اصول طراحی سازه: گذار از مدل های مکانیکی به یکپارچه سازی عملکردی
1. ساختار لانه زنبوری سه بعدی: راه اصلی از دست رفتن انرژی
تراشه ها و لنزهای نوری دو نمونه از محصولات الکترونیکی-با دقت بالا هستند که به انرژی ضربه بسیار حساس هستند. معماری ساختار لانه زنبوری بیومیمتیک خمیرهای قالبگیری شده، انرژی ضربه را به بسیاری از واحدهای جداگانه پخش میکند. به عنوان مثال، برندی از بسته بندی لیدار دارای سلول های لانه زنبوری شش ضلعی است که در هر طرف 8 میلی متر طول و 0.5 میلی متر ضخامت روی دیوارها دارند. اوج شتاب از 1200 گرم فوم معمولی EPS به 380 گرم در تست افت 1.2 متری کاهش یافت که از ساختار دقیق داخلی محافظت کرد.
نکات طراحی:
بهینه سازی اندازه دستگاه: بهترین کار این است که طول ضلع لانه زنبوری به نسبت ابعاد محصول بین 1:5 و 1:8 بر اساس وزن و اندازه مورد باشد.
طراحی برای گرادیان ضخامت دیوار: برای سفتتر کردن دیوار در آن ناحیه، آن را 0.8 میلیمتر در سمت محصول قرار دهید. برای بهتر جذب انرژی، ضخامت آن را در قسمت بیرونی 0.3 میلی متر قرار دهید.
تأیید شبیهسازی پویا: از نرمافزار LS{0}DYNA برای شبیهسازی یک سقوط ۱.۵ متری و یافتن بهترین زاویه برای طرح لانه زنبوری (معمولاً ۴۵ درجه نسبت به جهت ضربه) استفاده کنید.
2. تقویت مواد کامپوزیتی: فراتر از محدودیت های عملکرد خمیر کاغذ
مدول الاستیک قالب گیری معمولی خمیر تنها 0.2-0.5 گیگا پاسکال است که نگه داشتن تجهیزات سنگین مانند سرورها و کنترلرهای صنعتی را سخت می کند. افزودن مواد تقویت کننده نانوسلولز (NCC) یا فیبر کربن (CF) می تواند مدول را بین 2 تا 5 گیگا پاسکال افزایش دهد. به عنوان مثال، بسته بندی باتری هواوی میت 60 از خمیر کامپوزیت ساخته شده است که 30 درصد از الیاف شیشه تشکیل شده است. اعوجاج در آزمایش انباشته شدن 50 کیلوگرم تنها 1.2 میلی متر است که 76 درصد کمتر از خمیر خالص است.
طراحی فرمول مواد:
اثر افزودن یک کلاس مواد به نسبت بهبود عملکرد
استحکام کششی نانو سلولز (NCC) بین 5 تا 10 درصد افزایش مییابد و میزان جذب آب 30 درصد کاهش مییابد.
فیبر کربن (CF) دارای مدول الاستیک 15 تا 20 درصد و رسانایی 300 درصد بالاتر است.
رزین مبتنی بر زیست{0} با مقاومت دمایی 5 تا 8 درصد به 120 درجه افزایش یافت در حالی که هنوز زیست تخریب پذیر بود.
3. یکپارچه سازی پوشش های کاربردی: ایجاد چندین مانع برای محافظت
الکتریسیته ساکن، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و آلودگی میکروبیولوژیکی همگی میتوانند در محصولات الکترونیکی با دقت بالا-مشکلاتی ایجاد کنند. با استفاده از فناوری پوشش سطح، میتوانید اثر «ضد-استاتیک+محافظه+ضد باکتری» را دریافت کنید:
2 تا 5 درصد کربن سیاه یا گرافن را به سطح اضافه کنید تا در برابر الکتریسیته مقاومت کمتری داشته باشد (10 6-10 Ω/sq)، که مطابق با استاندارد IEC 61340-5-1 است.
پوشش برای محافظ الکترومغناطیسی: پوشش کامپوزیتی با فیبر روکش نیکل (5 میکرومتر) که 60٪ وزن را در مقایسه با محافظ فلزی معمولی کاهش می دهد و 40 دسی بل صدا را در محدوده فرکانس 1-18 گیگاهرتز مسدود می کند.
پوشش آنتی باکتریال: هنگامی که با نانو یون های نقره (Ag + غلظت 50ppm) درمان شود، بیش از 99 درصد از رشد اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس را متوقف می کند.
2، پارامترهای کلیدی تکنولوژیکی: کنترل دقیق از آزمایشگاه تا تولید انبوه
1. انجام تنظیمات برای فرآیند قالب گیری بهتر عمل کند
خواص مکانیکی خمیر قالبگیری شده مستقیماً تحت تأثیر چگالی آن است (0.4-0.8g/cm³). شما می توانید با تغییر دما (180-250 درجه)، فشار (5-10 مگاپاسکال) و زمان نگه داشتن (10-30 ثانیه) در طول فرآیند پرس گرم، کنترل چگالی بسیار دقیق را دریافت کنید.
چگالی کم (0.4-0.5g/cm³): برای بستههای بالشتکی سبک مانند تلفنهای همراه و هدفون مناسب است. می تواند تا 85 درصد ضربه را جذب کند.
چگالی بالا (0.6-0.8g/cm³): برای پشتیبانی از ماشین آلات بزرگ مانند سرورها و روبات های صنعتی استفاده می شود. می تواند تا 15 تا 20 مگاپاسکال فشار را نگه دارد.
بستهبندی نوتبوک Dell XPS 13 دارای طراحی با چگالی گرادیان است، با چگالی 0.7 گرم بر سانتیمتر مکعب در قسمت پشتیبانی پایین و 0.45 گرم بر سانتیمتر مربع در ناحیه بافر بالا. میزان آسیب دیدگی صفحه نمایش از 18% به 3% در زمانی که تست سقوط 1.5 متر بود کاهش یافت.
2. شیب قالب گیری و شعاع فیله: دستگاه های الکترونیکی که باید بسیار دقیق باشند نیاز به بسته بندی بسیار دقیق دارند (تلرانس ± 0.1 میلی متر)، و شیب قالب گیری و شعاع فیله باید به شدت کنترل شود.
شیب قالب گیری: شیب حفره داخلی 1-3 درجه است، در حالی که شیب دیواره خارجی 0.5-1 درجه است. این کار از گیر کردن محصول یا تغییر شکل بسته جلوگیری می کند.
شعاع گرد: گوشه های گرد R3-R5mm در انتقال سازه به غلظت تنش کمتر (ضریب تمرکز تنش 40 درصد کاهش یافته است) استفاده می شود.
تأیید شبیهسازی: با استفاده از ANSYS Workbench برای مدلسازی فرآیند قالبگیری و یافتن بهترین ترکیب شیب و فیله، عمر قالب از 50000 استفاده به 200000 استفاده افزایش یافت.
3. طراحی مشترک با چندین حفره
طراحی چند حفره ای برای دستگاه های الکترونیکی با قطعات متعدد (مانند هواپیماهای بدون سرنشین و تجهیزات پزشکی) مورد نیاز است تا به تنهایی مکان و حفاظت مناسب را داشته باشند:
محفظه مستقل: هر قسمت هسته مانند یک تراشه یا موتور، محفظه مخصوص به خود را دارد که اندازه آن 0.05 ± میلی متر است تا از برخورد آنها در حین جابجایی جلوگیری کند.
کانال اتصال: برای یکنواخت نگه داشتن فشار هوا و سهولت در باز کردن جعبه، دهانه های تنفسی به عرض 0.5 میلی متر را بین اتاقک ها قرار دهید.
پهپاد DJI Mavic 3 در محفظه ای با 12 حفره عرضه می شود که هرکدام دارای اسلات مخصوص باتری، گیمبال و تیغه ها هستند. میزان آسیب در هنگام باز کردن بسته بندی از 3٪ به 0.2٪ کاهش یافته است.
3، مورد استفاده رایج برای لوازم الکترونیکی مصرفی و تجهیزات صنعتی است.
1. بسته بندی تراشه با دقت بالا: راه حلی که در سطح میکرومتر محافظت می کند
بسته بندی تراشه های فرآیند 5 نانومتری از یک برند معین باید با این استانداردها مطابقت داشته باشد:
ایستا نیست: مقاومت سطحی کمتر یا مساوی 10 ΩΩ/مربع است.
مقاومت در برابر رطوبت: میزان جذب رطوبت باید کمتر از 2% باشد (در فضایی با رطوبت 85% به مدت 48 ساعت).
بافر: قطره 1 متر: حداکثر شتاب 500 گرم
پاسخ:
خمیر نانوسلولز تقویت شده (NCC 8٪ + فایبر گلاس 15٪) این ماده است.
ساختار: یک طرح لانه زنبوری دو لایه- با طول ضلع 6 میلی متر در لانه زنبوری بالا و طول ضلع 10 میلی متر در لانه زنبوری پایین.
پوشش: پوشش ضد گرافن-روکش استاتیک (ضخامت 2 میکرومتر) + رطوبت خاک دیاتومه{3}}پوشش مقاوم (ضخامت 5 میکرومتر)
نتایج آزمون:
تست سقوط: 1.2 متر به پایین، حداکثر شتاب 420 گرم
تست مقاومت در برابر رطوبت: 85% رطوبت، 1.8% نرخ جذب رطوبت در 48 ساعت
تست انرژی الکترواستاتیک: مقاومت سطحی: 6.2 × 10 ΩΩ/مربع
2. بسته بندی تجهیزات پزشکی: دو مشکل برای حل: تمیز و ایمن نگه داشتن آن
بسته بندی یک ابزار تشخیصی سونوگرافی قابل حمل از یک مارک خاص باید با این استانداردها مطابقت داشته باشد:
الزامات آسپتیک: مطابق با استاندارد درجه پزشکی ISO 11737-1
عملکرد بافر: یک افت 1.5 متری به آن آسیبی نمی رساند.
مطابقت با محیط زیست: T Ü V اتریش تأیید کرده است که 100٪ قابل بازیافت و زیست تخریب پذیر است.
فیبر بامبو (60%)، رزین مبتنی بر زیست{1}(20%)، و عامل ضد باکتری نانو نقره (0.5%) این ماده را تشکیل میدهند.
ساختار: پشتیبانی از مش سه بعدی و محل حفره مستقل
پوشش: پوشش ضد رطوبت زیست تخریب پذیر PLA- با ضخامت 8 میکرومتر
نتایج آزمون:
آزمایش میکروبی: 99.9 درصد از اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس متوقف شد.
تست سقوط: افت 1.5 متر، حرکت پروب 0.3 میلی متر
تست تجزیه: پس از 180 روز، کمپوست صنعتی 92 درصد تجزیه شد.
