apple stories
Diseñando el futuro con cajas de titanio impresas en 3D para el Apple Watch
Todo empezó como una idea fantasiosa: ¿y si la impresión 3D, históricamente usada para crear prototipos, fuera aprovechada para producir millones de cajas idénticas, según los estándares exactos de diseño de Apple, con un metal reciclado de alta calidad?
«No era solo una idea: era una aspiración que buscaba convertirse en una realidad», dice Kate Bergeron, vicepresidenta de Diseño de Producto de Apple. «En cuanto nos planteamos la pregunta, empezamos a hacer pruebas. Tuvimos que demostrar a través de multiples prototipos, la optimización del proceso y una inmensa recopilación de datos, que esta tecnología era capaz de alcanzar el alto estándar de calidad que exigimos».
Este año, todas las cajas de titanio del Apple Watch Ultra 3 y el Apple Watch Series 11 se fabrican mediante impresión en 3D usando polvo de titanio de calidad aeroespacial 100 % reciclado, un logro hasta ahora impensable a semejante escala. Todos los equipos de Apple se alinearon en una misma dirección. El acabado pulido tipo espejo del Apple Watch Series 11 tenía que ser impecable. El Apple Watch Ultra 3 debía conservar su resistencia y ligereza que exigen los usuarios más aventureros. Y ambos tenían que ser más sostenibles para el planeta sin sacrificar el rendimiento, además de contar con materiales de calidad igual o superior.
«El medio ambiente es un valor fundamental para todos los equipos de Apple», explica Sarah Chandler, vicepresidenta de Medioambiente e Innovación en la Cadena de Suministro de Apple. «Teníamos claro que la impresión en 3D tenía un enorme potencial en cuanto a la eficiencia de materiales, algo crucial para lograr nuestro objetivo de Apple 2030».
Apple 2030 es el ambicioso objetivo de la compañía para alcanzar la neutralidad en carbono en la totalidad de su huella de carbono para finales de esta década, incluyendo la cadena de suministro y el uso de la vida útil de sus productos. En la actualidad, el 100 % de la electricidad que se usa en la fabricación del Apple Watch ya procede de fuentes renovables, como la energía eólica y solar.
Mediante el proceso aditivo de la impresión en 3D, cada capa se imprime sobre la anterior hasta conseguir un objeto lo más parecido posible a la forma requerida. Hasta ahora, la mecanización de piezas forjadas era un proceso sustractivo que desperdiciaba grandes cantidades de material. Con este cambio, las cajas de titanio del Apple Watch Ultra 3 y el Apple Watch Series 11 apenas usan la mitad de materias primas en comparación con las generaciones anteriores.
«Una reducción del 50 % supone un logro extraordinario, ya que se pueden fabricar dos relojes con la misma cantidad de material que antes se necesitaba para uno», aclara Chandler. «Cuando haces los cálculos totales, el beneficio para el planeta es impresionante».
En total, Apple estima que solo este año se ahorrarán más de 400 toneladas de titanio en bruto gracias a este nuevo proceso.
En la última década, Apple ha experimentado con la impresión en 3D mientras el sector despegaba. En laboratorios hospitalarios, los médicos empezaban a usar las primeras prótesis y órganos artificiales impresos en 3D, e incluso más allá de la atmósfera terrestre, los astronautas descubrían lo práctico y rápido que resultaba fabricar herramientas esenciales mediante impresión en 3D en la Estación Espacial Internacional.
«Durante todo este tiempo hemos seguido de cerca la evolución de esta tecnología observando cómo sus prototipos se han ido acercando cada vez más a nuestros diseños», dice el Dr. J Manjunathaiah, director sénior de Diseño de Fabricación para el Apple Watch y Visión. «Siempre buscamos usar menos materiales en la fabricación de nuestros productos. Hasta ahora, no habíamos conseguido producir componentes estéticos a gran escala mediante impresión en 3D. Así que empezamos a probar la impresión en 3D con metal para crear los componentes estéticos».
En Apple, la funcionalidad, la belleza y la durabilidad son esenciales. A esto hay que sumarle la escalabilidad, rigurosas pruebas de fiabilidad, rendimiento e incluso innovaciones en ciencia de materiales, asegurando que no se retrocede ni un paso hacia los objetivos de descarbonización de Apple 2030.
Vistas desde arriba, las hileras de bloques emergen desde la superficie como rascacielos blancos de Lego. Son las impresoras en 3D que fabrican las cajas de titanio para el Apple Watch Ultra 3 y el Apple Watch Series 11.
Cada máquina tiene un galvanómetro con seis láseres que funcionan simultáneamente para construir capa sobre capa (más de 900 veces) hasta completar una sola caja. Pero antes de que las impresoras puedan empezar, el titanio en bruto debe atomizarse en polvo, un proceso que requiere calibrar meticulosamente su contenido de oxígeno para disminuir las características que lo hacen explosivo al exponerse al calor.
«Es una ciencia de materiales de vanguardia», dice Bergeron.
«El polvo debía tener 50 micrones de diámetro, como arena extrafina», explica Manjunathaiah. «Cuando un láser entra en contacto con él, reacciona de manera distinta dependiendo de si tiene o no oxígeno, por lo que tuvimos que dar con la forma de mantener el nivel de oxígeno en un nivel bajo».
«Conseguir ese grosor exacto de 60 micrones en cada capa implica alisar muy finamente este polvo», añade Bergeron. «Debemos trabajar tan rápido como sea posible para producir a escala, y tan despacio como sea necesario para mantener la precisión. Esto nos permitió ser eficientes y a la vez alcanzar los objetivos de diseño».
Cuando las impresoras terminan, un operario retira el exceso de polvo de la placa mediante un proceso de despolvado inicial. Y como las piezas se imprimen con una forma muy cercana a la definitiva, incluyendo todos los encastres de la caja, puede quedar polvo en los recovecos y las hendiduras, por lo que un vibrador ultrasónico se encarga de eliminar este polvo restante en la fase de despolvado fino.
En la fase de singularización, un alambre electrificado ultrafino separa cada caja mediante un corte, al tiempo que se rocía un refrigerante líquido para evitar la subida de temperatura que genera esta incisión. A continuación, un sistema de inspección óptica automatizado examina cada caja para verificar la precisión de sus dimensiones y su aspecto. Esta es la última comprobación de calidad para confirmar que las cajas estén listas para su procesamiento final.
«Los ingenieros mecánicos deben ser los expertos en puzzles más hábiles del planeta», afirma Bergeron. «La placa de circuito impreso, la pantalla, la batería... Consiguen encajar todos los elementos que van dentro de la caja en el ensamblaje final. Hacemos pruebas durante el proceso para garantizar que el reloj funciona y luego cargamos el software y lo ejecutamos durante un tiempo para verificar que todas las funcionalidades cumplan con nuestros requisitos».
Otra mejora clave de diseño que ha traído consigo la impresión en 3D es la posibilidad de crear texturas en lugares que antes eran inaccesibles mediante el proceso de forjado. En el caso del Apple Watch, esto permitió impermeabilizar el compartimento donde se ubica la antena en los modelos con conexión móvil. Dentro de la caja, los modelos con conexión móvil tienen una separación rellena de plástico para la funcionalidad de la antena y, gracias a la posibilidad de imprimir en 3D una textura específica en la superficie interna del metal, Apple ha obtenido una mejor adhesión entre el plástico y el metal.
Juntar todas las piezas de este puzzle ha sido un proceso de años que empezó con una serie de demostraciones y prototipos conceptuales para ajustar cada detalle, desde la composición exacta de la aleación hasta el proceso de impresión en sí mismo. Tras haber experimentado a significativamente menor escala en generaciones previas del producto, el equipo ya tenía la seguridad necesaria para enfrentarse a los retos particulares que plantea el titanio.
«Siempre procuramos avanzar progresivamente para que cada paso nos permita dar el siguiente», dice Bergeron. «Este nos ha dado la oportunidad de tener una mayor flexibilidad en el diseño que la que teníamos antes. Ahora que hemos logrado este avance a gran escala, de manera realmente sostenible y con el acabado estético y el nivel estructural que necesitábamos, las posibilidades son infinitas».
Esta flexibilidad de diseño permitió otra ventaja que va más allá del Apple Watch: el puerto USB-C en el nuevo iPhone Air. Al crear un puerto completamente nuevo con una caja de titanio impresa en 3D usando el mismo polvo de titanio reciclado, Apple logró un diseño increíblemente fino y resistente.
Esta es la magia que surge cuando convergen las leyes de la física, la innovación de materiales, un diseño excepcional y el firme compromiso con el medioambiente.
«Tenemos un sólido compromiso con el cambio sistémico», afirma Chandler. «Nunca hacemos algo para hacerlo solo una vez; lo hacemos para que se convierta en el nuevo funcionamiento de todo el sistema. Nuestra estrella polar, nuestra guía, siempre ha sido crear productos que sean mejores para las personas y el planeta. Cuando trabajamos juntos para innovar sin sacrificar el diseño, la fabricación o los objetivos medioambientales, los beneficios superan exponencialmente cualquier tipo de expectativa».
Compartir artículo
Media
-
Texto de este artículo
-
Contenido multimedia de este artículo