一, Principis de disseny estructural: transició dels models mecànics a la integració funcional
1. Estructura de bresca tridimensional-: la forma principal de pèrdua d'energia
Els xips i les lents òptiques són dos exemples de productes electrònics d'alta-precisió que són molt sensibles a l'energia d'impacte. L'arquitectura biomimètica d'estructura de bresca de la polpa modelada distribueix l'energia d'impacte a moltes unitats separades. Per exemple, una marca d'envasos lidar inclou cèl·lules de bresca hexagonals de 8 mm de llarg a cada costat i 0,5 mm de gruix a les parets. L'acceleració màxima es va reduir de 1200 g d'escuma EPS normal a 380 g en la prova de caiguda d'1,2 m, que va protegir l'estructura de precisió interna.
Punts de disseny:
Optimització de la mida de la unitat: el millor és mantenir la relació d'aspecte entre la longitud del costat de la unitat de bresca i el producte entre 1:5 i 1:8 segons el pes i la mida de l'article.
Disseny per a un gradient de gruix de paret: per fer que la paret sigui més rígida en aquesta zona, feu que tingui un gruix de 0,8 mm al costat del producte. Per millorar l'absorció d'energia, feu-lo de 0,3 mm de gruix a l'exterior.
Verificació de la simulació dinàmica: utilitzeu el programari LS-DYNA per simular una caiguda d'1,5 metres i trobar el millor angle per a la disposició de bresca (normalment 45 graus amb la direcció de l'impacte).
2. Reforç de material compost: superant els límits de rendiment de la pasta
El mòdul elàstic de l'emmotllament de pasta típica és de només 0,2-0,5 GPa, cosa que dificulta que els equips pesats com servidors i controladors industrials puguin aguantar. L'addició de materials de reforç de nanocel·lulosa (NCC) o fibra de carboni (CF) pot augmentar el mòdul entre 2 i 5 GPa. Per exemple, l'embalatge de la bateria del Huawei Mate 60 està fet de polpa composta que és un 30% de fibra de vidre. La distorsió en una prova d'apilament de 50 kg és de només 1,2 mm, que és un 76% menys que la polpa pura.
Disseny d'una fórmula per als materials:
Efecte d'afegir una classe de material a la relació de millora del rendiment
La resistència a la tracció de la nanocel·lulosa (NCC) augmenta entre un 5 i un 10% i la taxa d'absorció d'aigua baixa un 30%.
La fibra de carboni (CF) té un mòdul elàstic un 15-20% més gran i una conductivitat un 300% més alta.
La resina bio-amb una resistència a la temperatura del 5-8% es va elevar a 120 graus tot i que encara era biodegradable.
3. Integració de recobriments funcionals: Realització de diverses barreres a salvaguardar
L'electricitat estàtica, la interferència electromagnètica (EMI) i la contaminació microbiològica poden causar problemes amb els productes electrònics d'alta{0}}precisió. Amb la tecnologia de recobriment de superfícies, podeu obtenir l'efecte "anti-estàtic+protecció+antibacterià":
Afegiu un 2-5% de negre de carboni o grafè a la superfície per fer-la menys resistent a l'electricitat (10 ⁶–10 ⁹ Ω/sq), que compleix l'estàndard IEC 61340-5-1.
Recobriment per a blindatge electromagnètic: recobriment compost de fibra níquel-(5 μm) que redueix el pes un 60 % en comparació amb el blindatge metàl·lic típic i bloqueja 40 dB de so en el rang de freqüència d'1 a 18 GHz.
Recobriment antibacterià: quan es tracta amb nano ions de plata (Ag + concentració 50 ppm), impedeix que més del 99% d'Escherichia coli i Staphylococcus aureus creixin.
2, Paràmetres tecnològics clau: control exacte des del laboratori fins a la producció en massa
1. Fer que la configuració del procés d'emmotllament funcioni millor
Les propietats mecàniques de la pasta modelada es veuen directament afectades per la seva densitat (0,4-0,8 g/cm³). Podeu obtenir un control de densitat molt exacte canviant la temperatura (180-250 graus), la pressió (5-10 MPa) i el temps de retenció (10-30 segons) durant el procés de premsat en calent.
Baixa densitat (0,4–0,5 g/cm³): bo per a paquets d'amortiment lleugers com ara telèfons mòbils i auriculars. Pot absorbir fins a un 85% de l'impacte.
Alta densitat (0,6–0,8 g/cm³): s'utilitza per suportar maquinària gran com servidors i robots industrials. Pot aguantar fins a 15-20 MPa de pressió.
L'embalatge del portàtil Dell XPS 13 té un disseny de densitat de degradat, amb una densitat de 0,7 g/cm³ a l'àrea de suport inferior i 0,45 g/cm³ a la zona de memòria intermèdia superior. La taxa de dany a la pantalla va baixar del 18% al 3% quan la prova de caiguda era d'1,5 metres.
2. Pendent de desemmotllament i radi de filet: Els dispositius electrònics que han de ser molt precisos necessiten un embalatge molt precís (tolerància ± 0,1 mm), i el pendent de desemmotllament i el radi de filet s'han de controlar estrictament.
Pendent de desemmotllament: el pendent de la cavitat interior és d'1 a 3 graus, mentre que el pendent de la paret exterior és de 0,5 a 1 graus. Això evita que el producte s'enganxi o que el paquet canviï de forma.
Radi d'arrodoniment: les cantonades arrodonides R3-R5mm s'utilitzen en la transició de l'estructura a una concentració més baixa de tensió (factor de concentració de tensió reduït un 40%).
Verificació de la simulació: utilitzant ANSYS Workbench per modelar el procés de desemmotllament i trobar la millor combinació de pendent i filet, la vida útil del motlle es va ampliar de 50.000 a 200.000 usos.
3. Disseny col·laboratiu amb diverses cavitats
El disseny de diverses-cavitats és necessari perquè els dispositius electrònics amb diverses peces (com ara drons i equips mèdics) tinguin la ubicació i la protecció adequades per si mateixos:
Cambra independent: cada part del nucli, com un xip o un motor, té la seva pròpia cambra que té una mida de ± 0,05 mm per evitar que xoquin entre si mentre es mou.
Canal de connexió: per mantenir la pressió de l'aire uniforme i facilitar l'obertura de la caixa, poseu obertures de respiració de 0,5 mm d'ample entre les cambres.
El drone DJI Mavic 3 ve en un estoig amb 12 cavitats, cadascuna amb la seva pròpia ranura per a la bateria, el cardan i les fulles. La taxa de danys durant el desembalatge ha baixat del 3% al 0,2%.
3, Un cas d'ús comú és per a l'electrònica de consum i els equips industrials.
1. Embalatge de xips d'alta-precisió: una solució que protegeix a nivell micròmetre
L'embalatge dels xips de procés de 5 nm d'una marca determinada ha de coincidir amb aquests estàndards:
No estàtica: la resistivitat superficial és inferior o igual a 10 ΩΩ/sq.
Resistència a la humitat: la velocitat a la qual absorbeix la humitat ha de ser inferior al 2% (en una atmosfera amb un 85% d'humitat durant 48 hores).
Tampó: caiguda d'1 metre: acceleració màxima 500g
Resposta:
El material és la polpa reforçada amb nanocel·lulosa (NCC 8% + fibra de vidre 15%).
Estructura: un disseny de bresca de doble-capa amb una longitud lateral de 6 mm a la part superior i una longitud de 10 mm a la part inferior.
Recobriment: recobriment anti-grafè (2 μ m de gruix) + recobriment a prova d'humitat- de terra de diatomea (5 μ m de gruix)
Resultats de la prova:
Prova de caiguda: 1,2 metres cap avall, 420 g d'acceleració màxima
Prova de resistència a la humitat: 85% d'humitat, 1,8% de taxa d'absorció d'humitat en 48 hores
Prova d'energia electrostàtica: Resistivitat superficial: 6,2 × 10 ΩΩ/sq
2. Embalatge d'equips mèdics: dos problemes a resoldre: mantenir-lo net i segur
L'embalatge d'un instrument de diagnòstic d'ecografia portàtil d'una marca determinada ha de coincidir amb aquests estàndards:
Requisit asèptic: Compleix amb l'estàndard de grau mèdic ISO 11737-1
Rendiment del buffer: una caiguda d'1,5 metres no li fa mal.
Compliment mediambiental: T Ü V Austria ha confirmat que és 100% reciclable i biodegradable.
La fibra de bambú (60%), la resina bio-(20%) i l'agent antibacterià nano plata (0,5%) conformen el material.
Estructura: un suport de malla 3D i ubicació de la cavitat independent
recobriment: recobriment biodegradable de PLA a prova d'humitat{0}}que té un gruix de 8 μm
Resultats de la prova:
Proves microbianes: el 99,9% d'Escherichia coli i Staphylococcus aureus es van aturar.
Prova de caiguda: caiguda d'1,5 metres, moviment de la sonda de 0,3 mm
Prova de degradació: Després de 180 dies, el compost industrial va tenir una taxa de degradació del 92%.
