Cuando desmontamos la computadora portátil más delgada de Apple hasta la fecha, nos sorprendió su exquisito diseño de ingeniería. Con tan solo 5,6 milímetros de grosor, fue sorprendentemente fácil de reparar. Aún más sorprendente fue que el cargador MagSafe usaba la misma batería que el teléfono (¡y eran intercambiables!). El entusiasmo inicial puede haberse desvanecido, y si los informes sobre recortes de producción son ciertos, ese entusiasmo podría haber menguado considerablemente.
Pero nuestro análisis microscópico del conector USB-C impreso en 3D del iPhone Air ha causado un pequeño revuelo en el mundo de la impresión 3D de metal. Durante las últimas seis semanas, hemos hablado con numerosos expertos en fabricación aditiva, y Apple ha confirmado algunos de nuestros hallazgos clave. Ahora es el momento de compartirlos con ustedes.
¿Cómo lo hicieron? ¿Cómo se fabricó el primer componente de iPhone impreso en 3D?
Un puerto pequeño pero con mucho movimiento.
Cuando la UE estandarizó los puertos de carga para dispositivos electrónicos, nosotros y el resto del mundo celebramos. Pero al desmontar los teléfonos y examinar los conectores con detenimiento, nuestra principal preocupación era si eran modulares: ¿podrían reemplazarse si se dañaban?
En este caso, bueno, más o menos. Es bastante complicado, mucho más de lo ideal.
Sin embargo, esta vez, Apple nos invita a analizar el conector con más detalle: su carcasa está impresa en 3D con titanio reciclado mediante una impresora láser de fusión de lecho de polvo de BLT. Este proceso de fabricación aditiva se lanzó simultáneamente con las carcasas de titanio impresas en 3D del Apple Watch Series 11 y Ultra 3.
Es emocionante ver que la tecnología de impresión 3D finalmente se utiliza para una producción a tan gran escala. Esta transición a la impresión 3D también aporta importantes beneficios para quienes somos entusiastas de la sostenibilidad: Apple informa que el proceso ahorra entre 33% y 50% en consumo de material en comparación con los métodos de forjado tradicionales. En un momento en que el consumo excesivo es una preocupación importante, la utilización eficiente de los recursos es sin duda un avance positivo.
El misterio del patrón de los círculos en los cultivos
Tras desmontar el iPhone Air, examinamos el conector USB-C con un microscopio Evident DSX2000. La imagen ampliada del conector USB-C reveló un detalle desconcertante: un patrón circular en forma de cadena que ni siquiera los expertos en impresión 3D más experimentados pudieron explicar. A una escala de 50 micrómetros, este patrón parece extremadamente inusual.
Los primeros informes sugerían que Apple podría estar utilizando la tecnología de inyección de aglutinante, un proceso de impresión 3D que combina polvo con un aglutinante (que actúa como adhesivo). Hace dos años, cuando se informó por primera vez que Apple estaba experimentando con la impresión 3D para las carcasas del Apple Watch, la empresa china EasyMFG presentó una carcasa para smartwatch impresa con tecnología de inyección de aglutinante.
Sin embargo, al microscopio, los patrones producidos por el proceso de inyección de aglutinante son mucho menos regulares que los patrones similares a círculos de cultivo que observamos en la carcasa del conector USB-C. Por lo tanto, nuestras fuentes en la industria sospechan que lo que observamos no fue el proceso de inyección de aglutinante.
Aquí debo hacer una aclaración crucial: a pesar de las interesantes similitudes entre ambos, la interfaz USB-C no posee propiedades antibacterianas. Las estructuras circulares que observamos, con un diámetro aproximado de 30 micrómetros, no son lo suficientemente pequeñas; como demuestran investigaciones relevantes, se necesitan hendiduras de 5 a 10 micrómetros para repeler eficazmente las bacterias.
Sin embargo, la similitud de patrones y dimensiones, si bien no constituye una prueba concluyente, sugiere el posible uso de tecnología láser pulsada. Además, las imágenes muestran contornos de la capa subsuperficial con el mismo patrón, lo que indica que la tecnología se empleó en todo el proceso de impresión, no solo en la capa exterior.
Como era de esperar, Apple publicó ayer un artículo que describe su proceso: innumerables máquinas, cada una equipada con seis láseres, apilan 900 capas de titanio para crear cada caja del Apple Watch. Si bien el artículo no menciona explícitamente la "ablación por láser pulsado", su descripción confirma las conclusiones de nuestros expertos.
Nota del editor: Basándose en nuestras imágenes, nuestros expertos creen que el proceso es ablación láser pulsada, un proceso sustractivo que elimina material para formar la forma final; la fabricación aditiva, por otro lado, se refiere a la fusión por láser, un proceso que construye componentes desde cero.
¿Por qué Apple podría elegir la tecnología de ablación láser pulsada?
El artículo de Apple enfatizó los beneficios ambientales de la impresión 3D con titanio y vinculó directamente esta elección con el objetivo de la compañía de lograr la neutralidad de carbono para 2030.
Este año, el uso de la impresión en lugar del estampado les ahorrará más de 400 toneladas de materia prima de titanio, lo que representa una parte significativa de su consumo anual de 7000 toneladas. Los beneficios ambientales de reducir los residuos de la minería y la producción de metales son evidentes, y los beneficios económicos también son considerables: el mercado del titanio siempre ha sido inestable y, dado que la mayor parte del procesamiento del titanio se realiza en China, su precio se ve afectado por la constante evolución del entorno arancelario.
Sin embargo, la tecnología de ablación láser pulsado tiene otras ventajas que pueden resultar muy atractivas para el iPhone Air y el Apple Watch Series 11 y Ultra 3.
Ya no hace tanto calor.
Los pulsos cortos (normalmente de nanosegundos a femtosegundos) minimizan la difusión del calor, evitando la deformación o la decoloración al fundir partículas de polvo de titanio de 50 micras. La decoloración puede ser insignificante para los diminutos componentes del iPhone Air, pero es crucial para la carcasa del Apple Watch.
El artículo de Apple menciona que es necesario controlar el calor refinando titanio reciclado para crear una mezcla con bajo contenido de oxígeno; el uso de vaporización por micropulsos de polvo de aleación de titanio puede proporcionarles otro método para controlar la transferencia de energía láser al polvo de aleación de titanio sensible al calor.
Puede crear efectos útiles de tratamiento de superficies.
Esta microtextura, similar a los círculos de las cosechas, podría influir en el proceso de ensamblaje del iPhone Air. Podría mejorar la adhesión de los sellos o revestimientos impermeables alrededor de los puertos.
De hecho, Apple menciona esta ventaja como una de las características principales del material de titanio impreso en 3D utilizado en el Apple Watch. Afirman que su proceso les permite…
“Mejorar la impermeabilización de la carcasa de la antena en los modelos celulares. La carcasa del modelo celular cuenta con un compartimento interior relleno de plástico para la función de antena, y mediante la impresión 3D de una textura específica en la superficie interior del metal, Apple logra una mejor adhesión entre el plástico y el metal.”
Es fácil imaginar que el puerto USB-C también podría beneficiarse de un enfoque similar.
Es muy preciso.
Los láseres pulsados pueden grabar o texturizar superficies metálicas con precisión submicrónica, lo que los hace ideales para procesar los delicados componentes alrededor de los puertos USB-C o para limpiar áreas post-soldadura. Dados los altísimos requisitos de precisión del iPhone Air para lograr su perfil de 5,6 mm de grosor, Apple parece haber reconocido la capacidad de precisión de la tecnología de ablación por láser pulsado para las dimensiones de la carcasa del puerto USB-C y la del Apple Watch.
Es muy eficiente.
Otro artículo, escrito por Henriques et al. (también del ámbito médico), demuestra la aplicación de la tecnología de pulsos ultracortos como un método de fabricación rápido y eficiente. Considerando el potencial de esta tecnología para la producción en masa de componentes para uno de los productos más vendidos de la historia de la humanidad (el iPhone ha superado en ventas al Toyota Corolla, aunque aún está por detrás de clásicos como el trigo y la Biblia), la adopción de este proceso, que es más eficiente energéticamente, más rápido y utiliza los materiales de forma más eficiente, cobra especial importancia.
Desvelando el misterio del titanio de “grado aeroespacial”.
La investigación también arrojó otro hallazgo interesante: el grado específico de aleación de titanio que utiliza Apple. El equipo de marketing de Apple lo denomina aleación de titanio de "grado aeroespacial", pero este no es el grado real de la aleación.
Esta afirmación puede ser algo engañosa, ya que el análisis de fluorescencia de rayos X (XRF) muestra que, si bien la aleación se basa en T6Al₄V (una de varias aleaciones de titanio de grado aeroespacial), el uso de ferrocromo implica que no es la aleación que se utiliza habitualmente en aplicaciones aeroespaciales. El uso de cromo hace que la aleación sea frágil a altas temperaturas, y el contenido de hierro reduce su resistencia a la corrosión; ambas características indeseables en aplicaciones aeroespaciales.
Aún más interesante, este elemento ferrocromo es aparentemente un subproducto del proceso de reciclaje de titanio. Según uno de nuestros expertos del sector, esto sugiere que Apple recicla los residuos de titanio generados durante su proceso de fabricación, añadiendo ferrocromo para crear esta aleación personalizada única, apta para la impresión 3D, y luego supraciclando este titanio modificado para su uso en otros productos.
Sin duda, este conector USB-C personalizado es una maravilla de la ingeniería. Sospechamos que su principal motivación es garantizar la estabilidad de la cadena de suministro, mitigando así la volatilidad del mercado global del titanio, pero la consiguiente reducción del desperdicio de material también es una consecuencia positiva.
¿Cómo se puede revertir este cambio?
Muchos aficionados a las reparaciones están entusiasmados con el potencial de la impresión 3D para transformar la industria: si se pueden imprimir piezas de repuesto en casa, los fabricantes no tendrán que almacenar grandes cantidades de piezas. Tampoco tendremos que desperdiciar energía y dinero enviando piezas a nivel mundial. Las personas podrían obtener piezas al instante cuando las necesiten. Philips está trabajando para lograr esta visión y, aunque el progreso es lento, ya han publicado archivos de impresión para dos piezas de sus afeitadoras en el sitio web de Printables.
Sin embargo, este no es el caso de Apple. Apple no ha proporcionado archivos de impresión. Incluso si lo hiciera, dados los materiales utilizados y la naturaleza altamente especializada del proceso, sería difícil para los usuarios con impresoras 3D domésticas utilizarlos. Además, la carcasa USB-C de titanio impresa en 3D está firmemente unida a otros componentes, y la propia carcasa del Apple Watch no se daña fácilmente.
En resumen: ¿cómo puede este cambio compensar las deficiencias? No puede.
La tecnología de impresión 3D promete revolucionar la fabricación, aumentar la eficiencia, reducir las emisiones de carbono y aliviar la presión sobre el planeta al reducir la necesidad de minería. Sin embargo, para la mayoría de las piezas y fabricantes, esto está fuera de su alcance. Muy pocos fabricantes cuentan con la experiencia y la infraestructura necesarias para implementar estos procesos, y mucho menos a gran escala. Incluso Apple está empezando con poco: la carcasa del conector USB-C es una pieza diminuta en un producto de bajo volumen, lo que la hace ideal para la experimentación.
Sin embargo, no podemos dejar que el misterio de los círculos en las cosechas quede sin resolver. Por lo tanto, agradecemos profundamente a los expertos en la industria de la fabricación aditiva que nos ayudaron a explorar las posibilidades.