Apples neues Titan-Verfahren
Ein Blick auf den „gedruckten“ USB-Anschluss des iPhone Air
Nachdem bereits mehrere Jahre darüber spekuliert wurde, dass Apple bei der Gehäuseproduktion der Apple Watch Ultra auf ein 3D-Druckverfahren wechseln will, wurde dies bei der Vorstellung der Uhr im September offiziell bestätigt. Weitere Details hat Apple zu Beginn dieser Woche geliefert und uns einen Einblick in den Produktionsprozess der aus Titanpulver aufgebauten Gehäuse gegeben.
Weil Apple bei diesem Thema besonders die Apple Watch Ultra in den Vordergrund gestellt hat, haben die Reparaturprofis von iFixit das Thema mit Blick auf das iPhone Air aufgegriffen. Apples dünnstes Smartphone ist zugleich das erste iPhone-Modell, bei dem die für Apple-Geräte neue Technologie zum Einsatz kommt. Hier besteht die Einfassung des USB-C-Anschlusses aus recyceltem und mithilfe des Fertigungsverfahren schichtweise aufgebautem Titan.
Ungewöhnliche Oberflächenstruktur
Bei einer Analyse unter dem Mikroskop zeigte sich auf der Innenfläche des USB-C-Ports ein regelmäßiges, kreisförmiges Muster. Eine solche Struktur entsteht, wenn das Material mittels kurzer, hochenergetischer Laserimpulse bearbeitet wird.
Durch die nur kurzen Laserimpulse wird die Wärmebelastung des Materials reduziert, was laut iFixit besonders für dünnwandige Bauteile wie Gehäuse oder präzise Anschlussbereiche von Vorteil sein kann. Die Gefahr von ungewollten Verformungen lässt sich so minimieren. Zudem könne man die Oberflächen gezielt strukturieren, was beispielsweise beim Verbinden von Metall und Kunststoff von Vorteil sei.
Die Oberfläche des USB-Anschlusses (Bilder: iFixit)
Materialanalysen hätten ergeben, dass das verwendete Titan keiner klassischen Luftfahrtlegierung entspricht. Spezialisten aus diesem Bereich gehen davon aus, dass Apple recyceltes Material aus der eigenen Produktion nutzt und durch Beimischungen für den 3D-Druck anpasst.
Keine Auswirkungen auf Reparaturen
Auf die Reparierbarkeit hat der Prozess laut iFixit bislang keine direkten Konsequenzen. Die Bauteile stehen nicht als Druckvorlagen zur Verfügung, und im privaten Umfeld wären sie aufgrund der benötigten Anlagen ohnehin nicht herstellbar. Das gedruckte Gehäuse des USB-C-Ports ist zudem so fest mit anderen Komponenten verbunden, dass sich Beschädigungen beim Austausch kaum vermeiden ließen.
Kurzum: Das 3D-Verfahren hat hier durchaus das Potenzial, die Fertigungsprozesse effizienter zu machen und den Ressourcenverbrauch zu senken. In der Praxis bleibt das für viele Bauteile und Unternehmen jedoch vorerst ein eher theoretisches Szenario.
Stichwort „laser peening“ – Reduzierung der Eigenspannung mittels Laser. Gibt es schon ein paar Dekaden als Technologie…
Ein Glück muss nicht jeder Schuh neu erfunden werden und bewährtes kann genutzt werden weil, bewährt!? Puh
Und sind Titangehäuse aus dem 3D-Drucker genauso widerstandsfähig wie Gehäuse aus gefrästem Titan?
Interessiert mich insbesondere hinsichtlich der Apple Watch. Grade-Angaben gibt es zur AW Ultra 3 nicht mehr, oder?
Nein. Das ist quasi nur gesintert und hält nicht so gut zusammen, wie ein aus dem vollen gefrästes Titan
Da würde ich mehr Meinungen zu einholen bzw. mal aktuelles Wissen aneignen.
Früher war das der Fall, aber 3D Druck hat sich extrem weiterentwickelt. Mittlerweile setzen auch Flugzeughersteller und Zulieferer auf 3D Druck. Auch im Rennsport kommt 3D Druck immer häufiger zum Einsatz.
Früher wurde das nur für Prototypen genutzt. Aber mittlerweile sind die Teile in vielen neuen Flugzeugtriebwerken der Standard.
Ja es ist stabiler als die plasikwürste aus dem heimischen 3D drucker, aber eben nicht so stabil wie aus dem vollen gefräst oder gar aus dem geschmiedetem gefräst
Sicher?
„Aus dem vollen Stück“ bedeutet ja meinem Verständnis nach das Ergebnis eines Schmelzprozesses mit verschiedenen Materialen zu eine Legierung. Also bei z.B. Stahl neben Kohlenstoff auch Chrom für die Rostträgheit …
Zum Sintern: Meines Wissens werden bei z.B. modernen Stählen pulvermetallurgische Verfahren deshalb verwendet, weil sich eine homogenere innere Struktur erzeugen läßt als mit Schmelzverfahren, die dann ja eben noch weiterbearbeitet werden müssen. In diesem Fall – so verstehe ich es – wird gesintert, also die Metalle unterhalb des Schmelzpunktes verdichtet und damit molekular verbunden.
So entstehen sehr hochwertige und belastbare Stähle z.B. Magnacut oder S30V, deren Eigenschaften sind den Eigenschaften der „klassischen“ Stähle oft überlegen. Zumal ja in der Regel ein „Sweetspot“ zwischen mehreren Eigenschaften gewünscht ist (Härte, Zähigkeit …).
Beim Titan kenne ich nur Maschinen, die mittels Laserschmelzen an den relevanten Punkten Werkstücke aufwachsen lassen.
Diese Bauteile haben bei gleicher Stabilität zu den herkömmlich hergestellten Teilen ein geringeres Gewicht, weil berechnet für die Statik unnötige Stellen einfach als Hohlräume ausgeführt werden. Also defacto weniger Material bei gleichen Werkstück-Eigenschaften.
Dabei wird in der Regel aber auch tatsächlich vom Laser an dem anvisierten Punkt geschmolzen (SML).
Ich denke also, Titan-3D-Druck-Bauteile können, wenn vom Produzenten gewünscht, mindesten so stabil sein wie aus dem Stück gefräste Teile. Dabei aber oft leichter und wesentlich besser der gewünschten Form angepaßt.
Vielleicht ist hier jemand aus der Metallverarbeitung oder gar aus einer der Firmen, die diese Laser-3D-Drucker herstellen? Dabei ist ja mindestens ein prominenter Hersteller aus Deutschland, es könnte also jemand mitlesen …
Spielt das eine Rolle?
Die Biegetests beim iPhone Air zeigen, dass das dünne Gehäuse extrem stabil ist, viel stabiler, als es vermutlich überhaupt sein müsste. Insofern muss man sich keinerlei Sorgen machen, dass der 3D-Druck irgendwelche Nachteile hätte. Für die Umwelt ist das aber sehr viel besser, da so praktisch kein Abfall mehr anfällt und der Materialverbrauch stark abnimmt.
Beim Air ist nur die USB-C Buchse bzw. die „Umfassung“ gedruckt, nicht das komplette Gehäuse.
Und auch bei der AW Ultra spiel das eine Rolle, da die Robustheit und Unverwüstlichkeit dieser Uhr für mich (und sicher auch für andere) ein ganz wesentliches Kaufargument sind. Meine AW Ultra 2 sieht nach zwei Jahren quasi noch so aus wie am ersten Tag. Wenn eine AW Ultra 3 ff. deutlich empfindlicher für Kratzer etc. wäre, würde ich das für einen bedauerlichen Rückschritt halten.