De la un produs de larg consum la un accesoriu ce caracterizează stilul de viaţă

Materiale Plastice

de Mathieu Boulanger , Heinz Rasinger

De la un produs de larg consum la un accesoriu ce caracterizează stilul de viaţă

  

 Modificarea controlată a temperaturii (metoda variotherm)  şi conceptul unei  construcţii uşoare oferă noi posibilităţi pentru produsele electronice de larg consum  

 

Tendinţa către dispozitive mereu mai mici, mai subţiri şi mai uşoare continuă să prezinte noi provocări pentru fabricanţii produselor electronice de larg consum - şi nu doar în ceea ce priveşte funcţia produselor. În privinţa carcaselor, tema este de a îmbina greutatea mică şi grosimea de perete minimă cu stabilitate mecanică ridicată, având în vedere cererea pentru calitate tot mai înaltă a suprafeţei. De mult timp deja, telefoanele mobile, laptopurile, netbook-urile şi alte produse electronice de larg consum au însemnat mai mult decât simple aparate de lucru – acestea reflectă stilul de viaţă al deţinătorilor. Astfel, design-ul a devenit o caracteristică cheie de diferenţiere. De exemplu, deja multe produse pot fi personalizate cu o gamă amplă de teme.

 

În exprimarea libertăţii creative, proiectanţii de produse sunt preocupaţi în permanenţă de găsirea echilibrului dintre o construcţie uşoară şi stabilitatea mecanică. Acest lucru este evident, în special, la noile Ultrabook-uri, aparate situate între notebook-uri şi tablete PC: în ciuda faptului că oferă procesoare rapide, drivere SSD şi baterii cu durată de serviciu îndelungată, aceste produse sunt cunoscute pentru grosime foarte mică a componentelor, de mai puţin de 20 mm. Urmare a conceptului de produs tot mai uşor şi mai subţire este utilizarea tot mai frecventă a materialelor mai scumpe cu un conţinut ridicat de fibre, pentru a asigura fabricarea carcaselor de plastic. În acest caz, problema este deteriorarea calităţii suprafeţei pe măsură ce conţinutul de fibre creşte.

 

Suprafeţe de calitate superioară în ciuda conţinutului ridicat de fibre

Experienţa a arătat că şi polimerii cu un conţinut ridicat de fibre pot fi prelucraţi în componente cu o calitate excelentă a suprafeţei, prin intermediul metodei variotherm,în care suprafaţa de modelare din matriţa de injecţie este încălzită la fiecare ciclu înainte de injectarea materialului topit şi apoi este răcită după umplerea matriţei. Această metodă ridică temperatura de contact dintre materialul topit şi peretele matriţei, împiedicând astfel formarea unui strat solidificat. Ca urmare, este necesară o presiune de umplere mai mică şi proprietăţile suprafeţei se îmbunătăţesc (figura 1).

Figura 1: Ambele carcase cu grosimea peretelui de 0,7 mm conţin poliamidă cu conţinut 50% fibră de sticlă. Carcasa superioară a fost injectată prin proces 3iTech la temperatura matriţei de 180°C, carcasa inferioară fiind realizată fără tehnologie variotherm la 90°C. În timp ce componenta inferioară prezintă semne evidente de contracţie, controlul temperaturii prin variotherm a asigurat o calitate excelentă. (Imagini: ENGEL)

 

Având în vedere că produsele electronice de larg consum au cicluri de serviciu foarte scurte, procesele de producţie rapide şi eficiente sunt vitale. Comparaţiile pri­vind diverse metode de încălzire şi răcire au demonstrat că procesele variotherm, bazate pe inducţie, se numără printre metodele cele mai rapide de pe piaţă. Studiile efectuate de RocTool (Le Bourget-du-Lac/Franţa) au demonstrat, de asemenea, superioritatea procesului de inducţie în privinţa consumului de energie al instalaţiilor care funcţionează cu apă sau abur. Sistemul pentru carcasa RocTool şi procesul 3iTech reprezintă două sisteme de vârf de pe piaţă, în segmentul de procese inductive variotherm.

 

Figura 2: Cu sistemul „colivie”, inductoarele sunt situate în partea exterioară a matriţei; curentul alternativ de înaltă frecvenţă trece prin inductoare, creând un câmp electromagnetic în lungul linei de separare a matriţei. (Imagini: RocTool)

­­

La sistemul „Colivie”, inductoarele sunt situate în partea exterioară a matriţei (figura 2); curentul alternativ de înaltă frecvenţă trece prin inductoare, creând un câmp electromagnetic în lungul liniei de separare a matriţei. Câmpul magnetic induce curenţi pe suprafaţa matriţei şi căldura este generată prin disiparea puterii rezultate din rezistenţa ohmică. În schimb, procesul 3iTech utilizează inductoare interne izolate de restul matriţei. În acest mod, pot fi în­­­­călzite anumite cavităţi (nu întreaga suprafaţă a matriţei). Pentru a obţine durate de ciclu mici, răcirea rapidă, eficientă, cu ajutorul apei este importantă la ambele sisteme.

 

 

Materialele compozite cu fibre cântăresc mai puţin decât metalele uşoare

 

Atunci când nu se poate atinge stabilitatea necesară chiar şi cu polimeri cu conţinut ridicat de adaosuri, unii fabricanţi de produse electronice de larg consum se întorc la aliaje de aluminiu sau magneziu. Deşi materialele metalice oferă stabilitate mecanică mai înaltă decât variantele din plastic, acestea sunt în conflict cu tendinţa spre produse tot mai uşoare. Mai mult, volumele de vânzare preconizate şi costurile ridicate la fabricarea componentelor de carcase din metal uşor pretind tehnologii de fabricaţie noi şi eficiente din punct de vedere al costurilor pentru materiale plastice sau compozite. Soluţia în aceste dileme este construcţia uşoară.

 

În prezent, motorul principal pentru construcţie uşoa­­­­­­­­­­­ră este industria de automobile. Adesea aplicaţiile inovatoare se bazează pe materiale compozite, de exemplu, o structură de copolimer armat cu fibre, unde proprietăţile mecanice se îmbunătăţesc odată cu creşterea conţinutului de fibre şi a lungimii acestora. Fibrele continue,de lungime apropiată de dimensiunile componentelor, se pot distribui în componentă astfel încât acestea îndeplinesc doar funcţia de armare cerută, pe direcţia sarcinii, reducând astfel conţinutul de fibre şi densitatea componentei. Proprietăţile componentei se pot îmbunătăţi păstrând acelaşi conţinut de fibre.

 

Fabricarea completă a carcaselor de notebook, cu un timp al ciclului de două minute, utilizând materiale compozite cu conţinut de fibre, a fost demonstrată pentru prima oară de RocTool. Materialul compozit cu bază termoplastic armat cu fibre continue utilizat a permis fabricaţia componentelor subţiri de carcase, care, potrivit RocTool, sunt cu 15-20 de procente mai uşoare decât componentele comparabile de notebook-uri realizate din aliaj de magneziu. În mod similar, au început să apară în segmentul de telefoane mobile componentele uşoare CFK (Carbon Fiber Komponent).

 

 

 

  Figura 3: Carcasă iPad cu armare din fibre naturale: materialele textile pot reduce costurile de fabricaţie pentru produsele electronice de larg consum. (Imagine: RocTool) 

 

 

O carcasă nouă de iPad, injectat pe suport de ţesătură din fibre naturale, dovedeşte că se pot folosi şi alte ţesături, nu numai CFK (figura 3). Avantajul variantei cu fibre naturale este că materialele CFK, relativ costisitoare, pot fi înlocuite cu textile cu costuri avantajoase, fără a afecta rigiditatea componentei. Un alt beneficiu al ţesăturii din fibre naturale este maleabilitatea şi tăierea uşoară a materialelor textile – aspecte care încă sunt o problemă majoră în cazul tehnologiei de construcţie uşoară. Fără îndoială, vor apărea posibilităţi noi de design vizual care vor fi utilizate în viitorul apropiat de designerii produselor. Sunt posibile şi combinaţii de procese; de exemplu, materiale armate cu fibre injectate pe suport pot fi decorate cu pelicule IML sau pot fi acoperite cu material lichid cum ar fi lac de poliuretan transparent prin procedeu de topire clearmelt de la ENGEL.

 

Perspectivă: o integrare mai largă, prelucrări in-situ

Exemplele menţionate mai sus indică potenţialul considerabil al tehnologiei de construcţii uşoare. În prezent, obiectivul constă în proiectarea unor procese viabile economic (respectiv complet integrate şi automatizate) de prelucrare a materialelor plastice compozite. 

Pentru a oferi un exemplu, ENGEL Austria (Schwertberg/Österreich) lucrează împreună cu partenerii pentru a produce inserţii continue armate cu fibre direct, înainte de modelare (prin intermediul amenajării unei benzi, de exemplu). Avantajul principal este capacitatea de a lucra în conformitate cu cerinţele de la nivelul local, prin urmare reducând risipirea unor materiale de înaltă calitate.

Figura 4: Sistemul v-duo al ENGEL oferă un potenţial nou de construcţie uşoară. (Imagine: ENGEL)

 

Noi abordări de prelucrare a materialelor termoplastice prin injectare, cu reacţie chimică în maşini de injectare sunt şi ele promiţătoare: acestea implică acoperirea unor materiale armate uscate cu monomeri cu coeficient de curgere ridicat în stare topită, care polimerizează în matriţă pentru a forma, de exemplu, poliamide. Dată fiind viscozitatea reactanţilor, care este mai mică de până la 20 de ori faţă de cea a răşinilor epoxidice, cele mai fine structuri fibroase pot fi infiltrate chiar mai uşor, fără să deterio­reze fibrele. În multe cazuri, este util să folosim efectul gravitaţiei atunci când se inserează elementele de armare; astfel că unităţile de închidere verticale s-au dovedit foarte benefice în anumite aplicaţii. Din acest motiv, ENGEL oferă şi un model vertical pentru maşinile mari ENGEL duo (figura 4). Programele de comandă a maşinilor create recent pentru procese speciale pe maşinile cu unităţi de închidere orizontale (de exemplu, pentru reglarea precisă a forţei sau pentru parale, paralelismul platanelor) sunt utilizabile şi pentru v-duo.


Heinz Rasinger este Șeful unității Teletronics, ENGEL Austria GmbH, Schwertberg, Mathieu Boulanger, Manager Dezvoltare Le Bourget du Lac, Franța


, RocTool SA, Le ţa către dispozitive mereu mai mici, mai subţiri şi mai uşoare continuă să prezinte noi provocări pentru fabricanţii produselor electronice de larg consum - şi nu doar în ceea ce priveşte funcţia produselor. În privinţa carcaselor, tema este de a îmbina greutatea mică şi grosimea de perete minimă cu stabilitate mecanică ridicată, având în vedere cererea pentru calitate tot mai înaltă a suprafeţei. De mult timp deja, telefoanele mobile, laptopurile, netbook-urile şi alte produse electronice de larg consum au însemnat mai mult decât simple aparate de lucru – acestea reflectă stilul de viaţă al deţinătorilor. Astfel, design-ul a devenit o caracteristică cheie de diferenţiere. De exemplu, deja multe produse pot fi personalizate cu o gamă amplă de teme. În exprimarea libertăţii creative, proiectanţii de produse sunt preocupaţi în permanenţă de găsirea echilibrului dintre o construcţie uşoară şi stabilitatea mecanică. Acest lucru este evident, în special, la noile Ultrabook-uri, aparate situate între notebook-uri şi tablete PC: în ciuda faptului că oferă procesoare rapide, drivere SSD şi baterii cu durată de serviciu îndelungată, aceste produse sunt cunoscute pentru grosime foarte mică a componentelor, de mai puţin de
20 mm. Urmare a conceptului de produs tot mai uşor şi mai subţire este utilizarea tot mai frecventă a materialelor mai scumpe cu un conţinut ridicat de fibre, pentru a asigura fabricarea carcaselor de plastic. În acest caz, problema este deteriorarea calităţii suprafeţei pe măsură ce conţinutul de fibre creşte. 

Suprafeţe de calitate superioară în ciuda conţinutului ridicat de fibre

Experienţa a arătat că şi polimerii cu un conţinut ridicat de fibre pot fi prelucraţi în componente cu o calitate excelentă a suprafeţei, prin intermediul metodei
variotherm,în care suprafaţa de modelare din matriţa de injecţie este încălzită la fiecare ciclu înainte de injectarea materialului topit şi apoi este răcită după umplerea matriţei. Această metodă ridică temperatura de contact dintre materialul topit şi peretele matriţei, împiedicând astfel formarea unui strat solidificat. Ca urmare, este necesară o presiune de umplere mai mică şi proprietăţile suprafeţei se îmbunătăţesc
(figura 1).

Având în vedere că produsele electronice de larg consum au cicluri de serviciu foarte scurte, procesele de producţie rapide şi eficiente sunt vitale. Comparaţiile pri­vind diverse metode de încălzire şi răcire au demonstrat că procesele variotherm, bazate pe inducţie, se numără printre metodele cele mai rapide de pe piaţă. Studiile efectuate de RocTool (Le Bourget-du-Lac/Franţa) au demonstrat, de asemenea, superioritatea procesului de inducţie în privinţa consumului de energie al instalaţiilor care funcţionează cu apă sau abur. Sistemul pentru carcasa RocTool şi procesul 3iTech reprezintă două sisteme de vârf de pe piaţă, în segmentul de procese inductive variotherm. ­­

La sistemul „Colivie”, inductoarele sunt situate în partea exterioară a matriţei (figura 2); curentul alternativ de înaltă frecvenţă trece prin inductoare, creând un câmp electromagnetic în lungul liniei de separare a matriţei. Câmpul magnetic induce curenţi pe suprafaţa matriţei şi căldura este generată prin disiparea puterii rezultate din rezistenţa ohmică. În schimb, procesul 3iTech utilizează inductoare interne izolate de restul matriţei. În acest mod, pot fi în­­­­călzite anumite cavităţi (nu întreaga suprafaţă a matriţei). Pentru a obţine durate de ciclu mici, răcirea rapidă, eficientă, cu ajutorul apei este importantă la ambele sisteme.

 

Materialele compozite cu fibre cântăresc mai puţin decât metalele uşoare

Atunci când nu se poate atinge stabilitatea necesară chiar şi cu polimeri cu conţinut ridicat de adaosuri, unii fabricanţi de produse electronice de larg consum se întorc la aliaje de aluminiu sau magneziu. Deşi materialele metalice oferă stabilitate mecanică mai înaltă decât variantele din plastic, acestea sunt în conflict cu tendinţa spre produse tot mai uşoare. Mai mult, volumele de vânzare preconizate şi costurile ridicate la fabricarea componentelor de carcase din metal uşor pretind tehnologii de fabricaţie noi şi eficiente din punct de vedere al costurilor pentru materiale plastice sau compozite. Soluţia în aceste dileme este construcţia uşoară.

 

În prezent, motorul principal pentru construcţie uşoa­­­­­­­­­­­-
ră este industria de automobile. Adesea aplicaţiile inovatoare se bazează pe materiale compozite, de exemplu, o structură de copolimer armat cu fibre, unde proprietăţile mecanice se îmbunătăţesc odată cu creşterea conţinutului de fibre şi a lungimii acestora. Fibrele continue,de lungime apropiată de dimensiunile componentelor, se pot distribui în componentă astfel încât acestea îndeplinesc doar funcţia de armare cerută, pe direcţia sarcinii, reducând astfel conţinutul de fibre şi densitatea componentei. Proprietăţile componentei se pot îmbunătăţi păstrând acelaşi conţinut de fibre.

 

Fabricarea completă a carcaselor de notebook, cu un timp al ciclului de două minute, utilizând materiale compozite cu conţinut de fibre, a fost demonstrată pentru prima oară de RocTool. Materialul compozit cu bază termoplastic armat cu fibre continue utilizat a permis fabricaţia componentelor subţiri de carcase, care, potrivit RocTool, sunt cu 15-20 de procente mai uşoare decât componentele comparabile de notebook-uri realizate din aliaj de magneziu. În mod similar, au început să apară în segmentul de telefoane mobile componentele uşoare CFK (Carbon Fiber Komponent).

O carcasă nouă de iPad, injectat pe suport de ţesătură din fibre naturale, dovedeşte că se pot folosi şi alte ţesături, nu numai CFK (figura 3).Avantajul variantei cu fibre naturale este că materialele CFK, relativ costisitoare, pot fi înlocuite cu textile cu costuri avantajoase, fără a afecta rigiditatea componentei. Un alt beneficiu al ţesăturii din fibre naturale este maleabilitatea şi tăierea uşoară a materialelor textile – aspecte care încă sunt o problemă majoră în cazul tehnologiei de construcţie uşoară. Fără îndoială, vor apărea posibilităţi noi de design vizual care vor fi utilizate în viitorul apropiat de designerii produselor. Sunt posibile şi combinaţii de procese; de exemplu, materiale armate cu fibre injectate pe suport pot fi decorate cu pelicule IML sau pot fi acoperite cu material lichid cum ar fi lac de poliuretan transparent prin procedeu de topire clearmelt de la ENGEL.

 

Perspectivă: o integrare mai largă, prelucrări in-situ

Exemplele menţionate mai sus indică potenţialul considerabil al tehnologiei de construcţii uşoare. În prezent, obiectivul constă în proiectarea unor procese viabile economic (respectiv complet integrate şi automatizate) de prelucrare a materialelor plastice compozite.

 

Pentru a oferi un exemplu, ENGEL Austria (Schwertberg/Österreich) lucrează împreună cu partenerii pentru a produce inserţii continue armate cu fibre direct, înainte de modelare (prin intermediul amenajării unei benzi, de exemplu). Avantajul principal este capacitatea de a lucra în conformitate cu cerinţele de la nivelul local, prin urmare reducând risipirea unor materiale de înaltă calitate.

Noi abordări de prelucrare a materialelor termoplastice prin injectare, cu reacţie chimică în maşini de injectare sunt şi ele promiţătoare: acestea implică acoperirea unor materiale armate uscate cu monomeri cu coeficient de curgere ridicat în stare topită, care polimerizează în matriţă pentru a forma, de exemplu, poliamide. Dată fiind viscozitatea reactanţilor, care este mai mică de până la 20 de ori faţă de cea a răşinilor epoxidice, cele mai fine structuri fibroase pot fi infiltrate chiar mai uşor, fără să deterio­reze fibrele. În multe cazuri, este util să folosim efectul gravitaţiei atunci când se inserează elementele de armare; astfel că unităţile de închidere verticale s-au dovedit foarte benefice în anumite aplicaţii. Din acest motiv, ENGEL oferă şi un model vertical pentru maşinile mari ENGEL duo (figura 4). Programele de comandă a maşinilor create recent pentru procese speciale pe maşinile cu unităţi de închidere orizontale (de exemplu, pentru reglarea precisă a forţei sau pentru paralelismul platanelor) sunt utilizabile şi pentru v-duo.  


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord