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德诚智造 用于户外灯具的石墨烯新材料及新工艺——2018神灯奖优秀技术奖

德诚智造 用于户外灯具的石墨烯新材料及新工艺——2018神灯奖优秀技术奖

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  • 品牌:德诚智造
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详情信息 Product Details

项目名称: 用于户外灯具的石墨烯新材料及新工艺

申报单位: 中山德诚智造光电有限公司

综合介绍或申报理由:

新材料:德诚智造通过多年摸索与反复试验,现已成功研制出照明行业第一款高导热(2.0 W/m.K)、不导电(耐高压10000V)添加了石墨烯配方的散热新材料。产品关键指标(导热率、耐压性)是照明行业主流散热材料两倍以上,且新材料具有较高的绝缘性,能以更低的成本过UL、CE及国内安规测试,整灯成本比压铸灯具节省40%以上,刚申请国家发明专利,专利号:201810248518.5。

新工艺:即内嵌DOB光源一体化成型工艺,优化了原有塑包铝注塑工艺,灯具外壳能节省20%以上成本。新工艺通过机械手改造生产设备,实现生产制造自动化、标准化、流程化,能提升产品生产环节的一致性和可靠性,还能提升200%的生产效率,刚申请国家发明专利,专利号:201810248590.8。

价值阐述:新材料与新工艺搭配DOB光源的创新结合,集合石墨烯的散热优势,塑料轻薄、便宜、绝缘、耐腐蚀等优势,做到耐压10KV有效防雷击浪冲,且在安全及固定上,可大幅减少危险性,因此能广泛应用于各类户外灯具外壳(如投光灯、路灯、工矿灯、洗墙灯等);能帮下游制造商节省创新成本、减轻产品重量,实现产品轻薄化,设计多样化;还能用最小的代价获得最好的性能,达到成本更低,市场接受度会更高的目的。同时,新材料与新工艺的创新结合,还能为国家节省金属资源、避免浪费,生产过程更环保,更符合国家绿水青山就是金山银山的发展主题。

前景目标:不断地优化产品性能与成本,通过3年努力,力争占据>10%的户外套件市场。

石墨烯新材料技术参数



与国内外同类产品或同类技术的比较情况

一、前瞻性
1、石墨烯新材料对比金属灯具外壳的优点有:①环保性能好、②抗腐蚀性能强、③易成型、设计上造型多样、④相比金属材料不需要机加工,表面处理,成本优势大。
2、石墨烯国内外积极探索的新材料,性能出众,在照明行业先应用于散热器,后续还有更广泛的应用有待技术团队持续开发。
3、人工组装到设备自动化,符合国际工业4.0和智能制造2025,从低端数量到高效质量的国家策略。
4、DOB光源元器件简单,成本低,全贴片生产加工,效率高,飞利浦,欧司朗、亚明等产品广泛应用,市场接受度已大幅提升,正在成为一种主流技术和产品。
5、与石墨烯新材料优势互补,成本更低,安全绝缘性更好。不断地优化产品性能与成本,通过3年努力,占据>10%的户外套件市场。

实现一体化新工艺的自动化产线设备

实现一体化新工艺的自动化产线设备

二、重大创新、全球领先:

1、石墨烯新材料,产品关键指标(导热率、耐压性)是照明行业主流散热材料两倍以上。刚申请国家发明专利,专利号:201810248518.5。
2、新工艺应用让石墨烯与灯板的无缝衔接,节省传统塑包铝工艺中的五金件,减少两层热阻,实现户外灯具结构的重大变革。刚申请国家发明专利,专利号:201810248590.8。
3、新工艺,相比压铸铝传统工艺,不需要用铝了,减化了五金加工、抛光、表面处理、来运运输、焊线、涂散热胶水、打螺丝等低效的人工作业工序,成本降低20%,生产效率提升了200%以上,还有效的避免了各流通环节产品不良率的产生。

导热率测试现场数据:1.88-1.91 W/m.K

耐电压测试现场数据:10Kv 0.259mA 30S Pass

香港科大实验室6600V电气强度测试,被誉为天然的中国历史博物馆

一体化成型制成工艺图


经济评价分析:

一、经济性分析
1、目前成功开发出的石墨烯新材料,比重1.8,而金属铝的比重则约为2.7,所以导热塑料所制成的散热器,其重量为金属散热器的2/3
2、注塑成型后的塑料散热器不需再进行后续表面处理,所以其加工成本远比金属散热器来得低,材料成本节省近20%,散热器成本节省近30%
3、加工成形周期比金属压铸效率高200% 
4、整灯重量更轻、外形更薄,节省了零配件存储空间,运输/仓储费用节省60%

重量对比图:30W飞利浦金属投光灯 VS 30W石墨烯投光灯,金属重1.6倍

5、30W投光灯成本对比图:石墨烯新材料vs金属灯具,整灯节省53%

6、30W投光灯成本对比图:石墨烯新材料vs 塑包铝,整灯节省23%

二、投资回报

1、以技术及成本投入而言,目前市面注塑模具费比金属模具还稍便宜30%,开发时间少30%,投资回报率更高。
2、按1万个投光灯计算,传统生产周期35天,一体化工艺周期15天,效率提升233%。
3、按1万个投光灯计算,传统制程需1000工时,一体化工艺500工时,效率提升200%。

三、其他收益
1、整个产线都符合国家环境评估认证要求,安全无污染,绿水青山就是金山银山,有较好的社会经济效益。
2、石墨烯材料日后普及上量后,材料供应成本下降空间还很大。


技术及工艺创新要点:

一、技术创新点:
1、一般传统的材料导热率约0.2~0.4W/m.K,市面常见导热材料导热率在0.8~1.0W/m.K,添加石墨烯配方的新材料导热率达到2.0 W/m.K,且耐压过10000V。产品性能比传统塑料提升5~10倍,比导热塑料提高2倍以上。
2、石墨烯与灯板的无缝衔接,在实用效果上降低了成本及人工,对户外及室内灯具的结构实现了重大的变革。日后采用石墨烯替换金属,环保、成本有巨大的贡献。
3、新工艺灯板焊锡温度240-260°,通过超导技术,瞬间降温,通过循环冷却系统保持模具温度恒定,解决注塑为温度在280-300°时不会损伤LED灯珠、IC芯片及灯板元器件的问题。
4、新工艺采用模具抗静电技术,生产过程中不会伤及LED灯珠及IC。
5、新工艺更简单,成品生产工序更少、生产效率提高2倍以上,更适合大批量生产。

二、设计创新点
1、达到产品轻、薄、短、小的趋势潮流,并让产品的设计更美观、更有质感!
2、产品设计上可简化电源腔体,实现整灯轻量化、空间更小。
3、相比市场塑包铝工艺,去掉了埋入导热铝件,降低20%的成本,提高了200%的生产制程效率。
4、目前在室内外产品制程过程中,一体成型工艺算行业首家,具有较强的独创性与技术领先优势。

三、其他创新点
1、石墨烯新材料的绝缘性能增加了产品抗雷击能力,与DOB光源配合性价比更好,过安规的成本更低。
2、新工艺的改良,充当了桥梁,有效的把石墨烯新材料与DOB光源整合到了一起,实现成本双降,并能广泛应用到现有的户外产品如投光灯、路灯、工矿灯、投射灯、洗墙灯产品。

路灯装配对比图:传统路灯需在灯板与散热器处涂导热胶,上螺丝,人工高、效率低。

路灯装配对比图:新材料+新工艺灯板与散热器可完全贴合,更有利于散热,效率更高。



实际运用案例和用户评价意见:

一、技术独立性
1、新材料:导热率比市面同类散热材料性能提高一倍,并解决了灯板10000V以上绝缘问题,不受其他技术制约,已实现大规模批量生产,能有效的为各类户外灯具厂商提供原料,为替换金属材料提供与服务技术。
2、新工艺:解决了280-300°高温瞬间融化灯板和灯珠的问题,解决了静电问题,解决了灯板与外壳贴合度不高、户外长时间日晒雨淋出现灯板与外壳腐蚀、开裂、变形等问题。
3、新材料+新技术,已量产投光灯产品,并通过基础性能、机械性能、热学性能、绝缘性能、防火性能、环保性能测试,产品品质已趋于稳定,目前耐候性能、防水性能测试正在进行中,后续补充测试报告数据。

二、技术可行性
1、注塑是成熟的工艺,容易大批量量产。在提升导热效果的同时,我们特别关注到材料的加工性,在多方面的测试与改良后,已成功开发出高导热且加工性好的导热材料。
2、新材料可达到UL 94 V0等级,绝缘性能可符合灯具安规要求,户外抗紫外能力强,能满足3-5年产品质保要求。
3、新材料可塑性强,能帮助设计师发挥想象能力与创作空间,以利产品外观设计与轻量化。
4、新工艺已成熟,相比市场注塑工艺大幅提升了制程效率,目前已量产了投光灯、筒灯等产品,正在设计开模工矿灯、路灯、洗墙灯等产品。

石墨烯一体化路灯(实物图)


石墨烯一体化投光灯(实物图)

石墨烯一体化洗墙灯产品效果图

三、投光灯的应用案例及用户评价
1、采用石墨烯新材料+DOB光源,通过一体成型工艺而制成的超薄LED投光灯,生产效率比传统金属材料投光灯提升200%以上,重量仅为传统投光灯50%,成本可节省40%以上,且具有抗腐蚀性强、抗紫外,防水、防火、安全性高、节能环保等特点。
2、投光灯一体化注塑成型,一致性强、稳定性高。卡扣式安装,安装方便、生产效率高。外壳绝缘,耐10000V以上电压,产品安全性高,符合北美、欧洲各国出口认证要求。
3、石墨烯新材料导热系数达到2.0 w/m.k,与铝基板导热率相同,因此产品设计时去掉了传统塑包铝工艺的五金导热件,整体成本下降10%以上。
4、新工艺,通过机械设备实现自动化生产,产品一致性强、稳定性高。相比传统注塑工艺节省了50%五金件的成本,提高了200%的生产效率,更适用大规模批量生产。灯板与散热器可以完全贴合,更有利于灯板的散热,还能减少2个热阻介质层(导热胶、五金散热器),直接将灯珠通过铝基板传导至石墨烯散热器。铝基板无需螺丝固定连接,节约人工;灯板同散热体中间无缝隙,节省中间导热硅胶及涂抹人工。
5、同传统外置电源金属外壳投光灯对比,产品整体厚度降低了60%左右,重量减少了50%以上,对企业来讲,可以大幅降低运输费用,提供产品竞争力。
6、国内雷士、海德信(立达信旗下品牌)大批量使用。已累计出货200万套,国外中东热带地区、俄罗斯寒带地区客户使用稳定,客诉率<1‰,客户返单率>60%,订单量每年递增300%。

投光灯装配对比图:塑包铝结构嵌入铝件散热(紫色)、上螺丝、涂导热胶,人工高、效率低

投光灯装配对比图:新材料+新工艺灯板与散热器可完全贴合,散热更好,效率更高

雷士光电产品测试报告



艾迪森光电防水等级测试结果


艾迪森光电:温度、光通量、光效检测报告


专利情况:

新材料+新工艺+产品应用,一共11项专利
其中发明专利2项、实用新型7项、外观专利2项


新材料国家发明专利受理书

新工艺国家发明专利受理书

投光灯外观专利

投光灯实用新型专利


检测报告:

1、石墨烯材料已通过ROHS、REACH测试认证(检测机构:SGS)
2、导热率测试报告(检测机构:香港科大LED实验室)
3、电气强度测试报告(检测机构:香港科大LED实验室)
4、产品评价体系:8大项,40小项测试


SGS检测机构:ROHS检测报告

SGS检测机构:REACH检测报告




香港科大实验室:导热率测试报告(2.215W/m.K)




香港科大:电气强度测试报告(6600V)


产品评价体系:8大项,40小项测试



申报单位介绍:

本公司专业从事LED灯具外壳生产的厂家。业务包括产品设计,模具开发,配件生产和装配等环节
Zhongshan DC Design Photoelectric CO., LTD is a manufacturer engaged in the production of LED lamps shell sets. The business includes product design, mold development, spare parts production and assembly.

产品图片: