Apple aplica impressão 3D em produção de larga escala

A impressão 3D ou manufatura aditiva, historicamente usada para a fabricação de protótipos, pode ser aplicada na produção seriada de larga escala. Todas as caixas do Apple Watch Ultra 3 e do Apple Watch Series 1 produzidas em 2025 foram impressas em 3D utilizando pó de titânio de grau aeroespacial 100% reciclado. A opção pelo uso da tecnologia de impressão 3D faz parte do objetivo da empresa de atingir a neutralidade de carbono em toda a operação até 2030.

No processo de manufatura aditiva, as camadas são impressas sucessivamente até que o objeto atinja o formato o mais próximo possível do desejado para o produto final. A usinagem de peças forjadas, por outro lado, é um processo subtrativo, que exige a remoção de grandes quantidades de material. Com a mudança da manufatura por subtração a para a aditiva permite que as caixas de titânio do Ultra 3 e da Series 11 utilizem apenas metade da matéria-prima, em comparação com as gerações anteriores.

“Uma redução de 50% é uma conquista enorme: você obtém dois relógios com a mesma quantidade de material usada para fazer apenas um”, afirma Sarah Chandler, vice-presidente de Meio Ambiente e Inovação na Cadeia de Suprimentos da Apple. “Ao analisar o impacto geral, a economia para o planeta é imensa.”

Ao todo, a Apple estima que mais de 400 toneladas métricas de titânio bruto foram economizadas em 2025, graças a esse novo processo.
Na última década, a Apple vinha experimentando a impressão 3D justamente quando a indústria do setor começava a ganhar força. Em laboratórios hospitalares, médicos utilizavam as primeiras próteses e órgãos artificiais impressos em 3D e, mesmo além da atmosfera terrestre, astronautas descobriam a rapidez e a facilidade de imprimir em 3D ferramentas essenciais a bordo da Estação Espacial Internacional.

“Acompanhamos o amadurecimento dessa tecnologia por muito tempo e vimos os protótipos se tornarem cada vez mais fiéis aos nossos projetos”, diz o Dr. J Manjunathaiah, diretor sênior de Design de Manufatura da Apple para o Apple Watch e o Vision. “A intenção sempre foi usar menos material na fabricação de nossos produtos. Antes, não conseguíamos fabricar peças com acabamento estético em larga escala usando impressão 3D. Por isso, começamos a experimentar a impressão 3D em metal para fabricar essas peças.”

Para a Apple, funcionalidade, estética e durabilidade são requisitos fundamentais. A isso se somam a escalabilidade, testes rigorosos de confiabilidade, desempenho e até avanços na ciência dos materiais – tudo isso sem comprometer as metas de descarbonização da empresa para 2030.

Cada máquina de impressão 3D conta com um galvanômetro que abriga seis lasers, todos operando simultaneamente para construir camada após camada, mais de 900 vezes, até concluir uma única caixa. No entanto, antes mesmo de as impressoras entrarem em ação, o titânio bruto precisa ser atomizado em pó. Esse processo envolve o ajuste fino do teor de oxigênio para reduzir as características do titânio que o tornam explosivo quando exposto ao calor. “Isso representava a vanguarda da ciência dos materiais”, afirma says Kate Bergeron, vice-presidente de Projeto de Produto da Apple.

“O pó precisava ter 50 mícrons de diâmetro, o que equivale a uma areia muito fina”, explica Manjunathaiah. “Quando atingido por um laser, o material se comporta de maneira diferente dependendo da presença ou não de oxigênio. Por isso, tivemos de descobrir como manter baixo o teor de oxigênio.”

“Ajustar essa espessura para que cada camada tenha exatamente 60 mícrons exige espalhar o pó com extrema precisão”, acrescenta Bergeron. “Precisamos trabalhar na maior velocidade possível para viabilizar a produção em escala, mas também na menor velocidade possível para garantir a precisão. Isso nos permitiu ser eficientes e, ao mesmo tempo, alcançar as metas do projeto.”

Assim que as impressoras concluem o trabalho, um operador remove o excesso de pó da plataforma de impressão por meio de aspiração, em um processo chamado de remoção bruta de pó. Como as peças são impressas em um formato muito próximo ao final – incluindo todos os encaixes necessários para a carcaça -, ainda pode restar pó em reentrâncias e cavidades das peças. Um sistema de vibração ultrassônica garante a remoção desse pó residual durante a fase de remoção fina de pó.

Durante o processo de separação, um fio fino eletrificado corta o material entre as peças, enquanto um líquido refrigerante é pulverizado simultaneamente para manter baixa a temperatura gerada pelo corte. Em seguida, um sistema automatizado de inspeção óptica mede cada peça, verificando se suas dimensões e o acabamento superficial estão corretos. Essa é a verificação final de qualidade para assegurar que as carcaças estejam prontas para o processamento final.

“Os engenheiros mecânicos precisam ser os solucionadores de quebra-cabeças mais habilidosos do mundo”, diz Bergeron. “Eles pegam a placa de circuito, a tela, a bateria, todos os componentes que vão para dentro da caixa durante a montagem final, e fazem com que tudo se encaixe. Realizamos testes ao longo do processo para garantir que o relógio funcione; depois, adicionamos o software e o operamos por um tempo para verificar se todas as funcionalidades atendem aos nossos requisitos.”

Outro aprimoramento importante de design possibilitado pela impressão 3D foi a capacidade de imprimir texturas em locais historicamente inacessíveis nos processos de forjamento. No caso do Apple Watch, isso permitiu melhorar a impermeabilização do compartimento da antena nos modelos com conectividade celular. Dentro da caixa, esses modelos possuem uma abertura preenchida com plástico para permitir o funcionamento da antena; a impressão 3D de uma textura específica na superfície interna do metal permitiu à Apple obter uma aderência superior entre o plástico e o metal.

Montar esse quebra-cabeça foi uma jornada de vários anos, iniciada com uma série de demonstrações e provas de conceito para refinar a fórmula – desde a composição específica da liga metálica até o próprio processo de impressão. Após testes em escala muito menor em gerações anteriores de produtos, a equipe estava confiante em sua capacidade de superar os desafios únicos de trabalhar com titânio.

“Sempre buscamos dar passos graduais que nos permitam avançar para a próxima etapa”, diz Bergeron. “Isso abriu caminho para uma flexibilidade de design ainda maior do que a que tínhamos anteriormente. Agora que alcançamos esse avanço em escala, de maneira verdadeiramente sustentável e com a qualidade estética e estrutural de que precisávamos, as possibilidades são infinitas.”

Essa flexibilidade de design possibilitou outro benefício que vai além do Apple Watch e abrange a porta USB-C do novo iPhone Air. Ao criar uma porta totalmente nova com um revestimento de titânio impresso em 3D – utilizando o mesmo pó de titânio reciclado -, a Apple conseguiu tornar realidade um design incrivelmente fino e, ao mesmo tempo, durável.

Essa é a mágica que acontece quando as leis da física, a inovação em materiais, um design incomparável e um compromisso inabalável com o meio ambiente se alinham. (texto: Franco Tanio/foto: divulgação)