一, Trzy duże problemy techniczne związane ze złożonym rozmieszczeniem strukturalnym
Podczas pakowania urządzeń elektronicznych muszą być spełnione jednocześnie trzy rzeczy: muszą one być dokładnie ustawione, zapewniać dobrą amortyzację i być wystarczająco mocne, aby utrzymać ciężar. Dzięki technologii formowania wtryskowego tradycyjne tworzywa sztuczne mogą z łatwością osiągnąć położenie na poziomie milimetra-. Jednakże w dłuższej perspektywie formowana masa celulozowa będzie napotykać następujące problemy ze względu na właściwości materiałów i ograniczenia procesu:
Różne rodzaje materiałów
Do produkcji formowanej masy celulozowej wykorzystuje się naturalne materiały, takie jak wytłoki z trzciny cukrowej i włókno bambusowe. Długość, średnica i skład chemiczny włókien zmieniają się w zależności od rodzaju surowca, skąd pochodzi, a nawet pory roku. Na przykład włókna wytłoków z trzciny cukrowej mają zwykle długość 1,0–1,8 mm, ale włókna drewna iglastego mogą mieć długość 2–4 mm. Ta naturalna zmienność powoduje zmianę skuteczności filtrowania wody, wydajności formowania i wytrzymałości mechanicznej masy celulozowej, co bezpośrednio wpływa na stabilność wymiarową złożonych struktur.
Odkształcenie skurczu procesowego
Początkowo masa formierska to mokry półfabrykat papierowy, który może pomieścić do 75–80% wody. Po wyschnięciu zawarta w nim woda odparowuje, powodując jego kurczenie się o 2–5%. Stopień skurczu różni się znacznie w zależności od części. Zarządzanie kierunkiem skurczu tradycyjnymi metodami może być trudne, co może łatwo prowadzić do wypaczenia lub deformacji skręcenia i wpłynąć na precyzję konstrukcji pozycjonującej.
Wytrzymałość strukturalna, która nie ma sensu
Struktura pozycjonująca musi dokładnie dopasowywać się do powierzchni produktu, natomiast struktura buforująca musi zapewniać elastyczność dzięki pustym przestrzeniom i pionowym prętom. Jeśli grubość materiału zostanie zwiększona tylko po to, aby go wzmocnić, zmniejszy się wydajność buforowania. Jeśli w zbyt dużym stopniu opiera się na konstrukcji wnęki, może to również spowodować, że lokalna wytrzymałość będzie zbyt słaba, ponieważ włókna nie są równomiernie rozmieszczone.
2, Przełomowe rozwiązanie: Całkowita innowacja od materiałów po procesy
W odpowiedzi na powyższe problemy w przemyśle nastąpił postęp technologiczny w zakresie pozycjonowania masy celulozowej w skomplikowanych konstrukcjach poprzez trzy główne metody: zmianę materiału, udoskonalenie procesu i projektowanie konstrukcji.
1. Zmiana materiału: technologia kompozytów włóknistych i dodatków
Zmieniając stosunek włókien i dodając przydatne składniki, wydajność gnojowicy ulega znacznej poprawie.
Technologia kompozytów włóknistych: łączenie długich włókien (takich jak drewno iglaste) z krótkimi włóknami (jak wytłoki z trzciny cukrowej), aby wzmocnić strukturę i wypełnić szczeliny, aby uzyskać bardziej równomierną gęstość. Na przykład jedna marka sprzętu elektronicznego wykorzystuje w swoich opakowaniach mieszankę składającą się w 60% z włókna drzewnego iglastego i w 40% z włókna wytłoków z trzciny cukrowej. Dzięki temu rowek pozycjonujący jest dokładniejszy z dokładnością do ± 0,2 mm.
Jak używać wzmacniacza: Dodanie żywicy termoutwardzalnej lub nanocelulozy w celu utworzenia-usieciowanej sieci podczas procesu-prasowania na gorąco pod wysokim ciśnieniem powoduje, że materiał staje się sztywniejszy. Według danych eksperymentalnych dodanie 3% nanocelulozy do formowanej masy celulozowej zwiększa wytrzymałość na zginanie o 40%, przy jednoczesnym utrzymaniu zdolności do odkształcenia sprężystego na poziomie 20%.
Obróbka-odporna na wilgoć: dodatek siarczanu glinu lub silanowego środka sprzęgającego sprawia, że włókna mniej absorbują wilgoć i zapobiegają zbyt dużym zmianom ich rozmiaru pod wpływem zmiany wilgotności. Przy ustawieniu wilgotności na poziomie 90% szybkość zmiany rozmiaru opakowania-odpornego na wilgoć spadła z 0,8% do 0,3%.
2. Optymalizacja procesów: lepsza kontrola i automatyzacja
Nowe pomysły na proces prasowania na mokro: po uformowaniu jest on szybko przenoszony do formy kształtującej w celu-wytłoczenia pod wysokim ciśnieniem i suszenia. Ta „jedno-metoda” ogranicza odkształcenia podczas procesu przenoszenia mokrych kęsów. Pewna firma produkuje folię do pakowania telefonów komórkowych, wykorzystując technologię prasowania na mokro. Tolerancja głębokości rowka montażowego jest regulowana w zakresie ± 0,15 mm.
W technologii suszenia metodą prasowania na gorąco elementy grzejne są wbudowane w formę kształtową, aby przyspieszyć odparowanie wody poprzez przenoszenie ciepła przez kontakt. Jednocześnie stosuje się ciśnienie od 0,5 do 1,5 MPa, aby zatrzymać odkształcenie skurczowe. Takie podejście zmniejsza ilość energii potrzebnej do suszenia rzeczy o 35% i sprawia, że zawartość wilgoci w produktach jest bardziej równomierna, w granicach ± 1,5%.
Zautomatyzowany system pozycjonowania: dodanie modułów serwonapędów i-precyzyjnych czujników w celu zmiany lokalizacji formy w czasie rzeczywistym. Na przykład opatentowana metoda umożliwia zmianę nieruchomej formy z dokładnością do mikrometra za pomocą przesuwnych szyn i regulowanych bloków pozycjonujących. Skraca to czas potrzebny na instalację i wyrównanie formy z 10 minut do 2 minut.
3. Projekt konstrukcji: Wspólna praca nad zaprojektowaniem pustego, pionowego zbrojenia i zakrzywionej powierzchni
Projektowanie biomimetyczne i optymalizację topologii można wykorzystać do zbudowania zintegrowanej struktury, która „pozycjonuje, buforuje i przenosi”.
Koordynacja pomiędzy wnęką a wzmocnieniem: w obszarze umieszczenia zastosowano gęste zbrojenie, aby uczynić konstrukcję bardziej sztywną, natomiast w obszarze buforowym zastosowano wnęki o strukturze plastra miodu lub faliste w celu absorpcji uderzenia. Na przykład laptop jest wyposażony w pionowe paski o grubości 0,5 mm wokół rowka do umieszczenia. Pręty te zwiększają trzykrotnie lokalną wytrzymałość na ściskanie i rozkładają siłę uderzenia na całe opakowanie poprzez wnękę.
Projekt dopasowujący się do powierzchni: Aby utworzyć asymetryczne powierzchnie, skopiuj kształt powierzchni produktu i użyj wiązań geometrycznych, aby uzyskać dokładne położenie. Specjalny rodzaj opakowania słuchawek wykorzystuje technologię skanowania 3D do stworzenia modelu produktu, a następnie odwrócony projekt wewnętrznej powierzchni wyściółki, dzięki czemu słuchawka i opakowanie stykają się o 50% bardziej. Błąd pozycjonowania jest mniejszy niż 0,1 mm.
Kompensacja strukturalna-oparta na procesie: utwórz krzywe kompensacji odkształcenia skurczowego i użyj odwrotnej-odkształcenia wstępnego, aby skompensować zmiany rozmiaru występujące podczas suszenia. Na przykład odłóż 0,3% tolerancji skurczu długiego boku, aby upewnić się, że ostateczny rozmiar produktu spełnia specyfikacje projektowe.
3, zastosowanie w przemyśle: od laboratorium do masowej produkcji
Innowacje technologiczne sprawiły, że formowana masa celulozowa stała się popularnym wyborem w przypadku opakowań elektrycznych.
Huawei Mate 60 Pro to wysokiej klasy-telefon komórkowy z wyściółką z formowanej masy papierowej i pustą konstrukcją, która utrzymuje przestrzeń między ekranem a obudową na poziomie odpowiednio 2 i 3 mm. Jednocześnie ogólna wytrzymałość opakowania na ściskanie sięga 15 kPa, co jest wystarczające, aby przejść kryteria testów transportowych. Dzieje się tak dzięki pionowej konstrukcji żeber.
Precyzyjna ochrona akcesoriów: Opakowanie gimbala do drona DJI ma konstrukcję wielowarstwową. Górna warstwa utrzymuje korpus gimbala na miejscu za pomocą zakrzywionych rowków, podczas gdy dolna warstwa chroni silnik i czujnik dzięki strukturze plastra miodu. Zmniejsza to wskaźnik uszkodzeń produktu z 0,8% do 0,2%.
Opakowanie urządzeń do noszenia: Pudełko do pakowania Apple Watch Series 9 ma dwuwarstwową-formowaną strukturę z masy celulozowej. Zewnętrzna warstwa została zaprojektowana tak, aby wzmocnić pudełko dzięki falistej konstrukcji, a wewnętrzna warstwa ma mikrownękę, która utrzymuje korpus zegarka i pasek na miejscu, aby nie trzęsły się podczas transportu.
