一, Структурная оптимизация: основной способ повысить прочность и точность
1. Проектирование пустотелой и вертикальной арматуры: поиск правильного баланса между гибкостью и прочностью.
Упаковка, защищающая электроприборы, должна выдерживать как удары, так и деформации. В конструкции пресс-форм полая структура может сделать продукт более эластичным и поглощать энергию вибрации во время транспортировки. Арматурные стержни делают изделие более жестким и распределяют нагрузку за счет более плотного расположения волокон. Например, компьютеры Lenovo поставляются в коробках с вертикальными гофрированными ребрами, которые делают каждую коробку на 20 % прочнее на сжатие. Дугообразный переход полости в форме дуги- также помогает распределять напряжение, что снижает вероятность повреждения при испытании на падение с 8% до 0,3%.
2. Наклон выемки из формы и закругленный угловой переход: двойная гарантия точности и производительности.
Наклон формы напрямую влияет на размер изделия и качество поверхности. Слишком большой наклон может затруднить демонтаж, в результате чего могут остаться шрамы или трещины. Слишком большой наклон также может сделать упаковку менее полезной. Чтобы обеспечить плавный выход-удерживающих влагу бумажных заготовок и отсутствие разрывов волокон из-за прямых кромок и прямых углов, формы для упаковки электронных изделий обычно имеют наклон при выемке из формы от 1 до 3 градусов и закругленные переходы от R0,5 до R2 мм. Например, в упаковочной форме для наушников Apple Beats Studio Pro края продукта стали на 15 % прочнее, а количество отходов сократилось за счет округления углов.
3. Контроль толщины стены: умение найти правильный баланс между прочностью и стоимостью.
Прочность продукта во многом зависит от толщины стенок, но если сделать их слишком толстыми, для сушки может потребоваться больше сырья и энергии. Большинство форм для упаковки электронных устройств имеют стенки толщиной от 0,5 до 6 мм (метод адсорбционного формования), и они делают слабые части более прочными, добавляя им дополнительную толщину. Например, в пресс-форме для упаковки телефона Xiaomi стенки в области модуля камеры стали на 0,3 мм толще, что увеличило локальную прочность на сжатие на 30 %, в то время как общий расход материала увеличился лишь на 5 %.
2. Адаптация процесса: технологический скачок от мокрого прессования к сухому прессованию.
1. Процесс мокрого прессования: изготовление чего угодно с большой детализацией и точностью.
Метод мокрого прессования использует-формование под высоким давлением, чтобы сделать волокна более плотными, что делает его идеальным для упаковки высококачественной-электроники. Существуют две основные проблемы, которые необходимо решить при проектировании пресс-форм:
Расположение волокон-ориентировано: направление потока волокон в поле давления регулируется тщательно подобранными выпуклыми и вогнутыми формами. Например, в упаковочной форме для телефона Sony Xperia 1 V используется технология контроля давления в зонах, позволяющая выравнивать волокна по направлению удара. Это увеличивает скорость поглощения энергии на 40% при испытаниях на падение.
Создание микропористой структуры: пресс-форма должна изготовить массив микропор размером 0,1–0,5 мм, чтобы удовлетворить потребности в буферизации прецизионных инструментов. Компания изготовила упаковочную форму для медицинского электронного оборудования, в которой используется технология лазерной гравировки для равномерного распределения микропор размером 0,2 мм, сохраняя погрешность плотности продукта в пределах ± 2%.
2. Пресс-формы для сухого процесса: поиск недорогого-быстрого прототипирования
Формование горячим прессованием является частью сухого процесса, который снижает потребность во влаге, энергопотребление и производственные затраты. Есть две большие проблемы, которые необходимо решить при проектировании пресс-форм:
Оптимизация теплопроводности. Сухой процесс требует быстрого нагрева волокон, чтобы они затвердели, а в форме необходимо использовать материалы с высокой теплопроводностью (например, алюминиевый сплав) и создать подходящий контур охлаждающей воды. Например, одна компания изготовила форму для формования сухой целлюлозы, которая сократила цикл формования со 120 до 80 секунд за счет перестановки контура охлаждающей воды.
Лучшее качество поверхности: технология сухого процесса часто оставляет заусенцы на поверхности, поэтому в форме необходимо использовать технологию нанопокрытия. На специальную форму для упаковки ноутбука было нанесено титановое покрытие, чтобы сделать поверхность изделия менее шероховатой: от Ra3,2 мкм до Ra0,8 мкм. Это соответствовало стандартам внешнего вида-электроники высокого класса.
3. Соблюдение экологических требований: тенденции устойчивого дизайна в деловом мире.
1. Модульная конструкция: лучший способ привлечь больше людей к переработке отходов.
Правило ЕС WEEE гласит, что степень переработки пластика в электронном оборудовании должна составлять не менее 85%. Однако классические упаковочные детали с интегрированной пресс-формой трудно разобрать, и степень их переработки составляет только 55%. Застежки-кнопки соединяют модульные формы вместо клея, что позволяет легко разбирать детали упаковки. Например, один производитель ноутбуков изменил форму центральной рамы с интегрированной на модульную. Это увеличило уровень переработки пластика до 82% и сократило расходы на пресс-формы на 10%.
2. Изменение материалов на биологической основе для уменьшения их воздействия на окружающую среду.
При изготовлении форм из материалов на биологической основе, таких как PLA и PHA, необходимо решить две большие проблемы:
Термостойкость: температура инъекции должна поддерживаться в пределах от 180 до 220 градусов по Цельсию, а форма должна быть покрыта хромом, чтобы PLA не прилипал к ней. Компания изготовила форму для упаковки мобильных телефонов из PLA, которая прослужит в 200 000 раз дольше, чем раньше, благодаря хромированию.
Оптимизация ликвидности: материал ПГА очень толстый, что может сделать наполнение неравномерным. В конструкции пресс-формы необходимо использовать каналы градиентного потока. Оптимизируя секцию проточного канала, определенная форма для медицинской электронной упаковки сделала распределение волокон PHA-материалов на 30 % более равномерным.
4. Отраслевая практика: от большого технологического прорыва к широкому использованию.
Кейс 1: Предложение Lenovo о замене пластика
Начиная с 2022 года Lenovo постепенно перейдет от пластиковой прокладки в упаковке ноутбука к формованию из целлюлозы. Это сделает упаковку более прочной и точной за счет использования новых конструкций пресс-форм.
Увеличение количества длинных волокон на 30% для построения каркасной структуры и использование высокосортной механической целлюлозы (TMP) для улучшения степени переплетения волокон;
Использование Enhancer: добавление 0,2 % раствора PAM для создания сетевой мембранной структуры снижает потери чипов на 86 %.
Улучшение процесса горячего прессования: изделие становится на 20% плотнее при сочетании 180 градусов, 0,5 МПа и 40 секунд, а погрешность плоскостности поверхности составляет менее 0,08 мм.
Lenovo полностью заменит формованную упаковку из целлюлозы к 2024 году. Это сократит стоимость доставки одного ноутбука на 15 % и повысит удовлетворенность клиентов на 12 %.
Случай 2: Инновации Apple в эстетике оптоволокна
Упаковка наушников Apple Beats Studio Pro на 100 % состоит из материалов на основе волокон-(бамбукового волокна и волокна жома сахарного тростника). Следующая конструкция пресс-формы обеспечивает компромисс между прочностью и точностью:
Добавление в материал наноцеллюлозы (диаметром 50–100 нм) делает его на 50% прочнее, а это то, что нужно прецизионному оборудованию для правильной работы.
Конструкция микропористой структуры: для разделения области используются сотовые ячейки толщиной 0,3 мм, что снижает вероятность повреждения с 8% до 0,3% во время испытаний на падение.
Модульное производство: пресс-формы для прецизионной обработки с ЧПУ обеспечивают точность размера упаковки с точностью до ± 0,05 мм, что упрощает сборку с продуктом.
