Applicazione della MIM nelle cerniere dei telefoni cellulari pieghevoli

La progettazione strutturale delle cerniere è strettamente correlata alle pieghe dello schermo, alla sensazione di apertura e chiusura, alla resistenza strutturale e alla durata. Dalle soluzioni a U alle soluzioni a goccia d'acqua, il progresso della tecnologia delle cerniere ha promosso efficacemente il miglioramento dell'esperienza d'uso dei prodotti pieghevoli.

La cerniera è il componente centrale dei telefoni cellulari pieghevoli ed è strettamente correlata alle pieghe dello schermo, alla sensazione di apertura e chiusura, ecc. La struttura pieghevole è una delle strutture più comuni e creative nella vita quotidiana e consente ai prodotti di integrare più funzioni in una sola. Le strutture pieghevoli sono onnipresenti nella vita quotidiana. Prodotti domestici come porte e finestre, beni di uso quotidiano come le trousse per il trucco e prodotti elettronici di consumo come i laptop hanno sfruttato abilmente caratteristiche delle strutture pieghevoli quali "più funzioni in un unico elemento" e "risparmio di spazio", per soddisfare le esigenze personalizzate degli utenti. Le strutture pieghevoli presentano i seguenti vantaggi nella progettazione dei prodotti:

1) Uso efficace dello spazio;

2) Migliore portabilità del prodotto;

3) Conversione del prodotto tra funzioni diverse;

4) Riduzione dei costi di trasporto e stoccaggio. Pertanto, è evidente la tendenza della progettazione strutturale dei prodotti verso la piegatura, il risparmio e il miglioramento dell'efficienza dello spazio, e la struttura pieghevole è diventata un elemento importante nella progettazione strutturale dei prodotti.

A differenza delle strutture pieghevoli di porte, finestre e laptop, i telefoni con schermo pieghevole devono sostenere lo schermo durante la piegatura; per questo la cerniera è uno dei componenti centrali dei telefoni con schermo pieghevole. La cerniera rappresenta la principale differenza tra i telefoni pieghevoli e quelli non pieghevoli. La cerniera di un telefono con schermo pieghevole sostiene i due piani della parte pieghevole del telefono e li ripiega in modo naturale. A causa dei diversi raggi di curvatura, il piano esterno sarà più lungo di quello interno; allo stesso tempo, dopo l'apertura, la lunghezza dei due piani deve rimanere complanare, il che richiede che l'albero della cerniera possa estendersi e ritrarsi in base all'angolo di piegatura. Pertanto, la progettazione strutturale della cerniera è un problema complesso che combina matematica, scienza dei materiali, fisica, design industriale e altre discipline; la progettazione della struttura della cerniera è strettamente correlata alla profondità della piega dello schermo, alla sensazione durante la piegatura e l'apertura, alla resistenza strutturale del prodotto e alla sua durata. Si tratta della tecnologia centrale per risolvere i "punti critici" dei telefoni con schermo pieghevole.

Dalla forma a U alla forma a goccia d'acqua, il progresso della struttura meccanica delle cerniere ha favorito efficacemente il miglioramento dell'esperienza d'uso dei telefoni pieghevoli. La realizzazione della piegatura dello schermo negli smartphone deve affrontare due grandi sfide. La prima consiste nel lasciare il maggior spazio possibile per la curvatura dello schermo, mentre la seconda consiste nell'evitare lo sfasamento tra lo schermo e la copertura della cerniera durante la piegatura.

Innanzitutto, piegare direttamente a metà lo schermo OLED causerebbe danni permanenti; pertanto, lo "schermo pieghevole" non viene ripiegato direttamente di 180°, ma lascia spazio sufficiente tra la cerniera e il corpo per consentire la curvatura dello schermo. Inoltre, quando è ripiegato, i diversi raggi di curvatura dello schermo e della copertura della cerniera causano un "disallineamento" tra i due elementi, e le due estremità dello schermo non possono essere allineate con le due estremità della copertura della cerniera, in modo simile al disallineamento tra le pagine di un normale libro quando viene chiuso.

Huawei Mate X2 e OPPO Find N, lanciati nel 2021, offrono una soluzione a cerniera a goccia d'acqua più matura. Rispetto a Moto Razr, Huawei Mate X2 e OPPO Find N, lanciati rispettivamente a febbraio e dicembre 2021, hanno realizzato una progettazione più perfezionata della struttura della cerniera a goccia d'acqua, che si manifesta in particolare nei seguenti aspetti:

1) È stato adottato un design a doppia guida di scorrimento ed è stata progettata una guida anche sulla copertura di supporto dello schermo, combinando così la copertura di supporto dello schermo con la struttura a guida di scorrimento. Quando lo schermo viene ripiegato, la piastra di supporto oscilla all'indietro per lasciare spazio alla curvatura. Allo stesso tempo, il numero di guide di scorrimento è raddoppiato per garantire la precisione della piegatura.

2) Sono stati aggiunti più moduli di coppia alla cerniera per migliorare la sensazione di smorzamento durante la piegatura e l'apertura. La struttura del modulo di coppia comprende due alberi a camme, superiore e inferiore, molle e ingranaggi. La rotazione dello schermo fa ruotare l'albero a camme superiore. Contemporaneamente, la molla esercita pressione e l'attrito tra gli alberi a camme crea una sensazione di smorzamento, rendendo più precisa la sensazione di apertura e chiusura. Inoltre, gli ingranaggi garantiscono l'innesto preciso a più angolazioni, consentendo la sospensione a più angolazioni durante la piegatura.

Anche le cerniere a goccia d'acqua di Huawei Mate X2 e OPPO Find N sono diverse, come illustrato di seguito:

1) La goccia d'acqua di Huawei Mate X2 è arrotondata e i punti di sollecitazione sono concentrati principalmente nella parte iniziale, mentre la parte terminale è sottoposta a una sollecitazione minore; per questo la piega è concentrata soprattutto al centro dello schermo. OPPO Find N distribuisce maggiormente la sollecitazione nella zona terminale e le variazioni di sollecitazione tra la parte iniziale e quella terminale sono più uniformi, quindi la piega è più ampia ma meno profonda;

2) L'area incisa al centro della copertura di supporto dello schermo di OPPO Find N è più ampia e non aderisce allo schermo. Durante la piegatura, la deformazione della copertura di supporto non coinvolge lo schermo, riducendo efficacemente la piega;

3) Nel telaio della cerniera, Huawei Mate X2 dispone soltanto di due moduli di coppia, superiore e inferiore, mentre OPPO Find N ne dispone di tre, superiore, centrale e inferiore. Inoltre, le dimensioni della camma, della molla e dell'ingranaggio del singolo modulo di coppia di OPPO Find N sono maggiori, ottenendo una migliore sensazione di apertura e chiusura e un migliore effetto di sospensione a più angolazioni.

È quindi evidente che la cerniera è uno dei componenti centrali dei telefoni cellulari con schermo pieghevole e che il progresso nella progettazione della struttura meccanica delle cerniere ha favorito efficacemente il miglioramento dell'esperienza d'uso di questi dispositivi. Nel complesso, la cerniera a goccia d'acqua con design a doppia guida di scorrimento può controllare efficacemente la piega e consentire la completa chiusura dello schermo quando il telefono è ripiegato. Allo stesso tempo, offre una buona sensazione di apertura e chiusura, garantendo agli utenti un'esperienza d'uso migliore.

Si prevede che il mercato delle cerniere per telefoni cellulari con schermo pieghevole raggiungerà 18,754 miliardi di yuan nel 2026.

I prodotti a cerniera utilizzati in prodotti elettronici di consumo come smartphone e PC sono progettati mediante componenti strutturali meccanici e assemblati con parti stampate, parti lavorate, parti MIM, parti pressofuse e componenti standard. Pertanto, i fornitori di parti stampate, parti MIM, parti pressofuse e altri componenti sono fornitori a monte della filiera industriale delle cerniere per NB/tablet/telefoni cellulari; gli assemblatori delle cerniere si trovano nella parte intermedia della filiera. In genere, i prodotti a cerniera richiedono la progettazione e lo sviluppo collaborativi tra gli assemblatori a valle e i clienti NB/tablet/telefoni cellulari per produrre prodotti finiti conformi ai requisiti del cliente in termini di tolleranza, coppia e test di durata.

Il MIM (stampaggio a iniezione dei metalli) è il processo per componenti centrali nella produzione delle cerniere.

Lo stampaggio a iniezione delle polveri è una branca della metallurgia e della scienza dei materiali. Questo processo utilizza principalmente polvere metallica (compresa una piccola quantità di polvere non metallica miscelata) come materia prima e impiega il metodo "formatura + sinterizzazione" per produrre materiali e prodotti. È un processo di formatura quasi a rete per la produzione di parti complesse a costi inferiori. In base alla classificazione dei materiali, lo stampaggio a iniezione delle polveri può essere suddiviso in due categorie: MIM (Metal Injection Molding) e CIM (Ceramic Injection Molding). Per completare la produzione dei prodotti MIM sono necessarie numerose fasi di processo. Le fasi fondamentali e le tecnologie chiave del processo MIM si concentrano principalmente nell'iniezione, nella rimozione del legante, nella sinterizzazione e in altre fasi di lavorazione.

Il processo MIM offre vantaggi evidenti nella produzione di componenti strutturali di precisione e parti estetiche caratterizzati da elevata complessità, alta precisione, elevata resistenza e finiture raffinate.

Il processo MIM è ampiamente utilizzato nell'elettronica di consumo, nell'automotive, nelle apparecchiature medicali, negli utensili e in altri settori; nell'industria dell'elettronica di consumo, i prodotti MIM possono essere impiegati per vassoi metallici per schede SIM dei telefoni cellulari, pulsanti del volume, interfacce dei telefoni cellulari, cornici delle fotocamere, cerniere, componenti di precisione per fotocamere a scomparsa, componenti di precisione per fotocamere multiple, ingranaggi e altri ambiti.

Considerando che i telefoni cellulari con schermo pieghevole devono avere uno spessore di 14 mm o anche inferiore e che le cerniere presentano strutture meccaniche complesse e ad alta precisione, combinando questi requisiti con i vantaggi del processo MIM nel campo della modellazione 3D complessa e dei prodotti ad alta precisione, riteniamo che il processo MIM abbia ampi margini di sviluppo nel mercato dei telefoni cellulari con schermo pieghevole.

I materiali per componenti strutturali in alluminio possono essere utilizzati per i telai centrali, i vassoi per schede, le cerniere e altri componenti dei telefoni cellulari con schermo pieghevole.

I componenti strutturali in alluminio offrono vantaggi quali buona dissipazione del calore, elevata resistenza alla compressione e alla flessione e resistenza ai graffi. I prodotti elettronici di consumo come telefoni cellulari e tablet che utilizzano componenti strutturali in alluminio sono più eleganti e belli, più sottili e caratterizzati da una migliore sensazione al tatto. Con lo sviluppo dei telefoni cellulari con schermo pieghevole verso la leggerezza e la sottigliezza, la domanda di materiali in lega di alluminio aumenterà gradualmente; dal 2021, sotto la guida di Samsung, leader nel settore dei telefoni cellulari con schermo pieghevole, molti progetti di nuovi prodotti utilizzeranno leghe di alluminio della serie 7.

Il metallo liquido (lega amorfa), un materiale metallico dalle eccellenti prestazioni, può essere utilizzato nelle cerniere dei telefoni cellulari con schermo pieghevole. Il metallo liquido, noto anche come lega amorfa, è un metallo allo stato non cristallino, diverso dalla periodicità e dalla simmetria della disposizione atomica dei materiali metallici in condizioni normali. La struttura disordinata a lungo raggio dei materiali in lega amorfa conferisce loro proprietà speciali, quali elevata resistenza, alta durezza, finitura elevata, resistenza alla corrosione e all'usura. La resistenza alla flessione, la resistenza alla trazione e la deformazione elastica sono migliori rispetto a quelle dei materiali comuni.

Il metallo liquido presenta caratteristiche di elevata resistenza, buona formabilità e alta precisione dimensionale, in grado di soddisfare i requisiti di spessore, resistenza e precisione dei componenti strutturali delle cerniere per schermi pieghevoli. Allo stesso tempo, il metallo liquido possiede un'eccellente capacità di deformazione elastica, che conferisce al prodotto migliori prestazioni a fatica rispetto ad altri materiali. Huawei Mate X2, lanciato a febbraio 2021, e P50 Pocket, lanciato a dicembre 2021, utilizzano metallo liquido a base di zirconio come materiale per le cerniere dei telefoni cellulari con schermo pieghevole, ottenendo una piegatura senza fessure e garantendo la planarità dello schermo dopo l'apertura.

I fornitori di assemblaggi di cerniere per schermi pieghevoli, componenti MIM, materiali in lega di alluminio e metallo liquido sono concentrati principalmente in Cina e Corea del Sud. Attualmente, tra i fornitori di assemblaggi di cerniere per schermi pieghevoli figurano KH Vatec, S-Connect e AU Flex in Corea del Sud, nonché Jingyan Technology, Kosen Technology, Changying Precision, Zhaoli e Fushida in Cina.

I principali fornitori di componenti MIM per cerniere di schermi pieghevoli sono Jingyan Technology, Dongmu Co., Ltd., Xinwei Communication e Xinrixing in Cina; il principale fornitore cinese di materiali in lega di alluminio per cerniere è Furong Technology; i principali fornitori cinesi di metalli liquidi per cerniere sono Yian Technology e Changzhou Shijing. A causa della complessità strutturale delle cerniere per schermi pieghevoli, i produttori di telefoni cellulari con schermo pieghevole come Samsung e Huawei possiedono numerosi brevetti di progettazione; inoltre, Amphenol, azienda statunitense e uno dei principali produttori mondiali di connettori, è in grado di fornire soluzioni integrate per le cerniere degli schermi pieghevoli.

Si prevede che le dimensioni del mercato globale delle cerniere e dei componenti MIM per telefoni cellulari con schermo pieghevole cresceranno rapidamente. Stimiamo che il mercato globale delle cerniere per telefoni cellulari con schermo pieghevole valesse 1,267 miliardi di yuan nel 2021 e che aumenterà del 136,8% su base annua, raggiungendo 2,999 miliardi di yuan nel 2022, per arrivare a 18,754 miliardi di yuan nel 2026 (CAGR: 71,4%). Stimiamo che il mercato globale dei componenti MIM per cerniere di telefoni pieghevoli valesse 317 milioni di yuan nel 2021 e che aumenterà del 152,9% su base annua, raggiungendo 802 milioni di yuan nel 2022, per arrivare a 6,165 miliardi di yuan nel 2026 (CAGR: 81,0%).