch Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge (normalerweise UV) an bestimmten Stellen durch einen Lichtkopf aushärtet, um so Schicht für Schicht ein Modell aufzubauen.

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Im Vergleich zur FDM-Lösung hat die Stereolithographie deutliche Vorteile - das von der SLA-Lösung "gezogene" Modell behält die Details weitaus besser als der FDM-Prozess. Aber egal, wie "metallähnlich" die Formqualität aussieht, ist ein Stereolithographie-Modell letztendlich eine Polymermatrix und hat natürliche Schwächen in Bezug auf Festigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Es kann zur Testung der Form und zur Überprüfung der Montage verwendet werden, aber nicht zur Herstellung von Handy- oder Armbanduhrengehäusen.

Zurück zu Apple. Das von Apple dieses Mal eingesetzte Lasermetallschmelzverfahren (SLM) sieht zwar etwas wie Stereolithographie aus, aber die Kerntechnologie ist ganz anders:

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Der Kern des Lasermetallschmelzverfahrens besteht darin, dass Metallpulver unter Laserenergie geschmolzen und geschichtet wird, um ein Formteil herzustellen. Im Vergleich zur SLA ist das Material beim SLM nicht Harzlösung, sondern Titanmetallpulver im Bereich von einigen zehn Mikrometern; die Energie ist nicht Ultraviolettlicht, sondern mehrere Hochleistungs-Laser; und das Endprodukt ist kein Kunststoffmodell, sondern ein bearbeitbares Metallbauteil.

Laut Apples Angaben haben sie den Durchmesser des Titanpulvers begrenzt, um sicherzustellen, dass die Dicke jeder Schicht beim Druck auf 60 Mikrometer kontrolliert wird; die Methode des gleichzeitigen Druckens mit einer Mehrfach-Laseranordnung ermöglicht es auch, dass das Titanpulver eine kontinuierliche und dichte Metallstruktur bildet.

Trotzdem ist der "Druck" bei der additiven Metallfertigung nur der Anfang. Das gedruckte Titanbauteil hat immer noch einige Poren und Spannungen im Inneren, die durch heißisostatisches Pressen verdichtet werden müssen, um die innere Struktur einem Schmiedeteil ähnlich zu machen; die Oberfläche ist auch schwer in einem Arbeitsgang zu formen und erfordert eine anschließende CNC-Feinbearbeitung und Polieren.

Öffnet das Lasermetallschmelzverfahren die "Titanzeit"?

Aus Apples Verfahrensablauf geht hervor, dass das Lasermetallschmelzverfahren keine Technologie ist, bei der man einfach drucken und verwenden kann. Das geformte Titanbauteil muss immer noch die Prozesse des heißisostatischen Pressens, der CNC-Feinbearbeitung und des Polierens durchlaufen. Warum setzt Apple also dieses so komplizierte Lasermetallschmelzverfahren direkt in der Produktion ein? (Laut Apples Angaben werden alle Gehäuse des Apple Watch Ultra 3 und des S11 mit Titangehäuse dieses Jahres mit dem 3D-Druckverfahren hergestellt.)

Der Grund ist eigentlich sehr einfach. Das Lasermetallschmelzverfahren kann die Materialverschwendung im Produktionsprozess deutlich reduzieren und gleichzeitig die Ausbeute erhöhen.

Die herkömmliche Titanbearbeitung beruht auf der Schmiedetechnik und muss mit einem Rohling beginnen, der viel größer als das Endprodukt ist. Titanmetall ist schwer zu schneiden und hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Sobald die Struktur komplex wird, sinkt die Ausbeute der Bearbeitung dramatisch. Tatsächlich macht der unkontrollierbare Bearbeitungskostenanteil den Großteil der hohen Kosten von Digitalprodukten aus Titan aus.

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Beim Lasermetallschmelzverfahren gibt es solche Probleme nicht: Im Gegensatz zu herkömmlichen Metallbearbeitungsverfahren, die eine Zwischenstufe erfordern, wird der größte Teil des Volumens bereits im Druckprozess geformt, wodurch die Materialausnutzung erheblich verbessert wird. Laut Apples Angaben kann die Lasermetallschmelztechnologie 50 % des Rohmaterials sparen. - "Das bedeutet, dass man jetzt mit dem Material, das bisher für eine Uhr benötigt wurde, zwei Uhren herstellen kann." Laut Apples Schätzungen hat diese neue Technologie bereits in diesem Jahr über 400 Tonnen Titanrohstoffen gespart.

Außer der Materialersparnis kann die Lasermetallschmelztechnologie auch die Ausbeute bei der Herstellung von Titanbauteilen erheblich verbessern. Da der Hauptteil der Struktur bereits im Druckprozess fertiggestellt ist, muss die anschließende CNC-Bearbeitung nur noch auf Genauigkeit und Oberflächenqualität achten, anstatt große Mengen an Material abzutragen. Somit sinkt auch das Bearbeitungsrisiko.

Darüber hinaus bringt die Lasermetallschmelztechnologie auch eine Designfreiheit mit sich, die herkömmliche Verfahren nicht bieten können.

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Nehmen wir als Beispiel den von Apple besonders hervorgehobenen Apple Watch Ultra 3. Komplexe Kurvenflächen sind in einem CNC-System sehr schwierig zu bearbeiten und erfordern gegebenenfalls mehrfaches Werkzeugwechseln; das winzige Volumen einer Smartwatch beschränkt auch die Bearbeitungswege im Inneren und erfordert gegebenenfalls maßgeschneiderte Werkzeuge. Aber die Einführung des Lasermetallschmelzverfahrens hebt von technischer Seite die Beschränkungen beim Design auf und macht es möglich, dass besondere Strukturen, die aufgrund von Bearbeitungsgenauigkeit und Kosten bisher nicht realisierbar waren, in die Realität treten.

Deshalb ist aus der Sicht von Lei Technology, wenn die chinesische Smartphone-Industrie noch hofft, der von Apple ausgelösten "Titanzeit" in Bezug auf das Material zu folgen, anstatt sich nur auf die "Titanfarbe" zu beschränken, muss sie das Lasermetallschmelzverfahren oder das Lasersinterverfahren einführen und neue Materialien auf neue Weise verarbeiten.

Können chinesische Handys das Lasermetallschmelzverfahren nutzen?

Aber damit ergeben sich auch Fragen. Wenn dies der Schlüsselprozess der "Titanzeit" ist, warum folgen die chinesischen Handyhersteller nicht früher?

Was die Fähigkeit der chinesischen Hersteller zur Anwendung des Lasermetallschmelzverfahrens angeht, ist die Antwort natürlich ja. Letztendlich ist das Lasermetallschmelzverfahren auch eine Form der additiven Metallfertigung. Und die chinesische Branche der additiven Fertigung hat eine sehr vollständige Wertschöpfungskette: Von der Titanpulver-Aerosolvorrichtung über die Lasermetallschmelzmaschine bis hin zur anschließenden 5-Achs-CNC-Bearbeitung und automatischen Inspektion verfügt die gesamte Bearbeitungskette über die Fähigkeit zur Massenproduktion. Mit anderen Worten, die chinesischen Hersteller verfügen über die "industrielle Grundlage" zur Herstellung von Titanrahmen mit Lasermetallschmelzverfahren und es gibt keine technischen Barrieren.

Für die chinesischen Hersteller liegt die eigentliche Schwierigkeit des Lasermetallschmelzverfahrens im Serienproduktionssystem und nicht in der Technologie selbst.

Für Apple ist es kein Problem, mehrere Millionen Smartwatches zu verkaufen. Aber im Vergleich zu Apples Produktionsrhythmus von nicht mehr als 5 Handys pro Jahr, werden Android-Flaggschiffsmodelle schnell erneuert, es gibt viele SKUs und die Fertigung ist verteilt. Die Anzahl der Produkte, die das Lasermetallschmelzverfahren nutzen können, ist daher ziemlich begrenzt. Wenn die Produktionsplanung nicht ausreicht, werden die Herstellungskosten unkontrollierbar und die Herstellungskosten sind nicht so wirtschaftlich wie bei der Schmiedetechnik oder sogar der CNC-Bearbeitung.

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Zweitens ist die "Ressourcenkonkurrenz" innerhalb von Android-Flaggschiffsmobilen extrem heftig. Fotografie, Scharnier, Schnellladetechnik für Batterien... jede Funktion beansprucht einen Teil des Budgets. Im Vergleich zu Upgrades, die die Benutzererfahrung direkt verbessern, hat der Titanrahmen einen relativ geringen Wert. Unbestreitbar kann das Lasermetallschmelzverfahren nicht nur zur Herstellung von Titanrahmen, sondern auch zur Herstellung von Schlüsselkomponenten für das Scharnier von Klapphandys verwendet werden. Aber die Produktionsmenge dieser Scharnierkomponenten reicht immer noch nicht aus, um die Kosten des Lasermetallschmelzverfahrens zu decken.

Aber andererseits ist die Lasermetallschmelztechnologie auch für chinesische Handyhersteller, die sich an den gehobenen Markt wagen wollen, eine technologische Route, die es sich lohnt, zu verfolgen. Schließlich hat die Lasermetallschmelztechnologie keine Beschränkungen wie die Schmiedetechnik oder die CNC-Bearbeitung und ist vielseitiger einsetzbar. Sie kann sowohl für Uhrgehäuse, Objektivrahmen als auch für Scharniere oder sogar größere Bauteile verwendet werden. Aus der Sicht von Lei Technology ist die Lasermetallschmelztechnologie für chinesische Hersteller keine unrealistische Phantasie.

Wohin will Apple die Revolution der Gehäusematerialien führen?

Zurück zu Apple. Obwohl nur das "außergewöhnliche Modell" iPhone Air in Apples neuesten iPhone-Serie noch einen Titanrahmen hat. Selbst die Entscheidung, den Titanrahmen im iPhone Air beizubehalten, liegt daran, dass dieses Handy gleichzeitig mit dem iPhone 16 geplant wurde. Aber man kann sicher sein, dass Apples Streben nach Titanrahmen, oder genauer gesagt nach Titanmetall, sich nicht auf das iPhone Air beschränken wird.

Wir wissen alle, dass Produkte wie der Apple Watch und das iPad immer Apples "Testfeld" waren und die "echten Tests" für zukünftige neue Technologien des iPhones. Selbst aus technischer Sicht wird das zukünftige "Klapp-iPhone" sicherlich Titanmetall verwenden, um die Festigkeit des Gehäuses und des Scharniers zu gewährleisten.