Det hele startet med en ønskedrøm: Hva om 3D-printing, som tradisjonelt brukes til å lage prototyper, også kan brukes til å produsere millioner av identiske urkasser i tråd med Apples nøyaktige designkrav, med resirkulert metall av høy kvalitet?
«Det var ikke bare en idé – det var en idé som skulle bli til virkelighet», sier Kate Bergeron, ansvarlig for produktdesign i Apple. «Så snart vi hadde stilt spørsmålet, begynte vi å teste. Målet var å vise, med løpende prototyper, prosessoptimalisering og omfattende datainnsamling, at denne teknologien kunne oppfylle de høye kvalitetskravene våre.»
I år blir alle urkassene til Apple Watch Ultra 3 og titankassene til Apple Watch Series 11 3D-printet med 100 prosent resirkulert titanpulver i romfartskvalitet, noe som tidligere ikke ble ansett som en mulighet i stor skala. Alle teamene hos Apple samlet seg om et felles mål. Den speilblanke finishen på Series 11 måtte være plettfri. Ultra 3 måtte være lett og robust på samme tid for å oppfylle kravene til en aktiv hverdag. I tillegg måtte begge modellene bli mer bærekraftige uten å gå på kompromiss med ytelsen, med like gode eller bedre materialer enn før.
«Bærekraft er en kjerneverdi for alle teamene i Apple», sier Sarah Chandler, ansvarlig for miljø, logistikk og innovasjon i Apple. «Vi visste at 3D-printing var en teknologi med stort potensial for materialeffektivitet, noe som er avgjørende for å nå Apple 2030.»
Apple 2030 er Apples mål om å gjøre hele virksomheten karbonnøytral innen utgangen av tiåret, inkludert leverandørkjeden og livssyklusen til alle produktene. Allerede i dag kommer all strømmen som brukes til å produsere Apple Watch, fra fornybare kilder som vind- og solkraft.
3D-printing er en additiv prosess der objektet bygges opp lag etter lag til det er så nær den endelige formen som mulig. Tradisjonell maskinering av smidde komponenter er derimot en subtraktiv prosess, som krever at store deler av materialet fjernes. Denne overgangen gjør det mulig å bruke halvparten så mye råmateriale i Apple Watch Ultra 3 og Series 11 som i tidligere generasjoner.
«En reduksjon på 50 prosent er en enorm prestasjon – du får to klokker ut av den samme mengden materiale som ble brukt til å lage én», forklarer Chandler. «Når du regner på det, er det en enorm besparelse for planeten.»
Samlet sett anslår Apple å spare over 400 tonn råtitan bare i år takket være denne nye prosessen.
I løpet av det siste tiåret har Apple eksperimentert med 3D-printing, samtidig som teknologien har begynt å ta av i andre bransjer. På kliniske laboratorier har leger begynt å bruke 3D-printede proteser og kunstige organer, og oppe i verdensrommet har astronauter oppdaget hvor raskt og enkelt det er å 3D-printe verktøy om bord på Den internasjonale romstasjonen.
«Vi har fulgt denne teknologien lenge og sett hvordan prototypene har blitt gradvis mer representative for designene våre», sier Dr. J Manjunathaiah, ansvarlig for produksjonsdesign av Apple Watch og Apple Vision Pro. «Det har alltid vært et mål å bruke mindre materialer i produktene våre. Tidligere var det ikke mulig å 3D-printe synlige deler i stor skala. Derfor begynte vi å eksperimentere med å 3D-printe metall til slike deler.»
For Apple er funksjonalitet, estetikk og holdbarhet helt grunnleggende. I tillegg kommer behovet for skalerbarhet, omfattende pålitelighetstesting, ytelse og fremskritt innen materialvitenskap, samtidig som de holder fast ved målet om å gjøre virksomheten karbonnøytral innen 2030.
Rekker med blokker som stikker opp fra bakken som hvite Lego-skyskrapere og er i kontinuerlig aktivitet, vises rett ovenfra. Dette er 3D-printerne som brukes til å lage titanurkassene til Apple Watch Ultra 3 og Series 11.
Hver maskin har et galvanometer med seks lasere som jobber sammen for å bygge lag på lag – over 900 ganger – til urkassen er ferdig. Men før printerne kan begynne på oppgaven, må råtitanet omdannes til pulver. Her justeres oksygeninnholdet i titanet for å redusere eksplosiviteten når det utsettes for varme.
«Dette var banebrytende materialvitenskap», sier Bergeron.
«Pulveret måtte ha en kornstørrelse på 50 mikrometer, som tilsvarer veldig fin sand», forklarer Manjunathaiah. «Når du treffer det med laseren, oppfører deg seg annerledes avhengig av om det inneholder oksygen eller ikke. Så vi måtte finne ut hvordan vi kunne holde oksygennivået lavt.»
«For å finstille tykkelsen slik at hvert lag var nøyaktig 60 mikrometer, måtte vi fordele pulveret ekstremt jevnt», legger Bergeron til. «Vi måtte jobbe så raskt vi kunne for å oppskalere produksjonen, samtidig som vi gjorde det så langsomt og nøyaktig som mulig. På denne måten kunne vi være effektive uten å gå på bekostning av designmålene.»
Når printerne er ferdige, støvsuger operatøren restene av pulveret vekk fra byggeplaten i en prosess som kalles grov avstøving. Siden urkassene blir printet i nesten ferdig form, med alle forbindelsene intakt, kan det samle seg rester av pulver i kriker og kroker. Dette fjerner de med et ultrasonisk risteapparat i den neste fasen, som kalles fin avstøving.
Deretter bruker de en tynn elektrifisert ledning til å sage mellom urkassene og separere dem, samtidig som de sprayer kjøleveske på for å holde temperaturen nede. Til slutt måler de hver kasse med et automatisert optisk kontrollsystem som sjekker at dimensjonene og de synlige delene er som de skal. Dette er den siste kvalitetskontrollen før urkassene går videre til sluttmontasje.
«Maskiningeniørene må være verdens beste til å løse puslespill», sier Bergeron. «De tar kretskortet, skjermen og batteriet – alle delene som skal inn i urkassen under sluttmontasjen – og får dem til å passe. Vi tester underveis for å sikre at klokken fungerer. Så legger vi til programvaren og kjører den en stund for å sjekke at den oppfyller kravene våre.»
En annen viktig designforbedring er muligheten til å 3D-printe teksturer på steder som pleide å være utilgjengelige med smiing. Dette har gjort det lettere å gjøre antennehuset vanntett på Cellular-modeller av Apple Watch. Disse modellene har en liten sprekk inni urkassen som fylles med plast slik at antennen kan fungere. Ved å 3D-printe en bestemt tekstur på innsiden av metallet kunne Apple skape en sterkere sammenføying av plasten og metallet.
Det å sette sammen alle brikkene i dette puslespillet var et flerårig prosjekt som startet med prøver og konseptbevis for å finjustere prosessen, alt fra sammensetningen av legeringen til selve printingen. Etter å ha testet teknologien i mindre skala med tidligere produkter, var teamet endelig trygge på at de kunne løse de unike utfordringene med titan.
«Vi prøver alltid å ta små museskritt til vi når neste steg», sier Bergeron. «Dette har åpnet for enda større designfrihet enn vi hadde før. Nå som vi har fått dette gjennombruddet og kan produsere i stor skala, på en virkelig bærekraftig måte som lever opp til de estetiske og strukturelle kravene våre, er mulighetene uendelige.»
Denne designfriheten førte også til et annet gjennombrudd utover Apple Watch: USB-C-porten på nye iPhone Air. Ved å lage en helt ny port av titan, som er 3D-printet med det samme resirkulerte titanpulveret, kunne Apple realisere denne ekstremt tynne, men robuste designen.
Dette er magien som oppstår når fysikkens lover, materielle nyvinninger, enestående design og et urokkelig engasjement for miljøet trekker i samme retning.
«Vi har som mål å forbedre systemene vi jobber med», sier Chandler. «Vi gjør aldri noe for å gjøre det bare én gang – vi gjør det for at det skal bli den nye måten systemet fungerer på. Målet vårt har alltid vært å designe bedre produkter for planeten og menneskene som bor her. Når vi samles for å skape noe nytt, uten å gå på kompromiss med designen, produksjonen eller miljøet, blir resultatet langt bedre enn vi kunne forestille oss.»
Del artikkel
Media
-
Teksten i denne artikkelen
-
Medieinnhold i denne artikkelen