Como uma pitada de pó de titânio se transforma na estrutura metálica mais complexa do Apple Watch? Entrevista Exclusiva
A caixa de titânio da última geração do Apple Watch começa com uma pitada de pó metálico fino.
Sem o rugido de um torno, faíscas ou o som irritante de uma ferramenta de corte raspando metal, a versão em titânio do Apple Watch não é recortada, mas sim "impressa".
Para muitos, o termo impressão 3D permanece restrito às fases de laboratório e prototipagem: imprimir uma peça conceitual ou um modelo para validar uma ideia. A Apple, no entanto, foi a primeira a introduzi-la na linha de produção em massa de eletrônicos de consumo.
Isso não é uma demonstração de habilidade.
Por que a impressão 3D?
A metalurgia tradicional é uma arte subtrativa: uma peça inteira de metal é cortada, fresada e retificada de todos os lados por usinagem CNC (fresadora de controle numérico), e as partes excedentes são gradualmente cortadas até atingirem o formato desejado, sendo então retificadas e polidas.
Este método oferece uma precisão de processamento extremamente alta, mas inevitavelmente apresenta uma grande desvantagem: o desperdício.
"A facilidade de trabalhar com um metal pode ser determinada pelo primeiro corte." A excelência do titânio é reconhecida por inúmeras indústrias: ele é leve, forte e resistente à corrosão, o que o torna um "material de engenharia" por excelência. No entanto, ele também é teimoso e inflexível: possui um alto ponto de fusão e baixa ductilidade, o que dificulta seu trabalho. O desgaste da ferramenta ocorre muito mais rapidamente do que no trabalho com alumínio, o tempo é multiplicado e há problemas constantes causados por sua "dureza".
Para designs complexos como o Apple Watch, os engenheiros costumavam ter que criar primeiro uma peça maior forjada e, em seguida, esculpir lentamente a forma desejada a partir do interior. Era como talhar uma pequena estátua em uma rocha gigante — espetacular, mas pouco eficiente.
A manufatura aditiva reescreveu completamente essa lógica. Sua abordagem é um processo de "adição" – empilhar materiais camada por camada para formar uma forma, como se estivesse aplicando a textura de um bolo com um saco de confeitar, de forma precisa e controlada.
60 micrômetros, 900 camadas: a trajetória de crescimento de uma caixa de relógio.
O processo de impressão começa com uma pitada de pó de titânio reciclado.
"O pó de titânio não existia antes", disse Kate Bergeron, vice-presidente de design de produto e chefe de inovação de materiais para todos os produtos da Apple, ao iFanr. Ela acrescentou que obter e usar pó de titânio reciclável já é um grande avanço por si só.
O titânio é um metal duro e reativo que pode até explodir em altas temperaturas. Para garantir a segurança, a Apple atomiza o titânio bruto para reduzir seu teor de oxigênio e realiza ajustes extremamente precisos nos parâmetros do laser.
Cada impressora está equipada com um sistema galvanométrico contendo seis feixes de laser. Cada feixe age como uma caneta fina, guiada pelo sistema galvanométrico para fundir uma camada da seção transversal da peça sobre a superfície do pó.
Após a conclusão de uma camada, a plataforma de impressão é abaixada em 60 micrômetros — aproximadamente a largura de um fio de cabelo humano — e uma nova camada de pó é depositada por cima, continuando a derreter.
Após o empilhamento de 900 camadas, surgiu a forma básica da caixa do relógio.
Após a impressão, as peças permaneceram enterradas na pilha de pó, e os engenheiros removeram o excesso de pó utilizando um método de sucção a vácuo.
Em seguida, um dispositivo de vibração ultrassônica é utilizado para realizar um processo de remoção de pó mais preciso nas peças impressas, garantindo que o pó residual seja completamente removido das frestas e estruturas finas dentro da carcaça. Todo o pó é reciclado e reutilizado.
As partes moldadas foram então cuidadosamente cortadas da placa de base usando uma serra de fio diamantado.
Do bruto ao refinado: a arte do pós-processamento
A rugosidade superficial das peças metálicas fabricadas por manufatura aditiva está longe de atender aos requisitos de aparência dos produtos de consumo, especialmente produtos como o Apple Watch Series 11, que exigem um acabamento espelhado polido, estrutura complexa e visibilidade tanto interna quanto externa.
Assim, iniciou-se um processo chamado "pós-processamento".
O processo envolve usinagem CNC de precisão para corrigir as dimensões, jateamento de areia ou polimento para criar textura, moldagem por injeção para integrar outros componentes e, finalmente, acabamento da superfície. O Ultra 3 apresenta um jateamento de areia fino para realçar sua robustez e resistência para uso externo, enquanto a Série 11 busca um acabamento liso, quase reflexivo.
"Não abrimos mão da precisão ou da integridade estrutural em nenhum momento", enfatizou Kate, acrescentando que a Apple não sacrificou a qualidade em prol da impressão 3D.
▲ A imagem da esquerda mostra a textura da superfície da carcaça externa, e a imagem da direita mostra a superfície polida.
O site de desmontagem iFixit também corroborou isso, mostrando texturas impressas tênues na carcaça do Ultra 3 sob um microscópio. No entanto, em testes de dureza, a carcaça do Ultra 3, assim como sua antecessora forjada, apresentou arranhões apenas com dureza 6 na escala de Mohs — uma melhoria significativa em relação ao Ultra 1 anterior (que arranhava com dureza 5).
A proteção ambiental é uma batalha tecnológica proativa.
Se a fabricação de uma caixa de relógio pode ser feita usando métodos tradicionais, por que a Apple faria um desvio tão grande em termos de custos de P&D?
Afinal, os usuários comuns não se importam se o Apple Watch é impresso em 3D ou não.
A resposta reside em outra promessa, ainda maior—
A Apple planeja reduzir as emissões de carbono em 75% em relação aos níveis de 2015. As principais medidas incluem: promover o uso de energia renovável em sua cadeia de suprimentos, adotar métodos de transporte com menor emissão de carbono e aumentar as taxas de reciclagem por meio da inovação em materiais.
A impressão 3D situa-se na intersecção dessas três vertentes. Ela não só aumenta a taxa de reciclagem do titânio para 100%, como também reduz o consumo de material em cerca de 50% em comparação com a forjagem, diminuindo assim as emissões de carbono na origem.
No passado, ficaríamos muito satisfeitos se conseguíssemos melhorar a eficiência dos materiais em 10% ou 15%. Mas agora, estamos reduzindo o uso de materiais pela metade — do ponto de vista das emissões de carbono, essa é uma vitória extremamente significativa.
Segundo Sarah, vice-presidente de inovação ambiental e da cadeia de suprimentos da Apple, a proteção ambiental nunca é uma responsabilidade passiva, mas sim uma batalha tecnológica que exige ação proativa. E a impressão 3D é uma arma fundamental nessa batalha.
Sua equipe é responsável por implementar duas metas principais em toda a cadeia de suprimentos global da Apple: alcançar a neutralidade de carbono até 2030 e, um dia, fabricar todos os produtos com materiais reciclados e renováveis.
Segundo ela, a Apple já atingiu 60% de suas metas de redução de carbono, mas a redução restante será cada vez mais difícil.
Buscamos soluções que sejam benéficas para o planeta, bem como para o próprio produto e para a experiência do usuário.
Da usinagem CNC à impressão 3D: a próxima evolução da manufatura.
Há quinze anos, a Apple usou usinagem CNC para criar o MacBook Unibody, inaugurando um momento revolucionário na fabricação de precisão e impulsionando toda uma geração de modernização industrial.
A capacidade da Apple de integrar titânio impresso em 3D em larga escala dá a outros fabricantes de equipamentos originais (OEMs) a confiança necessária para seguirem o exemplo.
Ao longo do último trimestre, vimos grandes marcas integrarem a manufatura aditiva em seus produtos e operações do dia a dia — de brinquedos e componentes de bicicletas a plataformas de calçados e peças de reposição para fábricas. O padrão é consistente: linhas de produção piloto amadurecem e se transformam em produção repetível, a viabilidade econômica melhora em volumes médios e a integração com sistemas digitais de qualidade se torna mais eficiente. Em resumo, a manufatura aditiva está deixando de ser uma novidade para se tornar a norma.
A 3DS Pro, uma organização profissional especializada em manufatura aditiva de metais, acredita que a importância da impressão 3D em metal reside não apenas em "utilizar um novo processo", mas também em comprovar algo que quase ninguém ousava imaginar antes: que a impressão 3D em titânio pode, de fato, atingir o acabamento superficial e o controle de tolerância necessários para a produção em larga escala de eletrônicos de consumo. Não se trata de um teste com algumas dezenas de peças, mas sim de produção em massa na ordem de milhões de unidades.
Mais importante ainda, o espaço criativo que proporciona foi oficialmente aberto.
A usinagem subtrativa tradicional é sempre limitada por restrições como ferramentas de corte, raios de curvatura e ductilidade do material. Mas a impressão 3D opera com uma lógica completamente diferente: ela pode criar estruturas de treliça dentro de componentes, formar canais ocos complexos em uma única etapa e alcançar geometrias de transição impossíveis de serem processadas por métodos tradicionais.
O iPhone Air é um excelente exemplo: sua estrutura com entrada USB-C utiliza o mesmo pó de titânio reciclado do Apple Watch, fabricado por impressão 3D. Esse processo permite que os designers mantenham a resistência e a durabilidade da estrutura, ao mesmo tempo que alcançam um perfil extremamente fino e leve.
"No início, foi emocionante e um pouco assustador", disse Kate, "porque, teoricamente, é possível imprimir qualquer formato. Temos um conhecimento completo de como o titânio é impresso e, em seguida, exploraremos como aplicar esse processo a mais produtos."
"É muito cedo para falar em revolução", disse Kate com cautela, "mas é definitivamente uma nova e importante ferramenta que temos à nossa disposição."
Então, ela disse algo tipicamente "a cara da Apple": "O céu é o limite".
É também como deixar espaço para o futuro: "Estamos muito ansiosos para ver quais novos desafios os designers apresentarão com essa tecnologia."
"Isto não é de forma alguma um fim, mas sim um novo começo."
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