一、金型設計：ミリ単位の制御と小さな構造
1. 3D モデルを作成し、どのように機能するかを理解する
高精度の型を作成するには、まずオブジェクトの正確な形状を取得する必要があります。- 3D スキャン技術を利用して電子アイテムの正確な寸法データを取得したり、リバース モデリング用の RHINO や UG などのソフトウェアを使用したりすることで、対象物の形状に完全に適合する金型キャビティを作成できます。たとえば、Lenovo ThinkPad X1 Carbon パッケージングには、表面遷移誤差が 0.05mm 未満の CNC 加工金型が使用されています。これにより、梱包キャビティと携帯電話や充電ケーブルなどのアクセサリとの隙間が0.2mm以内に抑えられ、輸送中の揺れがなくなり、余分なスペースが削減されます。
2. 模倣する構造とモジュール設計
ヘッドフォンやゲームコントローラーなどの特殊な電子機器の金型を設計する場合、「ネガプロファイリング」技術を使用する必要があります。この技術は、3D プリンティングまたは 5 軸連動処理を使用して、オブジェクトの形状に完全にフィットする溝を作成します。-たとえば、Sony PS5 ゲーム システムを保持するパルプ-成型トレイは、ホスト、ハンドル、ケーブル、その他のアクセサリを別個のモジュールに収めるためのプロファイリング設計を使用しています。パッケージの総体積は、通常の発泡プラスチックよりも 30% 小さくなります。同時に、モジュラー設計により、組み立てと分解が素早く簡単に行えます。
3. 最適な脱型角度とR角を見つける
離型角度 (金型の傾斜) と R- 角度 (フィレット半径) は、パッケージの密度に影響を与える 2 つの重要な要素です。脱型を容易にするために、従来の金型では頻繁に大きな脱型角度 (3 度以上) が採用されており、これによりパッキンの側面が傾き、スペースが無駄になります。サイドコア抜きや油圧脱型などの脱型構造の最適化により、高精度金型による脱型角度の低減を1度以内に実現しました。また、製品の高さに基づいて仰角 R 角度を動的に変更することもできます (高さが高くなるほど、R 角度は大きくなります)。これにより、垂直方向のスペースを最大限に活用しながら、スムーズな脱型が可能になります。たとえば、Apple iPhone の梱包箱にあるパルプ成形トレイには、0.5 度のマイクロ脱型角度があります。これにより、パッケージが 5mm 短くなり、かさばりが 8% 小さくなります。
2. 成形プロセスでは、密度と精度の適切なバランスを見つけるためにマイクロメートル-レベルの制御が使用されます。
1.湿式圧搾と真空吸引ろ過の手順
湿式プレス法は、高圧（10MPa以上）と高温（180〜200度）を使用してパルプ繊維をしっかりと圧縮します。これは、パッケージの密度を高める主な方法です。真空濾過システムを備えた高精度の金型を使用すると、成形プロセス中に水分と空気が迅速に除去され、材料の多孔性が低くなります。-例えば、Huawei MateBook X Proのパッケージングには湿式プレス技術が採用されており、これにより表面粗さがRa6.3μmからRa1.6μmに低下し、密度が20%向上しました。同時に吸引時間を8秒から5秒に短縮し、真空度を-0.08MPaから-0.1MPaに変更することで、繊維圧縮しすぎによる脆性破壊の危険性を低減しました。
2. ホットプレスと表面処理
ホットプレス成形技術では、高温 (150 ～ 170 度) と高圧 (5 ～ 8MPa) を使用して、乾燥パルプ成形された半製品に 2 回目のプレスを行います。-。表面のバリや凹凸を取り除きます。高精度の金型キャビティの表面平滑度はRa0.8μmです。粘着性を軽減するために PTFE コーティングと組み合わせると、パッキン表面の平坦度がプラスチック射出成形部品の平坦度に近づきます。たとえば、Xiaomi の首掛け式 Bluetooth イヤホン-のパッケージは、表面の粗さを減らすためにホット プレス処理されており、Ra3.2 μ m から Ra0.4 μ m になります。同時に、エッチング手順により、細かい砂の模様や革の模様など、マイクロスケールのテクスチャーが表面に作成されます。-これらのテクスチャは摩擦を増やして物が滑らないようにするだけでなく、光と影を反射することで視覚的な階層を改善します。
3. 多くのステーションと自動化された製造を備えた金型
-高精度の金型は、適切に機能する生産設備で動作する必要があります。回転金型や往復金型などのマルチステーション金型は、吸引、成形、脱型などの複数のステップを 1 サイクルで実行できます。これにより、各作品を作るのにかかる時間が 8 ～ 12 秒に短縮されます。 Guangdong Hansen Intelligent Equipment Co., Ltd. の完全自動パルプ成形生産ラインは、12 個のステーション金型と機械アームを使用してアイテムを自動的に取り込みます。 1日あたり50,000個を製造することができます。金型温度の閉ループ制御 (誤差 ± 1 度) と動圧補正 (誤差 ± 0.1 MPa) を使用して、各パッケージのサイズが同じであることを確認します。-これは設計プロセスに役立ちます。
3、材料の選択: 繊維複合材料と機能性コーティングにより、構造がよりコンパクトになります。
1. 密度と繊維複合材料の向上
サトウキビバガスや竹繊維などの単繊維素材では、強度、柔軟性、手頃な価格のニーズを同時に満たすのは困難です。竹繊維、サトウキビバガス、木材繊維などのさまざまな繊維を混合することで、高精度の金型の性能が向上します。-たとえば、竹の繊維は非常に強く（500MPa以上）、サトウキビのバガスは非常に柔軟で（破断時に15％以上伸びます）、木の繊維構造は非常に硬いです（弾性率は10GPa以上）。これら 3 つを 6:3:1 の比率で混合すると、パルプ成形品の密度を 0.6 ～ 0.8g/cm3 で管理できます。これは、単一材料の密度より 15% 高くなります。また、金型の繊維配向技術により、パッケージの密度が水平方向よりも垂直方向 (圧縮方向) に 20% 高まり、スペースが有効に活用されます。
2. 目的を果たし、表面を強化するコーティング
-高精度の金型では、機能性コーティング技術を使用して、パッケージの湿気や摩耗に対する耐性を高めることができます。たとえば、Sony WH-1000XM5 ヘッドフォンのパッケージには、パルプモールディングの表面にバイオベースの防水コーティング (厚さ 5 μm 以下) が施されています。これにより、パッケージの吸水率が 12% から 3% に低下します。ナノシリカ（鉛筆硬度3H以上）によりコーティングを硬くすると同時に、移動時の傷つきを防ぎます。金型の微細構造 (深さ 0.1 ～ 0.3 mm) は、ブランド ロゴの 3D 印刷などのレリーフ技術の作成にも使用できます。これにより、ブランドの認知度が高まるだけでなく、光と影の効果を使用して画像の肥大化が軽減されます。
4、業界の例: 高精度金型のコンパクトな使用-
1. Apple iPhone 15 シリーズのパッケージ
Apple は高精度の金型を使用して「ギャップゼロ」のパッケージ設計を行っています。-
金型精度: 5 軸リンケージ処理を使用することで、金型キャビティの精度は 0.03 mm 未満です。-
構造の最適化: 携帯電話、MagSafe 充電器、取扱説明書はすべて、デザインと同じように見える別個のモジュールに固定されています。これにより、以前の反復と比較してパッケージのサイズが 18% 削減されました。
新素材: 密度は 0.7g/cm3 で、100% リサイクルされた竹繊維とサトウキビのバガスパルプの混合物から作られています。圧縮強度が 25% 向上しています。
2. Lenovo Moto Razr 50d 折りたたみスクリーン携帯電話のパッケージ
Lenovo はモジュール型金型設計を使用して、パッケージングに「フローティング ディスプレイ」効果を実現しています。
モールド構造: サイドコアの引き抜きと油圧による脱型技術を使用することにより、脱型角度は 0.8 度まで低下します。これは、パッケージ側壁の垂直度が少なくとも 98 度であることを意味します。
表面処理: ホットプレスとレーザーホットスタンピングにより、パッケージ表面にダイナミックな光学テクスチャが作成され、パッケージが薄く見えます。
古いフォームに代わってハニカムサポート構造が採用され、パッキンの重量が 30%、体積が 25% 削減されます。
