Из каких материалов будут создавать новые ноутбуки

Из чего делают ноутбуки: от дерева до магния

Встречают по одежке, а провожают по «железу». Современному пользователю крайне важно, из чего сделан приобретаемый им гаджет, особенно если он премиум-класса. Ноутбук — не исключение. Погружаемся в историю ноутбучного материаловедения и выясняем, за какими технологиями будущее.

Магниевый сплав
Преимущества и недостатки материалов
Технологии обработки металлов
Преимущества микродугового оксидирования
Тест надежности ноутбуков
Чем выделяется корпус с микродуговым оксидированием
Магниевый сплав
Преимущества и недостатки материалов
Технологии обработки металлов
Преимущества микродугового оксидирования
Тест надежности ноутбуков
Чем выделяется корпус с микродуговым оксидированием

Корпуса для ноутбуков — выбор материала

Корпуса техники 50−70-летней давности (телевизоры, проигрыватели и радиоприемники) зачастую делали из естественных материалов с минимумом пластика. Дерево, металл и стекло были повсюду. Так происходило по одной простой причине: химическая промышленность была развита слабо, а пластик, ввиду его новизны, сильно ценился.

Сейчас все наоборот: изобилие синтетики, ее дешевизна и повальное использование привели к тому, что в цене снова природные материалы. Пластик считается показателем бюджетности, а алюминий и стекло — признаком премиальности.

Говоря о ноутбуках, чаще всего их делают из пластика или металла. Но почему не использовать дерево или стекло? Это непрактично и дорого, поскольку в чистом виде материалы непригодны для соблюдения следующих требований к сырью:

• Прочность. Удерживание формы и всех компонентов внутри ноутбука;
• Безопасность. Нетоксичность для человека, отсутствие реакции с различными жидкостями или воздухом;
• Теплопроводность. Способствование активному или пассивному теплоотведению для лучшего охлаждения;
• Легкость;
• Долговечность. Устойчивость к механическим повреждениям и саморазрушению;
• Тактильные ощущения.

Кстати, все же один деревянный ноутбук в мире существует — это прототип от дублинской компании iameco («I Am Eco»). Поскольку из дерева ультрабук соорудить практически невозможно, ребята оставили затею с продолжением, занявшись производством деревянных ПК-моноблоков и периферии.

Пластик

Изначально в качестве пластика использовался ABS, он же акрилонитрил-бутадиен-стирол. Ударопрочный, термопластический, нетоксичный, влаго- и теплостойкий с высокой долговечностью и достаточной прочностью. Он отлично подходит для точного литья любых компонентов любой формы.

Но в белом цвете этот полимер со временем окислялся и желтел, а при попадании на него солнечных лучей и вовсе становился хрупким — достаточно вспомнить старые системные блоки. А вот черный и крашеный ABS подобным не страдал, поэтому его используют и по сей день.

Затем появился PC — поликарбонат. Хотя этот пластик не желтеет и может быть прозрачным, он обладает меньшей прочностью и более высокой ценой. Поэтому современные ноутбуки в основном изготавливаются из ABS + PC, иногда включая стекловолокно или углеволокно для придания корпусу большей жесткости.

Алюминий

Дальше идут металлы. Стальной или чугунный ноутбук — почему нет? Оба материала тяжелые (особенно чугун), сильно подвержены коррозии, а последний еще и крайне хрупкий. Они не подходят для создания тонких и легких решений — в отличие от алюминия. Идеальный кандидат: легкий, прочный, ковкий, не подвержен коррозии от взаимодействия с влагой. Как бонус — отлично отводит тепло (остывает в 1500 раз быстрее ABS-пластика).

Однако алюминий в чистом виде не используется, так как он мягкий, легко царапается, а еще окисляется, покрываясь белым налетом — оксидом алюминия. Но все эти моменты решаются анодированием и введением добавок в виде магния, кремния, цинка или меди. Слышали об алюминиевых сплавах 6000-й и 7000-й серий, применяемых в авиастроении? Вот это теперь и про ноутбуки и смартфоны.

Магниевый сплав

Магниевый сплав используется нечасто, но именно из этого материала был выполнен первый ноутбук Grid Compass в 1982 году для нужд NASA — он и в космос летал. Кто еще делает магниевые корпуса для ноутбуков?

В промышленности чаще всего используется магниевый сплав AZ91, который отлично подходит для литья под высоким давлением прочных деталей любой формы и конфигурации. При прочих равных он легче алюминия примерно на 30%. Именно поэтому этот материал так полюбили производители зеркальных фотоаппаратов.

Преимущества и недостатки материалов

Пластик: дешевый, легкий и удобный в производстве, но он абсолютно не подходит для изготовления ультрабуков, тем более премиум-класса. Прочностных характеристик полимера недостаточно для создания тонкого корпуса и компактного расположения внутренних компонентов из-за плохой теплопроводности. Не говоря уже о приятных тактильных ощущениях.

Алюминиевый сплав: золотая середина. Легкий и прочный, приятный на ощупь, позволяет делать тонкие решения и отлично отводит тепло. Почему его не начали использовать с самого начала, если он так хорош? Дороговизна производства. Например, вытачивание из цельного куска алюминия применяется только для изготовления флагманских ноутбуков. Но есть и более дешевый вариант — холодная листовая штамповка.

Магниевый сплав: обладает аналогичными достоинствами и недостатками, что и алюминий, но при этом он еще и на треть легче.

То есть, помимо более высокой цены, алюминий и магний лишены недостатков в сравнении с пластиком? Нет, ведь оба металла активно взаимодействуют с воздухом, окисляются, а значит, нуждаются в дополнительной обработке поверхности для защиты от разрушения.

Технологии обработки металлов

Для защиты поверхности алюминия или магния применяют две основные технологии: анодирование и микродуговое оксидирование.

Анодирование: электрохимический процесс, производимый в среде водного/неводного электролита. Образует на поверхности оксидную пористую нанопленку, похожую на пчелиные соты. Помимо защиты она несет еще одну крутую функцию — отлично удерживает краситель. Последующим закупориванием пор при помощи пара или кипятка достигается высокая устойчивость к истиранию краски.

Однако можно обойтись и без краски, ведь окрасить алюминий или магний можно прямо во время анодирования. Как это происходит?

Оксид — это та же дифракционная решетка, позволяющая фильтровать волны различной длины. Процесс фильтрации называется интерференцией света. Меняя размер сот и толщину оксидной пленки, можно получить любой цвет из широкого спектра цветовой гаммы.

Микродуговое оксидирование (МДО): специальная разновидность анодирования, аналогично применяемая для создания на металлических поверхностях защитной оксидной пленки. Внешний вид покрытия, полученного в результате МДО, сильно напоминает керамику. Основное отличие от анодирования заключается в использовании более высокого напряжения, из-за чего на поверхности металла образуются микродуговые разряды.

Преимущества микродугового оксидирования

МДО экологически безопаснее обычного анодирования, так как процесс окисления происходит в слабощелочных растворах, а не агрессивной среде электролита. В отличие от анодирования, МДО создает защитное покрытие, которое глубже проникает в металл и надежнее его защищает.

Также это существенно повышает адгезию (сцепление поверхностей), поэтому наносимое следом лакокрасочное или полимерное покрытие лучше противостоит истиранию.

Технология защиты корпуса из магниевого сплава использовалась и компанией Huawei при производстве флагманского ноутбука MateBook X Pro (2022). Поскольку микродуговое оксидирование надежно удерживает краску на поверхности корпуса, она не сотрется даже по истечении длительного времени использования устройства.

Тест надежности ноутбуков

О’кей, с материалами и технологиями обработки корпусов разобрались. Что дальше? Любое устройство должно быть устойчиво к различным факторам окружающей среды. Для обеспечения высокой надежности производители прибегают к механическому разностороннему тестированию. Это ASTM (Американское общество испытаний и материалов), ISO (Международная организация по стандартизации) и MIL-STD-810 (военные стандарты).

Проверка качества и долговечности по стандартам ASTM и ISO производится специальными роботами. Они имитируют реальное использование устройства: десятки тысяч раз открывают/закрывают крышку ноутбука, подключают и отключают USB-девайсы, нажимают на клавиши, изгибают корпус и роняют с различных высот. Таким образом выявляются слабые места устройства для дальнейшей их модернизации: шасси, соединяющие основание и крышку ноутбука, прочность корпуса, его устойчивость к вибрациям и т. д.

После происходит тестирование «железа». Автономность, нагрев, работа при повышенной влажности и экстремальных температурах. Только после полного успешного прохождения всех этапов тестирования ноутбук идет в серийное производство.

Если говорить о стандарте MIL-STD-810, то для гражданских ноутбуков он излишен, хотя некоторые производители все же его реализуют. Проще говоря, с такой сертификацией устройство должно работать всегда и везде, ведь от его надежности зависит работа армии. Например, последняя версия стандарта MIL-STD-810G предполагает, что девайс как минимум:

• выдерживает 26 падений с высоты 1,2 м на деревянную основу толщиной 5 см;
• включается и работает в нормальных условиях после хранения при температурах от −51°С до + 75 — без потери данных на накопителях;
• стабильно работает в температурном диапазоне от −20°С до + 60 ;
• функционирует при влажности до 95% при температурах от +23°С до + 60 ;
• работает после нахождения под напором воды в течение 1 часа (повторяется 4 раза подряд).

Чем выделяется корпус с микродуговым оксидированием

Huawei MateBook X Pro (2022) — один из немногих ноутбуков, выполненный из магниевого сплава с применением инновационной защиты корпуса посредством микродугового оксидирования. Свойства сплава позволили сделать устройство максимально тонким, легким и прочным — ультрабук весит всего 1,26 кг при толщине чуть более 15 мм.

Особое внимание уделено и тактильным ощущениям. Матовое покрытие с эффектом soft touch не только вызывает приятные эмоции, но и активно противостоит появлению жирных следов от пальцев.

Магниевый корпус и качество сборки позволили реализовать в тачпаде имитацию нажатия посредством магнитного «молоточка». Подобную приятную виброотдачу на данный момент могут предложить только более дорогие ноутбуки от Apple. Заинтересовали? Тогда вперед смотреть полный обзор и тестирование «железа» Huawei MateBook X Pro (2022).

Это тоже интересно:

• Обзор Huawei nova 10 Pro
• Обзор Huawei MatePad Pro 11 дюймов
• Обзор наушников Huawei FreeBuds Pro 2

Из каких материалов будут создавать новые ноутбуки

В настоящее время мы испытываем ренессанс ноутбуков с невероятными спецификациями и некоторыми действительно потрясающими дизайнерскими изысками, украшающими последние модели.

В рамках этих проектов мы также видим много новых материалов, которые используются для создания ноутбуков. Алюминий, магний, углеродное волокно, даже сверхтвердое закаленное стекло Gorilla Glass – похоже, что если вы хотите сделать новый ноутбук или планшет высокого класса, старомодный пластик – больше не вариант.

Алюминиевый сплав в ноутбуках

Если в новом поколении ноутбуков и есть «более старый» вариант материала, то это алюминий. Прославленный компанией Apple в своих high-end PowerBook ещё в 2003 году, алюминиевый сплав заменил титановый сплав старых поколений.

Объяснение было двояким: использование процесса анодирования для завершения и окраски металла позволило решить проблему отслоения краски, как у предыдущих поколений, к тому же алюминий дешевле и работать с ним проще, чем с титаном. Вместе с тем, низкая плотность означает, что алюминиевые оболочки должны быть толще, а эта дополнительная жесткость обычно приводит к тому, что конструкция менее подвержена изгибам, деформации и вмятинам.

Только после появления Macbook Air Apple представила корпусом (а затем и сборочный узел), образованный из одного куска измельченного алюминиевого сплава. Сейчас это стало более или менее стандартом для ноутбуков высокого класса. Хотя изготовление таких деталей дорого, это позволяет создавать ноутбуки с меньшим количеством частей, упрощая производство в целом и делая его менее склонным к деформации. Анодирование повысило способность к рассеиванию тепла и коррозионную стойкость, также его можно использовать для «окрашивания» алюминия в разные цвета.

Алюминиевые сплавы обычно сильнее, чем пластмасса, особенно при использовании в цельных конструкциях. Но у них есть довольно очевидные недостатки: даже на относительно толстых корпусах премиальных алюминиевых ноутбуков появляются вмятины.

Алюминий также проводит тепло намного лучше, чем пластик, что делает некоторые ноутбуки склонными к неприятному перегреву. Конечно, это задача инженеров: разместить горячие зоны, такие как процессор и радиаторы, вдали от областей, где пользователь, вероятно, будет касаться ноутбука.

Магниевый сплав в ноутбуках

Магний прямая альтернатива алюминию, используется в качестве первичного сплава для все большего числа конструкций ноутбуков. Он легче, чем алюминий, примерно на 30% (это самый легкий в мире металлоорганический металл), при этом он имеет высокое соотношение прочности и веса. Это позволяет корпусам электроники из магниевого сплава быть тоньше, чем аналогичные алюминиевые конструкции с одинаковой общей долговечностью.

Магний также менее термически проводящий, то есть у дизайнеров больше свободы в размещении внутренних компонентов, которые не будут перегревать корпус.

Магний, как правило, проще использовать, чем алюминий, с точки зрения производства, что открывает новые возможности для дизайна ноутбуков и планшетов. К сожалению, он также значительно дороже, чем алюминий. Чтобы компенсировать это, производители иногда комбинируют магниевый корпус с более дешевыми пластмассовыми частями, такими как подставка для рук.

Конструкции из полностью магниевого сплава, такие как Surface Pro и некоторые премиальные ноутбуки в линиях HP ENVY и Lenovo ThinkPad, заметно дороже, чем сопоставимые модели.

Между алюминиевым и магниевым сплавом, на самом деле, не так много разницы, чтобы повлиять на покупку нового ноутбука. Магниевые корпуса менее склонны к изгибам или вмятинам, чем алюминиевые, но более подвержены трещинам при повышенных нагрузках. Тепловые свойства в большинстве случаев останутся не замеченными (так как все производители достаточно хорошо справляются с управлением внутренним нагревом). Если вы не планируете постоянно использовать ноутбук в высокотемпературных средах, внутренние спецификации должны быть приоритетом при выборе ноутбука.

Углеродное волокно в ноутбуках

Углеродное волокно – это немного неправильное название: материал, который так широко используется в самолетах и спортивных автомобилях, на самом деле, является составным из тканых углеродных нитей и более примитивных полимерных оснований. В принципе, это высокотехнологичный пластик, усиленный синтетическим углеродом. В результате получается материал с чрезвычайно высоким соотношением массы к прочности, обеспечивающий защиту, подобную металлу или сплаву.

Кроме того, это выглядит действительно круто. Большинство производителей любят демонстрировать материал из углеродного волокна в своих конструкциях, который даёт уникальное серо-черное переплетение.

Углеродное волокно, в некотором смысле, легче формовать, чем металл, для чего требуется только простая литейная форма для больших деталей, а не механический процесс фрезерования. Углеродное волокно проводит очень слабо проводит тепло, что делает его идеальным выбором для областей корпуса ноутбука, к которым прикасаются пользователи.

Тем не менее, углеродное волокно имеет некоторые отличительные недостатки перед «обычными» материалами для ноутбуков. Поскольку он представляет собой композит из углеродного плетения и более хрупкого полимера, его внешняя отделка не столь долговечна, как тканая внутренняя отделка – она намного более восприимчива к царапинам и вмятинам.

Компоненты внутри также защищены, как и под металлом, но угловое падение или пробивное воздействие по-прежнему будет выглядеть довольно некрасиво. Углеродное волокно также намного дороже, чем даже магниевый сплав.

Из-за этого оно используется, в основном, в комбинации с другими материалами. Насколько мне известно, ещё не выпускали ноутбука, корпус которого был бы полностью изготовлен из углеродного волокна (хотя было несколько смартфонов, выполненных из структурно похожих кевларов).

Закаленное стекло в ноутбуках

Рост популярности смартфонов в конце 2000-х годов усилил интерес к закаленному стеклу – в частности, запатентованному фирмой Corning Gorilla Glass – новый материал для всех видов электроники.

Современное закаленное стекло – это нечто удивительное, включая устойчивость к царапинам, почти такое же хорошее, как у синтетического сапфира. Оно также относительно недорого интегрируется в дизайн ноутбука.

Но имейте в виду, закаленное стекло всё ещё. стекло. Он может быть устойчивым к царапинам и с меньшей вероятностью сломается, чем обычное оконное стекло, но падение на любую достаточно твердую поверхность по-прежнему способно разрушать экран, крышку и сенсорные панели. В качестве материала для ноутбуков и планшетов, закаленное стекло является косметическим дополнением, а не главным элементом.

Источник https://hi-tech.mail.ru/review/60371-iz-chego-delayut-noutbuki-ot-dereva-do-magniya/

Источник https://webznam.ru/blog/sozdavat_novye_noutbuki/2018-12-19-814

Источник