一, Trois gros problèmes techniques avec un positionnement structurel complexe
Lorsque vous emballez des appareils électroniques, trois choses doivent être vraies en même temps : ils doivent être précis dans leur positionnement, offrir un bon amorti et être suffisamment solides pour supporter le poids. Grâce à la technologie de moulage par injection, les plastiques traditionnels peuvent facilement atteindre un positionnement millimétrique-. Cependant, la pâte moulée rencontrera à terme les problèmes suivants en raison des propriétés des matériaux et des limites du procédé :
Différents types de matériaux
Des matériaux naturels comme la bagasse de canne à sucre et la fibre de bambou sont utilisés pour fabriquer de la pâte moulée. La longueur, le diamètre et la composition chimique des fibres changent en fonction du type de matière première, de leur provenance et même de la saison. Par exemple, les fibres de la bagasse de canne à sucre mesurent généralement entre 1,0 et 1,8 mm de long, mais celles du bois de conifères peuvent mesurer de 2 à 4 mm. Cette variation naturelle entraîne une modification de l'efficacité de filtration de l'eau, de l'efficacité de moulage et de la résistance mécanique de la pâte, ce qui affecte directement la stabilité dimensionnelle des structures complexes.
Déformation du retrait du processus
Au début, la pâte à modeler est un flan de papier humide pouvant contenir jusqu'à 75 à 80 % d'eau. Lorsque le produit sèche, l'eau qu'il contient s'évapore, ce qui entraîne un rétrécissement de 2 à 5 %. L'ampleur du retrait varie considérablement d'une portion à l'autre. Il peut être difficile de gérer la direction du retrait avec les méthodes traditionnelles, ce qui peut facilement conduire à une déformation par déformation ou torsion et affecter la précision de la structure de positionnement.
Une solidité structurelle qui n’a pas de sens
La structure de positionnement doit s'adapter précisément à la surface du produit, tandis que la structure tampon doit offrir une flexibilité à travers les vides et les barres verticales. Si l’épaisseur du matériau est augmentée juste pour le rendre plus résistant, les performances du tampon en souffriront. Si l’on s’appuie trop sur la conception de la cavité, la résistance locale pourrait également être trop faible car les fibres ne sont pas réparties uniformément.
2, Solution révolutionnaire : Innovation totale des matériaux aux processus
En réponse aux problèmes énumérés ci-dessus, l'industrie a réalisé des progrès technologiques dans le positionnement de la pâte moulée dans des structures complexes grâce à trois méthodes principales : le changement de matériau, l'amélioration du processus et la conception de la structure.
1. Changer de matériau : fibre composite et technologie additive
En modifiant le taux de fibres et en ajoutant des ingrédients utiles, les performances de la bouillie sont grandement améliorées.
Technologie de composite de fibres : combinant des fibres longues (comme le bois de conifères) avec des fibres courtes (comme la bagasse de canne à sucre) pour rendre la structure plus solide et combler les espaces pour rendre la densité plus uniforme. Par exemple, une marque d’appareils électroniques utilise un mélange de 60 % de fibres de bois de conifères et de 40 % de fibres de bagasse de canne à sucre dans son emballage. Cela rend la rainure de positionnement plus précise à ± 0,2 mm près.
Comment utiliser l'enhancer : l'ajout de résine thermodurcissable ou de nanocellulose pour créer un réseau réticulé-pendant le processus de pressage à chaud à haute-pression rend le matériau plus rigide. Selon des données expérimentales, l'ajout de 3 % de nanocellulose à la pâte moulée améliore la résistance à la flexion de 40 % tout en maintenant la capacité de déformation élastique à 20 %.
Traitement résistant à l'humidité : l'ajout de sulfate d'aluminium ou d'agent de couplage au silane rend les fibres moins susceptibles d'absorber l'humidité et empêche leur taille de trop changer lorsque l'humidité change. Dans un environnement de 90 % d'humidité, le taux de changement de taille de l'emballage traité résistant à l'humidité est passé de 0,8 % à 0,3 %.
2. Optimisation des processus : meilleur contrôle et automatisation
Nouvelles idées pour le processus de pressage humide : il est rapidement déplacé vers le moule de façonnage pour une extrusion à haute-pression et un séchage après sa formation. Cette « méthode en une -étape » réduit la déformation pendant le processus de transfert de billettes humides. Une entreprise particulière fabrique un emballage pour téléphone portable en utilisant la technologie de pressage humide. La tolérance de profondeur de la rainure de placement est ajustée à ± 0,15 mm près.
Dans la technologie de séchage par pressage à chaud du moule, des éléments chauffants sont intégrés au moule pour accélérer l'évaporation de l'eau en transférant la chaleur par contact. Dans le même temps, une pression de 0,5 à 1,5 MPa est appliquée pour arrêter la déformation par retrait. Cette approche réduit la quantité d'énergie nécessaire au séchage des produits de 35 % et rend la teneur en humidité des produits plus uniforme, à ± 1,5 % près.
Système automatisé de positionnement : ajout de modules de servomoteur et de capteurs de haute-précision pour modifier l'emplacement du moule en temps réel. Par exemple, une méthode brevetée permet de modifier le moule fixe au micromètre près en utilisant des rails coulissants et des blocs de positionnement réglables. Cela réduit le temps nécessaire à l'installation et à l'alignement du moule de 10 minutes à 2 minutes.
3. Conception de la structure : Travailler ensemble pour concevoir le creux, le renfort vertical et la surface incurvée
La conception biomimétique et l'optimisation de la topologie peuvent être utilisées pour construire une structure intégrée qui « positionne, tamponne et transporte ».
Coordination entre la cavité et le renfort : dans la zone de placement, un renfort dense est utilisé pour rendre la structure plus rigide, tandis que dans la zone tampon, des cavités en nid d'abeille ou ondulées sont utilisées pour absorber les chocs. Par exemple, un ordinateur portable est livré avec des barres verticales de 0,5 mm d'épaisseur autour de la rainure de placement. Ces barres rendent la résistance à la compression locale trois fois plus forte et répartissent la force d'impact sur l'ensemble du colis à travers la cavité.
Conception pour l'ajustement de surface : pour créer des surfaces asymétriques, copiez la forme de la surface du produit et utilisez des contraintes géométriques pour obtenir la position exacte. Un type spécial d'emballage d'écouteurs utilise la technologie de numérisation 3D pour créer un modèle du produit, puis inverse la surface de la doublure intérieure pour que l'écouteur et l'emballage se touchent 50 % de plus. L'erreur de positionnement est inférieure à 0,1 mm.
Compensation structurelle basée sur le processus : créez des courbes de compensation pour la déformation par retrait et utilisez la pré-déformation inversée pour compenser les changements de taille qui se produisent pendant le séchage. Par exemple, réservez 0,3 % de la tolérance de retrait du côté long pour vous assurer que la taille du produit final répond aux spécifications de conception.
3, Utilisation dans l’industrie : du laboratoire à la fabrication de masse
Les innovations technologiques ont fait de la pâte moulée un choix populaire pour les emballages électriques.
Le Huawei Mate 60 Pro est un téléphone mobile haut de gamme doté d'une doublure en pâte à papier moulée et d'un design creux qui maintient l'espace entre l'écran et le corps à 2 mm et 3 mm, respectivement. Dans le même temps, la résistance globale à la compression de l'emballage atteint 15 kPa, ce qui est suffisant pour satisfaire aux critères des tests de transport. Cela est dû à la structure nervurée verticale.
Protection précise des accessoires : l'emballage du cardan du drone DJI a une conception multicouche. La couche supérieure maintient le corps du cardan en place grâce à des rainures incurvées, tandis que la couche inférieure protège le moteur et le capteur avec une structure en nid d'abeille. Cela réduit le taux de dommages au produit de 0,8 % à 0,2 %.
Emballage pour appareils portables : la boîte d'emballage de l'Apple Watch Series 9 est dotée d'une structure en pâte moulée à double-couche. La couche extérieure est conçue pour rendre la boîte plus solide grâce à un design ondulé, et la couche intérieure comporte une micro-cavité qui maintient le corps et le bracelet de la montre en place afin qu'ils ne tremblent pas pendant le transport.
