防水產品設計

防水產品設計原則

三防,即防水、防塵、防震,一般用IPxx表示,第一個x代表防塵,第二個x代表防水。實際上,三防手機主要為防水,防水和防塵功能上有重疊,防震就是增加殼體強度或者殼體雙色成型,外觀外軟膠(TPU、TPR等彈性體),從而耐摔,防震。 由於電子產品使用環境的限制,必須需要較好的防水能力,以避免電子電器損壞,最終保證產品能夠正常使用。不同的電子產品對於防水等級要求不同,因此具體的防水方法和結構設計也不一樣。

1. 防水產品設計的原則

設計一項新的產品總是需要深思熟慮的,但在涉及到防水產品時,設計過程中的細節和要求就更為專業和複雜。因此,在進行設計之前,設計師需要深入瞭解一些基本的設計原則。這些原則不僅涵蓋了工程的技術方面,還要包括市場需求和消費者期望等綜合考量。

(1) 理解需求

首先,設計師需要清楚的理解產品的應用場景和環境。這不僅包括環境的濕度,還包括環境的溫度、酸鹼度等各種影響因素。例如,設計師設計的產品將在何種程度的濕度下使用?它需要在陽光直射的戶外使用還是在陰涼潮濕的室內使用?這些都將影響設計師選擇防水材料和設計的結構。

除此之外,產品可能承受的壓力也是設計師必須考慮的重要因素。如果設計師的產品需要承受水壓,例如,潛水錶或是深水探測設備,那麼防水材料的選擇和設計的結構就必須能夠抵擋這種壓力。設計師需要考慮使用的材料是否能夠長期保持密封性,防止水分侵入。

總之,在設計防水產品的過程中,理解需求是最初也是最關鍵的一步。設計師需要仔細研究產品的應用場景,並且考慮到各種可能影響產品性能的因素。只有在充分理解了這些需求之後才能設計出真正能滿足使用者需求的產品,並且確保產品在使用過程中的性能和耐用性。

(2) 選擇材料

在產品設計過程中,選擇合適的材料是關鍵的一步,而在防水產品的設計中,這一步驟更顯得重要。選擇何種材料,並不僅僅是為了確保產品具有良好的防水性能,還涉及到一系列如產品壽命、成本控制,以及考慮環保問題的因素。

在討論到防水材料時,一些塑料和橡膠材料首先映入我們的眼簾,因為他們擁有出色的防水性能。這些材料在環境濕度或者水壓變化的情況下,依然能夠保持其性能,阻止水分侵入產品內部,從而確保產品的功能。

然而,選擇材料的考量遠遠不止於此。材料的壽命也是一個重要的參數,特別是當產品需要在極端的環境條件下使用時。設計師需要選擇的材料不僅需要具有優秀的防水性,還需要具有良好的耐久性和耐老化性,以確保在長期的使用過程中,產品能夠維持其性能。

接著,成本控制也是設計階段必須考慮的一個重要因素。這意味著設計師需要在符合所有功能和性能需求的前提下,尋找成本效益最高的材料。這既涉及到材料本身的價格,也包括其加工和生產的成本。

(3) 設計防水結構

在進行防水產結構的設計,通常會考慮到兩個主要部分:一個是密封,另一個是防水透氣。

談到密封,這部分的設計主要是為了確保防止任何形式的液體水分進入產品的內部。設計師需要考量什麼的設計結構,使得產品能在任何條件下,都能阻擋水分的侵入。這可能涉及到各種材料的選擇和使用,如密封膠、O型圈等。
然而,密封結構的設計不僅需要考慮防水材料,還需要講究結構設計和應用策略。將防水材料融入產品的結構中,需要確保在各種使用條件下,都能提供持久且穩定的防水效果。

然後是防水透氣部分,這是一種在保持防水性的同時,還允許空氣通過的技術。防水透氣的技術能夠讓內部的濕氣或氣體排出,同時阻止外部的水分進入,這對於許多需要在潮濕環境中使用,且需要保持內部乾燥的產品來說,是非常重要的。
防水透氣的設計可能涉及到使用特殊的防水透氣薄膜以實現透氣與防水的雙重目標,這種設計需要考慮到產品的具體應用情境,並兼顧到防水性和透氣性的需求。

(4) 測試和改進

當設計師完成防水產品的設計之後,下一個重要的步驟就是進行嚴格的測試和持續的改進。因為它將確定設計師的設計是否能在實際應用中提供出色的防水效果,並且確認產品是否能在不同的使用環境和條件下維持其性能。

在測試過程中,不僅要檢查產品的防水性能,也要評估其在各種可能的使用環境和極端條件下的表現。這可能涉及到模擬高濕度、高水壓、長時間浸水、甚至冰冷或炎熱的環境。透過這種多元化的測試,可以深入了解產品的防水性能,並找出可能影響其防水效果的隱藏問題。

測試不只是為了確認產品的防水性能,也是為了找出可能的改進空間。因此,當設計師進行測試時,需要對所有的數據和結果進行詳細的分析。將注意力放在那些產品可能表現不佳或失敗的情況上,試圖找出原因,並尋找可能的解決方案。

一旦找出可能的問題和解決方案,就需要將這些改進反饋到產品設計中。這可能涉及到修改產品的結構設計、選擇不同的防水材料,或者更改製造過程等等。然後,將進行更多的測試以確認這些改進是否有效。

以上只是一個很基礎的介紹,實際的產品設計過程可能比這裡所討論的更為複雜,且涵蓋了更多的因素和細節。
每一個設計步驟都會牽涉到許多的細節,每一個決定都可能對產品的最終性能產生深遠的影響。設計師必須考量到材料的選擇、結構的設計,以及生產製程的安排等各種細節。而在實際應用中,我們還需要面對各種不可預見的挑戰和變化,這都需要設計師具備豐富的經驗和高度的靈活性。

除此之外,產品設計的過程還需要考慮到其他的複雜因素,如符合各種國際和地區標準的要求、保持與其他部件的相容性,以及確保產品的成本效益等等。這些都是在實際操作中需要深入研究和處理的問題。
所以,這裡的介紹僅僅是一個起點,一個讓設計師開始思考和理解防水產品設計過程的基礎架構。要真正掌握這個過程,需要深入學習,並透過實踐經驗來不斷磨練和提升。

2. 國際防護等級認證

國際防護等級認證(International Protection Marking, IEC 60529)亦稱作異物防護等級(Ingress Protection Rating)或IP代碼(IP Code)。有時候也被叫做「防水等級」「防塵等級」等,定義了機械和電子設備能提供針對固態異物侵入(包括身體部位如手指,灰塵,砂礫等),液態滲入,意外接觸有何等程度的防護能力。
所以當你看到商品規格說明有提到【IP56】時(圖1),就代表商品具有防塵及防水的能力,而這兩個數字所代表的意義如下。

(1) 異物防護等級

(圖1)的IP56第一位數字5指的是防塵係數,代表「固體」防護能力(圖2),用來表示產品防塵及防固體異物進入的能力。

(2) 國際測漏標準

(圖1)的IP56第二個數字6指的是防水係數, 代表「液體」防護能力(圖3) (圖4),用來表示產品防水、液體進入的能力。

(3) IP69K

最新的防水防塵等級【IP69K】(圖5)是根據德國標準 DIN 40050 PART9 所定義的高溫高壓水保護措施,乃將 80℃的水從指定形狀的噴嘴以 80-100BAR 的水壓排放到樣品中,水量為 14-16 升/分鐘,樣品與噴嘴之間的距離為 10-15cm,出水方向在水平方向上為 0、30、60、90 度(圖6),樣品在每個方向上水平放置 30 秒,在樣品表面旋轉時執行。

在 80 度高溫的加壓水衝擊下,實驗空間存在水蒸氣的環境效果,相對模擬水蒸氣的氣密防護與東南亞等地的高溫氣候的突然一陣雷陣雨後,又高溫日照所產生的蒸汽化的使用環境模擬100Bar 的高壓水柱衝擊,相當於模擬強烈颱風天的高壓颱風雨衝擊模擬,對台灣的室外設備使用環境的模擬,具備實用的親臨環境下的營運測試驗證效果。

換言之,【IP69(IP69K)】防塵防水等級除了具備完全密封狀態來防止灰塵進入裝置
內部外,還可連續承受 80ºC 水溫、100Bar 水壓達 2 分鐘的水柱沖擊(0º、30º、60º、90º 每個出水角度可承受 30 秒沖擊)。

☆ 其他參考資料及文章

● 安規要求之開孔設計

● 教你看懂防水防塵-國際防護等級認證

● 什麼是異物防護等級,它指的是什麼?

● 一次搞懂防塵防水等級意義

●【教學】防水等級解說

●【秒懂潮科技】手機的 IP68 是什麼意思?

● IPX9K Ingress ProtectionTest

● IP69K Waterproof testing

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