一, Три большие технические проблемы со сложным структурным позиционированием
При упаковке электронных устройств должны соблюдаться три вещи одновременно: они должны точно располагаться, обеспечивать хорошую амортизацию и быть достаточно прочными, чтобы выдерживать вес. Используя технологию литья под давлением, традиционные пластмассы могут легко достичь позиционирования на уровне миллиметра-. Однако в долгосрочной перспективе формованная целлюлоза столкнется со следующими проблемами из-за свойств материалов и ограничений процесса:
Различные типы материалов
Для изготовления формованной целлюлозы используются натуральные материалы, такие как жом сахарного тростника и бамбуковое волокно. Длина, диаметр и химический состав волокон меняются в зависимости от типа сырья, происхождения и даже сезона. Например, волокна жома сахарного тростника обычно имеют длину 1,0–1,8 мм, а волокна хвойной древесины могут иметь длину 2–4 мм. Это естественное изменение приводит к изменению эффективности фильтрации воды, эффективности формования и механической прочности целлюлозы, что напрямую влияет на стабильность размеров сложных структур.
Деформация процесса усадки
Во-первых, формовочная масса представляет собой влажную бумажную заготовку, в которой может содержаться до 75–80% воды. Когда изделие высыхает, вода в нем испаряется, в результате чего оно дает усадку на 2–5%. Степень усадки сильно варьируется от одной порции к другой. Традиционными методами может быть трудно управлять направлением усадки, что может легко привести к деформации или деформации скручивания и повлиять на точность позиционирования конструкции.
Структурная прочность, которая не имеет смысла
Структура позиционирования должна точно соответствовать поверхности продукта, а структура буферизации должна обеспечивать гибкость благодаря пустотам и вертикальным полосам. Если толщину материала увеличить только для того, чтобы сделать его более прочным, эффективность буферизации пострадает. Если слишком сильно полагаться на конструкцию полости, это также может привести к тому, что местная прочность будет слишком слабой, поскольку волокна распределены неравномерно.
2. Революционное решение: полная инновация от материалов до процессов.
В ответ на перечисленные выше проблемы промышленность добилась технического прогресса в размещении формованной целлюлозы в сложных конструкциях с помощью трех основных методов: изменения материала, улучшения процесса и проектирования структуры.
1. Изменение материала: волокнистый композит и аддитивные технологии.
Изменяя соотношение клетчатки и добавляя полезные ингредиенты, характеристики навоза значительно улучшаются.
Технология волокнистого композита: сочетание длинных волокон (например, хвойной древесины) с короткими волокнами (например, жомом сахарного тростника) для придания конструкции большей прочности и заполнения промежутков для более равномерной плотности. Например, одна марка электроники использует в упаковке смесь, состоящую из 60% волокна хвойной древесины и 40% волокна жома сахарного тростника. Это делает позиционирующий паз более точным с точностью до ± 0,2 мм.
Как использовать усилитель: добавление термореактивной смолы или наноцеллюлозы для создания сшитой сетки в процессе горячего прессования под высоким-давлением делает материал более жестким. Согласно экспериментальным данным, добавление 3% наноцеллюлозы в формованную целлюлозу повышает прочность на изгиб на 40% при сохранении способности к упругой деформации на уровне 20%.
Влагостойкая-обработка: добавление сульфата алюминия или силанового связующего агента снижает вероятность впитывания влаги волокнами и предотвращает слишком сильное изменение их размера при изменении влажности. При влажности 90 % степень изменения размера влаго-обработанной упаковки снизилась с 0,8 % до 0,3 %.
2. Оптимизация процессов: лучший контроль и автоматизация.
Новые идеи для процесса мокрого прессования: изделие быстро перемещается в формовочную форму для-экструзии под высоким давлением и сушки после формования. Этот «одноэтапный метод» снижает деформацию во время процесса передачи мокрой заготовки. Одна компания производит упаковку для мобильных телефонов, используя технологию мокрого прессования. Допуск по глубине установочной канавки регулируется с точностью до ± 0,15 мм.
В технологии сушки формы горячим прессованием в форму встроены нагревательные элементы, ускоряющие испарение воды за счет передачи тепла посредством контакта. При этом для остановки усадочной деформации прикладывают давление от 0,5 до 1,5 МПа. Такой подход сокращает количество энергии, необходимой для сушки вещей, на 35% и делает влажность продуктов более равномерной с точностью до ±1,5%.
Автоматизированная система позиционирования: добавление модулей сервопривода и высокоточных-датчиков для изменения местоположения формы в реальном времени. Например, запатентованный метод позволяет менять фиксированную форму с точностью до микрометра с помощью направляющих и регулируемых позиционирующих блоков. Это сокращает время, необходимое для установки и выравнивания формы, с 10 минут до 2 минут.
3. Проектирование конструкции: совместная работа над проектированием полой, вертикальной арматуры и изогнутой поверхности.
Биомиметический дизайн и оптимизация топологии могут использоваться для создания интегрированной структуры, которая «позиционирует, буферизует и переносит».
Координация между полостью и армированием: в зоне размещения используется плотная арматура для придания конструкции большей жесткости, а в буферной зоне для поглощения ударов используются сотовые или волнистые полости. Например, ноутбук поставляется с вертикальными полосами толщиной 0,5 мм вокруг установочного паза. Эти стержни увеличивают местную прочность на сжатие в три раза и распределяют силу удара по всей упаковке через полость.
Проектирование подгонки поверхности. Чтобы создать асимметричные поверхности, скопируйте форму поверхности продукта и используйте геометрические ограничения, чтобы получить точное положение. В особом типе упаковки для наушников используется технология 3D-сканирования, чтобы создать модель продукта, а затем перевернуть внутреннюю поверхность подкладки, чтобы наушники и упаковка соприкасались на 50 % больше. Ошибка позиционирования составляет менее 0,1 мм.
Структурная компенсация-на основе процесса: создавайте кривые компенсации усадочной деформации и используйте обратную пред-деформацию, чтобы компенсировать изменения размера, происходящие во время сушки. Например, отложите 0,3% допуска на усадку длинной стороны, чтобы убедиться, что размер конечного продукта соответствует проектным спецификациям.
3. Использование в промышленности: от лаборатории до массового производства.
Инновации в технологии сделали формованную целлюлозу популярным выбором для электротехнической упаковки.
Huawei Mate 60 Pro – это-мобильный телефон высокого класса с подкладкой из формованной бумажной массы и полой конструкцией, благодаря которой расстояние между экраном и корпусом составляет 2 мм и 3 мм соответственно. При этом общая прочность упаковки на сжатие достигает 15 кПа, что достаточно для прохождения критериев транспортных испытаний. Это происходит благодаря вертикальной структуре ребер.
Точная защита аксессуаров: упаковка стабилизатора дрона DJI имеет многослойную конструкцию. Верхний слой удерживает корпус стабилизатора на месте с помощью изогнутых канавок, а нижний слой защищает двигатель и датчик с помощью сотовой структуры. Это снижает уровень повреждения продукта с 0,8% до 0,2%.
Упаковка для носимых устройств. Упаковочная коробка Apple Watch Series 9 имеет двухслойную-структуру из формованной целлюлозы. Внешний слой предназначен для повышения прочности коробки благодаря гофрированному дизайну, а внутренний слой имеет микрополость, которая удерживает корпус часов и ремешок на месте, чтобы они не тряслись во время транспортировки.
