一, Strukturelle designprincipper: Overgang fra mekaniske modeller til funktionel integration
1. Tre-dimensionel bikagestruktur: den vigtigste måde, hvorpå energi går tabt
Chips og optiske linser er to eksempler på høj-elektronikprodukter, der er meget følsomme over for stødenergi. Den biomimetiske honeycomb-strukturarkitektur af støbt pulp spreder slagenergi til mange separate enheder. For eksempel har et mærke af lidar-emballage hexagonale honeycomb-celler, der er 8 mm lange på hver side og 0,5 mm tykke på væggene. Den maksimale acceleration reducerede fra 1200 g almindeligt EPS-skum til 380 g i 1,2 m faldtesten, hvilket beskyttede den interne præcisionsstruktur.
Designpunkter:
Optimering af størrelsen af enheden: Det er bedst at holde honeycomb-enhedens sidelængde i forhold til produktets størrelsesforhold mellem 1:5 og 1:8 baseret på emnets vægt og størrelse.
Design til en vægtykkelsesgradient: For at gøre væggen stivere i det område, gør den 0,8 mm tyk på produktsiden. For at gøre den bedre til at absorbere energi, gør den 0,3 mm tyk på ydersiden.
Bekræftelse af dynamisk simulering: Brug LS-DYNA-software til at simulere et fald på 1,5 meter og finde den bedste vinkel til bikagelayoutet (typisk 45 grader i forhold til anslagsretningen).
2. Forstærkning af kompositmateriale: går ud over grænserne for papirmassens ydeevne
Elasticitetsmodulet for typisk pulpstøbning er kun 0,2-0,5 GPa, hvilket gør det svært for tungt udstyr som servere og industrielle controllere at holde stand. Tilføjelse af nanocellulose (NCC) eller kulfiber (CF) forstærkningsmaterialer kan hæve modulet til mellem 2 og 5 GPa. For eksempel er batteriemballagen til Huawei Mate 60 lavet af kompositmasse, der er 30 % glasfiber. Forvrængningen i en 50 kg stablingstest er kun 1,2 mm, hvilket er 76 % mindre end ren pulp.
Design af en formel for materialer:
Effekten af at tilføje en materialeklasse til ydelsesforbedringsforholdet
Trækstyrken af nanocellulose (NCC) stiger med 5-10%, og vandabsorptionshastigheden falder med 30%.
Kulfiber (CF) har et 15-20% højere elasticitetsmodul og en 300% højere ledningsevne.
Bio-baseret harpiks med en temperaturbestandighed på 5-8 % blev hævet til 120 grader, mens den stadig var biologisk nedbrydelig.
3. Integration af funktionelle belægninger: At lave flere barrierer at sikre
Statisk elektricitet, elektromagnetisk interferens (EMI) og mikrobiologisk kontaminering kan alle forårsage problemer med høj-elektronikprodukter med høj præcision. Ved at bruge overfladebelægningsteknologi kan du få den "anti-statiske+afskærmende+antibakterielle" effekt:
Tilføj 2–5 % carbon black eller grafen til overfladen for at gøre den mindre modstandsdygtig over for elektricitet (10 ⁶–10 ⁹ Ω/sq), som opfylder IEC 61340–5–1-standarden.
Belægning til elektromagnetisk afskærmning: Nikkel-belagt fiber (5 μm) kompositbelægning, der reducerer vægten med 60 % sammenlignet med typisk metalafskærmning og blokerer 40dB lyd i frekvensområdet 1-18GHz.
Antibakteriel belægning: Når den behandles med nano-sølvioner (Ag + koncentration 50ppm), stopper den mere end 99% af Escherichia coli og Staphylococcus aureus i at vokse.
2, nøgleteknologiske parametre: nøjagtig kontrol fra laboratoriet til masseproduktion
1. Få indstillingerne til støbeprocessen til at fungere bedre
De mekaniske egenskaber af støbt papirmasse påvirkes direkte af dens massefylde (0,4-0,8 g/cm³). Du kan få meget nøjagtig tæthedskontrol ved at ændre temperaturen (180–250 grader), trykket (5–10 MPa) og holdetiden (10–30 sekunder) under varmpresningsprocessen.
Lav densitet (0,4–0,5 g/cm³): god til lette dæmpningspakker som mobiltelefoner og hovedtelefoner. Den kan absorbere op til 85 % af stødet.
Høj densitet (0,6–0,8 g/cm³): Bruges til at understøtte store maskiner som servere og industrirobotter. Det kan holde op til 15-20 MPa tryk.
Emballagen til Dell XPS 13 notebook har et gradientdensitetsdesign med en tæthed på 0,7g/cm³ i det nederste støtteområde og 0,45g/cm³ i det øverste bufferområde. Skærmskaderaten faldt fra 18 % til 3 %, da faldtesten var 1,5 meter.
2. Afformningshældning og fileteradius: Elektroniske enheder, der skal være meget præcise, har brug for en emballage, der er meget præcis (tolerance ± 0,1 mm), og afformningshældningen og fileteradius skal være strengt kontrolleret.
Afformningshældning: Hældningen af det indre hulrum er 1-3 grader, mens hældningen på ydervæggen er 0,5-1 grad. Dette forhindrer, at produktet sætter sig fast, eller at pakken ændrer form.
Afrundingsradius: R3-R5mm afrundede hjørner anvendes i strukturens overgang til lavere spændingskoncentration (spændingskoncentrationsfaktor sænket med 40%).
Verifikation af simuleringen: Ved at bruge ANSYS Workbench til at modellere afformningsprocessen og finde den bedste hældnings- og filetkombination, blev formens levetid forlænget fra 50.000 anvendelser til 200.000 anvendelser.
3. Samarbejdsdesign med flere hulrum
Multi-hulrumsdesign er nødvendigt for, at elektroniske enheder med flere dele (såsom droner og medicinsk udstyr) kan have den rigtige placering og beskyttelse alene:
Uafhængigt kammer: Hver kernedel, som en chip eller motor, har sit eget kammer, der er ± 0,05 mm i størrelse for at forhindre dem i at ramme hinanden, mens de flyttes.
Forbindelseskanal: For at holde lufttrykket jævnt og gøre det nemmere at åbne boksen, sættes 0,5 mm brede åndehuller mellem kamrene.
DJI Mavic 3-dronen kommer i et etui med 12 hulrum, hver med sit eget slot til batteri, gimbal og klinger. Skadeprocenten under udpakning er faldet fra 3 % til 0,2 %.
3, En almindelig brugssag er for forbrugerelektronik og industrielt udstyr.
1. Høj-chipemballage: en løsning, der beskytter på mikrometerniveau
Emballagen til 5nm proceschips fra et givet mærke skal matche disse standarder:
Ikke statisk: Overfladeresistivitet er mindre end eller lig med 10 ΩΩ/sq.
Fugtbestandighed: den hastighed, hvormed den absorberer fugt, skal være mindre end 2 % (i en atmosfære med 85 % luftfugtighed i 48 timer).
Buffer: 1 meter fald: maksimal acceleration 500g
Svar:
Nanocellulose Forstærket Pulp (NCC 8%+Fiberglass 15%) er materialet.
Struktur: Et dobbelt-lags bikagedesign med en sidelængde på 6 mm på den øverste bikage og en 10 mm sidelængde på den nederste bikage.
Belægning: Grafen anti-statisk belægning (2 μm tyk) + Diatoméjordfugtighed-bestandig belægning (5 μm tyk)
Resultater af testen:
Faldtest: 1,2 meter ned, 420g max acceleration
Test for fugtbestandighed: 85 % fugtighed, 1,8 % fugtabsorptionshastighed på 48 timer
Test for elektrostatisk energi: Overflademodstand: 6,2 × 10 ΩΩ/sq
2. Emballage til medicinsk udstyr: to problemer at løse: at holde det rent og sikkert
Emballagen til et bærbart ultralydsdiagnostisk instrument fra et givet mærke skal matche disse standarder:
Aseptisk krav: Opfylder den medicinske standard ISO 11737-1
Bufferydelse: Et fald på 1,5 meter skader det ikke.
Miljøoverholdelse: T Ü V Østrig har bekræftet, at det er 100 % genanvendeligt og biologisk nedbrydeligt.
Bambusfiber (60 %), bio-baseret harpiks (20 %) og antibakterielt middel i nano-sølv (0,5 %) udgør materialet.
Struktur: en 3D mesh-støtte og uafhængig hulrumsplacering
belægning: PLA biologisk nedbrydelig fugt-sikker belægning, der er 8 μm tyk
Resultater af testen:
Mikrobiel testning: 99,9% af Escherichia coli og Staphylococcus aureus blev stoppet.
Faldtest: 1,5 meters fald, 0,3 mm sondebevægelse
Nedbrydningstest: Efter 180 dage havde industriel kompost en nedbrydningsrate på 92%.
