一, Tre stora tekniska problem med komplex strukturell positionering
När du packar elektroniska enheter måste tre saker vara sanna samtidigt: de måste vara exakta i sin positionering, ge bra dämpning och vara starka nog att hålla vikten. Med hjälp av formsprutningsteknik kan traditionell plast lätt nå millimeter-positionering. Formmassa kommer dock att stöta på följande problem på lång sikt på grund av materialens egenskaper och processens gränser:
Olika typer av material
Naturliga material som sockerrörsbagass och bambufiber används för att göra formpressad massa. Fibrernas längd, diameter och kemiska sammansättning ändras beroende på typen av råmaterial, varifrån det kommer och till och med årstiden. Till exempel är fibrerna i sockerrörsbagass vanligtvis 1,0–1,8 mm långa, men fibrerna i barrträ kan vara 2–4 mm långa. Denna naturliga variation gör att massans vattenfiltreringseffektivitet, formningseffektivitet och mekaniska styrka förändras, vilket direkt påverkar dimensionsstabiliteten hos komplexa strukturer.
Deformation av processkrympning
Till en början är formmassa ett vått pappersämne som kan innehålla upp till 75–80 % vatten. När produkten torkar avdunstar vattnet i den, vilket gör att den krymper med 2–5 %. Mängden krympning varierar mycket från en portion till en annan. Det kan vara svårt att hantera krympriktningen med traditionella metoder, vilket lätt kan leda till vridning eller vridningsdeformation och påverka positioneringsstrukturens precision.
Strukturell styrka som inte är meningsfull
Positioneringsstrukturen måste vara exakt anpassad till produktens yta, medan buffertstrukturen måste erbjuda flexibilitet genom hålrum och vertikala stänger. Om materialtjockleken höjs bara för att göra den starkare, kommer buffertprestandan att bli lidande. Om man litar för mycket på kavitetsdesignen kan det också göra att den lokala styrkan blir för svag eftersom fibrerna inte är jämnt fördelade.
2, Genombrottslösning: Total innovation från material till processer
Som svar på de frågor som anges ovan har industrin gjort tekniska framsteg när det gäller att placera gjuten massa i komplicerade strukturer genom tre huvudmetoder: ändra materialet, förbättra processen och designa strukturen.
1. Byte av material: Fiberkomposit och tillsatsteknik
Genom att ändra fiberförhållandet och tillsätta användbara ingredienser förbättras slammets prestanda avsevärt.
Fiberkompositteknik: kombinera långa fibrer (som barrträ) med korta fibrer (som sockerrörsbagass) för att göra strukturen starkare och fylla i luckor för att göra densiteten jämnare. Till exempel använder ett märke av elektronik en blandning av 60 % barrträfiber och 40 % sockerrörsbagassfiber i sin förpackning. Detta gör positioneringsspåret mer exakt till inom ± 0,2 mm.
Så här använder du Enhancer: Genom att lägga till härdplast eller nanocellulosa för att skapa ett tvär-länkat nätverk under högtrycks-varmpressningsprocessen blir materialet styvare. Enligt experimentella data ökar tillsats av 3 % nanocellulosa till gjuten massa böjhållfastheten med 40 % samtidigt som den elastiska deformationskapaciteten hålls på 20 %.
Fuktsäker behandling: Tillsatsen av aluminiumsulfat eller silankopplingsmedel gör fibrerna mindre benägna att absorbera fukt och förhindrar att deras storlek ändras för mycket när fuktigheten ändras. I en luftfuktighet på 90 % sjönk storleksändringshastigheten för den fukt-behandlade förpackningen från 0,8 % till 0,3 %.
2. Processoptimering: bättre kontroll och automatisering
Nya idéer för våtpressningsprocessen: Den flyttas snabbt till formningsformen för hög-extrudering och torkning efter att den har formats. Denna "en-stegsmetod" minskar deformationen under överföringsprocessen för våt ämne. Ett visst företag tillverkar en förpackningsfoder för mobiltelefoner som använder våtpressningsteknik. Djupetoleransen för placeringsspåret justeras till inom ± 0,15 mm.
I formvarmpressningstorkteknik är värmeelement inbyggda i formformen för att påskynda avdunstning av vatten genom att överföra värme genom kontakt. Samtidigt appliceras ett tryck på 0,5 till 1,5 MPa för att stoppa krympdeformationen. Detta tillvägagångssätt minskar mängden energi som behövs för att torka saker med 35 % och gör produkternas fukthalt jämnare, till inom ± 1,5 %.
Automatiserat system för positionering: Lägger till servodrivningsmoduler och hög-precisionssensorer för att ändra formens placering i realtid. Till exempel låter en patenterad metod dig ändra den fasta formen till inom en mikrometer genom att använda glidskenor och justerbara positioneringsblock. Detta minskar tiden det tar att installera och rikta in formen från 10 minuter till 2 minuter.
3. Design av strukturen: Arbeta tillsammans för att designa den ihåliga, vertikala förstärkningen och den krökta ytan
Biomimetisk design och topologioptimering kan användas för att bygga en integrerad struktur som "positionerar, buffrar och bär."
Koordination mellan kaviteten och armeringen: i placeringsområdet används tät förstärkning för att göra strukturen styvare, medan i buffertområdet används bikakeformade eller vågiga kaviteter för att absorbera stötar. Till exempel kommer en bärbar dator med 0,5 mm tjocka vertikala stänger runt placeringsspåret. Dessa stänger gör den lokala tryckhållfastheten tre gånger starkare och sprider slagkraften över hela paketet genom kaviteten.
Design för ytmontering: För att göra asymmetriska ytor, kopiera formen på produktens yta och använd geometriska begränsningar för att få den exakta positionen. En speciell typ av hörlursförpackning använder 3D-skanningsteknik för att göra en modell av produkten och sedan omvänd design av den inre foderytan för att få hörlurarna och förpackningen att beröra 50 % mer. Positioneringsfelet är mindre än 0,1 mm.
Processbaserad-strukturell kompensation: Gör kompensationskurvor för krympningsdeformation och använd omvänd pre-deformation för att kompensera för storleksförändringar som inträffar under torkning. Avsätt till exempel 0,3 % av långsidans krympningstolerans för att säkerställa att den slutliga produktstorleken uppfyller designspecifikationerna.
3, Användning i industrin: från labbet till masstillverkning
Innovationer inom teknik har gjort gjuten massa till ett populärt val för elförpackningar.
Huawei Mate 60 Pro är en avancerad-mobiltelefon som har gjuten pappersmassafoder och en ihålig design som håller utrymmet mellan skärmen och kroppen på 2 mm respektive 3 mm. Samtidigt når förpackningens totala tryckhållfasthet 15kPa, vilket är tillräckligt för att klara kriterierna för transporttestning. Detta tack vare den vertikala ribbstrukturen.
Precisionsskydd för tillbehör: Förpackningen för DJI drönarkardan har en flerskiktsdesign. Det översta lagret håller kardankroppen på plats med böjda spår, medan det undre lagret skyddar motorn och sensorn med en bikakestruktur. Detta sänker produktskadorna från 0,8 % till 0,2 %.
Förpackning för bärbara enheter: Apple Watch Series 9 förpackningslåda har en dubbel-formad massastruktur. Det yttre lagret är designat för att göra lådan starkare med en korrugerad design, och det inre lagret har en mikrohålighet som håller klockkroppen och remmen på plats så att de inte skakar under frakt.
