Este año, todos cajas de titanio De Apple Watch Ultra 3e Apple Watch Serie 11 Soy Impreso en 3D con polvo 100% titanio De grado aeroespacial reciclado, un resultado que antes se consideraba imposible de lograr a gran escala.
Apple explica que todos los equipos internos unieron fuerzas por un objetivo común: la Serie 11 tenía que tener un acabado de espejo perfecto, Ultra 3 tenía que mantener su resistencia y ligereza para satisfacer las necesidades de los amantes de la aventura. Ambos también tenían que ser “mejores para el planeta”, ofrecer el mismo rendimiento y utilizar materiales de igual o mayor calidad.
La idea surgió de preguntarnos si era posible explotar la impresión 3D, utilizada históricamente para crear prototipos, también para producir millones de carcasas idénticas, según los estándares exactos de diseño de Apple, con metal reciclado de alta calidad.
“No era sólo una idea, sino una idea que quería hacerse realidad”, informa. Kate BergeronVicepresidente de Diseño de Producto de Apple. «Inmediatamente después de hacernos esta pregunta, comenzamos a realizar pruebas. A través de la creación continua de prototipos, la optimización de procesos y la recopilación de una gran cantidad de datos, teníamos que demostrar que esta tecnología podía cumplir con los altos estándares de calidad que exigimos».
La multinacional de Cupertino aclara que mediante el proceso aditivo de la impresión 3D se imprimen varias capas hasta que un objeto se asemeja lo más posible a la forma final deseada. Normalmente, el mecanizado de piezas forjadas es sustractivo y requiere la eliminación de grandes cantidades de material. Gracias a este cambio, para producir las cajas de titanio de Ultra 3 y Series 11 se requiere la mitad de materia prima en comparación con las generaciones anteriores.
“Una reducción del 50% es un resultado extraordinario: con la misma cantidad de material que antes se utilizaba para producir un reloj ahora se pueden obtener dos” explica Sara ChandlerVicepresidente de Medio Ambiente e Innovación de la Cadena de Suministro de Apple. «Cuando se piensa en todo el proceso, los ahorros para el planeta son enormes».
Gracias a este nuevo proceso, Apple estima que sólo este año se ahorrarán más de 400 toneladas de titanio en bruto.
Durante la última década, Apple todavía informa haber experimentado con la impresión 3D mientras la propia industria comenzaba a despegar. Los laboratorios de los hospitales utilizaban las primeras prótesis y órganos artificiales impresos en 3D, e incluso más allá de la atmósfera terrestre, los astronautas estaban descubriendo la velocidad y facilidad con la que se pueden imprimir en 3D instrumentos vitales a bordo de la Estación Espacial Internacional.
«Hemos visto madurar esta tecnología durante mucho tiempo y hemos visto cómo los prototipos se vuelven cada vez más fieles a nuestros diseños», dice el profesor J Manjunathaiah, director senior de diseño de fabricación para Apple Watch y Vision en Apple. «La intención siempre ha sido utilizar menos material para fabricar nuestros productos. En el pasado no podíamos producir piezas cosméticas a gran escala con impresión 3D. Así que comenzamos a experimentar con la impresión 3D de metal para piezas cosméticas».
“Mirando desde arriba, hileras de bloques sobresalen del suelo como rascacielos blancos de Lego, zumbando día y noche”; Apple informa. «Son las impresoras 3D las que producen las cajas de titanio para Apple Watch Ultra 3 y Series 11». Cada máquina está equipada con un galvanómetro con seis láseres que funcionan simultáneamente para imprimir, una tras otra, las más de 900 capas necesarias para completar un solo caso. Pero antes de que las impresoras puedan ponerse a trabajar, el titanio en bruto debe atomizarse hasta convertirlo en polvo, un proceso que requiere una cuidadosa regulación del contenido de oxígeno para reducir las propiedades del titanio que se vuelven explosivas cuando se exponen al calor.
«Era una ciencia de materiales de vanguardia», explica Bergeron. “El polvo tenía que tener 50 micras de diámetro, como arena muy fina”, explica Manjunathaiah. «Cuando lo golpeas con un láser, se comporta de manera diferente dependiendo de si contiene oxígeno o no. Así que tuvimos que descubrir cómo mantener bajo el contenido de oxígeno». Y de nuevo: “Para obtener capas con un espesor exacto de 60 micras es necesario esparcir este polvo con extrema precisión”, añade Bergeron. «Tuvimos que actuar rápidamente para que el proyecto fuera escalable, pero al mismo tiempo proceder lo más lentamente posible para trabajar con precisión. Esto nos permitió ser eficientes y aun así alcanzar los objetivos del proyecto».
Cuando las impresoras terminan su trabajo, un operador aspira el exceso de polvo de la base de construcción en un proceso de eliminación aproximada del polvo residual. Dado que las piezas impresas tienen una forma muy similar a la final, incluidas todas las uniones de la caja, es posible que quede algo de polvo en los rincones. Un agitador ultrasónico garantiza que este polvo residual se elimine durante la fase de eliminación fina.
Durante el proceso de separación, un fino alambre electrificado corta cada caja individual, mientras que simultáneamente se rocía un refrigerante para mantener bajo el calor generado por el proceso de corte. Luego, un sistema de inspección óptica automatizado mide cada caso individualmente, verificando que las dimensiones y el aspecto estético sean correctos. Este es el control de calidad final para garantizar que las cajas estén listas para el procesamiento final.
«Los ingenieros mecánicos tienen que ser los mejores solucionadores de acertijos del mundo», dice Bergeron. «Toman la placa de circuito, la pantalla, la batería, todos los componentes que van dentro de la caja durante el ensamblaje final, y los adaptan. Durante el proceso realizamos pruebas para asegurarnos de que el reloj funciona; luego agregamos el software y lo ejecutamos durante un cierto período de tiempo para verificar que todas las funciones cumplan con nuestros requisitos».
Otra mejora importante que permite la impresión 3D es la impresión de texturas en lugares que, durante el proceso de forja, eran inaccesibles. Para Apple Watch, esto significó poder mejorar el proceso de impermeabilización de la carcasa de la antena en modelos con conectividad celular.
Dentro de la carcasa de estos modelos hay una ranura rellena de plástico que permite que funcione la antena, y la capacidad de imprimir en 3D una textura específica en la superficie interna del metal ha permitido a Apple conseguir una mejor adhesión entre plástico y metal.
«Juntar todas las piezas del rompecabezas requirió un viaje de varios años que comenzó con una serie de demostraciones y pruebas de concepto para afinar cada detalle, desde la composición específica de la aleación hasta el proceso de impresión en sí», informa Apple. «Después de probarlo a una escala mucho menor en generaciones de productos anteriores, el equipo confiaba en su capacidad para resolver los desafíos particulares que plantea el titanio».
«Siempre intentamos avanzar paso a paso», afirma Bergeron. «Esto nos dio una flexibilidad de diseño aún mayor. Ahora que hemos logrado este importante hito a gran escala, de una manera verdaderamente sostenible y con las características estéticas y estructurales que necesitábamos, las posibilidades son infinitas».
Esta flexibilidad de diseño hizo posible otro beneficio que va más allá del Apple Watch: el puerto USB-C del nuevo iPhone Air. Al utilizar el mismo polvo de titanio reciclado para crear una puerta completamente nueva con una carcasa de titanio impresa en 3D, Apple ha logrado la magia del diseño delgado pero duradero que puede ocurrir cuando las leyes de la física, la innovación de materiales y el compromiso con el medio ambiente se alinean perfectamente.