一, Αρχές δομικού σχεδιασμού: Μετάβαση από τα μηχανικά μοντέλα στη λειτουργική ολοκλήρωση
1. Τρισδιάστατη-δομή κηρήθρας: ο κύριος τρόπος με τον οποίο χάνεται η ενέργεια
Τα τσιπ και οι οπτικοί φακοί είναι δύο παραδείγματα ηλεκτρονικών προϊόντων υψηλής-ακρίβειας που είναι πολύ ευαίσθητα στην κρουστική ενέργεια. Η βιομιμητική αρχιτεκτονική δομής κηρήθρας του χυτευμένου πολτού διαχέει την ενέργεια κρούσης σε πολλές ξεχωριστές μονάδες. Για παράδειγμα, μια μάρκα συσκευασίας lidar διαθέτει εξαγωνικές κυψελίδες μήκους 8 mm σε κάθε πλευρά και πάχους 0,5 mm στους τοίχους. Η μέγιστη επιτάχυνση μειώθηκε από 1200 g κανονικού αφρού EPS σε 380 g στη δοκιμή πτώσης 1,2 m, που προστάτευσε την εσωτερική δομή ακριβείας.
Σημεία σχεδιασμού:
Βελτιστοποίηση του μεγέθους της μονάδας: Είναι καλύτερο να διατηρείτε το μήκος της πλευράς της μονάδας κηρήθρας προς την αναλογία διαστάσεων προϊόντος μεταξύ 1:5 και 1:8 με βάση το βάρος και το μέγεθος του αντικειμένου.
Σχεδιασμός για κλίση πάχους τοίχου: Για να κάνετε τον τοίχο πιο άκαμπτο σε αυτήν την περιοχή, κάντε τον πάχος 0,8 mm στην πλευρά του προϊόντος. Για να το κάνετε καλύτερο στην απορρόφηση ενέργειας, κάντε το πάχος 0,3 mm εξωτερικά.
Επαλήθευση δυναμικής προσομοίωσης: Χρησιμοποιήστε το λογισμικό LS-DYNA για να προσομοιώσετε πτώση 1,5 μέτρου και να βρείτε την καλύτερη γωνία για τη διάταξη της κηρήθρας (συνήθως 45 μοίρες ως προς την κατεύθυνση της πρόσκρουσης).
2. Ενίσχυση σύνθετου υλικού: υπερβαίνει τα όρια απόδοσης πολτού
Ο συντελεστής ελαστικότητας της τυπικής χύτευσης χαρτοπολτού είναι μόνο 0,2–0,5 GPa, γεγονός που καθιστά δύσκολο για τον βαρύ εξοπλισμό όπως διακομιστές και βιομηχανικούς ελεγκτές να αντέξουν. Η προσθήκη ενισχυτικών υλικών νανοκυτταρίνης (NCC) ή ανθρακονημάτων (CF) μπορεί να αυξήσει το μέτρο μεταξύ 2 και 5 GPa. Για παράδειγμα, η συσκευασία της μπαταρίας για το Huawei Mate 60 είναι κατασκευασμένη από σύνθετο πολτό που αποτελείται από 30% ίνες γυαλιού. Η παραμόρφωση σε μια δοκιμή στοίβαξης 50 κιλών είναι μόνο 1,2 mm, που είναι 76% μικρότερη από τον καθαρό πολτό.
Σχεδιάζοντας μια φόρμουλα για υλικά:
Αποτέλεσμα της προσθήκης κατηγορίας υλικού στην αναλογία βελτίωσης απόδοσης
Η αντοχή σε εφελκυσμό της νανοκυτταρίνης (NCC) αυξάνεται κατά 5-10% και ο ρυθμός απορρόφησης νερού μειώνεται κατά 30%.
Οι ίνες άνθρακα (CF) έχουν 15-20% υψηλότερο συντελεστή ελαστικότητας και 300% υψηλότερη αγωγιμότητα.
Η ρητίνη βιολογικής-με αντίσταση στη θερμοκρασία 5–8% ανυψώθηκε στους 120 βαθμούς ενώ εξακολουθούσε να είναι βιοδιασπώμενη.
3. Ενσωμάτωση λειτουργικών επιστρώσεων: Δημιουργία πολλών φραγμών για προστασία
Ο στατικός ηλεκτρισμός, οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) και η μικροβιολογική μόλυνση μπορούν όλα να προκαλέσουν προβλήματα με τα ηλεκτρονικά προϊόντα υψηλής ακρίβειας-. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία επιφανειακής επίστρωσης, μπορείτε να έχετε το "αντι-στατικό+θωράκιση+αντιβακτηριακό" αποτέλεσμα:
Προσθέστε 2–5% αιθάλη ή γραφένιο στην επιφάνεια για να την καταστήσετε λιγότερο ανθεκτική στην ηλεκτρική ενέργεια (10 6–10 Ω/sq), που πληροί το πρότυπο IEC 61340–5–1.
Επικάλυψη για ηλεκτρομαγνητική θωράκιση: Σύνθετο κάλυμμα από επινικελωμένη ίνα (5 μm) που μειώνει το βάρος κατά 60% σε σύγκριση με την τυπική μεταλλική θωράκιση και εμποδίζει τον ήχο 40 dB στην περιοχή συχνοτήτων 1-18 GHz.
Αντιβακτηριδιακή επίστρωση: Όταν υποβληθεί σε επεξεργασία με νανοιόντα αργύρου (Ag + συγκέντρωση 50 ppm), σταματά περισσότερο από το 99% της Escherichia coli και του Staphylococcus aureus από την ανάπτυξη.
2, Βασικές τεχνολογικές παράμετροι: ακριβής έλεγχος από το εργαστήριο έως τη μαζική παραγωγή
1. Κάνοντας τις ρυθμίσεις για τη διαδικασία χύτευσης να λειτουργούν καλύτερα
Οι μηχανικές ιδιότητες του χυτευμένου πολτού επηρεάζονται άμεσα από την πυκνότητά του (0,4–0,8 g/cm³). Μπορείτε να αποκτήσετε πολύ ακριβή έλεγχο της πυκνότητας αλλάζοντας τη θερμοκρασία (180–250 μοίρες), την πίεση (5–10 MPa) και τον χρόνο διατήρησης (10–30 δευτερόλεπτα) κατά τη διαδικασία της θερμής συμπίεσης.
Χαμηλή πυκνότητα (0,4–0,5 g/cm ³): κατάλληλο για ελαφριές συσκευασίες αντικραδασμικής προστασίας όπως κινητά τηλέφωνα και ακουστικά. Μπορεί να απορροφήσει έως και το 85% της κρούσης.
Υψηλή πυκνότητα (0,6–0,8 g/cm ³): χρησιμοποιείται για την υποστήριξη μεγάλων μηχανημάτων όπως διακομιστές και βιομηχανικά ρομπότ. Μπορεί να κρατήσει πίεση έως και 15–20 MPa.
Η συσκευασία του φορητού υπολογιστή Dell XPS 13 έχει σχεδίαση πυκνότητας κλίσης, με πυκνότητα 0,7 g/cm³ στην κάτω περιοχή στήριξης και 0,45 g/cm³ στην επάνω περιοχή αποθήκευσης. Το ποσοστό βλάβης της οθόνης μειώθηκε από 18% σε 3% όταν η δοκιμή πτώσης ήταν 1,5 μέτρο.
2. Κλίση ξεκαλουπώματος και ακτίνα φιλέτου: Οι ηλεκτρονικές συσκευές που πρέπει να είναι πολύ ακριβείς χρειάζονται συσκευασία που είναι πολύ ακριβής (ανοχή ± 0,1 mm) και η κλίση ξεκαλουπώματος και η ακτίνα φιλέτου πρέπει να ελέγχονται αυστηρά.
Κλίση ξεκαλουπώματος: Η κλίση της εσωτερικής κοιλότητας είναι 1–3 μοίρες, ενώ η κλίση του εξωτερικού τοίχου είναι 0,5–1 μοίρες. Αυτό εμποδίζει το προϊόν να κολλήσει ή η συσκευασία να μην αλλάξει σχήμα.
Ακτίνα στρογγυλοποίησης: Οι στρογγυλεμένες γωνίες R3-R5mm χρησιμοποιούνται στη μετάβαση της κατασκευής σε χαμηλότερη συγκέντρωση τάσης (ο συντελεστής συγκέντρωσης τάσης μειώνεται κατά 40%).
Επαλήθευση της προσομοίωσης: Χρησιμοποιώντας τον πάγκο εργασίας ANSYS για τη μοντελοποίηση της διαδικασίας ξεκαλουπώματος και την εύρεση του καλύτερου συνδυασμού κλίσης και φιλέτου, η διάρκεια ζωής του καλουπιού επεκτάθηκε από 50.000 χρήσεις σε 200.000 χρήσεις.
3. Συνεργατικό σχέδιο με πολλές κοιλότητες
Απαιτείται σχεδιασμός πολλαπλών-κοιλοτήτων για ηλεκτρονικές συσκευές με πολλαπλά εξαρτήματα (όπως drones και ιατρικό εξοπλισμό) ώστε να έχουν τη σωστή θέση και προστασία από μόνες τους:
Ανεξάρτητος θάλαμος: Κάθε εξάρτημα πυρήνα, όπως ένα τσιπ ή κινητήρας, έχει το δικό του θάλαμο μεγέθους ± 0,05 mm για να μην χτυπήσει το ένα το άλλο κατά τη μετακίνηση.
Κανάλι σύνδεσης: Για να διατηρήσετε την πίεση του αέρα ομοιόμορφη και να διευκολύνετε το άνοιγμα του κουτιού, τοποθετήστε ανοίγματα αναπνοής πλάτους 0,5 mm μεταξύ των θαλάμων.
Το DJI Mavic 3 drone έρχεται σε θήκη με 12 κοιλότητες, το καθένα με τη δική του υποδοχή για την μπαταρία, το αντίζυμο και τις λεπίδες. Το ποσοστό ζημιάς κατά την αποσυσκευασία έχει μειωθεί από 3% σε 0,2%.
3, Μια κοινή περίπτωση χρήσης είναι για ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης και βιομηχανικό εξοπλισμό.
1. Συσκευασία τσιπ υψηλής-ακρίβειας: μια λύση που προστατεύει σε επίπεδο μικρομέτρου
Η συσκευασία για τσιπ επεξεργασίας 5 nm από μια συγκεκριμένη μάρκα πρέπει να ταιριάζει με αυτά τα πρότυπα:
Μη στατική: Η ειδική αντίσταση επιφάνειας είναι μικρότερη ή ίση με 10 ΩΩ/τετρ.
Αντοχή στην υγρασία: ο ρυθμός με τον οποίο απορροφά την υγρασία πρέπει να είναι μικρότερος από 2% (σε ατμόσφαιρα με υγρασία 85% για 48 ώρες).
Buffer: 1 μέτρο πτώση: μέγιστη επιτάχυνση 500g
Απάντηση:
Το υλικό είναι ο πολτός ενισχυμένος με νανοκυτταρίνη (NCC 8%+Fiberglass 15%).
Δομή: Σχέδιο κηρήθρας διπλού-με πλάγια μήκη 6 mm στην επάνω κηρήθρα και μήκος πλευράς 10 mm στην κάτω κηρήθρα.
Επίστρωση: Αντιστατική επίστρωση γραφενίου (πάχος 2 μ m) + επίστρωση από υγρασία διατόμων-αντιστατική επίστρωση (πάχος 5 μ m)
Αποτελέσματα του τεστ:
Δοκιμή πτώσης: 1,2 μέτρα κάτω, 420 g μέγιστη επιτάχυνση
Δοκιμή για αντοχή στην υγρασία: 85% υγρασία, 1,8% ρυθμός απορρόφησης υγρασίας σε 48 ώρες
Δοκιμή για ηλεκτροστατική ενέργεια: Επιφανειακή αντίσταση: 6,2 × 10 ΩΩ/τετρ.
2. Συσκευασία για ιατρικό εξοπλισμό: δύο προβλήματα προς επίλυση: διατήρησή του καθαρού και ασφαλούς
Η συσκευασία για ένα φορητό διαγνωστικό όργανο υπερήχων από μια συγκεκριμένη μάρκα πρέπει να ταιριάζει με αυτά τα πρότυπα:
Απαίτηση ασηπτικής: Πληροί το πρότυπο ιατρικού βαθμού ISO 11737-1
Απόδοση buffer: Μια πτώση 1,5 μέτρου δεν το βλάπτει.
Περιβαλλοντική συμμόρφωση: Η T Ü V Austria επιβεβαίωσε ότι είναι 100% ανακυκλώσιμο και βιοαποδομήσιμο.
Ίνες μπαμπού (60%), ρητίνη βιολογικής-βάσης (20%) και αντιβακτηριδιακός παράγοντας νανοάργυρου (0,5%) συνθέτουν το υλικό.
Δομή: υποστήριξη 3D πλέγματος και ανεξάρτητη θέση κοιλότητας
κάλυψη: PLA βιοδιασπώμενο κάλυμμα προστασίας από την υγρασία-πάχους 8 μm
Αποτελέσματα του τεστ:
Μικροβιακός έλεγχος: Το 99,9% των Escherichia coli και Staphylococcus aureus σταμάτησαν.
Δοκιμή πτώσης: πτώση 1,5 μέτρων, κίνηση καθετήρα 0,3 mm
Δοκιμή αποικοδόμησης: Μετά από 180 ημέρες, το βιομηχανικό κομπόστ είχε ρυθμό αποδόμησης 92%.
