1. Tối ưu hóa vật liệu: Tìm sự cân bằng phù hợp giữa trọng lượng nhẹ và độ bền cao
Lõi nhẹ của bột giấy đúc được tạo ra bằng cách giảm mật độ của vật liệu trong khi vẫn giữ hoặc cải thiện chất lượng cơ học của nó. Một số kỹ thuật phổ biến nhất hiện nay là:
Sử dụng sợi tự nhiên theo cách tổng hợp
Trộn các loại chất xơ khác nhau như bã mía, sợi tre, bột rơm lúa mì sẽ giúp bạn đạt được hiệu quả tốt nhất. Ví dụ: Sợi tre là loại sợi có chiều dài trung bình đến dài, bền hơn gỗ lá rộng-nhưng yếu hơn gỗ lá kim. Nó có thể làm cho bao bì có khả năng chống rách- tốt hơn và sử dụng ít nguyên liệu hơn khi trộn với sợi bã mía. Bằng cách thay đổi tỷ lệ sợi tre và bã mía, một thương hiệu điện thoại di động nào đó đã có thể giảm 12% trọng lượng bao bì và làm cho nó bền hơn 8%.
Thêm vật liệu nhẹ
Việc bổ sung các nguyên tố sinh học như rượu polyvinyl (PVA) và chất tăng cường dựa trên tinh bột{0}}có thể làm cho mọi thứ bớt đậm đặc hơn mà không làm chúng yếu đi. Ví dụ, một loại bao bì mỹ phẩm sử dụng công nghệ gia cố nanocellulose để giảm mật độ của vật liệu từ 0,6g/cm³ xuống 0,45g/cm³ và tăng mô đun uốn lên 30%. Ngoài ra, việc bổ sung các chất độn khoáng nhẹ, như đất diatomit, có thể làm cho nó thậm chí còn nhẹ hơn, mặc dù cần phải xem xét cẩn thận ảnh hưởng của chất độn đến sự kết dính của chất xơ.
Tái chế các sợi đã được tái chế
Sử dụng bột giấy tái chế, như báo và hộp các tông, thay vì bột gỗ mới có thể sử dụng ít tài nguyên hơn và làm cho sản phẩm nhẹ hơn. Ví dụ: một công ty sản xuất bao bì thực phẩm đã cải tiến quy trình khử mực cho bột giấy tái chế, làm cho bao bì nhẹ hơn 15% so với bột giấy nguyên chất và đáp ứng các quy định về an toàn thực phẩm.
2. Đổi mới cấu trúc: Tích hợp chức năng và thiết kế mô phỏng sinh học
Chìa khóa của việc giảm nhẹ là tối ưu hóa cấu trúc, có nghĩa là sử dụng vật liệu hiệu quả hơn bằng cách sao chép cách thức hoạt động của các cấu trúc nhẹ và chắc chắn tự nhiên.
Cấu trúc được làm bằng tổ ong và bánh mì
Sử dụng các lợi ích cơ học của vật liệu tổ ong để tạo ra các cấu trúc hỗn hợp nhiều{0}}lớp. Ví dụ: bao bì cho một sản phẩm điện nhất định sử dụng thiết kế bánh sandwich "lõi tổ ong+bảng bột giấy" giúp giảm 40% lượng vật liệu sử dụng trong khi vẫn cung cấp lớp đệm. Bằng cách thay đổi kích thước và mật độ của các đơn vị di động, bạn cũng có thể làm cho chúng phù hợp với nhu cầu chống va đập của các vật phẩm khác nhau.
Thiết kế tăng cường và tối ưu hóa cấu trúc liên kết
Sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEM) để mô hình hóa cách phân tán lực và loại bỏ vật liệu thừa. Ví dụ: thiết kế đã cải tiến bao bì cho một số tai nghe bằng cách làm cho vật liệu xung quanh khe đặt mỏng hơn (từ 3 mm đến 1,5 mm) và thêm các gân gia cố để làm cho khu vực này cứng hơn. Điều này đã làm cho toàn bộ trọng lượng giảm đi 25%.
Thiết kế có thể gấp lại và ghép lại với nhau
Tạo một cấu trúc có thể gấp lại để chiếm ít không gian hơn khi di chuyển. Ví dụ: bao bì của một số thiết bị gia dụng sử dụng thiết kế cắm-gấp giúp giảm 60% kích thước của bao bì và giữ cho bao bì ổn định sau khi lắp ráp bằng cấu trúc khóa. Thiết kế mô-đun cho phép bạn thay đổi kích thước của gói hàng để phù hợp với sản phẩm, giúp tiết kiệm vật liệu.
3. Nâng cấp quy trình: kiểm soát tốt hơn và làm việc hiệu quả hơn
Tối ưu hóa quy trình có tác động trực tiếp đến chất lượng bao bì và tốc độ sử dụng nguyên liệu:
Ý tưởng mới cho quy trình ép ướt và bán khô
Việc đúc áp suất cao-trong quy trình ép ướt giúp giảm biến dạng do co ngót, giúp ích cho việc đóng gói cần có độ chính xác rất cao. Ví dụ:-bao bì mỹ phẩm cao cấp sử dụng công nghệ ép ướt và công nghệ sấy ép nóng để duy trì dung sai kích thước sản phẩm trong phạm vi ± 0,1 mm và giảm độ đàn hồi và độ dày của vật liệu xuống 10% khi sử dụng áp suất cao. Bằng cách quản lý độ ẩm của bùn (40%–50%) và đảm bảo độ ẩm chắc chắn, kỹ thuật ép bán khô-giúp giảm thời gian sấy khô và giúp sản xuất hiệu quả hơn.
Khuôn kỹ thuật số và in 3D
Công nghệ in 3D có thể nhanh chóng tạo ra các khuôn có cấu trúc phức tạp và tạo điều kiện thuận lợi cho-sản xuất tùy chỉnh theo lô nhỏ. Ví dụ: gói thiết bị y tế sử dụng khuôn in 3D để đảm bảo rằng các hình dạng không đồng đều bên trong vừa vặn hoàn hảo, giúp giảm lãng phí vật liệu. Thiết kế khuôn kỹ thuật số cũng có thể bắt chước quá trình đúc, cải thiện kênh dòng chảy của bùn và giảm lượng mảnh vụn.
Công nghệ xử lý và phủ bề mặt
Việc sử dụng lớp phủ chống thấm nhẹ (chẳng hạn như nano silica) hoặc lớp phủ chống{0}}tĩnh điện có thể giảm nhu cầu về vật liệu bảo vệ bổ sung. Ví dụ: một loại bao bì linh kiện điện tử nhất định sử dụng lớp phủ chống tĩnh điện-gốc nước-làm giảm điện trở bề mặt của bao bì xuống 10 ⁶ Ω. Lớp phủ chỉ dày 5 μm nên không tăng thêm trọng lượng.
4. Trường hợp ngành: Bước đột phá trong thực tiễn nhẹ
Bao bì cho Huawei Mate 60 Pro
Sử dụng vật liệu composite bã mía và sợi tre cùng với thiết kế kết cấu tổ ong giúp gói bên trong nhẹ hơn 35% so với nhựa thông thường. Đồng thời, phương pháp ép ướt giúp giảm độ chính xác của vị trí xuống 0,2mm, đủ tốt để bảo vệ các thiết bị điện tử cao cấp.
Hộp gimbal cho máy bay không người lái DJI
Bằng cách sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết và thiết kế mô-đun, khối lượng đóng gói đã giảm 40% và lượng vật liệu sử dụng đã giảm 28%. Gói hàng có thể gập lại nên chỉ chiếm 1/5 thể tích toàn bộ khi vận chuyển. Điều này cắt giảm chi phí vận chuyển rất nhiều.
YouGift (Công ty TNHH Công nghệ Tương lai Youchuang Bắc Kinh) Bao bì cho Bộ đồ ăn
Việc sử dụng bùn rơm lúa mì và các chất phụ gia làm từ tinh bột-cùng với công nghệ ép bán-khô giúp giảm trọng lượng của hộp thực phẩm xuống một nửa so với nhựa thông thường. Thiết kế khung sườn được gia cố cũng giúp-có hiệu suất chống rơi tốt hơn, điều này rất quan trọng đối với ngành giao thực phẩm, nơi mọi thứ được sử dụng rất nhiều.
