一،مبادئ التصميم الهيكلي: الانتقال من النماذج الميكانيكية إلى التكامل الوظيفي
1. بنية قرص العسل-ثلاثية الأبعاد: الطريقة الرئيسية التي يتم بها فقدان الطاقة
تعد الرقائق والعدسات البصرية مثالين على-المنتجات الإلكترونية عالية الدقة والحساسة جدًا لطاقة التصادم. تعمل بنية هيكل قرص العسل المحاكاة الحيوية لللب المصبوب على توزيع الطاقة على العديد من الوحدات المنفصلة. على سبيل المثال، تتميز إحدى العلامات التجارية لتغليف الليدار بخلايا قرص العسل السداسية التي يبلغ طولها 8 مم على كل جانب وسمكها 0.5 مم على الجدران. تم تقليل ذروة التسارع من 1200 جرام من رغوة EPS العادية إلى 380 جرام في اختبار السقوط من ارتفاع 1.2 متر، مما أدى إلى حماية الهيكل الداخلي الدقيق.
نقاط التصميم:
تحسين حجم الوحدة: من الأفضل الحفاظ على طول جانب وحدة قرص العسل ونسبة عرض إلى ارتفاع المنتج بين 1:5 و1:8 بناءً على وزن العنصر وحجمه.
تصميم لتدرج سمك الجدار: لجعل الجدار أكثر صلابة في تلك المنطقة، اجعل سمكه 0.8 مم على جانب المنتج. ولجعله أفضل في امتصاص الطاقة، اجعل سمكه من الخارج 0.3 ملم.
التحقق من المحاكاة الديناميكية: استخدم برنامج LS-DYNA لمحاكاة سقوط من ارتفاع 1.5 متر والعثور على أفضل زاوية لتخطيط قرص العسل (عادةً 45 درجة لاتجاه التأثير).
2. تقوية المواد المركبة: تجاوز حدود أداء اللب
يبلغ المعامل المرن لقولبة اللب النموذجية 0.2–0.5 جيجا باسكال فقط، مما يجعل من الصعب على المعدات الثقيلة مثل الخوادم وأجهزة التحكم الصناعية الصمود. يمكن أن تؤدي إضافة مواد تقوية النانو سليلوز (NCC) أو ألياف الكربون (CF) إلى رفع المعامل إلى ما بين 2 و5 جيجا باسكال. على سبيل المثال، فإن غلاف بطارية هاتف Huawei Mate 60 مصنوع من لب مركب يتكون من 30% من الألياف الزجاجية. يبلغ التشوه في اختبار التراص 50 كجم 1.2 مم فقط، وهو أقل بنسبة 76% من اللب النقي.
تصميم صيغة للمواد:
تأثير إضافة فئة المادة إلى نسبة تحسين الأداء
ترتفع قوة الشد للنانو السليلوز (NCC) بنسبة 5-10% وينخفض معدل امتصاص الماء بنسبة 30%.
تتمتع ألياف الكربون (CF) بمعامل مرونة أعلى بنسبة 15-20% وموصلية أعلى بنسبة 300%.
تم رفع الراتينج الحيوي-الذي يتميز بمقاومة درجات الحرارة بنسبة 5-8% إلى 120 درجة بينما لا يزال قابلاً للتحلل الحيوي.
3. تكامل الطلاءات الوظيفية: عمل عدة حواجز أمام الحماية
يمكن أن تتسبب الكهرباء الساكنة والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) والتلوث الميكروبيولوجي في حدوث مشكلات مع-المنتجات الإلكترونية عالية الدقة. باستخدام تقنية طلاء السطح، يمكنك الحصول على التأثير "المضاد-الساكن+الدرع+المضاد للبكتيريا":
أضف 2-5% من أسود الكربون أو الجرافين إلى السطح لجعله أقل مقاومة للكهرباء (10 ⁶–10 ⁹ Ω/sq)، وهو ما يتوافق مع معيار IEC 61340–5–1.
طبقة الحماية الكهرومغناطيسية: غطاء مركب من الألياف المطلية بالنيكل (5 ميكرومتر) يخفض الوزن بنسبة 60% مقارنة بالدرع المعدني النموذجي ويحجب 40 ديسيبل من الصوت في نطاق التردد 1-18 جيجا هرتز.
طلاء مضاد للبكتيريا: عند معالجته بأيونات الفضة النانوية (Ag + تركيز 50 جزء في المليون)، فإنه يمنع نمو أكثر من 99% من الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية.
2، المعلمات التكنولوجية الرئيسية: التحكم الدقيق من المختبر إلى الإنتاج الضخم
1. جعل إعدادات عملية التشكيل تعمل بشكل أفضل
تتأثر الخواص الميكانيكية لللب المقولب بشكل مباشر بكثافته (0.4-0.8 جم/سم3). يمكنك الحصول على تحكم دقيق للغاية في الكثافة عن طريق تغيير درجة الحرارة (180-250 درجة)، والضغط (5-10 ميجا باسكال)، ووقت الانتظار (10-30 ثانية) أثناء عملية الضغط الساخن.
كثافة منخفضة (0.4-0.5 جم/سم ³): جيدة لحزم التوسيد خفيفة الوزن مثل الهواتف المحمولة وسماعات الرأس. يمكنها امتصاص ما يصل إلى 85٪ من التأثير.
كثافة عالية (0.6–0.8 جم/سم 3): تستخدم لدعم الآلات الكبيرة مثل الخوادم والروبوتات الصناعية. يمكن أن يتحمل ما يصل إلى 15-20 ميجا باسكال من الضغط.
تتميز عبوة الكمبيوتر المحمول Dell XPS 13 بتصميم متدرج الكثافة، بكثافة تبلغ 0.7 جم/سم مكعب في منطقة الدعم السفلية و0.45 جم/سم3 في منطقة المخزن المؤقت العلوية. انخفض معدل تلف الشاشة من 18% إلى 3% عندما كان اختبار السقوط من ارتفاع 1.5 متر.
2. منحدر إزالة القوالب ونصف قطر الشرائح: الأجهزة الإلكترونية التي تحتاج إلى أن تكون دقيقة للغاية تحتاج إلى تعبئة دقيقة للغاية (التسامح ± 0.1 مم)، ويجب التحكم بشكل صارم في ميل إزالة القالب ونصف قطر الشرائح.
منحدر إزالة القولبة: يبلغ ميل التجويف الداخلي 1-3 درجة، بينما يبلغ ميل الجدار الخارجي 0.5-1 درجة. يؤدي ذلك إلى منع المنتج من الالتصاق أو تغيير شكل العبوة.
نصف القطر الدائري: يتم استخدام الزوايا الدائرية R3-R5mm في انتقال الهيكل إلى تركيز إجهاد أقل (عامل تركيز الإجهاد منخفض بنسبة 40%).
التحقق من المحاكاة: باستخدام ANSYS Workbench لنمذجة عملية التشكيل والعثور على أفضل مزيج من المنحدرات والشرائح، تم إطالة عمر القالب من 50000 استخدام إلى 200000 استخدام.
3. التصميم التعاوني مع تجاويف متعددة
يعد التصميم متعدد التجاويف- ضروريًا للأجهزة الإلكترونية التي تحتوي على أجزاء متعددة (مثل الطائرات بدون طيار والمعدات الطبية) للحصول على الموقع المناسب والحماية بمفردها:
غرفة مستقلة: كل جزء أساسي، مثل الشريحة أو المحرك، له حجرته الخاصة التي يبلغ حجمها ± 0.05 مم لمنعها من الاصطدام ببعضها البعض أثناء تحريكها.
قناة التوصيل: للحفاظ على ضغط الهواء متساويًا وتسهيل فتح الصندوق، ضع فتحات تنفس بعرض 0.5 مم بين الغرف.
تأتي طائرة DJI Mavic 3 بدون طيار في علبة تحتوي على 12 تجويفًا، لكل منها فتحة خاصة بها للبطارية والمحور والشفرات. انخفض معدل الضرر أثناء التفريغ من 3% إلى 0.2%.
3، حالة الاستخدام الشائع هي للإلكترونيات الاستهلاكية والمعدات الصناعية.
1. تغليف الرقائق -عالية الدقة: حل يوفر الحماية على مستوى الميكرومتر
يجب أن تتوافق عبوات رقائق المعالجة 5 نانومتر من علامة تجارية معينة مع هذه المعايير:
غير ثابتة: مقاومة السطح أقل من أو تساوي 10 ΩΩ/sq.
مقاومة الرطوبة: يجب أن تكون نسبة امتصاصه للرطوبة أقل من 2% (في جو بنسبة رطوبة 85% لمدة 48 ساعة).
المخزن المؤقت: انخفاض 1 متر: ذروة التسارع 500 جرام
إجابة:
اللب المقوى بالنانوسليلوز (NCC 8% + ألياف زجاجية 15%) هو المادة.
الهيكل: تصميم على شكل قرص عسل مزدوج-يبلغ طول الجانب 6 مم في الجزء العلوي من قرص العسل وطول الجانب 10 مم في الجزء السفلي من قرص العسل.
الطلاء: طلاء جرافين مضاد للكهرباء الساكنة- (سمك 2 ميكرومتر) + طلاء مقاوم للرطوبة الترابية الدياتومية- (سمك 5 ميكرومتر)
نتائج الاختبار:
اختبار السقوط: 1.2 متر للأسفل، 420 جرام كحد أقصى للتسارع
اختبار مقاومة الرطوبة: 85% رطوبة، 1.8% معدل امتصاص الرطوبة خلال 48 ساعة
اختبار الطاقة الكهروستاتيكية: مقاومة السطح: 6.2 × 10 ΩΩ/sq
2. تغليف المعدات الطبية: مشكلتان يجب حلهما: الحفاظ على نظافتها وأمانها
يجب أن تتوافق عبوة أداة التشخيص المحمولة بالموجات فوق الصوتية من علامة تجارية معينة مع هذه المعايير:
متطلبات التعقيم: تلبي معايير الدرجة الطبية ISO 11737-1
أداء المخزن المؤقت: انخفاض بمقدار 1.5 متر لا يضر به.
الامتثال البيئي: أكدت شركة TÜV Austria أنها قابلة لإعادة التدوير والتحلل البيولوجي بنسبة 100%.
تتكون المادة من ألياف الخيزران (60%)، والراتنج الحيوي (20%)، وعامل الفضة النانوية المضاد للبكتيريا (0.5%).
الهيكل: دعم شبكي ثلاثي الأبعاد وموقع تجويف مستقل
الغطاء: غطاء مقاوم للرطوبة قابل للتحلل من مادة PLA- ويبلغ سمكه 8 ميكرومتر
نتائج الاختبار:
الاختبارات الميكروبية: تم إيقاف 99.9% من الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية.
اختبار السقوط: سقوط 1.5 متر، حركة المسبار 0.3 مم
اختبار التحلل: بعد 180 يومًا، وصل معدل تحلل السماد الصناعي إلى 92%.
