苹果为何选择3D玻璃机身,铝合金机身还能走多远?

新材料在线 2018-06-19 15:59:57

一、引言


苹果公司计划对下一代iPhone手机进行换装,换上3D盖板玻璃和背板玻璃的双面玻璃设计,这使3D玻璃成为继OLED概念之后的又一全新热点,引发多家券商密集追捧。那么苹果为何要放弃现在的金属机身,改用3D曲面玻璃作为下一代iPhone手机呢?



二、苹果为何选择3D玻璃机身


3D玻璃具有轻薄、透明洁净、抗指纹、防眩光、坚硬、耐刮伤、耐候性佳等特点,可型塑做出3D多形状外观具有产品特殊设计新颖性与质感佳,又可增加弧形边缘触控功能带来出色的触控手感,还可完善出更好的握感体验。


除了3D玻璃自身的有点之外,苹果选择3D玻璃也是手机机身和科技发展的必然趋势。


1,OLED催化旗舰手机采用3D玻璃。


苹果手机将采用OLED屏幕,盖板玻璃需要配合做成3D形状,而背板玻璃基于握感和美观度的要求也需要升级至3D玻璃。据可靠消息,苹果2018年的全部iPhone手机都会采用OLED屏幕。3D玻璃已然成为苹果未来设计的的必然趋势。


2,手机产品的创新促使了3D玻璃再手机上的应用。


苹果显然在计划采用全新的设计,以使得iPhone与竞争产品区分开来。目前苹果很多的竞争对手都是出售使用铝制外壳的智能手机,新一代iPhone采用玻璃后壳可以实现产品差异化。


3,随着技术的发展,成本的降低、消费者的体验需求进一步推动3D玻璃的发展。


目前能做手机外壳的非金属材料通常有聚碳酸酯(塑料,功能机常用,已被淘汰)、玻璃(iPhone4用玻璃壳,证明该技术可行)、陶瓷(小米陶瓷手机产量不高)、炭纤维(成本过高)等。玻璃因其材质、手感及加工成形性等特性,属于目前非金属材料中最有可能率先应用的材料。


另外,我们的手心是有弧度的(向里),而3D后壳正好有一个相反的弧度(向外),这个背部曲线设计正好符合人体工程学,也就是握感好。而玻璃具有闪、透、亮、炫的特色,作为手机后壳时能大幅提升颜值和逼格,而3D玻璃后壳正好集合了上述的优点。,


4,4G,5G,无线充电灯等新通讯技术的发明促进了3D玻璃在手机上的应用。


无线充电、5G等新型传输方式的临近,无线频段越来越复杂,金属机壳屏蔽成为重大瓶颈,背板材料需要更换成非金属材料。以三星S7为例,采用了玻璃后壳,设计时就可以避免三段式设计,而且可以实现无线充电。

三、市面上有哪些手机品牌采用3D玻璃机身?


目前市面上也有部分手机品牌上也号称使用了3D玻璃机身。


小米Note


2015年1月,小米发布的小米Note,按官方说法,背面采用的是一种“3D玻璃”,其实就是在原本平整玻璃的边缘进行了弯曲。个人认为,这并非真实意义的3D玻璃。


小米5

图片来源:移动叔叔


2016年2月,小米5首发开卖的时标准版和高配版,后壳均为3D玻璃材质。


三星 Galaxy S7 edge


2016年2月,三星发布了一款高颜值,号称“第一曲面屏神器”的新机- Galaxy S7 edge。外观方面,三星S7 Edge采用了双面玻璃+铝合金金属边框设计,结合弧度更多的曲面屏幕,圆润的边角设计,外观大气时尚。


InFocus Infinity 

图片来源:MTK


2016年3月,富可视的一款名为InFocus Infinity的新机曝光,其机身号称是采用富士康最新的3D玻璃工艺,打造出了类似于钻石般的美妙观感。


根据流传出来的这组图片可以看到,InFocus Infinity正面的玻璃盖板边缘弧度远大于普通的2.5D弧面玻璃,背部更为夸张,整个玻璃后盖高低起伏而非一个平面,不规则的钻石状切面带来了更立体的效果。按照原文的意思,InFocus Infinity的3D玻璃后盖不仅视觉效果个性,通视度、光线折射等方面也很出色的效果!这款手机虽然已有工程机面世,但是并没有公布详细配置和上市时间等关键信息。


Z2 Pro 3D玻璃机身

图片来源:快科技


2016年4月,联想ZUK旗舰机型 — Z2 Pro开新机发布会,并号称是“全球第一款真3D玻璃”。ZUK Z2 Pro采用的是单向单曲率热弯玻璃工艺,整体曲率玻璃的正面抗冲击性比平面玻璃要强,应力更分散。当然,如果能够使用双向曲率的近球面玻璃,则效果会更强,也需要更加繁复的加工工艺来支撑。

四、3D玻璃加工工艺


无论这些品牌是真3D玻璃机身,还是属于“3D概念”,苹果和三星都采用双面3D玻璃后,势必将带动其他品牌手机快速跟进。那么3D玻璃是如何加工成型的呢?下面由新材料在线带着大家深度解读3D玻璃的加工流程(以ZUK Z2 Pro的3D玻璃加工为例):


3D玻璃加工流程


1.开料开孔.将玻璃片材放置在三轴开料机台面,粗砂轮刀开外形,开摄像头孔.转速达10000-12000转/min.切断面较粗糙,同时单边留0.1mm余量;


2.磨边.即侧面精磨。细砂轮,对外形及摄像头孔精加工,加工精度可达0.01mm.并将切断面精细化.



3.超声波清洗。清洗掉表面残留废渣.常规工艺不赘述。


4.玻璃热弯。平板玻璃加热软化在模具中成型,再经退火制成的曲面玻璃。根据炉体的大小和你所烧制玻璃的尺寸弧度有一定的关系,最主要的是玻璃在烧制过程中炉体内的温度要均匀,并使玻璃能均匀受热,避免应力脆裂。加热炉内部设16-22个炉温点,以监测炉内温度均匀性。




具体操作流程是:在工作中通氮保护气,并防止空气进入.炉温控制在700-750℃.产品在炉内时间为2min.因为玻璃不是结晶态物质,没有固定熔点,它是玻璃态有机化合物,在温度升高的过程中慢慢的变软,通常软化点600℃左右。温度越高,流动性会越好。软化点是我们日常见到的玻璃成品刚开始变软的温度.




下面我们将继续深入了解玻璃热弯工艺的重要延伸——模具、模具材质、模具加工。


而玻璃热弯模具在当今就是一个比较有技术性的话题了。玻璃热弯模具使用的是石墨材料。因为石墨具有硬度高、导电性好、防辐射、耐腐蚀、导热性好、成本低,而且还具有耐高温的特性,与金属升温变化具有相反的性能,温度越高,体质越硬。这样就不会存在变形的问题。因此玻璃热弯模具使用石墨材料来制作,不仅大大降低了生产成本,模具加工难度也大大的降低。


模具本体为实心,材质为石墨主材料,模具本体为石墨质凹字型矩形体,模腔为预设的曲面。其中,模腔和推板经精抛光加工,模具本体厚度为5至30毫米。有效保证了高温下的材质稳定和尺寸的一致性,提高了产品的成品率和良品率。



那么,石墨热弯模具的制造流程是怎么样的呢?下面我们来说一说制造石墨玻璃热弯模具的工艺流程。


第一步,需要选择合适的石墨材料,尽量选择石墨纯度高和石墨密度高的,否则高温热弯的时候模具很容易氧化和塌陷,这样加工热弯的时候不会产生氧化现象,也不会发生气泡洞洞的现象,还一个就是模具的寿命会大大的提高。


第二步,石墨材料在切料房切好了之后进入CNC电脑锣加工中心进行成型雕刻,碳素CNC电脑锣需加工速度快,精度高。此种模具热压出来的产品精度,是可以达到新品发布会上公布的0.025mm的热弯加工精度的。


第三步,模具成型之后就可以拿到抛光机上进行最后的石墨抛光,抛光完成,经过三次元检测仪尺寸检验,即可投入生产。


5.双面抛光。玻璃经热弯后,产品表面须经抛光.采用羊绒轮,通过调整上下抛光轮转速,对产品压力,时间控制,并辅助研磨粉或泡沫液,对玻璃产品表面精抛光,以达通透无瑕疵.


6.化学硬化。采用高纯度的硝酸钾溶液及搭配的催化剂混合加热至摄氏450℃左右,且产品在强化炉的加工时间为4-5小时。玻璃结构表面的钾离子和钠离子进行离子交换而形成强化层。硬度可达7H,提高玻璃的防划伤,抗冲击等能力。




7.丝印、喷涂。将产品LOGO字符制网版,调油墨,辅以定位治具,将字符印在产品凹面。烤干,上治具,调漆,钛晶黑/陶瓷白,往复喷涂。烤干。



8.AF coating 处理。防止指纹及油污不易粘附且轻易擦除。表面顺滑,手感舒适,不易刮花。增加玻璃表面耐磨性。




下面我们具体讲一下防指纹处理的工艺流程。


①.前处理:使用弱碱性清洗剂或溶剂去除基材表面油分、水分等污迹,通过超声波清洗效果更好;  


②.将AF药液镀在产品表面成膜;  


③.烘烤:喷涂后取出玻璃,放入烤箱(120度,30分钟),视具体要求及产品情况调整至最佳;  


④.清洁:产品清洁后,成品包装。

五、3D玻璃厂商的技术路线


目前很多玻璃及玻璃深加工厂商也在纷纷布局3D玻璃行业,部分企业也从中脱颖而出。但是各3D玻璃企业的技术发展路线有所侧重和差异,以下是部分3D玻璃厂商的技术路线:


美国康宁




技术路线:关注3D玻璃的热压成型工艺、成套设备、模具制造等。其3D玻璃领域的专利数量虽然不多但质量上乘,例如CN103732548A公开的制造系统是对热压法制备3D玻璃相关技术的高度集成。





蓝思科技




技术路线:关注热压成型、抛光、丝印、模具制造等相关设备及工艺,例如:研磨抛光设备、3D和异型玻璃热加工设备及模具、3D玻璃丝印网版设备等。




东莞劲胜



技术路线:关注于手机玻璃精雕、压缩注塑成型、丝印、模具等技术。




浙江星星




技术路线:关注于3D玻璃的热压成型、精雕加工、切割刀具、定位装置。例如:一种可穿戴式智能设备的3D玻璃面板的加工方法,包括:外形加工、装载和清洗、预加热、热压成型和清洗取出的步骤。本发明能够一次性加工出高质量的3D玻璃面板。



相关技术路线来自IPR daily

六、3D玻璃机身工艺难点


3D曲面盖板玻璃在智能手机上的使用,并不是由苹果最早开始的,然而苹果总能作为行业风向标将会引发3D玻璃新概念。


但是3D玻璃作为手机机身就一定合适吗?这个真不一定。就目前而言,目前3D玻璃的加工过程工艺复杂且人力成本高、良品率较低。虽然现在没有证据表明3D玻璃比纯平玻璃更易碎,但我们知道,现在的3D玻璃多是在原纯平玻璃上进行再次打磨加工造成的(比如加热压弧、削薄等),如此玻璃机身要具备很高的抗摔性能,在技术和设计方面还需要有诸多讲究。


3D玻璃的加工难度主要体现在3D曲面成型、曲面抛光、曲面印刷、曲面贴合四大工艺上.



3D玻璃四大加工难度


以三星S6 Edge手机使用的3D玻璃成型技术为例,其将目前硬度最高的康宁第四代大猩猩玻璃放在弧形模具之间,加热到800摄氏度,再压进弧形模具让玻璃弯曲,然后再通过CNC加工、三面抛光、强化等步骤。热成型过程中温度和精度难以控制,玻璃的不同部位容易产生受热不均。模具目前多用石墨,属于耗材易损耗,更新频率高。此过程工艺复杂且人力成本高,因此S6 Edge初期也曾一度有良率仅50%和供货不足的传闻。


前不久在一次媒体会议上,iPhone长期机身供应商台湾铠胜集团的一位发言人表示,“按照目前的订单规划来看,至少未来1-2年之内不会有玻璃机身的iPhone。”这也就意味着今年的iPhone 7、明年的iPhone 7s都依然会是金属机身,就算苹果要重回玻璃机身,最快也得等到2019年的iPhone 8才会实现。


那么到底玻璃机身是否回取代金属成为手机机身材料的新风向标,这还需要看消费者是否买单。目前,全金属手机一直是整个行业的热点,铝是当前综合性能最好,性价比最佳的智能手机机身材料。自从苹果将CNC金属一体成型,也就是Unibody一体成型机身工艺在iPhone5上得以实现以来,手机行业并刮起了全金属手机的狂潮。


金属机身手机品牌一览

七、结语


金属机身材料具有质感出众、散热效果好的优点,但缺点是热量导致手感不适、因手机的射频信号问题,机身会被分割成几段;而玻璃机身材料具有轻薄、透明洁净、美观,3D设计符合人体结构和未来无线充电的发展需求等优点,但脆性和加工工艺及高成本依旧是其无法逃避的问题。


之前,苹果4代前后壳使用的是大猩猩玻璃,5代后盖采用的则是铝合金加陶瓷玻璃材质。苹果在使用玻璃材质作为机身材料方面也积累了一定的技术和经验。苹果引领手机设计新风向,从塑料-玻璃-金属,再次回归玻璃,是市场不断推动的结果。


未来,苹果何时能将双面3D玻璃的设计用于新一代苹果机身上,金属机身现有的地位是否会被玻璃机身取代,玻璃机身是否会再一次引领新方向,作为一体加工的铝合金,未来将走多远?这是留给整个手机产业链及消费者的问题。

八、3D玻璃企业导航


文末附部分3D玻璃相关企业介绍(如果您是3D玻璃相关厂商,欢迎给我们留言,加入3D玻璃企业导航。)



 

 来源:新材料在线



6月30日-7月1日,第一届3C电子行业“新设计、新材料、新工艺、新应用”趋势发展研讨会将在深圳开幕,届时将有中兴、联想、阿克苏诺贝尔、科思创、苏威、阿博格等出席报告,众多业内知名企业如富士康、华为、TCL、长虹、魅族、创维代表们将出席本次3C电子行业盛会!



会议概况

会议地点:深圳宝安·登喜路国际大酒店

会议时间:2016年6月30日~7月1日

6月29日   15:00—20:00

6月30日   08:00—08:50

签到

6月30日  09:00—17:00

7月1日   09:00—11:00

会议

7月1日  12:30—17:00

广州科思创聚合物有限公司工厂参观

(参观内容:德国的技术产线和配色中心)

注:工厂参观需提前预约,经资格审核及确认后有专车接送。


会议议程

会议议程安排

日期

时间

演讲议题

6月30日

09:00-09:10

开幕致辞及嘉宾合影

09:10-09:40

3C电子产品的流行趋势

施金忠 总监 联想研究院

09:40-10:10

3C电子材料发展趋势——LDS.NMT材料应用

韦勇 项目总监
 深圳市中塑新材料有限公司

10:10-10:40

创新型线路板环保敷型涂覆材推广方案

张磊 项目总监 
 
亿铖达(深圳)新材料有限公司

10:40-11:10

茶歇

11:10-11:40

《金属阳极氧化和仿阳极氧化的涂料系统解决方案》

杨波博士 副总裁 
 湖南松井新材料有限公司

11:40-12:10

柔性电子器件用高PPI FMM及纺织图形导电材料介绍

高小平 总经理 
 
安徽省大富光电科技有限公司

12:10-14:00

午餐

14:00-14:30

共生的设计

姜臻炜 副总经理&创意总监 
 
深圳市浪尖设计有限公司

14:30-15:00

粉末注射成型简介及应用

毛山 应用工程师
 阿博格机械贸易(深圳)有限公司

15:00-15:30

液态金属高性能导热界面材料

楚盛 教授
 中山大学物理科学与工程技术学院

15:30-16:00

茶歇

16:00-16:30

3C电子的创新型材料解决方案

林文彬 全球市场经理(智能与穿戴装置)/马琳 销售开发经理苏威(上海)有限公司

16:30-17:00

《激光焊接在3C电子行业的应用》

兰凯丰 项目中心总监 大族激光焊接事业部

17:00-19:00

晚宴

7月1日

09:00-09:10

富贸商城

09:10-09:40

通讯产品对创新材料的需求分析

王玉 高级工程师 项目经理
 中兴通讯股份有限公司

09:40-10:10

聚合物基电子封装材料的研发与应用

孙蓉 先进材料研究中心主任
 中国科学院深圳先进技术研究院

10:10-10:40

超薄热管在3C产品上的应用

王春华 研发经理 
 
深圳市德镒盟电子有限公司

10:40-11:10

外观设计创新与聚碳酸酯材料方案

高会林
 科思创(聚合物)中国有限公司(原拜耳公司)

11:10-12:30

午餐

13:00-17:00

广州科思创聚合物有限公司工厂参观(凭邀请参加)

(参观内容:德国的技术产线和配色中心)


报名方式


报名方式

详情咨询请直接电话联系158-1400-1915 吴先生或者158-7492-0409 向小姐

  1. 短信报名:

    编辑短信“3C电子会议+姓名+单位+职位+电话+邮箱”发送至向小姐(158-7492-0409)即可

  2. 邮件报名:

    编辑邮件“3C电子会议+姓名+单位+职位+电话+邮箱”发送至如下邮箱:service@materials.cn

  3. 点击阅读原文即可报名


- 长按添加小编微信,备注“3C行业会议”-


欲了解更多详情请戳

2016•中国3C电子行业趋势发展研讨会


新材料在线商务合作,请联系:王小姐 0755-86060912


点击“阅读原文”直接报名

Copyright © 华为手机价格交流组@2017