적층 제조 방식은 효율성이 입증될 경우 중독성을 가질 수 있다.
애플은 애플 워치 섀시 제작뿐 아니라 초슬림 아이폰 에어용 USB-C 포트 리셉터클 제작에도 적층 가공(additive manufacturing) 또는 3D 프린팅 기술을 도입했다. 회사는 재활용을 통해 얻은 티타늄 분말을 활용하여 이러한 부품들을 제작함으로써, 제품 특유의 뛰어난 외관과 구조적 강도는 유지하면서도 재료 사용량을 대폭 줄였다. 이는 애플이 대량 생산 기기에 적층 가공을 적용한 최초의 사례이다.
Apple Watch Ultra 3, Apple Watch 11 티타늄, 그리고 iPhone Air의 USB-C 리셉터클을 제작하기 위해, 애플은 레이저를 이용해 미세한 티타늄 입자(각각 약 50 마이크로미터 크기이며, 가열 시 폭발 방지를 위해 산소 농도를 낮게 정제됨)를 층층이 융합하는 특수 분말 기반 레이저 공정을 사용한다. 회사에 따르면, 시계 섀시 하나를 제작하는 데 있어, 하나의 갈바노미터에 6개의 레이저를 탑재한 금속 3D 프린터가 정확히 60 마이크론 두께의 수많은 층을 만들기 위해 900회 패스(passes)를 거친다고 한다.
프린팅 과정이 완료되면, 부분적으로 매립된 부품들은 세척 및 분리 과정을 거친다. 먼저 여분의 분말을 진공 흡입한 후, 초음파 셰이커를 사용해 빈 공간과 채널에 남아있는 잔여물을 제거한다. 이후 개별 섀시는 그 사이를 가르는 얇은 와이어로 빌드 블록에서 분리되며, 이 과정에서 냉각수 제트가 온도 상승을 막아 변형을 방지한다. 마지막으로 광학 측정(optical metrology)을 통해 치수와 외관을 검사하여, 부품들이 조립 라인에 투입되기 전 요구되는 엄격한 시각적 및 구조적 공차를 충족하는지 확인한다.
3D 프린팅으로 세계에서 가장 단단한 텅스텐(Tungsten) 기반 소재 제작 가능
중국 과학자들, 홀로그래픽 빛장을 이용해 초소형 품목을 반 초 만에 3D 프린팅
애플에 따르면, 이 티타늄 분말 기반 3D 프린팅 방식은 기존의 기계 가공 기반 생산 방식 대비 티타늄 사용량을 절반으로 줄이거나, 연간 400톤 이상의 원자재 금속을 절약할 수 있게 한다.
많은 기업들이 티타늄 또는 기타 금속에 대해 유사한 금속 3D 프린팅 방식을 사용하고 있지만, 애플처럼 수백만 개의 부품 규모로 이를 상업화한 기업은 거의 없다. 애플은 이러한 기술 채택에 수년간의 시험 제작, 재료 실험, 그리고 검증 과정을 거쳤다고 밝혔다. 아울러 애플은 티타늄 합금 레시피를 정교하게 개선하고, 프린팅 매개변수를 보정했으며, 이렇게 생산된 표면이 단조나 기계 가공으로 만들어진 표면과 일치하도록 검증하는 과정을 거쳤다.
이 방식이 제공하는 주요 장점 중 하나는 기존 단조 방식으로는 도달할 수 없는 복잡한 표면을 구현할 수 있다는 점이다. 특히 시계의 셀룰러 버전의 경우, 금속과 폴리머 간의 접합력을 강화하여 밀봉 성능을 높이고 무선 성능을 개선하기 위해, 플라스틱 부품과 맞닿는 부분에 질감 있는 내부 패턴을 직접 프린팅할 수 있다.
애플은 Apple Watch 섀시 두 개와 iPhone Air에 사용된 USB-C 프레임의 활용은 적층 가공 기술을 적용하는 애플의 시작에 불과하다고 강조한다. 회사는 이 초기 제품들을 넘어선 무궁무진한 3D 프린팅 가능성을 보고 있지만, 기술의 추가적인 도입 및 적용은 향후 기기가 설계되고 제작되는 방식 자체에 대한 근본적인 재고를 요구할 것이라고 강조했다.