Apple revela técnicas de corte por láser para procesar zafiro

Sep 13, 2023

A principios de febrero nos enteramos de que el nuevo equipo de fabricación de zafiro de Apple llegaba a su nueva planta de Arizona para procesar materiales de zafiro. Días después nos enteramos de que la planta de Arizona de Apple podría fabricar zafiro sintético al doble de la capacidad mundial actual. Y a principios de este mes, el CEO de Apple, Tim Cook, declaró que su nueva planta de zafiro no era para crear cubiertas de pantalla para iPhone, sino que estaba reservada para un proyecto secreto. Hoy aprendemos más sobre los métodos y sistemas de procesamiento de zafiro de Apple a través de dos nuevas solicitudes de patentes publicadas por la Oficina de Patentes de EE. UU. La patente cubre técnicas especiales de corte por láser y hornos especializados. Y si bien es posible que la planta de Arizona no se utilice para fabricar cubiertas de pantalla de zafiro para iPhone, alguna otra planta lo hará, ya que la patente ilustra claramente el proceso en contexto con el iPhone, como se indica en nuestro gráfico de portada.

Antecedentes de patentes de Apple

El corindón es una forma cristalina de óxido de aluminio y se encuentra en varios colores diferentes, todos los cuales generalmente se denominan zafiro, excepto el corindón rojo, que se conoce comúnmente como rubí, y el corindón rosado anaranjado, que se conoce como padparadscha.

Las formas transparentes de corindón se consideran piedras preciosas o gemas. En general, el corindón es extraordinariamente duro y se define que el corindón puro tiene 9,0 Mohs y, como tal, es capaz de rayar casi todos los demás minerales. Para los fines presentes, los términos "corindón" y "zafiro" pueden usarse indistintamente para referirse en general a la forma cristalina de óxido de aluminio.

Como se puede apreciar, debido a ciertas características del corindón, incluyendo su dureza y transparencia, entre otras, puede ser útil en una variedad de aplicaciones diferentes.

Sin embargo, las mismas características que son beneficiosas para aplicaciones particulares comúnmente aumentan tanto el costo como la dificultad en el procesamiento y preparación del zafiro para esas aplicaciones. Como tal, más allá de los costos asociados con que sea una piedra preciosa, los costos de preparar el corindón para usos particulares a menudo son prohibitivos.

Por ejemplo, la dureza del zafiro hace que el corte y el pulido del material sean difíciles y lentos cuando se implementan técnicas de procesamiento convencionales. Además, las herramientas de procesamiento convencionales, como los cortadores, experimentan un desgaste relativamente rápido cuando se usan en corindón.

Apple inventa técnicas de corte por láser y otros procesos relacionados con el zafiro

Apple inventa sistemas y métodos relacionados con el corte de materiales duros pulidos y, más concretamente, sistemas y métodos relacionados con el corte de corindón pulido (zafiro).

Los métodos relacionados con el procesamiento eficiente del zafiro se analizan en la solicitud de patente de Apple, que se espera que aceleren la fabricación de corindón para las aplicaciones y hagan que el uso del acertijo sea rentable.

En particular, una realización puede tomar la forma de un método de corte de un material transparente duro que tiene una superficie pulida. El método incluye hacer rugosa una parte de la superficie pulida, dirigir un rayo láser sobre la parte rugosa de la superficie para derretir y, por lo tanto, cortar el material duro.

Otra realización puede tomar la forma de un sistema para procesar corindón que incluye un aparato de desbaste y un láser. El aparato de desbaste recibe inicialmente un elemento de corindón y desbasta una superficie pulida del elemento de corindón. A continuación, el láser corta a través del miembro de corindón dirigiendo el láser a las partes de la superficie pulida que se han vuelto rugosas.

Todavía otra realización puede tomar la forma de un método para cortar corindón pulido que incluye un paso de preparación de la superficie y un paso de corte. En el paso de preparación de la superficie, se prepara una parte pulida de la superficie del corindón para su posterior corte mediante acoplamiento de energía láser. En la etapa de corte, se dirige un láser a la parte de la superficie pulida del corindón que se ha preparado.

Un proceso láser

Patente de Apple FIG. 3C que se indica a continuación ilustra una realización en la que se utiliza el láser n.° 123 para hacer rugosa la superficie del zafiro. Como se ilustra en la FIG. 3C, el láser puede moverse en relación con el miembro de zafiro para crear un patrón de corte #124 en la superficie del zafiro. El movimiento y el posicionamiento del láser pueden controlarse con precisión para crear el patrón (línea discontinua) de un miembro de zafiro deseado, que es una cubierta de pantalla como se indica más adelante.

En una técnica de rugosidad, la superficie pulida #120 se graba químicamente. Inicialmente, puede proporcionarse una máscara para cubrir las partes de la superficie pulida que no van a ser rugosas y una parte no enmascarada de la superficie pulida generalmente toma la forma del miembro de zafiro deseado. Se aplica un agente de grabado a la superficie (o se expone la superficie al agente de grabado) para hacer rugosas las partes no enmascaradas de la superficie pulida. Se puede implementar un paso de limpieza para eliminar o neutralizar el agente grabador antes o después de quitar la máscara.

Un proceso de corte

Volviendo a la patente de Apple FIG. 5 que se indica a continuación, se ilustra un paso de corte. En el paso de corte, un láser #130, como unláser de fibra de microsegundos , se enfoca en el punto rugoso #121 para cortar con láser la cinta de zafiro #120. El láser puede implementar diferentes longitudes de pulso, frecuencias, energías de pulso y niveles de potencia promedio variables que el láser #123 de la FIG. 3C del paso de rugosidad.

Además, el láser puede enfocarse en el punto rugoso de la superficie o en algún punto por debajo del punto rugoso. Es decir, el láser puede enfocarse en algún punto en el medio del miembro de zafiro o cerca de la superficie posterior del miembro de zafiro, en lugar de en la superficie que se raspó.

En un caso, el láser puede hacer que el zafiro se derrita cuando se acopla y calienta el zafiro. Una vez que el láser se ha acoplado y comenzado a derretir el zafiro, puede alejarse de la posición del punto rugoso y continuar derritiendo el zafiro. En un segundo caso, el láser puede provocar la eliminación de material a través de un proceso de ablación, en el que se eliminan capas de zafiro en varias pasadas de corte.

Apple señala además que el gas presurizado, como aire, gas nitrógeno u otro gas adecuado #132 se dirige al zafiro derretido para eliminarlo, dejando un corte #126 a través de la cinta de zafiro.

Patente de Apple FIG. 8 ilustra un ejemplo de dispositivo electrónico, un iPhone, en el que se puede implementar el miembro de zafiro #136. Da la casualidad de que está ilustrando un iPhone con un diseño de pantalla de borde a borde sin bisel.

En la patente de Apple FIG. 9 podemos ver una ilustración de una oblea de zafiro #160 de la que se pueden cortar muchos miembros de zafiro. En general, la oblea de zafiro se puede cortar de una bola de zafiro cultivada.

Uno o ambos lados de la oblea se pueden pulir antes de cortar los miembros de zafiro #164. En particular, se puede pulir una superficie superior #162 de la bola de zafiro. Como tal, cada uno de los miembros de zafiro puede tener al menos un lado pulido al ser cortado de la oblea. El corte de los miembros de zafiro de la oblea se puede realizar a través de un paso de rugosidad seguido de un paso de corte/fusión con láser, como se explicó anteriormente.

Sistema de procesamiento y crecimiento de zafiro de Apple

Y por último, en la patente de Apple FIG. 10 mencionado anteriormente, podemos ver un ejemplo del sistema de procesamiento y crecimiento de zafiro n.º 170 que incluye un horno de crecimiento de zafiro n.º 172, que puede adoptar cualquier forma adecuada, como un horno EFG, por ejemplo.

Además, el sistema puede incluir equipos de preprocesamiento como rebanadoras y pulidoras #174. Además, se puede proporcionar un horno de recocido para ayudar a curar cualquier defecto en el cristal de zafiro de la fase de crecimiento.

El sistema incluye un sistema de corte #176 que incluye un desbastador #178 y un cortador láser #180. Como se discutió anteriormente, el cortador láser puede configurarse de tal manera que su nivel de potencia y/o punto focal puedan ajustarse para que pueda servir para propósitos dobles como desbastador y cortador.

El sistema puede incluir además equipos para una o más etapas de procesamiento posterior, como esmerilado y pulido. También se puede proporcionar un horno de recocido después de cortar los miembros de zafiro para curar cualquier defecto que resulte del corte y/u otros pasos de procesamiento.

Apple señala que se cree que el sistema logra eficiencias basadas en el equipo y los procesos realizados en la creación de un miembro de zafiro para su uso en dispositivos electrónicos. En particular, se prevé que el corte por láser del zafiro ahorre costos a largo plazo, ya que no experimentará desgaste de la misma manera que lo haría un cortador mecánico. Además, la velocidad a la que puede funcionar el cortador láser puede proporcionar una mayor producción. Además, los procesos y sistemas descritos en este documento pueden escalar bien y pueden configurarse para lograr mayores eficiencias. En particular, por ejemplo, uno o más generadores de rugosidad pueden alimentar una única cortadora láser o un único generador de rugosidad puede alimentar múltiples cortadoras láser.

Créditos de patente

Apple acredita a Anthony Richter, Dale Memering y Vincent Yan como los inventores de la solicitud de patente 20140076299, que se presentó originalmente en el tercer trimestre de 2012.

Segunda invención: intercambiadores de calor en el procesamiento de zafiro

Una segunda patente relacionada con el procesamiento de zafiros apareció hoy con el número de solicitud de patente 20140080081 y menciona a los inventores Christopher Prest y Dale Memering.

El resumen de la patente de Apple establece que su invención se trata de "Sistemas y métodos para un calentamiento eficiente durante la producción de corindón. Una realización toma la forma de un sistema para procesar corindón que incluye un primer horno y un segundo horno. el calor del primer horno se utiliza posteriormente para calentar el segundo horno".

Patente de Apple FIG. 1 que se indica a continuación ilustra un proceso de Kyropoulos para el crecimiento del zafiro; HIGO. 3 ilustra un proceso VHGF para el crecimiento de zafiros; y patente FIG. 4B ilustra un sistema alternativo para reciclar calor en el procesamiento de zafiro pasando calor directamente entre dos hornos después de las fases de calentamiento para los hornos en los que un solo horno de crecimiento suministra calor a dos hornos de recocido.

Para revisar más detalles detrás de la segunda patente relacionada con el zafiro de Apple, haga clic aquí.

Una nota para los sitios de tecnología que cubren nuestro informe: Pedimos a los sitios de tecnología que cubren nuestro informe que limiten amablemente el uso de nuestros gráficos a una sola imagen. Agradeciendo de antemano su cooperación.

Patently Apple presenta un resumen detallado de las solicitudes de patentes con gráficos asociados con fines informativos periodísticos, ya que la Oficina de Patentes y Comercio de EE. UU. revela cada solicitud de patente. Se advierte a los lectores que el texto completo de cualquier solicitud de patente debe leerse en su totalidad para obtener detalles completos y precisos. Las revelaciones que se encuentran en las solicitudes de patentes no deben interpretarse como rumores ni acelerarse de acuerdo con los calendarios de los rumores.Acerca de hacer comentarios en nuestro sitio:Patentemente, Apple se reserva el derecho de publicar, descartar o editar cualquier comentario.

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Publicado por Jack Purcher el 20 de marzo de 2014 a las 06:50 en 1A. Solicitudes de Patentes | Enlace permanente | Comentarios (0)