1. Chế biến nguyên liệu: biến rác thành bột sợi
Bao bì bột giấy đúc được làm từ rất nhiều thứ khác nhau, như bã mía, rơm lúa mì, tre, báo bỏ đi và phế liệu hộp các tông. Bã mía là một ví dụ điển hình về nguyên liệu phù hợp để sản xuất-bao bì cao cấp vì nó có chiều dài sợi hợp lý và độ bền cao. Để xử lý nguyên liệu thô, bạn cần làm như sau:
Phân loại và nghiền: Nguyên liệu thô được đưa vào máy nghiền thủy lực sau khi được sàng lọc và làm sạch bằng tay hoặc cơ học các chất gây ô nhiễm như nhựa và kim loại. Máy này sử dụng nước-chuyển động nhanh và lực của cánh quạt để phân hủy bìa cứng thành hỗn hợp bùn dạng sợi trong vòng 5 đến 8 phút. Ví dụ, khi làm việc với tấm bột giấy khô nặng 60kg, điều quan trọng là duy trì thời gian ngâm trong khoảng từ 5 đến 10 phút để các sợi được tách hoàn toàn.
Sàng lọc và làm sạch: Dùng sàng để sàng bùn đã nghiền để loại bỏ cát và các mảnh lớn khác chưa được nghiền. Một số quy trình sẽ sử dụng thiết bị lọc ly tâm để tách các chất ô nhiễm với mật độ cao hơn và làm cho bùn sạch hơn.
Kết hợp và trộn: Các chất phụ gia cấp thực phẩm-được thêm vào hỗn hợp sệt dựa trên mức độ hoạt động của sản phẩm, bao gồm khả năng chống thấm nước, chống dầu và chống cháy-. Ví dụ, chất phụ gia chống thấm có thể giúp bao bì ổn định hơn trong điều kiện ẩm ướt và chất chống thấm dầu rất tốt cho các tình huống tiếp xúc với thực phẩm. Để có được hiệu quả đúc tốt nhất, nồng độ bùn phải nằm trong khoảng từ 0,5% đến 2% sau khi trộn và giá trị pH phải nằm trong khoảng từ 4,5 đến 5,0.
2. Quá trình tạo hình bao gồm việc lắng đọng các sợi theo ba chiều và định hình cấu trúc của chúng.
Bước quan trọng nhất trong quá trình sản xuất bao bì bột giấy là tạo hình, đó là khi các sợi được đặt trên bề mặt khuôn thông qua sự hấp phụ vật lý hoặc áp suất cơ học để tạo thành hình dạng cần thiết. Tạo hình chân không, tạo hình khí nén và tạo hình vữa đều là những cách phổ biến để thực hiện việc này.
Để tạo hình chân không, đặt khuôn lưới kim loại xốp vào hỗn hợp bùn và dùng bơm chân không để hút không khí ra khỏi khoang khuôn. Điều này sẽ trải đều các sợi trong hỗn hợp trên bề mặt của khuôn lưới. Đưa khuôn ra trạm sấy khi lớp sợi dày từ 2 đến 3 mm. Cách tiếp cận này hoạt động hiệu quả đối với các vật dụng có thành mỏng,{6}}có độ chính xác cao như lớp lót điện thoại và hộp đựng tai nghe.
Cách chế tạo mọi thứ bằng khí nén: Nó sử dụng khí nén làm nguồn năng lượng để tăng tốc độ lắng và làm khô các sợi trên bề mặt khuôn, khác với tạo hình chân không. Phương pháp này hiệu quả hơn để chế tạo mọi thứ, nhưng để tránh sự phân bố sợi không đồng đều, bạn cần hết sức cẩn thận về áp suất không khí và tốc độ dòng bùn.
Cách tạo khuôn bằng vữa: Đối với các mặt hàng có hình dạng phức tạp hoặc các lô được tiêu chuẩn hóa (như đồ ăn), một máy bơm định lượng sẽ đưa bùn vào khoang khuôn kín và các sợi được đặt vào vị trí bằng áp suất và trọng lực của khuôn. Phương pháp này có thể giảm lượng chất thải bùn, nhưng khuôn khá đắt.
3. Tạo hình và sấy khô: biến phôi ẩm thành kết cấu chắc chắn
Phôi ướt được tạo ra có rất nhiều độ ẩm bên trong, lên tới 70% đến 80%. Để loại bỏ độ ẩm và làm cho các sợi dính tốt hơn, nó cần được sấy khô và ép nhiệt. Có hai kiểu sấy: sấy trong khuôn và sấy ngoài khuôn.
Khi sử dụng phương pháp ép ướt, phôi ướt được đưa thẳng vào khuôn ép nóng, tại đây phôi được sấy khô và tạo hình đồng thời ở nhiệt độ 180–220 độ và áp suất 0,4–0,6 MPa. Công nghệ này thường được sử dụng để đóng gói các thiết bị điện tử cao cấp-vì nó có chu kỳ sản xuất nhanh (khoảng 30–50 giây mỗi sản phẩm), bề mặt phẳng và độ chính xác về chiều cao. Ví dụ: dòng Lenovo ThinkPad X1 có lớp lót đúc bằng bột giấy sử dụng phương pháp ép ướt, giúp lớp lót bền hơn 30% so với phương pháp ép khô.
Sấy ngoài (phương pháp ép khô): Các phôi ướt được sấy khô đến độ ẩm từ 15% đến 20% bằng lò sấy hoặc năng lượng mặt trời. Sau đó, chúng được tạo hình bằng cách ép nóng. Phương pháp này không yêu cầu nhiều thiết bị nhưng tỷ lệ hao hụt sản phẩm khá đáng kể (lên đến 5% đến 10%), do đó, phương pháp này phù hợp nhất cho các mặt hàng cấp thấp-như khay đựng trứng và khay đựng trái cây.
4. Sau khi xử lý: Những chỉnh sửa cuối cùng để cải thiện độ chính xác và khả năng sử dụng
Để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng, sản phẩm cần phải trải qua các công đoạn bao gồm cắt, kiểm tra, khử trùng và đóng gói sau khi đã sấy khô và tạo hình.
Cắt và tạo hình cạnh: Sử dụng tia laser hoặc máy móc để cắt bỏ các gờ khỏi vật phẩm và khuôn ép nóng để khắc phục sự biến dạng. Ví dụ: độ chính xác khi cắt của bao bì tai nghe cao cấp-cần được duy trì trong khoảng ± 0,1mm để giảm thiểu các khoảng trống trong quá trình lắp ráp.
Xử lý bề mặt: In, ép hoặc nhuộm theo yêu cầu. Công nghệ in mực-nước có thể tạo ra các mẫu đẹp mắt với nhiều màu sắc và lớp phủ màng PLA có thể giúp bao bì có khả năng chống ẩm tốt hơn. Một số sản phẩm cũng sẽ sử dụng phương pháp in chuyển để in các logo phức tạp trên các bề mặt không đều.
Kiểm soát chất lượng: Máy được sử dụng để kiểm tra kích thước, độ bền và độ sạch của sản phẩm. Ví dụ: bạn có thể sử dụng máy kiểm tra độ nén để xem liệu bao bì có thể chịu được độ rơi 1,5 mét hoặc sắc ký khí để tìm ra dư lượng vật liệu nguy hiểm hay không.
5. Đổi mới quy trình: yếu tố chính giúp các ngành công nghiệp tốt hơn
Với công nghệ mới, quy trình sản xuất bao bì bột giấy đúc ngày càng trở nên thông minh và hiệu quả hơn:
Hệ thống tuần hoàn khép kín: Một số công ty sử dụng công nghệ tuần hoàn nước và thu hồi bột giấy để làm sạch nước thải sản xuất và sử dụng lại để sản xuất bột giấy. Điều này làm giảm lượng nước sử dụng hơn 30%.
Thiết kế khuôn kỹ thuật số: Sử dụng công nghệ CAD/CAM để cải thiện cấu trúc của khuôn để cần ít thử nghiệm hơn. Chẳng hạn, hiện nay chỉ mất 18 ngày để làm khuôn đóng gói cho Huawei Mate 60 Pro thay vì 45 ngày.
Thêm nanocellulose vào bao bì có thể làm cho bao bì bền hơn 40% và sử dụng ít nguyên liệu thô hơn. Thông qua công nghệ này, bao bì sợi tre của Sony tại buổi thuyết trình CES 2025 có thể chịu được áp suất 120 kPa.
