3D‑печать титановых корпусов для часов Apple

Apple, американская компания бытовой электроники, предоставила больше деталей о том, как лазерное порошковое наплавление (LPBF) используется для производства титановых корпусов для моделей Apple Watch Ultra 3 и титановых моделей Series 11. Корпусы изготавливаются из 100% переработанного титанового порошка аэрокосмического класса и имеют форму, близкую к конечной, что сокращает использование сырья примерно вдвое по сравнению с прежними коваными конструкциями. Этот шаг продвигает план Apple по достижению углеродной нейтральности во всей цепочке создания стоимости к 2030 году.

Вместо обработки титановых заготовок Apple теперь строит каждый корпус слой за слоем, используя шестилазерные гальванометры, способные печатать несколько элементов одновременно. Для завершения одного корпуса требуется около 900 проходов. Перед печатью переработанный титан распыляется газом в мелкий порошок со средним размером частиц 50 микрон - по текстуре примерно как мелкий песок - при этом содержание кислорода строго контролируется, чтобы предотвратить нежелательные реакции под воздействием лазера. Каждый слой наносится высотой 60 микрон, чтобы сбалансировать точность и скорость печати.

Старший директор по производственному дизайну Дж. Манджунатая объяснил, что химический состав порошка является критическим фактором для достижения стабильного плавления. «Когда вы воздействуете на него лазером, он ведет себя по‑разному, если в нем есть кислород и если его нет», - сказал он, отметив, что инженерам пришлось минимизировать уровень кислорода при атомизации и печати, чтобы поддерживать стабильность. Ожидается, что в этом году благодаря новому методу производства будет сэкономлено около 400 метрических тонн титана.

Вице‑президент по вопросам окружающей среды и инноваций в цепочке поставок Сара Чандлер описала титановой проект как неотъемлемую часть стратегии Apple по достижению углеродной нейтральности к 2030 году. Вся электроэнергия, используемая в производстве Apple Watch, теперь поступает из возобновляемых источников, таких как ветер и солнечная энергия. «Снижение использования сырья на 50 процентов - это огромное достижение - вы получаете два часа из того же количества материала, которое раньше использовалось для одного», - сказала Чандлер.

Инженеры также использовали гибкость дизайна LPBF для внедрения микротекстур, улучшающих водонепроницаемость вокруг корпусов антенн в моделях с сотовой связью. Напечатанный узор улучшает адгезию между металлическими и полимерными вставками. Внутренние крепления для дисплеев, аккумуляторов и датчиков были переработаны в рамках того же дизайна, чтобы сохранить прочность конструкции и уменьшить количество деталей.

Исследования Apple в области 3D‑печати продолжаются более десяти лет, параллельно с широким промышленным внедрением аддитивного производства в аэрокосмическом и медицинском секторах. Предыдущая работа была сосредоточена на функциональных прототипах с реалистичными поверхностями, что привело к серии титановых пробных конструкций, продемонстрировавших возможность достижения косметического качества в больших масштабах.

Вице‑президент по дизайну продукции Кейт Бержерон сказала, что непрерывное создание прототипов и оптимизация процессов на основе данных были важными для проверки пригодности LPBF для производства. После установления параметров напечатанные детали попадали в стандартную систему контроля качества Apple: ультразвуковое удаление порошка, резка проволокой с использованием охлаждающей жидкости при разделении и автоматизированный оптический контроль для подтверждения геометрии и качества поверхности. Бержерон добавила, что достижение этой возможности «теперь открыло путь к еще большей гибкости дизайна, чем была у нас раньше».

В дополнение к использованию аддитивного производства для корпусов часов применение 3D‑печати компанией Apple распространилось и на другие устройства, включая iPhone Air и Watch Series 11. В iPhone Air порт USB‑C был напечатан на 3D‑принтере для достижения более тонкой и прочной структуры, которая использует на 33 процента меньше материала, чем обычное ковкание, что помогает достичь толщины устройства 5,6 мм - самой тонкой в линейке Apple. Титановые корпуса для Watch Series 11 также сократили использование сырья примерно на 50 процентов по сравнению с предыдущими поколениями. Оба продукта являются частью стратегии Apple по углеродной нейтральности к 2030 году, которая включает переработанный кобальт в батареях и переработанный титан в корпусах для сокращения отходов производства.