Alles begann mit einer vision?ren Idee: Was w?re, wenn sich der 3D Druck – bislang zur Herstellung von Prototypen genutzt – so weiterentwickeln lie?e, dass man damit Millionen identischer Geh?use nach den genauen Designstandards von Apple aus hochwertigem recyceltem Metall herstellen k?nnte?
?Es war nicht einfach nur eine Idee – es war eine Idee, die real werden wollte“, sagt Kate Bergeron, Vice President of Product Design bei Apple. ?Als wir uns diese Frage gestellt hatten, begannen wir sofort mit ersten Tests. Wir mussten durch kontinuierliche Prototypenentwicklung, Prozessoptimierung und Sammeln von enormen Datenmengen nachweisen, dass diese Technologie in der Lage w?re, unseren hohen Qualit?tsstandards gerecht zu werden.“
In diesem Jahr werden alle Geh?use der Apple Watch Ultra 3 und der Apple Watch Series 11 aus Titan mit zu 100 Prozent recyceltem Titanpulver in Raumfahrtqualit?t im 3D Druckverfahren gefertigt – ein Meilenstein, der in dieser Gr??enordnung zuvor nicht für m?glich gehalten worden ist. Alle Teams bei Apple haben gemeinsam an dieser ambitionierten Vision gearbeitet. Das spiegelpolierte Finish der Series 11 musste makellos sein. Die Ultra 3 sollte ihre Langlebigkeit und ihr leichtes Design beibehalten, um den Anforderungen von Abenteur:innen im Alltag gerecht zu werden. Beide Modelle mussten au?erdem gleichzeitig umweltfreundlicher sein, ohne dabei Kompromisse bei der Performance oder Materialqualit?t einzugehen.
?Bei Apple ist Umweltschutz ein zentraler Wert in jedem Team“, sagt Sarah Chandler, Vice President of Environment and Supply Chain Innovation bei Apple. ?Uns war klar, dass die 3D Druck-Technologie enormes Potenzial für Materialeffizienz hat, was ein entscheidender Faktor auf unserem Weg zu Apple 2030 ist.“
Apple 2030 ist das ehrgeizige Ziel des Unternehmens, bis Ende dieses Jahrzehnts im gesamten Unternehmen CO??neutral zu sein, einschlie?lich der Fertigungslieferkette und der gesamten Nutzungsdauer seiner Produkte. Bereits heute stammt der gesamte Strom, der für die Fertigung der Apple Watch verwendet wird, aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- oder Solarenergie.
Beim additiven 3D Druckverfahren wird Schicht für Schicht gedruckt, bis das Objekt so nah wie m?glich an die gewünschte Endform herankommt. Früher war die Bearbeitung von Schmiedeteilen ein subtraktiver Prozess, der das Abtragen gro?er Materialmengen erfordert hat. Durch diese Umstellung ben?tigen die Geh?use der Ultra 3 und der Series 11 aus Titan nur noch halb so viel Rohmaterial wie ihre Vorg?ngergenerationen.
?Eine Reduktion um 50 Prozent ist ein gewaltiger Fortschritt – aus der gleichen Materialmenge, die zuvor für eine einzige Uhr ben?tigt worden ist, lassen sich nun zwei herstellen“, erkl?rt Chandler. ?Wenn man das hochrechnet, sind die Einsparungen für den Planeten enorm.“
Insgesamt sch?tzt Apple, dass allein in diesem Jahr durch das neue Verfahren mehr als 400 Tonnen Roh-Titan eingespart werden k?nnen.
In den vergangenen zehn Jahren hat Apple bereits mit 3D Druck experimentiert, w?hrend die Technologie selbst am Beginn ihres Aufschwungs stand. In Krankenhauslaboren verwendeten ?rztinnen erste 3D-gedruckte Prothesen und künstliche Organe. Und sogar au?erhalb der Erdatmosph?re entdeckten Astronaut:innen auf der Internationalen Raumstation die Geschwindigkeit und Einfachheit, mit der sich lebenswichtige Werkzeuge direkt an Bord mit 3D Druck herstellen lassen.
?Wir haben die Entwicklung dieser Technologie schon seit Langem beobachtet und konnten sehen, wie sich Prototypen immer weiter unseren Designvorgaben angen?hert haben“, sagt Dr. J Manjunathaiah, Senior Director of Manufacturing Design for Apple Watch and Vision bei Apple. ?Es ist schon immer unser Ziel gewesen, unsere Produkte mit weniger Material herzustellen. Bisher ist es uns jedoch nicht m?glich gewesen, optisch sichtbare Bauteile in gro?em Ma?stab im 3D Druckverfahren herzustellen. Also haben wir damit begonnen, mit dem 3D Druck von Metall zu experimentieren, um Designkomponenten herzustellen.“
Für Apple sind Funktionalit?t, ?sthetik und Langlebigkeit selbstverst?ndlich. Hinzu kommen Skalierbarkeit, strenge Zuverl?ssigkeitstests, Leistungsf?higkeit und sogar Durchbrüche in der Materialwissenschaft –?und all das, ohne Kompromisse bei den Klimazielen im Rahmen von Apple 2030 einzugehen.
Aus der Vogelperspektive ragen Reihen von Bl?cken wie wei?e Lego-Wolkenkratzer aus dem Boden und surren Tag und Nacht.
Das sind die 3D Drucker, die unermüdlich daran arbeiten, die Titangeh?use für die Apple Watch Ultra 3 und Series 11 herzustellen.
Jede Maschine ist mit einem Galvanometer ausgestattet, das sechs Laser enth?lt. Alle arbeiten gleichzeitig, um Schicht für Schicht zu erstellen, wobei über 900 Schichten n?tig sind, um ein einziges Geh?use zu fertigen. Doch bevor der Druck überhaupt beginnen kann, muss das Roh-Titan zun?chst in Pulverform gebracht werden. Dabei wird der Sauerstoffgehalt pr?zise abgestimmt, um jene Eigenschaften des Titans zu verringern, die bei Hitzeeinwirkung potenziell explosiv reagieren.
?Das war Materialwissenschaft auf h?chstem Niveau“, sagt Bergeron.
?Das Pulver musste einen Durchmesser von 50 Mikrometern haben, was vergleichbar mit sehr feinem Sand ist“, erkl?rt Manjunathaiah. ?Wenn man es mit einem Laser bestrahlt, verh?lt es sich anders, wenn es Sauerstoff enth?lt, als wenn es keinen enth?lt.
Also mussten wir herausfinden, wie wir den Sauerstoffgehalt niedrig halten k?nnen.“
?Um die St?rke so einzustellen, dass jede Schicht exakt 60 Mikrometer dick ist, muss das Pulver mit h?chster Pr?zision aufgetragen werden“, fügt Bergeron hinzu. ?Wir müssen so schnell wie m?glich arbeiten, um den Prozess skalierbar zu machen – und gleichzeitig so langsam wie n?tig, um maximal pr?zise zu sein.
So konnten wir effizient bleiben und gleichzeitig die Designziele erreichen.“
Sobald der Druckvorgang abgeschlossen ist, wird überschüssiges Pulver in einem als ?Grobentpulverung“ bezeichneten Verfahren durch eine Fachkraft von der Bauplatte abgesaugt. Da die Bauteile in nahezu finaler Form mit allen erforderlichen Verbindungselementen gedruckt werden, kann sich noch Pulver in den Ecken und Winkeln der Geh?use befinden. In der Phase der ?Feinentpulverung“ sorgt ein Ultraschallrüttler dafür, dass auch die letzten Pulverreste zuverl?ssig entfernt werden.
W?hrend des sogenannten ?Vereinzelungsprozesses“ trennt ein dünner, elektrisch leitender Draht die einzelnen Geh?use voneinander, w?hrend gleichzeitig ein flüssiges Kühlmittel aufgesprüht wird, um die beim Schneiden entstehende Hitze gering zu halten. Anschlie?end vermisst ein automatisiertes optisches Inspektionssystem jedes einzelne Geh?use und überprüft, ob Abmessungen und Design den Vorgaben entsprechen. Dies ist die abschlie?ende Qualit?tskontrolle, um sicherzustellen, dass die Geh?use für die finale Bearbeitung bereit sind.
?Die Maschinenbauingenieur:innen müssen die besten Probleml?ser:innen der Welt sein“, sagt Bergeron. ?Sie nehmen die Platine, das Display, die Batterie – alle Komponenten, die bei der Endmontage ins Geh?use kommen – und bringen alles passgenau unter. Wir testen w?hrend des gesamten Prozesses, um sicherzustellen, dass die Uhr einwandfrei funktioniert. Anschlie?end spielen wir die Software auf und lassen sie über einen definierten Zeitraum hinweg laufen, um zu überprüfen, ob alle Funktionen unseren Anforderungen entsprechen.“
Eine weitere wichtige Designverbesserung, die durch den 3D Druck m?glich wurde: das Drucken von Texturen an Stellen, die im Schmiedeprozess bisher nicht zug?nglich gewesen sind. Für die Apple Watch bedeutete das, dass der Wasserschutz für das Antennengeh?use in Mobilfunkmodellen verbessert werden konnte. Im Inneren des Geh?uses verfügen Mobilfunkmodelle über einen mit Kunststoff gefüllten Spalt, um die Antennenfunktionalit?t zu erm?glichen. Durch gezielten 3D Druck einer speziellen Textur auf die innere Metalloberfl?che konnte Apple eine bessere Verbindung zwischen Kunststoff und Metall erzielen.
Das Zusammensetzen der Puzzleteile war ein mehrj?hriger Prozess, der mit einer Reihe von Demos und Machbarkeitsnachweisen begann, um die richtige ?Rezeptur“ zu entwickeln: von der spezifischen Legierungszusammensetzung bis hin zum Druckverfahren selbst. Nachdem das Team das Verfahren bereits in viel kleinerem Ma?stab bei früheren Produktgenerationen getestet hatte, war es überzeugt davon, auch die besonderen Herausforderungen der Arbeit mit Titan erfolgreich meistern zu k?nnen.
?Wir versuchen immer, Schritt für Schritt voranzugehen, um den n?chsten Fortschritt m?glich zu machen“, sagt Bergeron. ?Dies hat uns nun eine ganz neue Flexibilit?t beim Design er?ffnet, die wir zuvor nicht hatten.
Da wir diesen Durchbruch nun in gro?em Ma?stab erreicht haben, auf wirklich nachhaltige Weise und auf dem von uns ben?tigten Design- und Strukturlevel, sind die M?glichkeiten grenzenlos.“
Diese neue gewonnene Flexibilit?t beim Design hat noch einen weiteren Fortschritt m?glich gemacht, der über die Apple Watch hinausgeht: den USB-C-Anschluss des neuen iPhone Air. Durch die Entwicklung eines v?llig neuen Anschlusses in einem Titangeh?use, das mit dem gleichen recycelten Titanpulver im 3D Druckverfahren gefertigt wird, konnte Apple ein bemerkenswert dünnes und zugleich robustes Design verwirklichen.
Das ist die Magie, die entstehen kann, wenn die Gesetze der Physik, Materialinnovation, unvergleichliches Design und ein kompromissloses Engagement für den Umweltschutz perfekt zusammenspielen.
?Wir setzen uns mit voller überzeugung für systemischen Wandel ein“, sagt Chandler. ?Wir tun niemals etwas nur einmal – wir tun es, um Standards zu schaffen, die das gesamte System nachhaltig ver?ndern. Seit jeher ist es unser Leitmotiv, Produkte zu entwickeln, die sowohl für Menschen als auch den Planeten besser sind. Wenn wir gemeinsam – ohne Kompromisse – in den Bereichen Design, Fertigung und Umweltziele innovativ denken, ist der positive Effekt um ein Vielfaches gr??er, als wir es uns je vorstellen k?nnten.“
Artikel teilen
Media
-
Text dieses Artikels
-
Medieninhalte zu dieser Pressemeldung