apple stories
رسم المستقبل مع إطارات Apple Watch المصنوعة من التيتانيوم بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد
حيث بدأ الأمر بفكرة خيالية: ماذا لو أمكن الاستفادة من الطباعة ثلاثية الأبعاد، التي كانت تستخدم عادة لإنشاء النماذج الأولية، لإنتاج ملايين الهياكل المتطابقة وفقاً لمعايير التصميم الدقيقة لشركة Apple، باستخدام معدن عالي الجودة معاد تدويره؟
وفي هذا الصدد، تقول كيت بيرجيرون، نائبة رئيس شركة Apple لشؤون تصميم المنتجات: "لم تكن مجرد فكرة، بل فكرة أردنا أن نجعلها حقيقة واقعة. وبمجرد أن طرحنا السؤال، بدأنا على الفور في اختباره على أرض الواقع. وقد تعيّن علينا أن نثبت من خلال النماذج الأولية المستمرة وتحسين العمليات وجمع كميات هائلة من البيانات، أن هذه التكنولوجيا قادرة على تلبية معايير الجودة العالية التي نطلبها."
في هذا العام، تمت طباعة جميع إطارات Apple Watch Ultra 3 وApple Watch Series 11 المصنوعة من التيتانيوم باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ومسحوق التيتانيوم كالمستخدم في مجال الطيران والفضاء والمعاد تدويره بنسبة 100 بالمئة، وهو إنجاز لم يكن يعتبر ممكناً على نطاق واسع في السابق. وقد تكاتفت كل فرق Apple لتحقيق طموح مشترك. كان لابد للطلاء العاكس المصقول في Series 11 أن يكون نقياً تماماً. ولا بد لساعة Ultra 3 أن تحافظ على متانتها وخفة وزنها لتلبية متطلبات المغامرين الذين يخوضون مغامراتهم كل يوم. كما كان لا بد لكلتا الساعتين أن تكونان أفضل للكوكب من دون المساومة على أدائهما، وأن تستخدمان مواداً بجودة مماثلة أو أفضل.
من جانبها، تقول سارة تشاندلر، نائبة رئيس شركة Apple لشؤون البيئة وابتكار سلسلة التوريد: ”ينظر كل فريق في Apple إلى البيئة بوصفها قيمة أساسية، وكنا نعلم أن الطباعة ثلاثية الأبعاد هي تقنية ذات إمكانات هائلة في مجال كفاءة المواد، وهو أمر بالغ الأهمية للوصول إلى هدف Apple لعام 2030."
هدف Apple لعام 2030 هو هدف الشركة الطموح المتمثل في تحقيق الحياد الكربوني في جميع أنشطتها بحلول نهاية هذا العقد، بما في ذلك سلسلة التوريد التصنيعية واستخدام منتجاتها طوال عمرها الافتراضي. وبالفعل، فإن كل الكهرباء المستخدمة في تصنيع Apple Watch تأتي من مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية.
وباستخدام عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تقوم على الإضافة، تجري طباعة طبقة تلو الأخرى حتى يصبح الشكل النهائي للعنصر أقرب ما يمكن إلى الشكل المطلوب. في الماضي، كانت عمليات تصنيع القطع المشكّلة تتم عن طريق إزالة أجزاء كبيرة من المواد. وبالتالي، يُتيح هذا التغيير استخدام نصف كمية المواد الخام فقط في صناعة إطارات Ultra 3 وإطارات التيتانيوم لساعة Series 11 مقارنةً بالجيل السابق.
وتوضح تشاندلر قائلةً: "لا شك أن تحقيق انخفاض بنسبة 50 بالمئة هو إنجاز هائل، إذ تحصل على ساعتين من نفس كمية المواد المستخدمة لصنع ساعة واحدة. وعندما تبدأ في ربط ذلك بكمية المواد الخام المستخدمة، فإن الفوائد التي تعود على الكوكب هائلة."
وفي المجمل، تُقدّر شركة Apple أن هذه العملية الجديدة ستوفر أكثر من 400 طن متري من التيتانيوم الخام هذا العام وحده.
يُشار إلى أنه على مدى العقد الماضي، اختبرت شركة Apple الطباعة ثلاثية الأبعاد في الوقت الذي بدأت فيه هذه الصناعة في الازدهار. وفي مختبرات المستشفيات، كان الأطباء يستخدمون أول أطراف وأعضاء اصطناعية مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، وحتى خارج الغلاف الجوي للأرض، اكتشف رواد الفضاء سرعة وسهولة الطباعة ثلاثية الأبعاد للأدوات الحيوية أثناء وجودهم على متن محطة الفضاء الدولية.
تعليقاً على الموضوع، يقول الدكتور جيه. مانجوناثايا، المدير الأول لتصميم تصنيع Apple Watch وVision في شركة Apple: "لقد راقبنا نضوج هذه التكنولوجيا لفترة طويلة ورأينا كيف أصبحت نماذجها الأولية أكثر توافقاً مع تصاميمنا. ولطالما كان هدفنا هو استخدام كميات أقل من المواد في صناعة منتجاتنا. لكننا لم نكن قادرين في السابق على تصنيع قطع جمالية بكميات كبيرة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد. لذا بدأنا في اختبار الطباعة ثلاثية الأبعاد على المعادن لصنع قطع جمالية."
بالنسبة لشركة Apple، تُعدّ القدرات الوظيفية والجمال والمتانة من العوامل الأساسية. أضف إلى ذلك قابلية التوسع، واختبارات الموثوقية الصارمة، والأداء، والإنجازات الرائدة في علم المواد، مع ضمان عدم تراجع Apple عن أهدافها في مجال إزالة الكربون بحلول عام 2030.
وعند النظر إلى هذه العملية من أعلى، تظهر صفوف من الكتل وهي تبرز من الأرض مثل ناطحات سحاب بيضاء من الليغو، تدور ليل نهار. هذه هي الطابعات ثلاثية الأبعاد التي تعمل بجد لبناء إطارات التيتانيوم لساعة Apple Watch Ultra 3 وساعة Series 11.
تحتوي كل آلة على جلفانومتر يضم ستة أجهزة ليزرية تعمل جميعها في وقت واحد لبناء طبقة تلو الأخرى، أكثر من 900 مرة، لإكمال إطار واحد. ولكن قبل أن تبدأ الطابعات في العمل، يجب تحويل التيتانيوم الخام إلى مسحوق، وهي عملية تتطلب ضبط محتواه من الأكسجين بدقة لتقليل خصائص التيتانيوم التي تجعله قابلاً للانفجار عند تعرضه للحرارة.
تقول بيرجيرون: ”كانت هذه علوم مواد متطورة للغاية."
في حين يشرح مانجوناثايا قائلاً: "كان يجب أن يبلغ قطر المسحوق 50 ميكرون، وهو ما يعادل حبيبات الرمل الناعمة جداً. وعندما تضربه بأشعة الليزر، فإنه يتصرف بشكل مختلف اعتماداً على ما إذا كان يحتوي على الأكسجين أم لا. لذا كان لزاماً علينا أن نجد طريقة للحفاظ على انخفاض نسبة الأكسجين."
وتضيف بيرجيرون: "للحصول على هذه السماكة بحيث تكون كل طبقة 60 ميكروناً بالضبط، يجب مسح هذا المسحوق بمسحة ناعمة للغاية. وعلينا أن نعمل بأسرع ما يمكننا لجعل عمليه التصنيع هذه قابلة للتوسع، مع العمل ببطء قدر الإمكان لضمان الدقة. وقد سمح لنا ذلك بأن نعمل بكفاءة، مع تحقيق أهداف التصميم في الوقت نفسه."
بمجرد انتهاء الطابعات من عملها، يقوم المشغل بشفط المسحوق الزائد من لوحة البناء في عملية تسمى إزالة المسحوق الأولية. ونظراً لأن التصميمات مطبوعة بالشكل شبه النهائي، بما في ذلك جميع النقاط المتداخلة اللازمة في الإطار، فإنه ما يزال من الممكن أن يتراكم المسحوق في زوايا وشقوق الإطار. هذا ويضمن جهاز الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية إزالة هذا المسحوق المتبقي خلال مرحلة إزالة المسحوق الدقيقة.
أما أثناء عملية فصل الإطارات عن بعضها البعض، فإن سلكاً مكهرباً رفيعاً يفصل كل إطار، بينما يُرَش سائل تبريد في الوقت نفسه للحفاظ على انخفاض درجة الحرارة الناتجة عن عملية القطع. ومن ثم يقيس نظام فحص بصري آلي كل إطار للتحقق من دقة أبعاده ومظهره الخارجي. وهذا هو الفحص النهائي للجودة للتأكد من أن الإطارات جاهزة للمعالجة النهائية.
وتقول بيرجيرون: "لا بد أن يكون المهندسون الميكانيكيون أكثر الأشخاص مهارة في حل الأحجيات في العالم بأسره. إذ يأخذون اللوحة الإلكترونية والشاشة والبطارية، كل العناصر التي توضع داخل الإطار أثناء التجميع النهائي، ويجعلونها تتسع في مكانها المخصص. كما نقوم بإجراء اختبارات طوال العملية للتأكد من أن الساعة تعمل؛ ومن ثم نضيف البرامج ونشغلها لفترة من الوقت للتحقق من أن جميع الوظائف تلبي متطلباتنا."
الجدير بالذكر أن الطباعة ثلاثية الأبعاد أتاحت تحسيناً تصميماً رئيسياً آخر، ألا وهو طباعة نسيج في أماكن كان من المستحيل الوصول إليها في عملية التشكيل. وبالنسبة إلى Apple Watch، كان ذلك يعني القدرة على تحسين عملية مقاومة الماء في غلاف الهوائي ضمن الموديلات المزودة بإمكانية الاتصال الخلوي. حيث يحتوي الإطار في الموديلات المزودة بإمكانية الاتصال الخلوي على شق مملوء بالبلاستيك لتمكين وظيفة الهوائي، لكن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد جاءت لتتيح طباعة نسيج معين على السطح الداخلي للمعدن، وبالتالي مكّنت شركة Apple من تحقيق ترابط أفضل بين البلاستيك والمعدن.
كان تجميع قطع الأحجية رحلة استمرت عدة سنوات بدأت بسلسلة من العروض التوضيحية وإثباتات المفهوم وصولاً إلى ضبط الوصفة، ومن تركيبة السبائك المحددة وصولاً إلى عملية الطباعة نفسها. وبعد اختبار العملية على نطاق أصغر بكثير في الأجيال السابقة من المنتجات، كان الفريق واثقاً من قدرته على حل التحديات الفريدة التي ينطوي عليها العمل مع التيتانيوم.
تقول بيرجيرون: "نحاول دوماً اتخاذ تلك الخطوات التدريجية التي تسمح لنا بالانتقال إلى الخطوة التالية. وقد أتاح ذلك الآن فرصة لمزيد من المرونة في التصميم أكثر مما كان لدينا في السابق. الآن وقد حققنا هذا الإنجاز الرائع على نطاق واسع، وبطريقة مستدامة حقاً على المستويين الجمالي والهيكلي اللذين نحتاجهما، فإنه لا حدود للاحتمالات المتاحة أمامنا."
أدّت مرونة التصميم هذه إلى ظهور فائدة أخرى تتجاوز Apple Watch: منفذ USB-C في جهاز iPhone Air الجديد. من خلال إنشاء منفذ جديد تماماً في هيكل من التيتانيوم مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد وباستخدام نفس مسحوق التيتانيوم المعاد تدويره، تمكّنت Apple من تحويل تصميمها الرقيق للغاية والمتين في الوقت نفسه إلى حقيقة واقعة.
وهذا هو السحر الذي يمكن أن يحدث عندما تتوافق قوانين الفيزياء والابتكار في المواد والتصميم الفريد والالتزام العميق تجاه البيئة.
تقول تشاندلر: ” نحن ملتزمون بشكل استثنائي بتغيير منظومة التصنيع. ونحن لا نفعل أي شيء لمجرد القيام به مرة واحدة فقط، بل ليصبح طريقة عمل المنظومة بأكملها. لطالما كان هدفنا الأساسي هو تصميم منتجات أفضل للناس والكوكب. وعندما نتكاتف معاً للابتكار من دون المساومة في مجالات التصميم والتصنيع وأهدافنا البيئية، فإن الفوائد تكون أكبر بكثير مما يمكن أن نتخيله."
شارك الخبر
Media
-
نص هذا المقال
-
الوسائط في هذا المقال