一, Tre store tekniske problemer med kompleks strukturell posisjonering
Når du pakker elektroniske enheter, må tre ting være sanne på samme tid: de må være nøyaktige i sin plassering, gi god demping og være sterke nok til å holde vekten. Ved å bruke sprøytestøpingsteknologi kan tradisjonell plast lett nå millimeter-plassering. Imidlertid vil støpt masse støte på følgende problemer på lang sikt på grunn av materialenes egenskaper og prosessens begrensninger:
Ulike typer materialer
Naturlige materialer som sukkerrør bagasse og bambusfiber brukes til å lage støpt masse. Lengden, diameteren og den kjemiske sammensetningen av fibrene endres basert på typen råmateriale, hvor det kom fra, og til og med årstiden. For eksempel er fibrene i sukkerrørbagasse vanligvis 1,0–1,8 mm lange, men fibrene i bartre kan være 2–4 mm lange. Denne naturlige variasjonen fører til at massens vannfiltreringseffektivitet, støpeeffektivitet og mekaniske styrke endres, noe som direkte påvirker dimensjonsstabiliteten til komplekse strukturer.
Deformasjon av prosesskrymping
Til å begynne med er støpemasse et vått papiremne som kan inneholde opptil 75–80 % vann. Når produktet tørker, fordamper vannet i det, noe som får det til å krympe med 2–5 %. Mengden av krymping varierer sterkt fra en porsjon til en annen. Det kan være vanskelig å håndtere krympingsretningen med tradisjonelle metoder, noe som lett kan føre til vridning eller vridningsdeformasjon og påvirke presisjonen til posisjoneringsstrukturen.
Strukturell styrke som ikke gir mening
Posisjoneringsstrukturen må være nøyaktig tilpasset produktets overflate, mens bufferstrukturen må tilby fleksibilitet gjennom hulrom og vertikale stenger. Hvis materialtykkelsen økes bare for å gjøre den sterkere, vil bufferytelsen lide. Hvis man stoler for mye på hulrommets utforming, kan det også føre til at den lokale styrken blir for svak fordi fibrene ikke er jevnt fordelt.
2, Gjennombruddsløsning: Total innovasjon fra materialer til prosesser
Som svar på problemene som er oppført ovenfor, har industrien gjort teknologiske fremskritt i å posisjonere støpt masse i kompliserte strukturer gjennom tre hovedmetoder: endre materialet, forbedre prosessen og designe strukturen.
1. Endre materialet: Fiberkompositt og additivteknologi
Ved å endre fiberforholdet og tilsette nyttige ingredienser, forbedres slurryens ytelse betraktelig.
Fiberkomposittteknologi: kombinerer lange fibre (som bartre) med korte fibre (som sukkerrørbagasse) for å gjøre strukturen sterkere og fylle ut hull for å gjøre tettheten jevnere. For eksempel bruker ett merke elektronikk en blanding av 60 % bartrefiber og 40 % sukkerrørbagassefiber i emballasjen. Dette gjør posisjoneringssporet mer nøyaktig til innenfor ± 0,2 mm.
Slik bruker du Enhancer: Tilsetning av termoherdende harpiks eller nanocellulose for å skape et kryss-koblet nettverk under høytrykks-varmpressingsprosessen gjør materialet mer stivt. I følge eksperimentelle data øker tilsetning av 3 % nanocellulose til støpt masse bøyestyrken med 40 %, samtidig som den elastiske deformasjonskapasiteten holdes på 20 %.
Fuktighetssikker behandling: Tilsetning av aluminiumsulfat eller silankoblingsmiddel gjør at fibrene er mindre sannsynlige for å absorbere fuktighet og forhindrer at størrelsen endres for mye når fuktigheten endres. I en fuktighetsinnstilling på 90 % gikk størrelsesendringshastigheten til den fuktighetsbehandlede pakken ned fra 0,8 % til 0,3 %.
2. Prosessoptimalisering: bedre kontroll og automatisering
Nye ideer for våtpressingsprosessen: Den flyttes raskt til formingsformen for høy-ekstrudering og tørking etter at den er formet. Denne "ett--metoden" reduserer deformasjonen under våt emneoverføringsprosessen. Et bestemt selskap lager en emballasjeforing for mobiltelefoner ved å bruke våtpressingsteknologi. Dybdetoleransen til plasseringssporet er justert til innenfor ± 0,15 mm.
I form varmpressende tørketeknologi er varmeelementer bygget inn i formformen for å fremskynde fordampningen av vann ved å overføre varme gjennom kontakt. Samtidig påføres et trykk på 0,5 til 1,5 MPa for å stoppe krympedeformasjonen. Denne tilnærmingen reduserer mengden energi som trengs for å tørke ting med 35 % og gjør fuktighetsinnholdet i produktene jevnere, til innenfor ± 1,5 %.
Automatisert system for posisjonering: Legger til servodrivmoduler og høy-presisjonssensorer for å endre formens plassering i sanntid. For eksempel lar en patentert metode deg endre den faste formen til innenfor en mikrometer ved å bruke glideskinner og justerbare posisjoneringsblokker. Dette reduserer tiden det tar å installere og justere formen fra 10 minutter til 2 minutter.
3. Design av strukturen: Arbeid sammen for å designe den hule, vertikale armeringen og den buede overflaten
Biomimetisk design og topologioptimalisering kan brukes til å bygge en integrert struktur som "posisjonerer, bufferer og bærer."
Koordinering mellom hulrommet og armeringen: i plasseringsområdet benyttes tett armering for å gjøre strukturen mer stiv, mens det i bufferområdet benyttes honeycomb eller bølgede hulrom for å absorbere støt. For eksempel kommer en bærbar datamaskin med 0,5 mm tykke vertikale stenger rundt plasseringssporet. Disse stengene gjør den lokale trykkstyrken tre ganger sterkere og sprer slagkraften over hele pakken gjennom hulrommet.
Design for overflatetilpasning: For å lage asymmetriske overflater, kopier formen på produktets overflate og bruk geometriske begrensninger for å få den nøyaktige posisjonen. En spesiell type øretelefonemballasje bruker 3D-skanneteknologi for å lage en modell av produktet og deretter omvendt designe den indre fôroverflaten for å få øretelefonen og pakken til å berøre 50 % mer. Plasseringsfeilen er mindre enn 0,1 mm.
Prosess-basert strukturell kompensasjon: Lag kompensasjonskurver for krympingsdeformasjon, og bruk omvendt pre-deformasjon for å kompensere for størrelsesendringer som skjer under tørking. Sett for eksempel til side 0,3 % av langsidens krympetoleranse for å sikre at den endelige produktstørrelsen oppfyller designspesifikasjonene.
3, Bruk i industrien: fra laboratoriet til masseproduksjon
Innovasjoner innen teknologi har gjort støpt masse til et populært valg for elektrisk emballasje.
Huawei Mate 60 Pro er en avansert-mobiltelefon som har støpt papirmasseforing og en hul design som holder avstanden mellom skjermen og kroppen på henholdsvis 2 mm og 3 mm. Samtidig når emballasjens samlede trykkstyrke 15kPa, noe som er nok til å bestå transporttestkriterier. Dette er takket være den vertikale ribbestrukturen.
Presisjonsbeskyttelse av tilbehør: Emballasjen til DJI drone gimbal har en flerlagsdesign. Det øverste laget holder kardankroppen på plass med buede riller, mens det nederste laget beskytter motoren og sensoren med en bikakestruktur. Dette senker produktskaderaten fra 0,8 % til 0,2 %.
Emballasje for bærbare enheter: Apple Watch Series 9-emballasjeboksen har en dobbel-, støpt massestruktur. Det ytre laget er designet for å gjøre boksen sterkere med en korrugert design, og det indre laget har et mikrohulrom som holder urkroppen og stroppen på plass slik at de ikke rister under frakt.
