ทั้งหมดนี้เริ่มต้นขึ้นด้วยความคิดในเชิงเพ้อฝันที่ว่า ถ้าหากการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งในอดีตเคยใช้ในการสร้างต้นแบบ สามารถนำมาใช้ในการผลิตตัวเครื่องนับล้านๆ ชิ้นที่เหมือนกันเป๊ะกับมาตรฐานการออกแบบของ Apple ด้วยโลหะรีไซเคิลคุณภาพสูงได้ล่ะ
“นั่นไม่ใช่เพียงแค่แนวคิด แต่เป็นแนวคิดที่เราต้องการทำให้เป็นจริงขึ้นมาให้ได้” Kate Bergeron รองประธานฝ่ายออกแบบผลิตภัณฑ์ของ Apple กล่าว “เมื่อเราตั้งคำถามแล้ว เราก็เริ่มต้นทดสอบทันที เราต้องพิสูจน์ด้วยการสร้างต้นแบบอย่างต่อเนื่อง ดำเนินการปรับปรุงให้เหมาะสม และต้องรวบรวมข้อมูลมากมายมหาศาลว่า เทคโนโลยีนี้จะสามารถสร้างคุณภาพในระดับสูงตามที่เราต้องการได้”
ปีนี้ Apple Watch Ultra 3 และ Apple Watch Series 11 ตัวเรือนไทเทเนียมทั้งหมดผลิตด้วยการพิมพ์ 3 มิติโดยใช้ผงไทเทเนียมรีไซเคิลเกรดเดียวกับที่ใช้ในอุตสาหกรรมอวกาศ 100 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นความสำเร็จที่ไม่เคยคาดคิดมาก่อนหน้านี้ว่าจะเป็นไปได้ในวงกว้าง โดยมีทุกทีมที่ Apple รวมพลังกันอยู่เบื้องหลังความทะเยอทะยานที่มีร่วมกัน ผิวสัมผัสที่เงางามเหมือนผิวกระจกบน Series 11 ต้องสวยงามไร้ที่ติ Ultra 3 ต้องคงความแข็งแกร่งและน้ำหนักเบาเพื่อให้ตรงตามความต้องการของการผจญภัยในทุกๆ วัน ทั้งสองรุ่นยังต้องใส่ใจกับโลกใบนี้ให้มากยิ่งขึ้นโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ และใช้วัสดุคุณภาพเดียวกันหรือดีกว่า
“ทุกทีมที่ Apple ต่างยึดถือเรื่องสิ่งแวดล้อมเป็นค่านิยมหลัก” Sarah Chandler รองประธานฝ่ายสิ่งแวดล้อมและนวัตกรรมด้านซัพพลายเชนของ Apple กล่าว “เรารู้ดีว่าการพิมพ์ 3 มิติเป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพเป็นอย่างมากสำหรับประสิทธิภาพของวัสดุ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการก้าวไปสู่แผน Apple 2030”
Apple 2030 คือเป้าหมายอันมุ่งมั่นของบริษัทที่จะทำให้ฟุตพริ้นต์ทั้งหมดมีความเป็นกลางทางคาร์บอนภายในทศวรรษนี้ รวมถึงซัพพลายเชนในการผลิตและการใช้งานผลิตภัณฑ์ของบริษัทตลอดอายุการใช้งานอีกด้วย ซึ่งที่ทำไปแล้วก็คือการใช้พลังงานในการผลิต Apple Watch ทั้งหมดจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนอย่างพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์
การใช้กระบวนเพิ่มเนื้อวัสดุของการพิมพ์ 3 มิติ ชิ้นงานจะถูกพิมพ์ไปทีละชั้นๆ จนกระทั่งวัตถุมีรูปร่างใกล้เคียงกับรูปทรงสุดท้ายที่ต้องการมากที่สุด ในอดีต ชิ้นส่วนที่ใช้การขึ้นรูปเป็นการลดเนื้อวัสดุซึ่งจำเป็นต้องมีการเฉือนวัสดุออกไปเป็นจำนวนมาก การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้ Ultra 3 และตัวเรือนไทเทเนียมของ Series 11 สามารถใช้วัตถุดิบเพียงแค่ครึ่งเดียวของรุ่นก่อนหน้า
“การลดลง 50 เปอร์เซ็นต์นับเป็นความสำเร็จอันยิ่งใหญ่ ทำให้คุณได้นาฬิกาถึงสองเรือนโดยใช้วัสดุในปริมาณเดียวกับที่เคยใช้สำหรับเรือนเดียว” Chandler อธิบาย “เมื่อพิจารณาย้อนกลับไป ก็ถือเป็นการประหยัดทรัพยากรสำหรับโลกของเราอย่างมหาศาล”
โดยรวมแล้ว Apple ประมาณการณ์ว่าจะสามารถประหยัดไทเทเนียมดิบได้มากกว่า 400 เมตริกตันในปีนี้เพียงปีเดียวเนื่องมาจากกระบวนการใหม่นี้
ตลอดทศวรรษที่ผ่านมา Apple ได้ทำการทดลองใช้การพิมพ์ 3 มิติมาโดยตลอด ในขณะที่อุตสาหกรรมดังกล่าวเองก็กำลังเริ่มเติบโตอย่างรวดเร็ว ในห้องปฏิบัติการของโรงพยาบาล แพทย์ได้เริ่มใช้ขาเทียมและอวัยวะเทียมที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติชุดแรก และยิ่งไปกว่านั้นก็คือ นอกชั้นบรรยากาศของโลก นักบินอวกาศก็ได้ค้นพบความรวดเร็วและความง่ายดายของการพิมพ์เครื่องมือที่จำเป็นด้วยการพิมพ์ 3 มิติ ขณะประจำการอยู่บนสถานีอวกาศนานาชาติ
“เราได้เฝ้าดูเทคโนโลยีนี้เจริญเติบโตและพัฒนาขึ้นมาเป็นเวลานาน และได้เห็นชิ้นงานต้นแบบที่มีความใกล้เคียงกับดีไซน์ของเรามากยิ่งขึ้น” Dr. J Manjunathaiah ผู้อำนวยการอาวุโสฝ่ายออกแบบการผลิตสำหรับ Apple Watch และ Vision ของ Apple กล่าว “การใช้วัสดุน้อยลงในการสร้างผลิตภัณฑ์ของเราเป็นสิ่งที่เราตั้งใจมาโดยตลอด โดยก่อนหน้านี้ เรายังไม่สามารถสร้างชิ้นส่วนด้านความสวยงามด้วยการพิมพ์ 3 มิติในปริมาณมากได้ ดังนั้น เราจึงเริ่มทำการทดลองกับการพิมพ์โลหะด้วยการพิมพ์ 3 มิติ เพื่อผลิตชิ้นส่วนด้านความสวยงาม”
สำหรับ Apple ฟังก์ชันการทำงาน ความสวยงาม และความทนทานเป็นมาตรฐานที่ต้องมี รวมถึงการเพิ่มความสามารถในการขยายปริมาณการผลิตควบคู่ไปกับการทดสอบความน่าเชื่อถือที่เข้มงวด ประสิทธิภาพ และแม้แต่ความก้าวหน้าในด้านวัสดุศาสตร์ ในขณะเดียวกันก็ต้องมั่นใจว่า Apple จะไม่สูญเสียความคืบหน้าใดๆ ในเป้าหมายการลดการปล่อยคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2030
เมื่อมองลงมาจากด้านบน จะเห็นแถวของบล็อกที่ยื่นขึ้นมาจากพื้นดินเหมือนกับเลโก้รูปตึกระฟ้าสีขาวที่ทำงานตลอดทั้งวันทั้งคืน สิ่งเหล่านี้คือเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่กำลังทำงานอย่างหนักเพื่อสร้างตัวเรือนไทเทเนียมสำหรับ Apple Watch Ultra 3 และ Series 11
เครื่องพิมพ์แต่ละเครื่องติดตั้งกัลวานอมิเตอร์ (Galvanometer) ซึ่งบรรจุเลเซอร์จำนวน 6 ชุด โดยทั้งหมดจะทำงานพร้อมกันเพื่อสร้างชิ้นงานทีละชั้นๆ มากกว่า 900 ครั้ง จนกว่าตัวเรือนหนึ่งชิ้นจะเสร็จสมบูรณ์ แต่ก่อนที่เครื่องพิมพ์จะเริ่มทำงานได้ จำเป็นต้องทำไทเทเนียมดิบให้เป็นผง ซึ่งเป็นกระบวนการที่ต้องมีการปรับปริมาณออกซิเจนอย่างละเอียด เพื่อลดคุณสมบัติของไทเทเนียมที่อาจกลายเป็นสารระเบิดเมื่อสัมผัสกับความร้อน
“นี่เป็นวัสดุศาสตร์อันล้ำสมัย” Bergeron กล่าว
“ผงวัสดุต้องมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 ไมครอน ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับทรายที่ละเอียดมากๆ” Manjunathaiah อธิบาย “เมื่อคุณยิงเลเซอร์ใส่ ผงวัสดุก็จะมีลักษณะที่แตกต่างกันระหว่างการมีออกซิเจนเทียบกับการไม่มีออกซิเจน ดังนั้น เราจึงต้องหาวิธีรักษาปริมาณออกซิเจนให้ต่ำอยู่เสมอ”
“การปรับความหนาให้แม่นยำเพื่อให้แต่ละชั้นมีขนาด 60 ไมครอนพอดี หมายถึงต้องมีการปาดผงวัสดุนี้อย่างละเอียดมาก” Bergeron เสริม “เราต้องดำเนินการให้เร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อให้สามารถผลิตได้ในปริมาณมาก แต่ในขณะเดียวกันก็ต้องดำเนินการให้ช้าที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อรักษาความแม่นยำ สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถรักษาประสิทธิภาพได้ ขณะที่ยังคงบรรลุเป้าหมายด้านการออกแบบ”
เมื่อเครื่องพิมพ์ทำงานเสร็จแล้ว เจ้าหน้าที่จะทำการดูดผงส่วนเกินออกจากแท่นพิมพ์ในกระบวนการที่เรียกว่าการกำจัดผงหยาบ “เนื่องจากชิ้นงานถูกพิมพ์ให้อยู่ในรูปทรงที่ใกล้เคียงกับขั้นสุดท้าย เพื่อให้ได้อินเตอร์ล็อคทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับตัวเรือน ผงวัสดุจึงยังอาจตกค้างอยู่ในซอกมุมและร่องเล็กๆ ของตัวเรือนได้ โดยเครื่องเขย่าแบบคลื่นอัลตราโซนิกจะช่วยให้มั่นใจว่าผงวัสดุที่เหลืออยู่นี้จะถูกกำจัดออกไปจนหมด ในระหว่างขั้นตอนการกำจัดผงละเอียด
ในระหว่างกระบวนการแยกชิ้นงาน จะมีการใช้ลวดไฟฟ้าบางๆ ตัดเลื่อยระหว่างตัวเรือนแต่ละชิ้น ขณะที่ฉีดพ่นสารหล่อเย็นเหลวไปพร้อมๆ กัน เพื่อควบคุมความร้อนที่เกิดจากกระบวนการตัดให้อยู่ในระดับต่ำ จากนั้น ระบบตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติจะทำการวัดตัวเรือนแต่ละชิ้น เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของขนาดและความสวยงามภายนอก ซึ่งเป็นการตรวจสอบคุณภาพขั้นสุดท้ายเพื่อให้มั่นใจว่าตัวเครื่องพร้อมสำหรับการดำเนินการขั้นสุดท้าย
“วิศวกรเครื่องกลจะต้องเป็นนักแก้ปริศนาที่เก่งกาจที่สุดในโลก” Bergeron กล่าว “พวกเขาจะต้องนำแผงวงจร จอภาพ แบตเตอรี่ ซึ่งเป็นส่วนประกอบทั้งหมดที่ต้องบรรจุอยู่ภายในตัวเรือนระหว่างขั้นตอนการประกอบขั้นสุดท้าย มาทำให้เข้ากันได้อย่างลงตัว เราทำการทดสอบตลอดกระบวนการเพื่อให้แน่ใจว่านาฬิกาสามารถทำงานได้ตามปกติ จากนั้นจึงติดตั้งซอฟต์แวร์และใช้งานเป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อตรวจสอบว่า ฟังก์ชันการทำงานทั้งหมดเป็นไปตามข้อกำหนดของเรา”
การยกระดับการออกแบบที่สำคัญอีกอย่างที่ปลดล็อคได้ด้วยการพิมพ์ 3 มิติก็คือ การพิมพ์พื้นผิวในบริเวณที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ในอดีตด้วยกระบวนการขึ้นรูป สำหรับ Apple Watch สิ่งนี้หมายถึงความสามารถในการปรับปรุงกระบวนการป้องกันน้ำสำหรับเสาอากาศที่ผสานอยู่ในฝาครอบตัวเรือนในรุ่นเซลลูลาร์ โดยภายในตัวเรือน รุ่นเซลลูลาร์จะมีช่องว่างที่เติมด้วยพลาสติกเพื่อให้สามารถใช้งานเสาอากาศได้ และการพิมพ์พื้นผิวเฉพาะบนพื้นผิวภายในของโลหะด้วยการพิมพ์ 3 มิติ ช่วยให้ Apple ประสบความสำเร็จในการทำให้การยึดเกาะระหว่างพลาสติกและโลหะดียิ่งขึ้น
การนำชิ้นส่วนปริศนาทั้งหมดมาประกอบเข้าด้วยกันนับเป็นการเดินทางที่กินเวลาหลายปี ซึ่งเริ่มต้นด้วยการสาธิตและการพิสูจน์แนวคิดหลายชุดเพื่อปรับแต่งสูตรอย่างละเอียด ตั้งแต่ส่วนประกอบของโลหะผสมที่เฉพาะเจาะจงไปจนถึงกระบวนการพิมพ์เอง หลังจากที่ได้ทดลองใช้งานในขนาดที่เล็กกว่ามากในผลิตภัณฑ์รุ่นก่อนๆ ทีมงานก็มีความมั่นใจในความสามารถที่จะแก้ไขความท้าทายเฉพาะตัวของการทำงานกับไทเทเนียม
“เราพยายามดำเนินการขั้นตอนที่เพิ่มขึ้นทีละน้อยอยู่เสมอ เพื่อให้เราสามารถก้าวไปสู่ขั้นตอนต่อไปได้” Bergeron กล่าว “สิ่งนี้ได้เปิดโอกาสให้มีความยืดหยุ่นในการออกแบบที่มากยิ่งขึ้นกว่าที่เราเคยมีมา ในเมื่อตอนนี้เราทำสำเร็จในด้านความก้าวหน้าครั้งใหญ่นี้ในขนาดใหญ่ด้วยวิธีการที่ยั่งยืนอย่างแท้จริง และในระดับของความสวยงามและโครงสร้างที่เราต้องการ ความเป็นไปได้จึงไม่มีที่สิ้นสุด”
ความยืดหยุ่นในการออกแบบนั้นได้ปลดล็อคประโยชน์อีกอย่างหนึ่งที่นอกเหนือจาก Apple Watch นั่นคือพอร์ต USB-C บน iPhone Air รุ่นใหม่ การสร้างพอร์ตใหม่ทั้งหมดด้วยตัวเครื่องไทเทเนียมซึ่งเป็นการพิมพ์ 3 มิติด้วยผงไทเทเนียมรีไซเคิลแบบเดียวกัน ทำให้ Apple สามารถทำให้ดีไซน์ที่ทนทานแต่บางอย่างเหลือเชื่อกลายเป็นความจริงได้
นี่คือความมหัศจรรย์ที่สามารถเกิดขึ้นได้ เมื่อกฎทางฟิสิกส์ นวัตกรรมด้านวัสดุ การออกแบบที่ไม่มีใครเทียบได้ และความมุ่งมั่นที่ไม่เปลี่ยนแปลงต่อสิ่งแวดล้อม รวมกันเป็นหนึ่งเดียว
“เรามุ่งมั่นเป็นพิเศษต่อการเปลี่ยนแปลงระบบ” Chandler กล่าว “เราไม่เคยทำอะไรเพียงเพื่อจะทำเพียงครั้งเดียว แต่เราทำเพื่อให้สิ่งนั้นกลายเป็นวิธีทำงานของระบบทั้งหมดนับจากนี้ หลักการที่นำทางเรามาโดยตลอดคือการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่จะดียิ่งขึ้นสำหรับผู้คนและโลกใบนี้ เมื่อเรารวมตัวกันเพื่อสร้างสรรค์นวัตกรรมโดยไม่มีการประนีประนอม ทั้งในด้านการออกแบบ การผลิต และเป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อม ประโยชน์ที่ได้รับจะยิ่งใหญ่ขึ้นเป็นทวีคูณเกินกว่าที่เราจะจินตนาการได้”