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幸运28财经天下周刊]苹果产品为什么不用更硬的壳

编辑:凯恩/2018-12-23 12:52

  7年前乔布斯就挑定铝作为他第一款手机产品iPhone的外壳材质;从始至终铝都是苹果笔记本产品的标志性外衣;多款iPad背壳也采用了这种材质;然后,乔布斯的接班人库克抛弃了iPhone 3G时代的塑料壳、iPhone4/4S时代的玻璃钢外壳,再次将铝壳套在iPhone5的背后。

  没错,正是由于采用了铝壳,iPhone5较之4或4S薄了约五分之一。但是,铝的硬度不高,由于选择了这个“软骨头”,iPhone5可能被一屁股坐弯,它也不能和钥匙放在一起,表面会被划伤,使用中的磕磕碰碰也会导致“掉漆”。

  实际上,当前市面上的主流手机,其后壳成分主要有金属、高分子材料(俗称塑料)、复合材料几种。如果玩腻了其他材质,决定采用金属做外壳后,可供选择的余地就不多了。

  “无非就是铝、镁、钛、铜和不锈钢,不可能所有的金属都能用来做外壳。”清华大学材料系副教授李建国说。

  作为移动产品,手机外壳的材质需要考虑到轻、薄两大关键因素,大多数金属因此被淘汰。比如可以做得很薄、广泛用于USB插头的锌,以及强度高、耐磨耐摔的不锈钢,都是因为体重被一票否决。

  另一些轻金属,例如钛则价格过于昂贵,最后只剩下镁是铝最强劲的对手。中国有色金属价格网显示,今年3月初,中国国内镁锭均价在18000元/吨左右,铝合金则为16000元/吨。

  而且,镁合金不仅硬度远超于铝,还具备优良减震性能,同样从一米多高处摔下,比铝强度更高的马口铁瓶也会瘪下去,幸运28,重量仅为铝三分之二的镁则毫发无损。因此,早在2000年,诺基亚8850就采用了全镁合金外壳,IBM早期的几款笔记本外壳也选用过镁合金。

  但硬骨头的代价是不易被切割。手机后壳上需要留出数个孔洞以安置零件,以iPhone5为例,其四面侧框上,分布有两个音量调节键、静音模式键、关机键、Sim卡槽、充电线接口、耳机插孔、两颗螺丝孔,再加上26个麦克风孔洞,最终金属机壳需要在机床上铣削出35个形状、大小各异的孔洞。

  苹果对这些孔洞的要求非常之高。一位亲见过iPhone5后壳原型的人士告诉《财经天下》周刊,在铣好的后壳上,背面的苹果Logo部位也是被掏空的。这意味着,呈现高亮的苹果Logo,与周围的哑光铝壳并非一体成型,而是后期被嵌入。将Logo置于白炽灯光下仔细端详,能清楚看见其与周围哑光部位的分界。后壳下方的高光iPhone字样,与Logo使用了同样的方式嵌入,保证嵌入的Logo能严丝合缝地贴合于机身,这种加工精度是镁无法实现的。

  铝由于其面心立方的晶体结构,很容易塑形加工,适合苹果所需的铣削工艺,反之,镁在铣削工艺中容易导致设备崩刀,它更容易屈服于“压铸”这一粗暴的快捷方式。

  不仅如此,在多种装饰性金属中,铝还具有无可比拟的外貌优势。用行内人的话来说,其表面处理技术已达“登峰造极”的地步:只有你想不到的颜色,没有做不出来的;只有你设计不出的花纹,没有做不出来的。铝作为一种金属,甚至可以作为墙纸贴在壁上。“我作为一个与铝合金打了30年交道的人,面对那些精美绝伦的墙壁,都觉得叹为观止。”李建国感慨道,而镁及其他金属的表面处理技术成熟度则远没到这种地步。

  也许正是这一点戳中了乔布斯与库克的心。工艺不会约束设计--到了这一程度,必须承认,即便挑剔如苹果设计师们也该叹句“夫复何求”!

  铝合金只是一个庞大家族的代名词,根据加入的金属不同,可以细分为1至8系。至于iPhone5终究采用了哪一种铝合金,苹果从未对外宣布,甚至大多数iPhone5外壳在中国的代工厂也表示无从得知。

  经过本刊调研,最终得知iPhone5采用的是6系铝合金,也就是铝镁硅合金。调整这三个主要元素含量的比例差异,铝合金就能呈现出不能的性能,因而6系之下又细分为不同牌号,一位接近苹果上游代工厂的业内人士进一步指出,iPhone5所用牌号为6063。

  6063,这是一个在中国铝业业内如雷贯耳的数字。中国每年年产几百吨铝门窗销往全球,基本材质全都是6063。而iPhone5与你家中阳台门窗在材质上的区别,仅仅是硅、镁、钛、铁等金属万分之一比例的微调,这种差异并不会影响其原料成本。

  一位专家透露,苹果之所以选择6系,主要是出于成本上的考虑。他认为5系铝材更适合做手机壳这种兼具装饰性的产品。6063的光洁度是4微米到10微米,而5系的光洁度不到前者的十分之一。一般而言,光洁度越小,材料表面越平整好看。但中国铝企大多不具备加工5系板材的能力,在中国代工的苹果公司若选择5系,将意味着其外壳成本的大幅提升。

  而中国制造正是苹果选择铝壳的另一个因素。中国是铝业大国,过去10年间平均产量增速达到了GDP增速的2.5倍,2011年已占全球总产量的半壁江山。产能过剩的背后是利润流失,以铝制的汽车轮毂为例,10年前一只轮毂的利润有100元人民币,全世界90%的轮毂产能转移到中国后,只剩下不到10元。

  上游厂商的利润更是低得可怜,售价16000元的铝棒一般利润仅为100元左右。如果不计算后期的加工费用,根据外观尺寸以及中国市场的铝材报价,苹果为iPhone5铝壳付出材料费用约为1.88元人民币。

  “说到这里,苹果选择了铝,一点都不奇怪,因为铝是金属中最合算的。”李建国总结道。

  尽管铝合金具有种种优点,但缺点也十分明显,例如其备受用户鄙薄的耐磨性能--百度一下“iPhone5+掉漆”,竟有超过400万个结果。

  实际上铝壳不是掉“漆”,而是表面一层名为“氧化铝”的薄膜被磨损。专家们解释说,铝壳成型后还要进行一次表面处理,苹果选用的是业内最常见的阳极氧化技术,就是将铝壳置于电解质溶液中,利用电解作用使其表面形成氧化铝薄膜,以提高铝合金的耐蚀性、耐磨性和装饰性。

  在业内人士看来,这个活儿苹果干得不算漂亮。在办公室里,前中国有色金属研究总院表面技术中心主任、教授级高级工程师朱祖芳用右手拇指在iPhone5背壳上面反复摩挲,10秒后才缓缓开口:这个表面,做得只能算一般。

  朱祖芳对《财经天下》周刊说,他手中的这只iPhone5后壳虽然摸起来不粘手,但看上去“有点脏”,这不符合常理。

  带着这只业内顶级专家摸过的iPhone5,我们来到北京的一间有色金属实验室。在一位博士研究员的指导下,实验室的一位师傅演示了这样一幕:两小段外观接近的6063铝窗材料,用同一根红色马克笔涂上相同的一串字母,再用酒精棉球擦拭。第一段铝材只经棉球快速蹭了一下,字迹就完全消失了;另一段则用力擦拭了近一分钟,仍留下清晰的笔迹,只是颜色由深红变为淡红。

  接下来,他在iPhone5的后壳上点上一个黑色小点,用酒精棉球擦拭了近一分钟,黑点仍留在原处。

  在中国的工厂中,完全能做出更拿得出手的产品。铝的阳极氧化工艺从半个世纪前就开始大规模工业应用,经过全球工业50年的细节改进,已经相当成熟。而中国铝工业的熔铸、挤压、表面处理这三大工序中,表面处理技术水平是公认的与世界接轨最好的。

  厚度是其中的关键。氧化铝膜一般为几微米到几百个微米,简单来说,电解时间越长,表面生成的膜厚度越大。在实验室里,研究员用探头检测后告诉《财经天下》周刊,iPhone5后壳膜厚为10微米,而实际的厚度应略小于这个数字。这是由于阳极氧化膜本身是多孔性的,容易吸附脏污,摸起来也会有粘滞感,因此往往会在阳极氧化完成后,再加一道工序,将孔封住。更考究些的处理方式是在氧化膜之上再加一层漆膜,漆膜将在氧化膜的耐磨性之外提供更好的耐腐蚀性,免去手机被汗水浸渍等。

  由于摸起来光滑、不粘手,专家们因此认定iPhone5有很大可能加了这道工序,也就是说,iPhone5的铝壳表层氧化铝实际厚度不可能超过10微米。

  朱祖芳介绍说,这种厚度的氧化膜在中国的工厂里只需要20分钟就可完成。加上阳极氧化之前的水洗、脱脂等准备工作,一只背壳的整个表面处理流程仅需半小时左右。

  但苹果也未必真的因此在氧化膜厚度上做出了妥协,朱祖芳强调说,铝合金产品的耐腐蚀性、表面硬度等并不是衡量其质量的唯一标准。在他看来,产品设计师要综合考虑多种要素。以苹果手机为例,更厚、更好的表面处理技术固然可以在耐磨性能上做到极致,避免被指甲、钥匙划伤的命运,但同时也会影响其呈现出的光泽与质感,苹果显然对此无法容忍,这家公司一直以来都以外观设计出色著称。

  最终,质量、成本、外观,这三个相互依存又矛盾的要素在苹果设计师的天秤上反复衡量后,拿到我们手中的iPhone5成为现在的样子。

  进入智能手机时代,机身材料变得比功能机更为丰富,除了金属,还有玻璃、碳纤维等。不过,最主流的材质仍然是塑料--这种低廉而成熟的材料,直至今日仍是大部分手机厂商的选择。

  塑料只是千百种高分子聚合物的统称。具体到手机背壳,可以分为“不止是塑料”或“只是塑料”。

  “小米手机用的就是普通的塑料。”魅族手机设计总监李楠对《财经天下》周刊说,“这种塑料早已应用多年,成本和技术都到了稳定阶段。”

  但塑料“不死之谜”在于其变化多端。杜邦高性能聚合物全球消费电子应用主管蔡泽裕介绍说,杜邦现在经常会根据客户端的需求,往塑料中加入玻璃纤维等添加物,对材料的平整度、翘曲度等性能做出微调,满足不同设计需求。

  这种“不止是塑料”的产品性能和加工成本上都优于普通塑料以及许多金属材质,例如可以做得非常轻薄且表面不会被钥匙划伤,“除非你拿着钥匙非常用力地划,使其荷重超过了500克。”蔡泽裕说。

  有些手机企业还研发了自己的独家工艺,如魅族的双料注塑背壳。这种手机后壳塑料分为两层,外层是透明的,Logo等用激光穿过外层刻在里层上。据李楠介绍,为了避免双层分离,这种手机壳是一次性向模具里注入两种塑料,一体成型后再用机床削薄成需要的厚度。因此,双料注塑的手机背壳成本是普通塑料的三四倍。“不过,总的来说,手机后壳在整机里的成本比例是很小的。”李楠说。

  此外,塑料也有多种表面处理效果。除了最常见的喷漆,还一种被称为IMR的技术,将漆直接转移到塑料中间,使得塑料本身带有颜色,大幅降低了手机厂商的制造成本。IMR产能更高,适合量大的机种,而喷漆则相对灵活,产品端需要什么颜色,就喷上什么颜色。

  氧化不喷漆也是最近十分流行的塑料表面处理方式。处理后的塑料表面呈黑色,兼具氧化后的金属质感。这种方式的最大优点是成本低廉,4寸大小的一片氧化不喷漆塑料,比前两种方式低0.5到1美元左右。但这种氧化不喷漆方式较少用于手机,因为比起笔记本底板,手机外壳的装饰性需求更强。

  正因为塑料有以上种种优势,在功能机时代,一直是最主流的手机外壳材料,虽然智能机带来了更多选择,但大部分手机大厂商,如三星、HTC等背壳还是以高性能塑料为主。