Vše začalo téměř nereálnou myšlenkou: Co kdyby se 3D tisk, obvykle používaný k vytváření prototypů, dal využít k výrobě milionů identických pouzder z vysoce kvalitního recyklovaného kovu podle přesných konstrukčních standardů Applu?
„Nejednalo se o jen tak ledajaký nápad – jednalo se o nápad, který si doslova říkal o to, aby se stal skutečností,“ vysvětluje Kate Bergeron, viceprezidentka Applu pro design produktů. „Jakmile jsme si tu otázku položili, okamžitě jsme začali s testováním. Prostřednictvím neustálého vytváření prototypů, optimalizace procesů a shromažďování nesmírného množství dat jsme museli dokázat, že tato technologie splní vysoké standardy kvality, které máme.“
Letos byla pouzdra všech hodinek Apple Watch Ultra 3 a titanových Apple Watch Series 11 vyrobena pomocí 3D tisku ze 100% recyklovaného titanového prášku letecké kvality, což je něco, co jsme dříve považovali ve velkém měřítku za nemožné. Za tuto společnou ambici se postavily všechny týmy Applu. Leštěný zrcadlový povrch hodinek Series 11 musel být bezchybný. Hodinky Ultra 3 si musely zachovat svou odolnost a lehkost, aby i nadále vyhovovaly potřebám každodenních dobrodruhů. Oba modely se zároveň musely stát šetrnějšími k planetě, aniž by to mělo negativní dopad na jejich výkon, a musely být vyrobeny ze stejných nebo kvalitnějších materiálů.
„Každý tým Applu považuje ochranu životního prostředí za zcela zásadní,“ uvádí Sarah Chandler, viceprezidentka Applu pro životní prostředí a inovaci dodavatelského řetězce. „Věděli jsme, že 3D tisk má nesmírný potenciál z hlediska efektivity materiálů, což je zásadní pro dosažení cílů programu Apple 2030.“
Program Apple 2030 má za cíl dosáhnout do konce desetiletí uhlíkové neutrality napříč celou uhlíkovou stopou společnosti, což zahrnuje výrobní dodavatelský řetězec a celý životní cyklus jednotlivých produktů. Již dnes pochází veškerá energie potřebná pro výrobu hodinek Apple Watch z obnovitelných zdrojů, jako jsou větrné a solární elektrárny.
Pomocí aditivního procesu 3D tisku se tiskne vrstva po vrstvě, dokud objekt nedosáhne co nejbližšího konečného tvaru. Historicky je obrábění kovaných dílů subtraktivní a vyžaduje odstraňování velkých kusů materiálu. Přechod na 3D tisk umožňuje ve srovnání s předchozími generacemi spotřebovávat při výrobě pouzder hodinek Ultra 3 a titanových Series 11 pouze polovinu surovin.
„Pokles o 50 procent je obrovský úspěch – ze stejného množství materiálu vlastně dokážete vyrobit dva kusy,“ vysvětluje Sarah Chandler. „Když si to pak spočítáte, úspory pro planetu jsou obrovské.“
Apple odhaduje, že díky tomuto novému procesu ušetří jen letos přes 400 metrických tun surového titanu.
V posledních deseti letech Apple experimentoval s 3D tiskem, zatímco toto odvětví samotné začalo nabírat na obrátkách. Lékaři v nemocničních laboratořích začali používat první 3D tištěné protézy a umělé orgány. Rychlost a jednoduchost 3D tisku důležitých nástrojů pak objevili také astronauti na palubě Mezinárodní vesmírné stanice.
„Dlouho jsme sledovali, jak se tato technologie vyvíjí a viděli jsme, jak se 3D tištěné prototypy stávaly stále více reprezentativními pro naše návrhy,“ popisuje Dr. J Manjunathaiah, viceprezident Applu pro výrobní design Apple Watch a Vision. „Naším záměrem vždy bylo využívat při výrobě našich produktů méně materiálu. Ale protože v minulosti jsme pomocí 3D tisku nebyli schopni vyrábět kosmetické díly ve velkém měřítku, začali jsme experimentovat s 3D tiskem kosmetických dílů z kovu.“
Pro Apple je zcela zásadní funkčnost, estetičnost a odolnost. K tomu přidejte škálovatelnost, přísné testování spolehlivosti, výkonnost a průlomy v materiálových vědách, a nakonec nezapomeňte, že je vše podřízeno cílům v oblasti dekarbonizace, kterých hodláme dosáhnout do roku 2030.
Při pohledu na celý proces shora připomínají řady bloků bílé mrakodrapy z Lega, které se tyčí nad zemí a hemží se životem dnem i nocí. Zde vidíte 3D tiskárny, které vyrábějí titanová pouzdra pro hodinky Apple Watch Ultra 3 a Series 11.
Každá tiskárna disponuje galvanometrem s šesti lasery, které současně tisknou vrstvu po vrstvě (kterých je přes 900) a postupně tak vytvářejí finální pouzdro. Ale ještě před tím, než může tiskárna začít tisknout, je třeba surový titan rozemlít na prášek, což je proces, při kterém dochází k úpravě obsahu kyslíku za účelem potlačení vlastností titanu, které jej při vystavení teplu činí výbušným.
„Navrhnout celý proces bylo extrémně komplikované,“ popisuje Bergeron.
„Průměr jednotlivých částic prášku musí dosahovat 50 mikronů, což je zhruba stejná hodnota jako v případě velmi jemného písku,“ vysvětluje Manjunathaiah. „Když pak do těch částic vystřelíte laser, jejich chování bude záviset na tom, zda obsahují kyslík, nebo ne. Museli jsme tudíž vymyslet, jak udržet obsah kyslíku co nejnižší.“
„Aby měla každá vrstva přesně 60 mikronů, musíme ten prášek velmi opatrně sbírat stěrkou,“ doplňuje Bergeron. „Musíme pracovat co nejrychleji, aby se dal celý proces škálovat, ale zároveň co nejpomaleji, abychom byli co nejpřesnější. Díky tomu můžeme pracovat efektivně, ale stále naplňovat cíle, které máme stanovené.“
Jakmile tiskárny dotisknou, obsluha vyluxuje přebytečný prášek z tiskového plátu. Tomuto procesu se říká hrubé odstraňování prášku. Vzhledem k tomu, že jsou pouzdra tištěna v téměř finální podobě, aby jednotlivé tvary správně seděly, může se zbylý prášek zachycovat také v různých záhybech a prohlubních tištěných pouzder. Tento přebytečný prášek se z pouzder odstraňuje pomocí ultrazvukové třepačky v rámci fáze odstraňování prášku.
Během procesu oddělování jednotlivých kusů se mezi jednotlivými pouzdry prořezává tenký elektrifikovaný drát, zatímco je na proces stříkáno kapalné chladivo, aby řezání neprobíhalo při příliš vysokých teplotách. Automatizovaný systém pro vizuální kontrolu pak každé pouzdro změří a zkontroluje, zda rozměry a vzhled odpovídají zadaným parametrům. Toto je posledním krokem procesu kontroly kvality, který zajišťuje, že jsou pouzdra připravena k finálním úpravám.
„Pokud potřebujete vyřešit nějaký hlavolam, zeptejte se strojního inženýra,“ dodává Bergeron. „Dostanou základní desku, obrazovku, baterii – a spoustu dalších věcí, které je potřeba do pouzdra vměstnat – a zkrátka je tam vměstnají. V průběhu celého procesu vše testujeme, abychom zajistili, že budou hodinky fungovat. Pak nahrajeme software a necháme hodinky chvíli běžet, abychom zkontrolovali, že odpovídají našim požadavkům.“
Dalším pozitivním přínosem 3D tisku je možnost tisknout textury na místa, která byla dříve v rámci procesu kování nepřístupná. V případě Apple Watch jsme tak mohli vylepšit proces zabezpečování antén v modelech s mobilním připojením proti poškození vodou. V pouzdrech modelů s mobilním připojením figuruje předěl vyplněný plastem, který umožňuje fungování antén. A díky možnosti tisknout specifické textury na vnitřní povrch kovu se podařilo dosáhnout mnohem lepšího spojení mezi plastem a kovem.
Když všechny ty dílky skládačky poskládáte dohromady, vznikne vám několikaletá cesta, která začala řadou ukázek a studií proveditelnosti pro vyladění celého procesu – od konkrétního poměru slitin až po samotný proces tisku. Po otestování technologie v mnohem menším měřítku u předchozích generací produktů nabyl tým dostatečného sebevědomí, aby byl schopen vyřešit jedinečné výzvy, které se pojí s prací s titanem.
„Vždy se snažíme dělat nejprve malé krůčky, které nám postupně umožní udělat ten velký krok,“ říká Bergeron. „V tomto případě se nám v rámci designu otevřely možnosti ještě větší flexibility, než jaké jsme měli dříve. Teď, když jsme skutečně udržitelným způsobem dosáhli tak zásadního průlomu ve velkém měřítku na kýžené kosmetické i strukturální úrovni, další možnosti jsou nekonečné.“
Tato designová flexibilita přinesla ještě jednu výhodu, která jde nad rámec hodinek Apple Watch: USB-C port na novém iPhonu Air. Vytvořili jsme zbrusu nový port s titanovým tělem, které je rovněž 3D vytištěno z recyklovaného titanového prášku. A díky tomu jsme mohli proměnit neuvěřitelně tenkou, ale přesto nesmírně odolnou konstrukci ve skutečnost.
A přesně toho můžete dosáhnout, když skloubíte pochopení fyzikálních zákonů, inovace v oblasti materiálu, bezkonkurenční design a neochvějný závazek k životnímu prostředí.
„Systémové změny jsou pro nás alfou a omegou,“ popisuje Sarah Chandler. „Nikdy neděláme nic, co nelze udělat více než jednou. Snažíme se měnit celý systém. Naším hlavním cílem vždy bylo navrhovat produkty, které jsou lepší pro lidi i pro planetu. A když se spojíme, abychom nekompromisně inovovali naše designové postupy, výrobu a environmentální cíle, přínosy budou exponenciálně větší, než jsme si kdy dokázali představit.“
Sdílet článek
Media
-
Text tohoto článku
-
Média použitá v tomto článku