apple stories
Punem bazele viitorului cu carcasele din titan Apple Watch imprimate 3D
Totul a început cu o idee care părea prea bună să fie adevărată: Ce ar fi dacă imprimarea 3D, utilizată în trecut pentru a crea prototipuri, ar putea fi utilizată pentru a produce milioane de carcase identice cu standardele de proiectare exacte ale Apple utilizând metale reciclate de înaltă calitate?
“Nu a fost o idee oarecare, ci una destinată să devină realitate”, a declarat Kate Burgeron, Vice Președinte pentru proiectarea produselor în cadrul Apple. „Odată pusă această întrebare, am început imediat să o testăm. Trebuia să demonstrăm, prin crearea continuă de prototipuri, optimizarea procesului și colectarea unui volum imens de date, că această tehnologie putea să îndeplinească standardele înalte de calitate pe care le impunem.”
Anul acesta, carcasele pentru Apple Watch Ultra 3 și carcasele din titan pentru Apple Watch Series 11 sunt imprimate 3D din pulbere de titan 100 la sută reciclată, de calitate aerospațială, o realizare care anterior nu era considerată posibilă la scară largă. Fiecare echipă din cadrul Apple trăgea pentru o ambiție comună. Finisajul reflectorizant lustruit al modelului Series 11 trebuia să fie imaculat. Ultra 3 trebuia să-și păstreze durabilitatea și forma ușoară pentru a putea răspunde cerințelor aventurierilor de zi cu zi. Ambele trebuiau să contribuie la o planetă mai sustenabilă fără a compromite performanța, utilizând aceleași materiale sau de o calitate mai bună.
“La Apple, fiecare echipă consideră mediul înconjurător o valoare fundamentală”, a declarat Sarah Chandler, Vice Președinte pentru mediu și inovație în lanțul de aprovizionare în cadrul Apple. „Știam că imprimarea 3D era o tehnologie cu foarte mult potențial pentru utilizarea eficientă a materialelor, un aspect important pentru Apple 2030.”
Apple 2030 este planul ambițios al companiei de a deveni neutră din punct de vedere al emisiilor de carbon pentru întreaga sa amprentă până la sfârșitul acestui deceniu. În acest plan sunt incluse lanțul de aprovizionare din producție și durata de viață a produselor. Toată electricitatea utilizată în producția Apple Watch provine deja din surse de energie regenerabilă, cum ar fi energia eoliană și solară.
Utilizând procesul aditiv de imprimare 3D, straturile sunt imprimate unul câte unul până când obiectul ajunge cât mai aproape posibil de forma finală necesară. În trecut, prelucrarea pieselor forjate avea o natură substractivă, aceasta necesitând răzuirea unor porțiuni mari de material. Datorită acestei schimbări, carcasele pentru Ultra 3 și carcasele din titan pentru Series 11 utilizează doar jumătate de materie primă în comparație cu generațiile anterioare.
“O scădere de 50 de procente este o realizare importantă. Poți obține două ceasuri din aceeași cantitate de materie utilizată pentru unul singur”, a explicat Chandler. „Când tragi linie, economiile pentru planetă sunt imense.”
În total, Apple estimează că numai în acest an se vor economisi peste 400 de tone metrice de titan brut datorită acestui nou proces.
În ultimul deceniu, Apple a experimentat cu imprimarea 3D, în timp ce industria în sine începea să se dezvolte. În laboratoarele din spitale, medicii utilizau primele proteze și organe artificiale imprimate 3D și chiar și dincolo de atmosfera Pământului, astronauții au descoperit viteza și ușurința cu care puteau produce prin imprimare 3D instrumente vitale la bordul Stației Spațiale Internaționale.
“Urmărim de mult timp dezvoltarea acestei tehnologii și am văzut cum prototipurile acesteia au devenit din ce în ce mai reprezentative pentru modelele noastre”, a declarat Dr. J Manjunathaiah, Director Senior de proiectare în producție pentru Apple Watch și Vision. „Am avut dintotdeauna intenția de a utiliza mai puține materiale în fabricarea produselor noastre. În trecut, imprimarea 3D nu ne permitea să producem componente cu aspect satisfăcător la scară largă. Așadar, am început să experimentăm cu metale de imprimare 3D pentru a produce componente cu aspect satisfăcător.”
Pentru Apple, funcționalitatea, aspectul și durabilitatea nu sunt negociabile. La acestea adăugăm scalabilitate, împreună cu teste riguroase de fiabilitate, performanță și chiar inovații în știința materialelor, asigurându-ne totodată că Apple nu face niciun pas înapoi în ceea ce privește obiectivele sale de decarbonizare pentru 2030.
Privind de sus în jos, rândurile de blocuri ies din partea de jos precum zgârie-nori albi, asemănătoare blocurilor Lego, zumzăind zi și noapte. Acestea sunt imprimantele 3D muncind de zori pentru a construi carcasele din titan pentru Apple Watch Ultra 3 și Series 11.
Fiecare mașină are un galvanometru cu șase lasere, toate lucrând simultan pentru a construi strat după strat, de peste 900 de ori, pentru a finaliza o singură carcasă. Dar înainte ca imprimantele să poată începe, titanul brut trebuie atomizat în pulbere, un proces care implică reglarea fină a conținutului său de oxigen pentru a reduce calitățile titanului, care devine explozibil atunci când este expus la căldură.
“Vorbim de o știință a materialelor de ultimă generație”, a declarat Bergeron.
“Pulberea trebuia să aibă un diametru de 50 de microni, adică asemănător cu nisipul foarte fin”, a explicat Manjunathaiah. „Când este expus la laser, comportamentul său diferă atunci când are sau nu în compoziția sa oxigen. Așa că a trebuit să venim cu o soluție pentru a menține un conținut de oxigen redus.”
“Reglarea acelei grosimi astfel încât fiecare strat să aibă exact 60 de microni înseamnă răzuirea foarte fină a acestei pulberi”, a completat Bergeron. „Trebuie să fim cât mai rapizi posibili din motive de scalabilitate, însă trebuie să lucrăm cât mai încet posibil pentru a putea asigura precizia. În acest fel, am putut să fim eficienți, atingând în același timp obiectivele de proiectare.”
După ce imprimantele au terminat, un operator aspiră excesul de pulbere de pe platforma de construcție într-un proces care se numește eliminarea grosieră a excesului de pulbere. Deoarece piesele sunt imprimate în formă aproape finală, inclusiv cu toate îmbinările necesare carcasei, pulberea poată să se strecoare în spațiile mici ale carcaselor. Un dispozitiv de ultrasunete care vibrează piesele asigură că pulberea rămasă este îndepărtată în timpul etapei de eliminare fină a excesului de pulbere.
În timpul procesului de separare, un fir electrizat subțire taie fiecare carcasă, în timp ce un lichid de răcire este pulverizat simultan pentru a păstra un nivel redus de căldură în procesul de tăiere. Un sistem automatizat de inspecție optică măsoară apoi fiecare carcasă, verificând dacă dimensiunile și aspectul acesteia sunt corecte. Aceasta este ultima verificare de calitate a carcaselor pentru a asigura că sunt pregătite pentru prelucrarea finală.
"Inginerii mecanici trebuie să fie cei mai pricepuți experți în puzzle din lume”, a declarat Bergeron. "Iau placa de circuit, ecranul și bateria, adică toate componentele integrate în carcasă în etapa finală de asamblare, și le potrivesc. Desfășurăm teste pe parcurs pentru a ne asigura că ceasul este funcțional. Ulterior, adăugăm software-ul și îl rulăm o perioadă de timp pentru a verifica dacă funcționalitatea acestuia îndeplinește cerințele.”
O altă îmbunătățire-cheie adusă modelului, oferită de imprimarea 3D, este imprimarea texturilor în locuri care nu erau accesibile anterior în procesul de forjare. Pentru Apple Watch, acest lucru însemna posibilitatea de a îmbunătăți procesul de consolidare a proprietății carcasei antenei de a fi rezistentă la apă în cazul modelelor celulare. În interiorul carcasei, modelele celulare sunt prevăzute cu o fantă umplută cu plastic pentru a permite funcționarea antenei, iar datorită imprimării 3D a unei texturi specifice pe suprafața interioară a metalului, Apple a reușit să obțină o lipire mai bună între plastic și metal.
Completarea pieselor de puzzle a fost realizată pe parcursul mai multor ani, care a început cu o serie de demonstrații și validări ale conceptului pentru a finisa procesul, de la compoziția specifică a aliajului la procesul de imprimare în sine. După testarea acestuia la o scară mult mai mică în cazul generațiilor de produse anterioare, echipa a fost încrezătoare în propriile abilități de a veni cu o soluție pentru provocările unice ale utilizării titanului.
“Întotdeauna încercăm să facem acei pași mici, care ne permit să trecem la următorul nivel”, a declarat Bergeron. „Acest proces a făcut loc oportunității de a avea o flexibilitate de proiectare și mai mare față de ce aveam înainte. Posibilitățile sunt nelimitate acum că am obținut această inovație la scară largă, într-un mod cu adevărat sustenabil și la nivelul de care avem nevoie pentru a asigura aspectul și structura produselor.
Această flexibilitate de proiectare a adus un alt beneficiu dincolo de Apple Watch: portul USB-C pe noul iPhone Air. Prin crearea unui port complet nou cu o carcasă de titan imprimată 3D din aceeași pulbere de titan reciclat, Apple a reușit să aducă la viață acest model incredibil de subțire, dar durabil.
Aceasta este dovada magiei care poate fi creată atunci când sunt reunite legile fizicii, inovația materialelor, proiectarea inegalabilă și un angajament ferm față de mediu.
“Suntem extrem de dedicați schimbării aduse sistemelor,” a declarat Chandler. „Nu facem niciodată lucruri fără a ne gândi la continuitate, ci pentru ca acestea să devină modul în care să funcționeze mai apoi întregul sistem. Obiectivul nostru fundamental a fost dintotdeauna să proiectăm produse care să fie mai bune pentru oameni și pentru planetă. Atunci când ne unim forțele să inovăm fără a face compromisuri în proiectare, producție și obiectivele stabilite pentru mediu, beneficiile sunt exponențial mai mari decât ne-am putea imagina vreodată.”
Media
-
Textul acestui articol
-
Conținutul media din acest articol