Unibody一体成型工艺(塑胶篇)
上一篇已经介绍了金属Unibody:Unibody一体成型工艺(金属篇),采用Unibody的金属外壳,既可以充当具有完整性的外观件,同时也可以充当具有较高强度的内部支撑件,这种一体化的金属外壳,由于需要在内部直接通过CNC加工出用于定位或固定内部零件的结构(如定位柱、螺丝柱、凸台等),特别是一些需要使用特别刀具和机床才能加工的内凹结构或内侧壁结构,对加工设备的要求更高,加工难度更大,加工时长更长,后续组装更难,综合成本更高。好处是一体化程度更高,外壳零件数量更少。苹果公司大部分产品都采用这种结构。
下图为苹果某款手机,一体化的金属后壳具有可固定内部零件的结构,后壳采用全CNC加工,结构复杂,成本高,在国产手机中,一般只有旗舰机才采用这种方案。
下图为国产某款手机,一体化的金属后壳没有固定内部零件的结构,后壳结构稍简单,成本相对低些,内部零件主要固定在中框,中框采用压铸或注塑成型,成本低。
国产金属手机这种设计思路,由于后壳不承担固定内部零件的功能,因此有些厂商甚至想出更加低成本的方案,比如冲压金属片+塑胶,这种方案一般是千元级的手机采用,红米Note3就采用这种方式。
同样地,魅蓝Note3手机后盖也是采用同样的冲压金属片+塑胶的方式。
塑胶Unibody
由于金属一体化手机必须在后壳上预留塑胶的天线信号溢出区域,无论在外观的一体化还是工艺的整体性,总感觉不是那么完美,所以,当时苹果公司就尝试了使用全塑胶材料来做一体化手机,iPhone 5C就是采用了塑胶Unibody工艺。
iPhone 5C的机身材质为高强度PC,通过一体化注塑成型,但是并没有像iPhone 3GS后壳那样注塑出用于固定零部件的结构特征(如螺丝柱),而是通过使用塑料背壳和金属框架结构结合方式(先将两侧的不锈钢金属件粘贴到背壳上,然后装配中间一大块不锈钢板,并且激光点焊的方式与两侧的金属件连接在一起,内部的不锈钢板上铆接有螺柱,用于固定内部零件,同时也起到加强塑胶外壳的作用。
iPhone 3GS的后壳
iPhone 5C的后壳
以下为iPhone 5C的官方宣传片,从中可以看到iPhone 5C的大概制造过程:
其实,在更早,诺基亚在N9上就采用了塑胶Unibody工艺,一体化的机身采用的是PC材质,机身一体成型,除了与屏幕的交界之外,没有任何多余的缝隙,整体性非常强。
N9采用的是MeeGo操作系统,在Andriod/iOS火爆的当时,N9就显得很另类,发布不久,诺基亚、英特尔纷纷宣布放弃MeeGo,N9就此称为绝唱。但是N9的一些设计优点,影响着后续所有Lumia机型的设计理念,最重要一点就是一体化机身的外观设计理念。
Lumia系列机型
N9内部零部件固定在一体化机身后壳,跟iPhone 产品如出一辙:
由于注塑工艺的特性,为了减少外观缺陷以及出模问题,一体化机身后壳内部结构往往设计得尽量简单,同时为了保证一体化机身后壳的强度,内部通常装配一个内部支架,用来固定内部零件和加强机身的强度。
实际上不止在手机领域,在其他电子产品领域也有应用塑胶Unibody工艺,比如以下苹果的某款电源设配器,常规的设配器采用的是上下壳,然后通过超声波焊接,但是上下壳之间会存在接缝,如下图左边两款;下图右边款采用的是塑胶Unibody工艺,外壳一体注塑成型,中间的夹线通过后期打磨去除,几乎看不到痕迹。
然而这样差不多封闭的外形,按传统的注塑方法,内模芯无法抽出,是无法顺利出模的。
突破口在这个缺口这里,白色外观件没装配之前是有这个缺口的,否则里面的零件无法装配进去。
那模具内芯是如何从这个缺口抽出去呢,这里需要把内芯分成3块,先把中间绿色那块抽出去,给后面的2块内芯留出空间,然后再把剩下的2块抽出去。
针对这个模具,我网上找了下视频动画,大家可以看看:
类似的还有华为TWS耳机Freebuds 3 充电盒外壳:
内芯的出模方式也大同小异:
现在的消费类电子产品越来越追求一体化或半一体化的设计理念,为了保证外观的整体性和美观性,外观少缝隙,无拔模斜度的工业设计越来越多,他们宁愿在模具上或者后处理上花功夫,也不愿意通过拆件解决,当然其中各有优势,这里就不展开说来了。
比如之前文章:产品细节结构分型线(夹线)的选择,以及其对外观和功能的影响,在文章中有提到的小米蓝牙音箱,其音腔壳外观是一个直桶型,外观没有斜度,通过左右滑块出模,这样在外观上就有两处滑块夹线,但实际产品基本上看不出夹线的痕迹,最终的解决方式是后处理进行了喷油遮盖。
还有类似苹果手机充电器的外壳,如果行位夹线无法避免,只能在模具设计和制造上下功夫了,比如通过省模把夹线省的细些,看不起就不会那么明显,甚至在模具设计上,通过合理的排位,减少行位夹线的数量。
4条夹线
2条夹线
还有一种局部一体化的做法,就是减少这种使用上下壳配合的方式,避免上下壳配合造成的缝隙,段差之类的缺陷,但是这种方式内部不能做得太复杂,否则模具就不好出模,大部分这样的局部一体化外壳通常只作为外观件,内部需要设计固定内部零件的骨架,比如戴森吹风机,它的外壳就不是采用传统的上下壳,外观看起来一体性很强,零件与零件之间的接缝很少。
悦刻电子烟,外壳为一体化铝合金机身,内部为塑胶骨架,所有零件首先固定在塑胶骨架上,然后在装配到铝合金机身内。