Allt började med en helt befängd idé. 3D-printning hade tidigare använts till att skapa prototyper, men tänk om man kunde använda tekniken till att tillverka miljontals identiska höljen enligt Apples exakta designstandarder med högkvalitativa återvunna material?
”Det var inte bara en idé – det var en idé som vi ville förverkliga”, säger Kate Bergeron, Vice President för Product Design på Apple. ”När vi väl hade ställt oss frågan satte vi direkt igång med att testa den. Vi var tvungna att skapa nya prototyper hela tiden, optimera processer och samla in enorma mängder data för att bevisa att den här tekniken kunde uppfylla de höga kvalitetsstandarder som vi kräver.”
I år är alla boetter till Apple Watch Ultra 3 och Apple Watch Series 11 i titan 3D-printade med 100 procent återvunnet rymdindustriklassat titanpulver, en bedrift som tidigare inte ansågs vara möjlig i stor skala. Alla team på Apple samlades kring ett gemensamt mål. Den spegelblanka finishen på Series 11 måste vara perfekt. Ultra 3 måste fortsätta att vara slitstark och lätt för att möta kraven som ställs under vardagens äventyr. Båda måste dessutom vara bättre för planeten utan att kompromissa med prestandan – och materialet måste hålla samma eller ännu högre kvalitet.
”På Apple är miljön ett kärnvärde för alla team”, säger Sarah Chandler, Vice President för Environment and Supply Chain Innovation på Apple. ”Vi visste att 3D-printning var en teknik med stor potential vad gäller materialeffektivitet, något som är enormt viktigt för att vi ska kunna uppnå Apple 2030.”
Apple 2030 är företagets ambitiösa mål att bli helt koldioxidneutrala till år 2030, vilket inbegriper hela tillverkningskedjan samt användningen av produkterna under hela deras livslängd. Redan idag kommer all el som används vid tillverkningen av Apple Watch från förnybara källor som vind- och solkraft.
3D-printning är en additiv process där man skriver ut lager på lager tills ett föremål är så likt den slutliga form som man vill skapa som möjligt. Bearbetning av metalldelar har tidigare varit en subtraktiv process som har krävt att man skalar bort stora mängder material. Tack vare den här nya metoden behöver man bara hälften så mycket råmaterial till titanboetter till Ultra 3 och Series 11 jämfört med tidigare generationer.
”En 50-procentig minskning är en enorm bedrift – man får ut två klockor av samma mängd råmaterial som tidigare användes till en klocka”, förklarar Chandler. ”Rent konkret innebär detta enorma besparingar för planeten.”
Totalt räknar Apple med att man kommer att kunna spara 400 ton titan bara i år tack vare den här nya processen.
De senaste tio åren har Apple experimenterat med 3D-printning medan själva branschen började ta fart. I sjukhuslabb använde läkare de första 3D-printade proteserna och konstgjorda organen, och långt utanför jordens atmosfär upptäckte astronauter hur snabbt och enkelt man kan 3D-printa viktiga verktyg på den internationella rymdstationen.
”Vi har sett den här tekniken mogna under lång tid och prototyperna har blivit alltmer representativa för vår design”, säger dr J Manjunathaiah, Senior Director för Manufacturing Design for Apple Watch and Vision på Apple. ”Vi har alltid haft för avsikt att använda mindre material till våra produkter. Tidigare kunde vi inte skapa de utvändiga delarna i stor skala med 3D-printning. Därför började vi experimentera med att 3D-printa metall för att skapa just de delarna.”
För Apple är det A och O att produkterna är snygga, tåliga och fungerar bra. Därutöver måste man tänka på skalbarheten tillsammans med omfattande tillförlitlighetstester, prestanda och till och med genombrott inom materialteknik – och allt detta medan man ser till att Apple inte halkar efter när det gäller målet om att bli helt koldioxidneutrala till 2030.
När man tittar ovanifrån ser man rader med klossar sticka upp från marken som vita skyskrapor som surrar dag som natt. Det är 3D-skrivarna som jobbar hårt för att bygga titanboetterna till Apple Watch Ultra 3 och Series 11.
Varje maskin har en galvanometer som rymmer sex lasrar som alla arbetar samtidigt för att bygga lager på lager – mer än 900 gånger – för att tillverka en enda boett. Men innan skrivarna ens kan börja jobba måste titanet finfördelas till ett pulver. Detta är en process där man måste finjustera syreinnehållet för att minska de egenskaper hos titanet som blir explosiva när de utsätts för värme.
”Det här var avancerad materialteknik”, säger Bergeron.
”Pulvret måste vara 50 mikrometer i diameter, ungefär som väldigt finkornig sand”, förklarar Manjunathaiah. ”När man träffar det med laser beter det sig på olika sätt beroende på om det innehåller syre eller ej. Så vi var tvungna att lista ut hur vi kunde hålla syreinnehållet på en låg nivå.”
”För att uppnå tjockleken där varje lager är exakt 60 mikrometer måste man sprida ut pulvret väldigt tunt”, fortsätter Bergeron. ”Vi måste jobba så snabbt som möjligt för att göra detta skalbart och samtidigt jobba så långsamt som det går för att det ska bli exakt. På så sätt kunde vi vara effektiva och samtidigt nå våra designmål.”
När skrivarna har jobbat klart dammsuger en operatör upp överblivet pulver från byggplattan i en process som kallas grov avpulverisering. Delarna printas i vad som nästan är deras slutliga form med alla förreglingar som behövs till höljet. Pulver kan därför gömma sig i boetternas alla vinklar och vrår. En ultraljudsstyrd skakapparat ser till att pulver som finns kvar avlägsnas under fasen för fin avpulverisering.
Under singuleringen sågar man isär boetterna med en tunn elektrifierad metalltråd medan man sprejar med ett kylmedel för hålla nere värmen. Ett automatiserat optiskt inspektionssystem mäter sedan varje boett för att kontrollera att måtten stämmer och att de ser ut som de ska. Det här är den slutliga kvalitetskontrollen så att höljena är redo för slutbearbetning.
”Maskiningenjörerna måste vara bäst i världen på att lösa pussel”, säger Bergeron. ”De tar mönsterkortet, skärmen och batteriet – alla delar som ska in i boetten under slutmonteringen – och ser till att de passar. Vi testar under tiden för att se till att klockan fungerar. Sedan kör vi mjukvaran en stund för att kontrollera att alla funktioner uppfyller våra krav.”
En annan viktig designförbättring som möjliggjordes med 3D-printning var att man kunde skriva ut strukturer på platser som tidigare var otillgängliga under bearbetningen. För Apple Watch innebar detta att man kunde förbättra vattentätningsprocessen för antennhöljena på modeller med mobil uppkoppling. Modeller med mobil uppkoppling har en spricka i boetten som fylls med plast för att antennerna ska fungera. Och tack vare att Apple 3D-printade en specifik struktur på metallens insida kunde man få plasten och metallen att fästa vid varandra på ett bättre sätt.
Att sätta ihop pusselbitarna var en resa som pågick i flera år. Den började med en serie demos och koncepttester för att finjustera receptet, från legeringens specifika sammansättning till själva printningsprocessen. Efter att man hade testat det i mycket mindre skala för tidigare produktgenerationer var teamet säkra på att de kunde lösa de unika utmaningarna med att jobba med titan.
”Vi försöker hela tiden att jobba steg för steg så att vi kan gå vidare till nästa nivå”, säger Bergeron. ”Det har gett oss möjlighet till ännu större flexibilitet i vår design än vi någonsin haft tidigare. Möjligheterna är oändliga, nu när vi har uppnått det här genombrottet i stor skala på ett sätt som är hållbart på riktigt och som uppfyller våra krav både in- och utvändigt.
Den här designflexibiliteten möjliggjorde en annan fördel som sträcker sig bortom Apple Watch, nämligen usb-c-porten på nya iPhone Air. Genom att skapa en helt ny port med ett titanhölje som har 3D-printats med samma återvunna titanpulver kunde Apple förverkliga den här otroligt tunna men ändå slitstarka designen.
Det här är den sortens magi som kan inträffa när fysikens lagar, nya material, oöverträffad design och ett orubbligt miljöengagemang vävs samman.
”Vi eftersträvar verkligen systemförändringar”, säger Chandler. “Vi gör aldrig något bara för att prova på – vi gör det för att hela systemet sedan ska fungera på det sättet. Vår ledstjärna har alltid varit att utforma produkter som är bättre för människorna och för planeten. När vi samarbetar för att skapa innovation utan att kompromissa med designen, tillverkningen och våra miljömål, blir fördelarna så mycket större än vi någonsin hade kunnat föreställa oss.”
Dela artikeln
Media
-
Texten i den här artikeln
-
Media i den här artikeln