3D-друк титанових корпусів для годинників Apple

Apple, американська компанія побутової електроніки, надала більше деталей про те, як лазерне порошкове наплавлення (LPBF) використовується для виробництва титанових корпусів для своїх моделей Apple Watch Ultra 3 та титанових моделей Series 11. Корпуси виготовляються зі 100% переробленого титанового порошку аерокосмічного класу та мають форму, близьку до чистої, що скорочує використання сировини приблизно вдвічі порівняно з попередніми кованими конструкціями. Цей крок просуває план Apple щодо досягнення вуглецевої нейтральності в усьому ланцюжку створення вартості до 2030 року.

Замість обробки титанових заготовок, Apple тепер будує кожен корпус шар за шаром, використовуючи шестилазерні гальванометри, здатні друкувати кілька одиниць одночасно. Для завершення одного корпусу потрібно близько 900 проходів. Перед друком перероблений титан розпилюється газом на дрібний порошок із середнім розміром частинок 50 мікрон - приблизно за текстурою дрібного піску - при цьому вміст кисню суворо контролюється, щоб запобігти небажаним реакціям під впливом лазера. Кожен шар наноситься на висоту 60 мікрон, щоб збалансувати точність і швидкість друку.

Старший директор з виробничого дизайну Дж. Манджунатая пояснив, що хімічний склад порошку є критичним фактором для досягнення стабільного плавлення. «Коли ви потрапляєте на нього лазером, він поводиться по-різному, якщо в ньому є кисень, і якщо його немає», - сказав він, зазначивши, що інженерам довелося мінімізувати рівень кисню під час атомізації та друку, щоб підтримувати стабільність. Очікується, що цього року завдяки новому методу виробництва буде заощаджено приблизно 400 метричних тонн титану.

Віце-президент з питань навколишнього середовища та інновацій у ланцюжку поставок Сара Чандлер описала титановий проєкт як невід'ємну частину стратегії Apple щодо вуглецевої нейтральності до 2030 року. Вся електроенергія, яка використовується у виробництві Apple Watch, тепер надходить з відновлюваних джерел, таких як вітрова та сонячна енергія. «Зниження використання сировини на 50 відсотків – це величезне досягнення - ви отримуєте два годинники з тієї ж кількості матеріалу, що використовується для одного», - сказала Чандлер.

Інженери також використали гнучкість дизайну LPBF для впровадження мікротекстур, що покращують водонепроникність навколо корпусів антен у моделях стільникового зв'язку. Друкований малюнок покращує адгезію між металевими та полімерними вставками. Внутрішні блокування для дисплеїв, акумуляторів та датчиків були перероблені в рамках тієї ж конструкції, щоб зберегти міцність та зменшити кількість деталей.

Дослідження Apple у сфері 3D-друку тривають понад десять років, паралельно з ширшим промисловим впровадженням адитивного виробництва в аерокосмічному та медичному секторах. Попередня робота була зосереджена на функціональних прототипах з реалістичними поверхнями, що призвело до серії титанових пробних конструкцій, які продемонстрували можливість досягнення косметичної якості у великих масштабах.

Віце-президент з дизайну продукції Кейт Бержерон сказала, що безперервне створення прототипів та оптимізація процесів на основі даних були важливими для перевірки придатності LPBF для виробництва. Після встановлення параметрів друковані деталі потрапляли до встановленої системи контролю якості Apple: ультразвукове видалення порошку, різання дротом з використанням охолоджувальної рідини під час розділення та автоматизований оптичний контроль для підтвердження геометрії та обробки поверхні. Бержерон додала, що досягнення цієї можливості «тепер відкрило можливість для ще більшої гнучкості дизайну, ніж та, що була у нас раніше».

Крім використання адитивного виробництва для корпусів годинників, використання 3D-друку компанією Apple поширилося на інші пристрої, зокрема iPhone Air та Watch Series 11. В iPhone Air порт USB-C був надрукований на 3D-принтері для досягнення тоншої та міцнішої структури, яка використовує на 33 відсотки менше матеріалу, ніж звичайне кування, що допомагає досягти профілю пристрою 5,6 міліметра - найтоншого в лінійці Apple. Титанові корпуси для Watch Series 11 також зменшили використання сировини приблизно на 50 відсотків порівняно з попередніми поколіннями. Обидва продукти є частиною вуглецево-нейтральної стратегії Apple до 2030 року, яка включає перероблений кобальт у батареї та перероблений титан у корпуси для зменшення відходів у виробництві.