Общие характеристики ноутбуков

Введение

Ноутбук - одно из самых распространенных технологических устройств, используемых в мире на данный момент. В связи с этим, на его свойства и  характеристики автоматически накладываются ряды условий и требований, которым они должны соответствовать.

Ноутбук - это переносной портативный персональный компьютер. Он должен быть компактным и легким для более удобного использования в дороге или просто вне дома. Но также он должен быть прочным и надежным, чтобы его компоненты не повредились при транспортировке устройства. Жаростойкость, коррозионностойкость, хорошие литейные свойства: все это - необходимые характеристики, которые должен содержать каждый корпус ноутбука, ведь именно от качества корпуса зависит и работоспособность, и срок службы всего устройства.

технический ноутбук конструктивный

1. История

Создание ноутбука началось в 1968 году ученым биологом из Колорадского университета Аланом Кэй. Первый ноутбук, который планировал создать Алан назывался «Dynabook» (рис. 1). Он должен был иметь размер не более листа формата А4, плоский дисплей, питание двух видов, подключение к сети и невысокую цену. Однако, в скором времени, он возглавил исследовательскую лабораторию Xerox, где изобрел лазерный принтер и технологию Ethernet вместе с Бобом Меткалфом, но создать свой ноутбук он так и не успел [1].

Первый реальный ноутбук был создан в 1979 году ученый Вильям Могридж, работающий в компании Grid Systems Corp. Ему удалось собрать ноутбук, хоть он и выглядел громоздко (рис. 2). Данное устройство было названо Grid Compass и создавалось специально для NASA, для работы программы под названием «космический челнок».

Рисунок 1. Dynabook

Рисунок 2. Grid Compass

Технические характеристики первого ноутбука поражали: объём памяти - 340 килобайт, сверхмощный процессор Intel® i80c86 с частотой 8МГц. Он имел графический дисплей и встроенный модем, принимавший информацию со скорость 1200 б/с. Весило это чудо техники всего 5 килограмм. Материалом корпуса являлся магниевый сплав, однако, как и любой компьютер в те времена, он был стационарным. Также, стоимость достигала 8000 долларов, но несмотря на это, его выпускали на протяжении 9 лет.

В 1981 году Адам Осборн создал ноутбук для бизнесменов и назвал его в честь себя Osborne 1. Данный ноутбук позволял работать в дороге, в поезде и самолете, так как имел аккумулятор. Из характеристик было следующее: процессор с тактовой частотой 4 МГц, оперативная память на 64 килобайта, два дисковода для дискет, три порта - Centronics, RS-232C и для подключения модема, дисплей 4,3 дюйма (рис. 3). Вес его составил 11 килограмм, а стоил 1795 долларов.

В этом же году, в 1981, был создан еще один ноутбук, выпускаемый компанией IBM под названием IBM PC (рис. 4). В скором времени ноутбуки начали создавать и другие компании типа Toshiba, Compaq и Apple. Все эти прототипы нынешнего ноутбука, компании, которые работали над созданиями и модернизациями, все ошибки и победы внесли существенный вклад в развитие нынешнего ноутбука, который привыкли видеть перед собой.

Рисунок 3. Osborne 1

Рисунок 4. IBM Convertible PC

2. Применяемые материалы

В современном мире, основным материалом являются смеси акрилонитрилбутадиенстирола и поликарбоната; сокращенно: ABS+PC или АБС/ПК [2].

Акрилонитрилбутадиенстирол или сокращенно АБС-пластик (рис. 5). Сочетание в нем сложных элементов обеспечивает эластичность и необходимую ударопрочность, что делает его востребованным для производства сложных формованных изделий. Он имеет желтоватый оттенок, легко окрашивается. Нетоксичный, долговечный, стойкий к щелочам и моющим средствам, влагостойкий, маслостойкий, кислотостойкий и теплостойкий (103 °C) материал. Так же у него широкий диапазон эксплуатационных температур (от -40 °C до +90 °C) [3].

Поликарбонат - сложный полиэфир угольной кислоты [4]. Он не имеет запаха и вкуса, физиологически безвреден, устойчив к удару и хорошо окрашивается. При нагревании до высоких температурах не меняет своих характеристик. Поликарбонат (ПК) обладает диэлектрическими свойствами, высокой жесткостью, устойчив к действию масел, спиртов. Даже при длительном нагревании изделия из поликарбоната не деформируются [4]. Стоек к световому старению и действию окислителей даже при нагреве до 120^оС [3].

Смесь данных пластиков отлично подходит для изготовления деталей методом точного литья. Они позволяют изготовить деталь почти любой формы, мелкие нюансы типа решетки воздуховода, защелки для скрепления и ножек для задней панели ноутбука (рис. 6). Также, смесь ABS+PC пластиков можно легко окрасить в другой цвет, заламинировать или применить бархатистое покрытие.

Одним из недостатков является соотношение плотности и жесткости: при равной жесткости, детали из смеси пластиков будут толще и тяжелее чем детали из другого материала.

Рисунок 6. Задняя панель ноутбука, изготовленная из некрашеного ABS+PC

Чтобы облегчить вес ноутбука применяют армирование данной смеси пластиков стекло (GF - Glass Fiber), либо углеволокном (CF - Carbon Fiber). На рисунке 7 представлен ноутбук Lenovo у которого верхняя крышка была выполнена из пластика, армированного углеволокном.

Рисунок 7. Верхняя крышка ноутбука, выполненная из PC+ABS-CF(20)

Были эксперименты и с полиамидами и их армированием. Выглядит полиамид достаточно грубо, но для выполнения задней панели подходит идеально. Также, в сравнении с магниевым сплавом, к примеру, сложностей с обработкой у полиамида не возникает. Но, о стоимости не стоит и говорить.

Были реализованы крышки корпусов и из карбона (смесь эпоксидной смолы с углетканью). Производство даже простых деталей несложной конфигурации являлось трудоемким и дорогостоящим, поэтому формирование точных деталей в нижний панели ноутбука было невозможно. Для решения этой проблемы в корпуса такого ноутбука к карбону добавляли рамку из вышеупомянутого пластика со всеми мелкими и точными деталями типа крепежей (рис. 8). Как итог: все получалось достаточно сложно и очень дорого, но корпус был практически невесомый и жесткий.

Рисунок 8. Нижняя панель ноутбука, выполненная из карбона и пластиковых вставок

Одним из применяемых металлов является магний, а точнее магниевый сплав. Существует различные сплавы магния, но одним из часто применяемых в ноутбуках является магниевый сплав AZ91, который пригоден для литья под высоким давлением. Химический состав данного сплава представлен в таблице 1 [5].

Таблица 1. Химический состав магниевого сплава AZ91

Магниевые сплавы отличаются высокой прочность и низкой плотностью (~1,8 г/см³), а данный сплав почти не уступает пластикам по получению отливок различной конфигурации. Детали получаются грубее, в связи с чем их приходиться дорабатывать. Но доработка не является главной проблемой магниевого сплава. Твердость и стойкость к коррозии у магниевых сплавов очень низкая. Детали обязательно необходимо анодировать и покрывать внешнюю поверхность краской, иначе анодированная поверхность легко царапается. Краска служит не только декоративным покрытием, поэтому детали из магниевого сплава прокрашивает тщательно и толстым слоев в отличие от пластиков. В целом, корпуса из магниевого сплава получаются очень легкими, но не дешёвыми (рис. 9).

Рисунок 9. Ноутбук Toshiba dynabook V632 корпус которого выполнен из магниевого сплава

Следующий металл, а точнее сплав на основе этого металла является алюминий. В основном, корпуса из алюминиевого сплава использует фирма Apple, однако и другие фирмы реализовывали данную продукцию (рис. 10).

Рисунок 10. Выточенный корпус ноутбука фирмы Apple из алюминиевого сплава

Одним из алюминиевых сплавов, которые применяют для изготовления корпуса ноутбука является AL6061. Состав сплава представлен в таблице 2 [6].

Из данного сплава выполняют велосипедные рамы (его можно варить), используют при производстве автомобилей и яхт. Главным недостатком является то, что сплав AL6061 не пригоден для литья, детали из него получают штамповкой, либо фрезерованием.

Таблица 2. Состав алюминиевого сплава AL6061

Штамповка существенно ограничивает возможность получения деталей сложной конфигурации, а фрезерование является максимально дорогим, в сравнении с другими методами получения.

Также, существуют корпуса ноутбуков, выполненные из дерева (рис. 11). Однако такая конструкция выполняется сугубо на заказ и подходит больше для внешнего выделения от остальных.

Рисунок 11. Корпус ноутбука, выполненный из дерева

Вывод

При сравнении пластика, магниевого и алюминиевого сплавов, можно сказать следующее: По своей стоимости, закупаемый материал практически не отличается, однако необходимая обработка сплавов из алюминия и магния существенно повышает стоимость товара.

У каждого материала имеются свои недостатки и достоинства в таких важных параметрах как толщина, вес, прочность и жесткость. На рисунке 12 представлено сравнение материалов по толщине и массе при равной жесткости и прочности.

Рисунок 12. Сравнение различных материалов по толщине и массе при равной прочности и жесткости

Таким образом, в зависимости он ваших потребностей и требований, который вы предъявляете к своему персональному портативному переносному компьютеру зависит и выбор материала корпуса.

1.      Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. // © Copyright 2016 - История создания ноутбока // - Режим доступа: http://antonkozlov.ru/istoriya/istoriya-sozdaniya-noutbuka.html. Дата обращения: 25.04.2016 г.

.        Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. // 3DNews - Занимательное материаловедение: из чего делают ноутбуки и почему // - Режим доступа: www.3dnews.ru/m/#page_636331. Дата обращения: 22.02.2014г.

.        Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. // © "Контрольно-измерительные приборы и системы" ("КИПиС"), 2000-2014// - Режим доступа: www.kipis.ru. Дата обращения: 27.02.2014г.

.        Конспект лекций по дисциплине «Новые материалы в металлургии» / Авт. Зборщик А.М. - Донецк: ГВУЗ «ДонНТУ» // раздел 15.4 //  2008. - 253 с.

.        Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. // Справочник по цветным металллам/ - Режим доступа: http://libmetal.ru/mg/splavmg_lit.htm. Дата обращения: 26.04.2016 г.

.        Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. // PROLIGHT / - Режим доступа: http://avtosvet.umi.ru/informaciya_i_stat_i/alyuminij_6061/. Дата обращения: 26.04.2016 г.