苹果3D打印铝合金的关键在阳极氧化?
苹果在铝合金这事上,换过一次材料。
早期用的是6系铝合金,Al-Mg-Si体系,成熟、廉价、易加工,一体成型工艺的经典选择。
之后随着iPhone 6弯曲的压力,苹果开始切换到自研7系,Al-Zn-Mg体系,屈服强度提升约60%。
此后,iPhone和Watch铝合金款全线使用此配方,苹果为此申请了专利。
"improved clarity following anodization"。
阳极氧化后表面光洁度更优。
强度固然重要,但苹果选铝合金的第一道门槛,是能不能被好看地阳极氧化。
这句话,也恰恰点出了3D打印铝合金至今面临的最大障碍之一。
阳极氧化的原理并不复杂:
将铝件置于硫酸或草酸电解液中,以铝件为阳极通电,表面铝原子被氧化,逐步生长出一层多孔氧化铝薄膜。
这层膜天然透明,孔隙可吸附染料着色,封孔后即形成好看的星光、午夜、红色等效果。
成膜质量的关键前提是,基体必须足够纯净。
氧化铝膜的生长中,若合金中存在大量不参与电化学反应的粒子,膜就会在这些位置出现中断、孔洞或暗色斑点,导致外观很丑。
干扰最大的元素,是硅。
目前金属增材制造领域应用最广的铝合金粉末是AlSi10Mg,含硅约10wt%。
硅降低熔点,缩窄凝固温度区间,使L-PBF过程中的熔池行为更稳定,显著抑制热裂。
增材角度,它是目前铝合金粉末中最成熟的选择之一。
但硅在阳极氧化中的角色截然相反。
硅不参与氧化铝成膜反应,以原始Si相颗粒滞留在膜层中,形成不连续的深灰色区域。
阳极氧化后表面往往呈斑驳深灰色,完全无法满足消费电子的外观标准。
这就形成了一个清晰的矛盾,硅含量高,打印容易,阳极氧化糟糕。
苹果想要的合金,偏偏难打印。
苹果7系专利中,对Si含量的要求是<0.06wt%。
正是这种低杂质成分,使氧化铝膜生长连续均匀,透明度高,着色后颜色饱满一致。
但将7系这类Al-Zn-Mg合金送入L-PBF打印机,凝固温度范围宽、成分偏析严重,晶界收缩产生间隙,热裂纹出现。
好看的合金难打印,好打印的合金不好看。
这是目前铝合金3D打印面向消费电子场景的核心矛盾之一,也是我们前期对3C打印铝不看好的原因之一。
阳极氧化是铝合金消费电子产品的视觉语言,而3D打印是下一代制造方式。
关键问题是:
我们需要的,究竟是可打印的铝,还是为打印重新开发的铝,亦或是适合7系铝的新打印方式?
问题的答案,将决定未来十年消费电子增材制造的边界。
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