手機穿越“芯片”圍城

（圖片來源：攝圖網(wǎng)）

作者|古廿 來源|科技新知(ID：kejixinzhi)

從芯片轉(zhuǎn)向新制造。

當(dāng)一個成熟市場陷入突破瓶頸，產(chǎn)品還可以怎么創(chuàng)新？

2008年的喬布斯，從薄薄的信封中抽出一臺最厚處僅有0.76英寸的MacBook Air，開辟了一個全新的超薄筆記本市場。

那一年的蘋果，沒有M2芯片，更沒有3萬億美元的市值。與國產(chǎn)品牌發(fā)家的過程無異，當(dāng)時的蘋果在消費電子產(chǎn)業(yè)鏈上只是一個組裝廠，拿著現(xiàn)成的核心元器件，組裝貼牌為一個個電腦或者手機。

組裝廠也可以有創(chuàng)新。

通過采用早已在原型機階段應(yīng)用多年的CNC制造工藝，并推動其進(jìn)入大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)階段，蘋果筆記本電腦以“一體化無縫、時尚金屬材質(zhì)”為賣點，成功在紅海中造出一片自己的大陸。

類似的工藝創(chuàng)新，正在手機市場中發(fā)生。新工藝、新材料的應(yīng)用層出不窮，只是主角變成了國產(chǎn)品牌。

月中發(fā)布的榮耀Magic V2，折疊屏設(shè)計上使用鈦合金鉸鏈，其結(jié)構(gòu)件采用3D金屬打印工藝。新工藝、新材料的加持，讓折疊狀態(tài)下的榮耀Magic V2厚度僅9.9mm，算是一個不小的行業(yè)突破。

榮耀的產(chǎn)品落地證明了上游供應(yīng)鏈的成熟，因此可以發(fā)現(xiàn)三星、華為、OPPO等公司，均計劃在下一代產(chǎn)品中使用鈦合金3D打印技術(shù)。巨頭更不會落下。蘋果分析師郭明錤近日發(fā)文稱，最新調(diào)查顯示，蘋果正在積極引入3D打印技術(shù)，預(yù)計今年新款產(chǎn)品部分鈦金屬機構(gòu)件將采用3D打印技術(shù)。

下游傳導(dǎo)到上游產(chǎn)業(yè)鏈側(cè)，3D打印概念股近期表現(xiàn)活躍。7月17日泰爾股份、金橙子、愛司凱等多只個股漲停。據(jù)東方財富Choice數(shù)據(jù)顯示，今年以來3D打印概念股平均漲幅為66%。

郭明錤預(yù)測，一旦3D打印走向消費電子的工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用階段，或?qū)?fù)制此前蘋果在CNC制造工藝領(lǐng)域的成功。

誰會是下一個蘋果？

01

改變規(guī)則的新工藝

芯片發(fā)展的摩爾定律可以趨于極限，制造工藝的微型需求永無止境。移動設(shè)備廠商的替代方案，可能會轉(zhuǎn)向電子3D打印技術(shù)。

榮耀Magic V2折疊屏所能做到的極限輕薄，來自于其最核心的關(guān)鍵部件——鉸鏈制造工藝的突破性進(jìn)展。

據(jù)悉，該款手機鉸鏈的軸蓋部分首次采用3D打印工藝，并使用鈦合金材質(zhì)，既可以保證鉸鏈的精密性，又可以讓軸蓋更輕更薄，進(jìn)一步讓折疊屏的重量和厚度下降，同時又能兼顧手機的硬度，做到“既要又要”。

不只是手機，有最新消息顯示，下半年將要問世的第二代Apple Watch Ultra，也將采用3D打印技術(shù)。蘋果計劃利用這種新的制造工藝，來提高產(chǎn)量并降低成本。

郭明祺表示，蘋果正在“積極地將3D打印技術(shù)”納入其制造過程中，Ultra 2的部分鈦金屬機械部件將采用3D打印。

這是蘋果公司第一次嘗試將3D打印部件，整合到一款比手機產(chǎn)品線規(guī)模更小的設(shè)備上。“如果出貨順利，我相信更多的蘋果產(chǎn)品將采用3D打印技術(shù)，這將有助于改善蘋果供應(yīng)鏈的生產(chǎn)成本和ESG績效，而上述供應(yīng)商也將受益于這種新的生產(chǎn)趨勢。”

十五年前的蘋果，就曾利用制造工藝的創(chuàng)新，帶來整個行業(yè)游戲規(guī)則的重大改變。

MacBook Air挑戰(zhàn)了工業(yè)設(shè)計先入為主的觀念，并開創(chuàng)了超薄筆記本電腦的全新時代。蘋果設(shè)計師艾夫曾評價稱，這項工藝實現(xiàn)了“行業(yè)聞所未聞的精度”。

作為當(dāng)時高端制造業(yè)的一次重要突破，該工藝通過CNC機床實現(xiàn)。設(shè)計師通過機床可以方便地用3D圖像文件創(chuàng)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件。其實這種機器已經(jīng)出現(xiàn)了幾十年，只不過每臺價值超過50萬美元，通常只用于少量制造產(chǎn)品原型。

為了使 MacBook Air規(guī)?；慨a(chǎn)，蘋果對CNC基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行大力投資。前蘋果制造工程師稱，為了實現(xiàn)喬布斯所說的這種“制造筆記本電腦的全新方式”，蘋果買了一萬多臺CNC機床，還在全球范圍內(nèi)繼續(xù)搜羅其他廠家的先進(jìn)CNC機床。 

此后，筆記本電腦這一消費電子品類便突破了傳統(tǒng)硬件規(guī)格的限制，市場上其他品牌均先后采用這種工藝進(jìn)入超薄時代。

又沒多久，蘋果開始在iPhone和iPad上采用同樣的技術(shù)。這種一體化無縫、時尚的鋁制機身，最終成為蘋果設(shè)計美學(xué)的標(biāo)志。直到今天，CNC工藝仍然是消費電子產(chǎn)品的主流選擇。

02

3D打印的三道關(guān)

大多數(shù)的制造工藝，想要走出實驗室變成工業(yè)化的生產(chǎn)力，往往需要邁過三個關(guān)鍵節(jié)點：規(guī)模化生產(chǎn)能力，工廠化流水性適配，良品率的質(zhì)量控制。

在3D打印的工藝流程中，這三個節(jié)點分別對應(yīng)著：3D打印的吞吐量，3D打印工廠，3D打印質(zhì)量控制。

首先看吞吐量。3D打印起源于原型技術(shù)，設(shè)計時從未考慮過大規(guī)模生產(chǎn)，創(chuàng)建復(fù)雜形狀的應(yīng)用場景僅限于一次性零件或小批量制造。因此其大規(guī)模應(yīng)用的第一步，是要開發(fā)盡可能快地制造許多零件的系統(tǒng)，這一概念可以稱為吞吐量。

目前的3D金屬打印工藝，通常依賴于在昂貴的金屬粉末上發(fā)射高功率激光束。提高吞吐量，主要通過添加更多的激光器來實現(xiàn)。比如鈦合金軸蓋的材料成本約為30元，加工成本卻高達(dá)10倍。

由于總成本相對較高，鈦合金此前主要應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)工程、能源技術(shù)等領(lǐng)域。伴隨著更低成本、更高吞吐量的3D打印技術(shù)應(yīng)用，鈦合金也將走出高精尖的關(guān)鍵零部件，開始逐步大規(guī)模應(yīng)用于消費電子領(lǐng)域。

惠普公司花了數(shù)年時間研究該技術(shù)，最終推出了能夠快速生產(chǎn)塑料和金屬的技術(shù)。這家 2D 打印巨頭已將其在噴墨打印頭方面的專業(yè)知識轉(zhuǎn)移到了3D打印領(lǐng)域，采用了一種名為多噴射融合(MJF)的技術(shù)。MJF 已被用于生產(chǎn)大批量的聚合物零件，覆蓋了從眼鏡到雜貨機器人等各種產(chǎn)品。

同時該公司目前正在推出另一項名為Metal Jet的金屬打印技術(shù)，將液體粘合劑沉積到金屬粉末上，形成必須在熔爐中燒結(jié)的組件。大眾汽車這樣的大客戶正在投資這項技術(shù)，計劃每年為消費類汽車批量生產(chǎn)多達(dá)100000個金屬部件。

另外，通用電器也在開發(fā)自己的技術(shù)版本，致力于可以使用低成本金屬粉末在一次作業(yè)中 3D 打印大量零件，從而改變金屬3D打印的成本結(jié)構(gòu)。

吞吐量問題解決后，其次是3D打印工廠，主要指是否具備量產(chǎn)級的系統(tǒng)性生產(chǎn)力。雖然一組3D打印機或許能夠批量生產(chǎn)，但這并不意味著它們一定適合現(xiàn)有的工廠運營，這很大程度上取決于是否具備量產(chǎn)級的系統(tǒng)管理軟件。

開發(fā)用于制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的增材制造專用軟件，管理一組3D打印機并將其連接到公司現(xiàn)有的生產(chǎn)軟件至關(guān)重要。

目前這個環(huán)節(jié)的推動者主要是一些初創(chuàng)公司，利用人工智能在機器學(xué)習(xí)的幫助下開發(fā)，隨著每個訂單和每個機器作業(yè)的數(shù)據(jù)反饋到工作周期中，整個工作流程可以自動改進(jìn)。

最后是良品率的質(zhì)量控制。CNC工藝是做減法，流程側(cè)重切割的精度；3D打印則是做加法，零件是逐層構(gòu)建的。

構(gòu)建平臺上的每個點都可能略有不同，即使打印參數(shù)最微小的變化，也可能會改變打印物體的微觀結(jié)構(gòu)。一旦打印完成，就很難驗證項目的內(nèi)部幾何形狀。確保打印物體質(zhì)量的唯一方法，是使用成本高昂的CT掃描來檢查。

不過，提前使用計算機進(jìn)行模擬，在錯誤實際發(fā)生之前檢測并作出反饋才是主流解決方案。采用這些工具將越來越多地實現(xiàn)主動反饋，以便機器能夠快速糾正打印過程中的問題。

03

只有手機還不夠

相對于手機已經(jīng)應(yīng)用3D打印工藝在追求折疊屏的輕薄，國外分析師更傾向于認(rèn)為蘋果最新推出的Vision Pro產(chǎn)品，或?qū)⒊蔀橥七M(jìn)3D打印工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的主力。

集合了蘋果近十年技術(shù)結(jié)晶，售價3000美元的Vision Pro，通過增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實打造革命性的移動設(shè)備體驗，代表了消費電子產(chǎn)品及其他領(lǐng)域的潛在范式轉(zhuǎn)變。

更關(guān)鍵的是，蘋果Vision Pro雖然顯著優(yōu)化了眼球追蹤交互方式，搭載性能更強大的芯片技術(shù)，但是在整機重量上并沒有明顯的減重。

長期關(guān)注3D打印行業(yè)的人都清楚，這項技術(shù)的核心優(yōu)勢之一就是可以將電子產(chǎn)品壓縮到狹小的物理空間中。

通過3D打印，可以使用Optomec的Aerosol Jet技術(shù)將導(dǎo)電跡線噴涂到彎曲表面上，允許把電子功能整合到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，提高空間利用效率。此前，3D打印工藝已經(jīng)應(yīng)用到微型芯片互連、電路、電阻器等領(lǐng)域，實現(xiàn)整機更小更輕的外形尺寸。

根據(jù)公開披露，頭顯產(chǎn)品Quest的廠商Meta，2016 年收購了一家名為Nascent Objects的初創(chuàng)公司。后者開發(fā)了一種3D打印消費電子產(chǎn)品內(nèi)置模塊的技術(shù)。

雖然在不同的產(chǎn)品類型上嘗試3D打印技術(shù)屢見不鮮，但是要想走向大規(guī)模應(yīng)用，還需要更多受市場認(rèn)可的新產(chǎn)品做下游需求的支撐。

市場研究公司SmarTech Analysis最近發(fā)布了增材制造(AM)行業(yè)的數(shù)據(jù)顯示，2021年3D打印行業(yè)的收入達(dá)到106億美元，還不包括與硬件維護(hù)合同和后處理設(shè)備相關(guān)的收入。報告進(jìn)一步預(yù)測，到2030年增材制造預(yù)計將增長到500億美元以上。

這與更多的消費電子產(chǎn)品越來越多地采用該技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的趨勢密切相關(guān)。不過正如上文所述，3D打印能否在產(chǎn)量、工廠集成和質(zhì)量控制三個環(huán)節(jié)獲得更多的突破性進(jìn)展，才是決定消費電子卷向新制造進(jìn)程快慢的關(guān)鍵。

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號：科技新知(ID：kejixinzhi)，作者：古廿