消费电子轻薄化下的材料和表面处理发展
在刚举办的2013表面装饰创新技术论坛上，戴尔工业设计中心（Dell China Design Center）CMF资深经理沈庄明先生发表了关于《消费电子轻薄化下的材料和表面处理发展》的主题演讲。
手机、笔记本电脑、平板电脑、相机是驱动整个消费电子产业材料和表面装饰的导向。这些产品的趋势是越来越薄，用什么样的材料能使产品做得更薄，如何处理这些材料？如何量产化？如何保持成本架构？
轻薄的原材料有哪些？
1、尼龙加高玻纤或碳纤
2、PC加高玻纤
3、塑料一体设计（UNIBODY）
4、六系类和七系列铝合金
5、特殊规格铝合金板材（铝密度，钢强度）
6、镁合金板材
7、镁铝合金
8、稀土铝合金
9、复合材料
一、尼龙加高玻纤或碳纤
- 强度很好
- 射出大件，尺寸和平整度不好调整
- 浮纤问题无法100%解决
- 无法用其他的薄膜装饰方法（如IMR)做表面装饰；
- 价位高，每公斤约12美金
所以这种材料正在被消费电子，特别是大尺寸的产品所淘汰，逐渐被PC加高玻纤所取代。
二、PC加高玻纤
- 强度很好
- 后收缩问题小
- 浮纤问题无法100%解决
- 模温要求较低
- 价位较低，约8美金一公斤左右
很多笔记本电脑和平板正在导入PC加高玻纤材料，主要供应商是LG、帝人、沙伯（Sabic）
三、塑料一体设计(UNIBODY)
苹果的一体成型大家已经听说很久了，那是铝合金的，现在有厂家在做塑料的一体成型(UNIBODY)，特点在于：
- 减少拆件，对产品堆叠高度减少；
- 一体设计使强度增加；
- 模具要求高，射出品需后加工；
- 细节部分需CNC完成，相应成本会比较高；
- 外观处理方法有限，只能用喷漆;
- 对设计者是个新宠，他们不喜欢拆件，分模线。
Nokia的Lumina 900和HTC的产品都有应用到这个设计，后续会有更多应用，也有很多厂商在研究这个部分的模具和设计。
四、六系列和七系列铝合金
- 水果公司的最爱，Apple基本都是六系列铝合金做的
- 铝挤料加工费用高，CNC加工费用高
- 阳极外观效果好
- 保持产品外观的一体型
现在的iPhone掉在地上比较容易磕碰，接下来会采用七系列铝合金；三星笔记本已经有开始应用七系列铝合金材料。
五、特殊规格铝合金板材
- 轻，薄，延展性好
- 和一般的铝合金板加工法一样
- 阳极外观效果好
- 强度类似不锈钢
- 价格比5052阳极料高些
这是一家日本公司出的品牌，目前东芝(Toshiba)和松下(Panisonic)在应用这种材料。
六、镁合金板材
- 轻，薄，延展性超好（可拉伸100mm）
- 和一般的铝合金板加工法类似，需要加热才能延展和冲压
- 容易氧化，外观处理困难，无法阳极，只能用喷涂
- 用量少，价钱非常高
因为价钱的关系，没有一家消费电子厂用得到，目前宝马6系列的车身正在应用
七、镁铝合金
- 过去5-8年笔记本电脑都在应用的一种材料，轻，薄
- 加工困难，产能不足，高风险
- 容易氧化，外观处理困难，无法阳极
- 需要CNC，价钱高
- 目前有厂商在研究新制程，可以简化CNC，能阳极，但产能有限。微软的一款产品就是用这种技术做的。
八、稀土铝合金 Rare Earth Mag
- 这是相当新的一款材料，目前联想的一款机型在用，把其中的一个部件做到0.55mm厚，极限是0.45mm。
- 超轻，超薄，壁厚0.45MM
- 加工困难，产能不足，高风险
- 容易氧化，外观处理困难，无法阳极
- 需要CNC，价钱高
- 尺寸大的笔记本，平整度是问题
九、复合材料
在之前讲述的那么多种材料中，最有可能导入消费型电子产品的就是复合材料。联想、戴尔，以及三四年前HP的一款Voodoo，以及现在的MOTO手机，都在应用复合材料，以及三星的S4也会应用复合材料。
- 轻，薄，多种外观和材料选择
- 材料可选性多，无标准材料限制，发挥空间大
- 加工困难，繁琐，加工时间长，产能不足，原材料价钱高
- 外观处理困难和有限
- 对消费型电子产应链不成熟
- 尺寸大的笔记本，平整度是问题
- 比重轻，1.4 ~1.6
- 比其他金属的可开发性高
复合材料包括：
一）、纤维
1、碳纤维
- 1K，3K，12K，24K。碳纤维是一根根的碳纤维丝，3K代表3000根丝为一捆，1K的强度和12K的强度是一样的，但价格可能会相差好几倍，因为在相同强度下更薄，更轻，更细，1K的就非常贵。
- 强度- 普通型PAN，高模量，航天军用
- 原产地主要来自日本，台湾也有企业在做。
2、玻纤
- 惯用 E-GLASS
- 强度最低，重量重，价钱低
- 多颜色，多效果
3、芳纶
- 各大厂家有各自品牌，如Kevlar（克維拉），Twaron
- 强度比玻纤好，不比碳纤强
- 比玻纤轻，比玻纤贵，有些比碳纤贵
- 有些颜色选择，但不及玻纤
- 不屏蔽天线（碳纤维会屏蔽所有信号，玻纤和芳纶不会屏蔽信号）
- 切不断（防弹衣就是用芳纶材料做的，普通的刀无法切断，加工过程中使用镭射）
Moto RAZR手机就采用了Kevlar克維拉材料。
二）、复合材料纤维的加工
- 纤维可以单一种编制成布，列如3K一捆一捆的编织成平纹布，斜纹布
- 纤维也可多种混编，成为客制图案。例如将碳纤和玻纤编在一起，因为玻纤可以染色，只实现颜色交叉效果。
- 纤维也可上架直接拉平，含祲变成单向布。
- 所以复合材料就两种，一种是编织布，一种是单向布。
三）、复合材料加工流程
复合材料加工流程中最重要的是含浸，一种是干法，一种是湿法。一般65%是树脂，35%是纤维。干法是把树脂做成薄膜，再热压到纤维布里面，这种比较精密。湿法顾名思义就是把纤维布浸泡在树脂里面，然后再烘干。要保证纤维的强度，3000根或者1000根丝，每一根都要被树脂均匀地包裹。
含浸之后得到半干状态的布匹，可能是一米宽，需要把它叠起来，以达到强度。堆叠可以采用卷对卷或者裁切后一片一片叠加，方法有很多种，是大部分复合材料厂商的know-how。
堆叠后的材料进行裁切，方法有两种，分别是裁床和自动裁剪。然后进行热压，固化时间一般为10-15分钟。固化好之后要进行CNC修剪细节，切孔。然后放入塑胶模内，做模内包胶，获得你需要的结构或者卡扣之类。最后进行外观处理，喷漆。
从以上步骤可以看到，复合材料的工艺繁琐，所以价格比较高。
四）、复合材料—设计空间无限大
- 纤维的种类多选择：不同的纤维有各自的特性，单纯的碳纤维就有不同的模量
- 编织方法无限制
- 堆叠方法创造奇迹与失败：不同的堆叠方法会影响材料的强度，成本，变形量等
- 工艺还有很大改善空间- 成型时间，制程简化，制程自动化
复合材料过去主要用于航空，军工等，家用的就是鱼竿，高尔夫球竿，网球拍等，量还没有足够大。
五）、复合材料—叠层-消费产品的重点
- 叠层-影响强度，成本，外观，厚度
- 强度-复合材料可以达到消费电子的要求
- 价格-怎么叠到成本最低
- 厚度-要轻要薄，复合行业对<1mm的要求经验很少
- 重点在于你的产品要通过怎样的测试（比如手机的跌落测试），而不是复合材料要取代什么金属
六）、复合材料的表面处理
- 编制纹路：把黑色碳纤和有色玻纤混编在一起，达成某种效果
- 模内纹路：在模具内做咬花
- 喷漆
- 包膜-OMD，OMR
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