一, Tối ưu hóa cấu trúc: cách chính để cải thiện sức mạnh và độ chính xác
1. Thiết kế cốt thép rỗng và cốt dọc: Tìm sự cân bằng phù hợp giữa tính linh hoạt và sức mạnh
Bao bì bảo vệ các thiết bị điện cần có khả năng chịu được cả va đập và biến dạng. Trong thiết kế khuôn, cấu trúc rỗng có thể làm cho sản phẩm đàn hồi hơn và hấp thụ năng lượng rung trong quá trình vận chuyển. Các thanh gia cố làm cho sản phẩm cứng hơn và phân tán ứng suất bằng cách làm cho các sợi được sắp xếp dày đặc hơn. Ví dụ: máy tính Lenovo được đóng hộp với các đường gân dọc giúp mỗi hộp mạnh hơn 20% về cường độ nén. Sự chuyển đổi hình vòng cung-của khoang cũng giúp phân tán ứng suất, giúp giảm tỷ lệ hư hỏng trong thử nghiệm thả rơi từ 8% xuống 0,3%.
2. Độ dốc tháo dỡ và chuyển tiếp góc tròn: đảm bảo kép về độ chính xác và năng suất
Độ dốc của quá trình đúc ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước và chất lượng bề mặt của sản phẩm. Độ nghiêng quá lớn có thể khiến nó khó tháo dỡ, có thể để lại sẹo hoặc vết nứt. Độ dốc quá lớn cũng có thể làm cho việc đóng gói trở nên ít hữu ích hơn. Để đảm bảo rằng các phôi giấy-giữ ẩm được tạo ra trơn tru và các sợi không bị đứt do các cạnh thẳng và góc vuông, khuôn đóng gói sản phẩm điện tử thường có độ dốc đổ khuôn từ 1 độ đến 3 độ và các chuyển tiếp tròn từ R0,5 đến R2 mm. Ví dụ: khuôn đóng gói cho tai nghe nhét tai Apple Beats Studio Pro đã làm cho các cạnh của sản phẩm chắc chắn hơn 15% và giảm lãng phí bằng cách làm cho các góc tròn hơn.
3. Kiểm soát độ dày của tường: kỹ năng tìm ra sự cân bằng hợp lý giữa sức mạnh và chi phí
Độ bền của sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào độ dày của vách, tuy nhiên làm cho chúng quá dày có thể cần nhiều nguyên liệu và năng lượng hơn để làm khô. Hầu hết các khuôn đóng gói thiết bị điện tử đều có thành dày từ 0,5 đến 6 mm (phương pháp tạo hình hấp phụ) và chúng làm cho các phần yếu trở nên chắc chắn hơn bằng cách tăng thêm độ dày cho chúng. Ví dụ, khuôn đóng gói điện thoại Xiaomi đã làm cho các bức tường ở khu vực mô-đun máy ảnh dày hơn 0,3mm, giúp cường độ nén cục bộ mạnh hơn 30%, trong khi tổng mức sử dụng vật liệu chỉ tăng 5%.
2, Thích ứng quy trình: bước nhảy vọt về công nghệ từ ép ướt sang ép khô
1. Quy trình khuôn ép ướt: làm bất cứ thứ gì có độ chi tiết và độ chính xác cao
Phương pháp ép ướt sử dụng phương pháp đúc áp suất cao-để làm cho sợi dày hơn, lý tưởng cho việc đóng gói các thiết bị điện tử-cao cấp. Có hai vấn đề chính mà thiết kế khuôn cần giải quyết:
Sự sắp xếp theo hướng sợi-: Hướng dòng chảy của sợi trong trường áp suất được điều chỉnh bằng cách kết hợp các khuôn lồi và khuôn lõm một cách cẩn thận. Ví dụ: khuôn đóng gói cho điện thoại Sony Xperia 1 V sử dụng công nghệ kiểm soát áp suất vùng để căn chỉnh các sợi theo hướng va chạm. Điều này giúp tăng cường tỷ lệ hấp thụ năng lượng lên 40% trong các thử nghiệm thả rơi.
Tạo cấu trúc xốp siêu nhỏ: Khuôn phải tạo ra một mảng xốp siêu nhỏ có kích thước 0,1–0,5mm để phù hợp với nhu cầu đệm của các dụng cụ chính xác. Một công ty sản xuất khuôn đóng gói cho thiết bị điện tử y tế sử dụng công nghệ khắc laser để phân bổ đều các vi lỗ 0,2mm, giữ cho độ chính xác về mật độ của sản phẩm trong khoảng ± 2%.
2. Khuôn xử lý khô: xem xét việc tạo mẫu nhanh,-chi phí thấp
Đúc ép nóng là một phần của quá trình khô, giúp giảm nhu cầu về độ ẩm, sử dụng năng lượng và chi phí sản xuất. Có hai vấn đề lớn mà thiết kế khuôn cần giải quyết:
Tối ưu hóa dẫn nhiệt: Quá trình sấy cần làm nóng sợi nhanh để tạo độ rắn chắc, đồng thời khuôn cần sử dụng vật liệu có tính dẫn nhiệt cao (như hợp kim nhôm) và xây dựng mạch nước làm mát phù hợp. Ví dụ, một công ty nào đó đã chế tạo khuôn đúc bột giấy khô giúp cắt chu kỳ đúc từ 120 giây xuống còn 80 giây bằng cách sắp xếp lại mạch nước làm mát.
Chất lượng bề mặt tốt hơn: Công nghệ xử lý khô thường để lại các vệt trên bề mặt nên khuôn cần sử dụng công nghệ phủ nano. Một lớp phủ titan được phủ lên một khuôn đóng gói máy tính xách tay nhất định để làm cho bề mặt của sản phẩm bớt nhám hơn, đi từ Ra3,2 μm đến Ra0,8 μm. Điều này đáp ứng các tiêu chuẩn về hình thức dành cho-thiết bị điện tử cao cấp.
3,Tuân thủ môi trường: Xu hướng thiết kế bền vững trong thế giới kinh doanh
1. Thiết kế mô-đun: cách tốt nhất để thu hút nhiều người tái chế hơn
Quy tắc WEEE của EU nói rằng thiết bị điện tử phải có tỷ lệ tái chế nhựa ít nhất 85%. Tuy nhiên, các bộ phận đóng gói có thiết kế khuôn tích hợp cổ điển rất khó tháo rời và chỉ có tỷ lệ tái chế là 55%. Chốt khóa liên kết các khuôn mô-đun thay vì keo, giúp dễ dàng tháo rời các bộ phận đóng gói. Ví dụ, một nhà sản xuất máy tính xách tay đã thay đổi khuôn cho khung trung tâm từ tích hợp sang mô-đun. Điều này đã nâng tỷ lệ tái chế nhựa lên 82% và cắt giảm 10% chi phí khuôn mẫu.
2. Thay đổi vật liệu sinh học để giảm tác động đến môi trường
Có hai vấn đề lớn cần giải quyết khi chế tạo vật liệu sinh học như PLA và PHA thành khuôn:
Khả năng chịu nhiệt độ: Nhiệt độ phun phải được giữ trong khoảng từ 180 đến 220 độ C và khuôn phải được phủ crom để PLA không bị dính vào. Một công ty đã chế tạo khuôn đóng gói điện thoại di động PLA có tuổi thọ cao gấp 200.000 lần so với trước đây bằng cách mạ crôm.
Tối ưu hóa tính thanh khoản: Chất liệu PHA rất dày, có thể khiến chất làm đầy không đều. Các kênh dòng chảy gradient phải được sử dụng trong thiết kế khuôn. Bằng cách tối ưu hóa phần kênh dòng chảy, một khuôn đóng gói điện tử y tế nhất định đã giúp việc phân phối sợi của hàng hóa PHA đồng đều hơn 30%.
4, Thực tiễn ngành: Từ bước đột phá lớn về công nghệ đến ứng dụng rộng rãi
Trường hợp 1: Lenovo đề xuất thay thế nhựa
Lenovo sẽ dần dần chuyển từ đệm nhựa trong bao bì máy tính xách tay sang đúc bột giấy bắt đầu từ năm 2022. Điều này sẽ giúp bao bì chắc chắn và chính xác hơn bằng cách sử dụng các thiết kế khuôn mới.
Tăng lượng sợi dài thêm 30% để xây dựng cấu trúc khung xương và sử dụng bột giấy cơ chổi cao (TMP) để nâng cao mức độ đan xen của sợi;
Sử dụng Enhancer: Thêm giải pháp PAM 0,2% để tạo cấu trúc màng mạng giúp giảm tỷ lệ bong tróc chip xuống 86%.
Cải tiến trong quá trình ép nóng: Sản phẩm chặt hơn 20% với sự kết hợp của 180 độ, 0,5 MPa và 40 giây và sai số độ phẳng bề mặt nhỏ hơn 0,08 mm.
Lenovo đã thay thế hoàn toàn bao bì đúc bằng bột giấy vào năm 2024. Điều này đã cắt giảm 15% chi phí vận chuyển một chiếc máy tính xách tay và nâng cao mức độ hài lòng của khách hàng lên 12%.
Trường hợp 2: Đổi mới về thẩm mỹ sợi của Apple
Bao bì của tai nghe Apple Beats Studio Pro được làm bằng vật liệu 100% sợi-(sợi tre và sợi bã mía). Thiết kế khuôn sau đây tạo ra sự thỏa hiệp giữa độ bền và độ chính xác:
Việc bổ sung nanocellulose (đường kính 50–100 nm) vào vật liệu sẽ làm cho vật liệu bền hơn 50%, đây là điều mà thiết bị chính xác cần có để hoạt động bình thường.
Thiết kế cấu trúc xốp siêu nhỏ: Các tế bào tổ ong 0,3mm được sử dụng để phân vùng, giúp giảm tỷ lệ hư hỏng từ 8% xuống 0,3% trong quá trình thử nghiệm thả rơi.
Sản xuất mô-đun: Khuôn gia công chính xác CNC đảm bảo kích thước đóng gói chính xác trong phạm vi ± 0,05mm, giúp dễ dàng lắp ráp cùng với sản phẩm.
