一, Ba vấn đề kỹ thuật lớn với việc định vị cấu trúc phức tạp
Khi đóng gói các thiết bị điện tử, đồng thời phải thực hiện ba điều: chúng phải được định vị chính xác, có khả năng giảm chấn tốt và đủ chắc chắn để giữ được trọng lượng. Bằng cách sử dụng công nghệ ép phun, nhựa truyền thống có thể dễ dàng đạt được vị trí ở mức{1} milimet. Tuy nhiên, bột giấy đúc về lâu dài sẽ gặp phải những vấn đề sau do tính chất của vật liệu và những hạn chế của quy trình:
Các loại vật liệu khác nhau
Các vật liệu tự nhiên như bã mía và sợi tre được sử dụng để làm bột giấy đúc. Chiều dài, đường kính và thành phần hóa học của sợi thay đổi dựa trên loại nguyên liệu thô, nguồn gốc của nó và thậm chí cả mùa. Ví dụ, sợi trong bã mía thường dài 1,0–1,8 mm, nhưng sợi trong gỗ lá kim có thể dài 2–4 mm. Sự biến đổi tự nhiên này làm cho hiệu quả lọc nước, hiệu quả đúc và độ bền cơ học của bột giấy thay đổi, ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định kích thước của các cấu trúc phức tạp.
Biến dạng co ngót quá trình
Lúc đầu, bột giấy đúc là một loại giấy trắng có thể chứa tới 75–80% nước. Khi sản phẩm khô, nước trong đó sẽ bay hơi, khiến sản phẩm co lại từ 2–5%. Số lượng co rút thay đổi rất nhiều từ phần này sang phần khác. Có thể khó quản lý hướng co ngót bằng các phương pháp truyền thống, điều này dễ dẫn đến biến dạng cong vênh hoặc xoắn và ảnh hưởng đến độ chính xác của cấu trúc định vị.
Sức mạnh kết cấu không có ý nghĩa
Cấu trúc định vị phải phù hợp chính xác với bề mặt của sản phẩm, trong khi cấu trúc đệm phải mang lại sự linh hoạt thông qua các khoảng trống và thanh dọc. Nếu độ dày vật liệu được tăng lên chỉ để làm cho nó bền hơn thì hiệu suất đệm sẽ bị ảnh hưởng. Nếu dựa vào thiết kế khoang quá nhiều, nó cũng có thể khiến độ bền cục bộ quá yếu do các sợi không được phân bổ đều.
2, Giải pháp đột phá: Đổi mới toàn diện từ vật liệu đến quy trình
Để giải quyết các vấn đề nêu trên, ngành đã đạt được tiến bộ công nghệ trong việc định vị bột giấy đúc trong các cấu trúc phức tạp thông qua ba phương pháp chính: thay đổi vật liệu, cải tiến quy trình và thiết kế cấu trúc.
1. Thay đổi vật liệu: Công nghệ Fiber Composite và Phụ gia
Bằng cách thay đổi tỷ lệ chất xơ và thêm các thành phần hữu ích, hiệu quả của hỗn hợp bùn được cải thiện đáng kể.
Công nghệ composite sợi: kết hợp sợi dài (như gỗ lá kim) với sợi ngắn (như bã mía) để tạo kết cấu chắc chắn hơn và lấp đầy các khoảng trống để mật độ đồng đều hơn. Ví dụ, một thương hiệu điện tử sử dụng hỗn hợp 60% sợi gỗ lá kim và 40% sợi bã mía trong bao bì. Điều này làm cho rãnh định vị chính xác hơn trong phạm vi ± 0,2 mm.
Cách sử dụng Chất tăng cường: Thêm nhựa nhiệt rắn hoặc nanocellulose để tạo mạng lưới liên kết chéo trong quá trình ép nóng áp suất cao-làm cho vật liệu cứng hơn. Theo dữ liệu thực nghiệm, việc bổ sung 3% nanocellulose vào bột giấy đúc giúp tăng cường độ uốn lên 40% trong khi vẫn giữ được khả năng biến dạng đàn hồi ở mức 20%.
Xử lý chống ẩm: Việc bổ sung chất liên kết nhôm sunfat hoặc silane làm cho sợi ít có khả năng hấp thụ độ ẩm và giữ cho kích thước của chúng không bị thay đổi quá nhiều khi độ ẩm thay đổi. Ở cài đặt độ ẩm 90%, tốc độ thay đổi kích thước của gói được xử lý chống ẩm-đã giảm từ 0,8% xuống 0,3%.
2. Tối ưu hóa quy trình: kiểm soát và tự động hóa tốt hơn
Ý tưởng mới cho quy trình ép ướt: Nó nhanh chóng được chuyển đến khuôn tạo hình để ép đùn và sấy khô ở áp suất cao sau khi đã được tạo hình. "Phương pháp một{2}}bước" này giúp giảm thiểu biến dạng trong quá trình chuyển phôi ướt. Một công ty cụ thể sản xuất lớp lót bao bì điện thoại di động sử dụng công nghệ ép ướt. Dung sai độ sâu của rãnh vị trí được điều chỉnh trong khoảng ± 0,15mm.
Trong công nghệ sấy ép nóng khuôn, các bộ phận làm nóng được tích hợp vào khuôn định hình để tăng tốc độ bay hơi của nước bằng cách truyền nhiệt qua tiếp xúc. Đồng thời, áp suất 0,5 đến 1,5 MPa được áp dụng để ngăn chặn biến dạng co ngót. Cách tiếp cận này giúp cắt giảm 35% năng lượng cần thiết để làm khô đồ và làm cho độ ẩm của sản phẩm đồng đều hơn, trong khoảng ± 1,5%.
Hệ thống tự động định vị: Thêm mô-đun truyền động servo và cảm biến-có độ chính xác cao để thay đổi vị trí của khuôn theo thời gian thực. Ví dụ: một phương pháp được cấp bằng sáng chế cho phép bạn thay đổi khuôn cố định trong phạm vi micromet bằng cách sử dụng đường ray trượt và khối định vị có thể điều chỉnh. Điều này giúp giảm thời gian lắp đặt và căn chỉnh khuôn từ 10 phút xuống còn 2 phút.
3. Thiết kế kết cấu: Cùng nhau thiết kế phần rỗng, cốt thép thẳng đứng và bề mặt cong
Thiết kế mô phỏng sinh học và tối ưu hóa cấu trúc liên kết có thể được sử dụng để xây dựng một cấu trúc tích hợp “định vị, đệm và mang”.
Phối hợp giữa khoang và cốt thép: ở khu vực đặt, cốt thép dày đặc được sử dụng để làm cho kết cấu cứng hơn, trong khi ở khu vực đệm, các hốc tổ ong hoặc lượn sóng được sử dụng để hấp thụ lực tác động. Ví dụ: một máy tính xách tay có các thanh dọc dày 0,5mm xung quanh rãnh đặt. Các thanh này làm cho cường độ nén cục bộ mạnh hơn gấp ba lần và lan truyền lực tác động lên toàn bộ gói hàng qua khoang.
Thiết kế để lắp bề mặt: Để tạo các bề mặt không đối xứng, hãy sao chép hình dạng bề mặt của sản phẩm và sử dụng các ràng buộc hình học để có được vị trí chính xác. Một loại bao bì tai nghe đặc biệt sử dụng công nghệ quét 3D để tạo mẫu sản phẩm, sau đó thiết kế ngược bề mặt lớp lót bên trong để tai nghe và bao bì tiếp xúc nhiều hơn 50%. Sai số định vị nhỏ hơn 0,1mm.
Bù cấu trúc dựa trên quy trình-: Tạo đường cong bù cho biến dạng co rút và sử dụng biến dạng-ngược lại để bù đắp cho những thay đổi kích thước xảy ra trong quá trình sấy khô. Ví dụ: dành 0,3% dung sai co rút của cạnh dài để đảm bảo rằng kích thước sản phẩm cuối cùng đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế.
3, Sử dụng trong công nghiệp: từ phòng thí nghiệm đến sản xuất hàng loạt
Những đổi mới trong công nghệ đã làm cho bột giấy đúc trở thành lựa chọn phổ biến để làm bao bì điện tử.
Huawei Mate 60 Pro là điện thoại di động cao cấp-có lớp lót bằng bột giấy đúc và thiết kế rỗng giúp giữ khoảng cách giữa màn hình và thân máy lần lượt là 2 mm và 3 mm. Đồng thời, cường độ nén tổng thể của bao bì đạt 15kPa, đủ để vượt qua các tiêu chí thử nghiệm vận chuyển. Điều này là nhờ cấu trúc sườn thẳng đứng.
Bảo vệ phụ kiện chính xác: Bao bì của gimbal drone DJI có thiết kế nhiều lớp. Lớp trên cùng giữ thân gimbal cố định bằng các rãnh cong, trong khi lớp dưới cùng bảo vệ động cơ và cảm biến bằng cấu trúc tổ ong. Điều này làm giảm tỷ lệ hư hỏng sản phẩm từ 0,8% xuống 0,2%.
Bao bì dành cho thiết bị đeo: Hộp đóng gói Apple Watch Series 9 có cấu trúc bột giấy đúc hai lớp. Lớp bên ngoài được thiết kế giúp hộp chắc chắn hơn với thiết kế dạng sóng, lớp bên trong có một khoang siêu nhỏ giúp giữ thân đồng hồ và dây đeo cố định không bị rung lắc trong quá trình vận chuyển.
