apple stories
Kortlægning af fremtiden med 3D-printede Apple Watch-urkasser i titanium
Det hele startede med en helt uvirkelig drøm: 3D-printning var tidligere blevet brugt til at skabe prototyper. Ville man kunne bruge teknikken til at fremstille millioner af identiske urkasser til Apples præcise designstandarder med genanvendt metal i høj kvalitet?
“Det var ikke bare en idé – det var en idé, som vi ville virkeliggøre,” fortæller Kate Bergeron, Apples Vice President for Product Design. “Da vi havde stillet spørgsmålet, gik vi straks i gang med at afprøve det. Vi var nødt til kontinuerligt at skabe prototyper, optimere processer og indsamle en enorm mængde data for at bevise, at denne teknologi kunne leve op til de høje kvalitetsstandarder, vi kræver.”
I år er alle urkasser til Apple Watch Ultra 3 og Apple Watch Series 11 i titanium 3D-printede med 100 procent genanvendt titaniumpulver i rumfartskvalitet, hvilket ikke tidligere blev anset for at være muligt i stor skala. Alle Apple-teams gik sammen om en fælles ambition. Den spejlblanke finish på Series 11 skulle være perfekt. Ultra 3 skulle beholde sin holdbare og lette udformning for at kunne klare hverdagens udfordringer. Begge modeller skulle også være mere miljøvenlige, uden at det gik ud over ydeevnen, og anvende materialer af samme eller højere kvalitet.
“Hos Apple er miljøet i centrum hos alle teams,” fortæller Sarah Chandler, Apples Vice President for Environment and Supply Chain Innovation. “Vi vidste, at 3D-printning var en teknologi med et enormt potentiale til effektiv anvendelse af materialer, hvilket er afgørende for at nå frem til Apple 2030.”
Apple 2030 er virksomhedens ambitiøse mål om at blive CO₂-neutral i alle sine aktiviteter inden udgangen af dette årti, hvilket inkluderer produktionsforsyningskæden og levetiden af virksomhedens produkter. Allerede i dag kommer al den elektricitet, der bruges til Apple Watch-produktionen, fra vedvarende kilder som vind- og solenergi.
Med den additive 3D-printproces printes lag efter lag, indtil en genstand er så tæt som muligt på den endelige ønskede form. Historisk set er bearbejdning af smedede dele en subtraktiv proces, hvor store mængder materiale skal skæres væk. Takket være denne nye metode er det kun nødvendigt at bruge halvt så mange råmaterialer sammenlignet med de forrige generationer af urkasser til Ultra 3 og Series 11 i titanium.
“En reducering på 50 procent er en enorm bedrift – vi får to ure ud af den samme mængde materiale, der blev brugt til ét,” forklarer Chandler. “Hvis vi medregner alt det materiale, der spares, er dette til stor gavn for planeten.”
Samlet set vurderer Apple, at der vil blive sparet over 400 tons rå titanium alene i år takket være denne nye proces.
I løbet af det sidste årti har Apple eksperimenteret med 3D-printning, sideløbende med at 3D-branchen begyndte at tage fart. På hospitalslaboratorier tog læger de første 3D-printede proteser og kunstige organer i brug, og selv uden for Jordens atmosfære fandt astronauter ud af, hvor hurtigt og nemt de kunne 3D-printe vigtige værktøjer ombord på den internationale rumstation.
“Vi har set denne teknologi udvikle sig gennem lang tid og oplevet, hvordan dens prototyper er blevet mere repræsentative for vores design,” udtaler Dr. J Manjunathaiah, Apples Senior Director for Manufacturing Design for Apple Watch and Vision. “Det har altid været vores hensigt at bruge mindre mængder materialer til at fremstille vores produkter. Før i tiden kunne vi ikke fremstille æstetiske dele i stor skala med 3D-printning. Så vi begyndte at eksperimentere med 3D-print i metal til fremstilling af æstetiske dele.”
For Apple er funktionalitet, æstetik og holdbarhed helt grundlæggende krav. Derudover kommer behovet for skalerbarhed, omfattende pålidelighedstests, ydeevne og endda fremskridt inden for materialevidenskab, samtidig med at Apple holder fast i målet om dekarbonisering inden 2030.
Set oppefra stikker rækker af blokke op af jorden, ligesom hvide LEGO-skyskrabere, der summer både dag og nat. Dette er 3D-printerne, der arbejder hårdt på at bygge urkasserne i titanium til Apple Watch Ultra 3 og Series 11.
Hver maskine er udstyret med et galvanometer, der indeholder seks lasere, som alle arbejder sammen om at bygge lag efter lag – over 900 gange – indtil urkassen er færdig. Men selv før printerne kan gå i gang, skal den rå titanium nedbrydes til pulver. Under denne proces bliver materialets iltindhold finjusteret for at reducere de titaniumegenskaber, der bliver eksplosive ved varme.
“Dette var banebrydende materialevidenskab,” fortæller Bergeron.
“Pulveret skulle have en diameter på 50 mikrometer, hvilket er som meget fint sand,” forklarer Manjunathaiah. “Når man bruger en laser på det, opfører det sig meget forskelligt, afhængigt af om det har ilt eller ej. Så vi var nødt til at finde ud af, hvordan vi kunne holde iltindholdet på et lavt niveau.”
“For at opnå denne tykkelse, hvor hvert lag er præcis 60 mikrometer, skal pulveret spredes meget tyndt,” tilføjer Bergeron. “Vi er nødt til at være så hurtige som muligt for at gøre dette skalerbart og samtidig arbejde så langsomt som muligt for at være præcise. På denne måde kunne vi være effektive og samtidig nå vores designmål.”
Når printerne er færdige med arbejdet, støvsuger en operatør overskydende pulver af byggepladen i en proces, der kaldes grov afstøvning. Da delene printes i det, der næsten er deres endelige form, med alle de nødvendige låsepunkter i urkasserne, kan der stadig være pulver i de små sprækker og fordybninger. Et rysteapparat med ultralyd sørger for, at det resterende pulver bliver fjernet under den fine afstøvning.
Under singuleringsprocessen saves der med en tynd, elektrificeret tråd mellem hver urkasse, samtidig med at en kølevæske sprøjtes på for at undgå, at processen afgiver for høj varme. Et automatisk optisk inspektionssystem måler derefter hver enkelt urkasse og kontrollerer, at den har de korrekte mål og det rette udseende. Dette er den afsluttende kvalitetskontrol for at sikre, at urkasserne er klar til den afsluttende bearbejdning.
“De mekaniske ingeniører må være verdens bedste til at løse puslespil,” udtaler Bergeron. “De tager kredsløbskortet, skærmen og batteriet – alle de dele, som skal placeres indeni urkassen under den afsluttende montering – og får dem til at passe sammen. Vi tester undervejs for at sikre, at uret fungerer. Og derefter tilføjer vi software og lader det køre i et stykke tid for at kontrollere, at alle funktioner lever op til vores krav.”
En anden vigtig designforbedring, der blev mulig takket være 3D-printning: at udskrive strukturer på steder, som tidligere var utilgængelige under bearbejdningen. For Apple Watch betød dette, at vi kunne forbedre vandtæthedsprocessen for antenneholderne i modeller med mobilforbindelse. Modeller med mobilforbindelse har en lille sprække inde i urkassen, som fyldes med plast, så antennen kan fungere. Og ved at 3D-printe en bestemt struktur på indersiden af metallet kunne Apple opnå en bedre forbindelse mellem plasten og metallet.
Det var et flerårigt projekt at sætte brikkerne sammen i dette puslespil, og det startede med en række demoer og konceptbeviser for at finjustere processen, fra sammensætningen af legeringen til selve printningen. Efter at have afprøvet det i meget mindre skala i tidligere produktgenerationer, var teamet endelig sikre på, at de kunne løse de unikke udfordringer ved arbejdet med titanium.
“Vi prøver altid at tage de små skridt, så vi kan nå til næste trin,” fortæller Bergeron. “Dette har nu givet endnu flere muligheder inden for designfleksibilitet end nogensinde før. Nu hvor vi har opnået dette gennembrud i stor skala, på en virkelig bæredygtig måde, som lever op til vores æstetiske og strukturelle krav, er mulighederne uendelige.”
Denne designfleksibilitet førte også til et andet gennembrud, udover Apple Watch: USB-C-porten på den nye iPhone Air. Apple skabte en helt ny port af titanium, der er 3D-printet med samme genanvendte titaniumpulver, og opnåede på denne måde et utroligt tyndt og samtidig holdbart design.
Det er den magi, der opstår, når fysikkens love, materialeinnovation, enestående design og et ufravigeligt ansvar for miljøet går op i en højere enhed.
“Vi brænder for at skabe systemiske forandringer,” udtaler Chandler. “Vi gør aldrig noget bare for at gøre det en enkelt gang. Vi gør det for, at det skal være den nye måde, hele systemet virker på. Vores ledestjerne har altid været at designe produkter, der er bedre for mennesker og planeten. Når vi samles for at skabe noget nyt, uden at gå på kompromis med designet, produktionen eller miljøet, bliver resultatet langt bedre, end vi kunne forestille os.”
Del artikel
Media
-
Tekst i denne artikel
-
Medieindhold i denne artikel