تصنيع الواقع الافتراضي عن طريق القولبة بالحقن

كانت أول نظارة واقع افتراضي صممها إيفان ساذرلاند، والتي أُطلق عليها اسم “سيف داموقليس”، تزن حوالي 10 أرطال (حوالي 4.5 كجم). وكانت ثقيلة وغير مريحة عند ارتدائها لفترة طويلة. لذلك، كانت تُثبت في السقف باستخدام ذراع ميكانيكي. وقد ركزت تقنيات تصنيع أجهزة الواقع الافتراضي الأحدث بشكل أكبر على تخفيف الوزن لجعل الأجهزة أكثر راحة عند ارتدائها لفترات طويلة.

يتراوح متوسط وزن أجهزة الواقع الافتراضي الأحدث بين 1.1 و1.5 رطل (حوالي 500 إلى 800 جرام)، دون احتساب الحزام وحزمة البطارية. على سبيل المثال، بلغ وزن جهاز Meta Quest 3، الذي تم طرحه في عام 2023، حوالي 1.14 رطل (515 جرامًا). أما جهاز Pico 4، الذي تم طرحه في العام نفسه، فقد بلغ وزنه حوالي 1.3 رطل (586 جرامًا).

يتجه تركيز الشركات التي تعمل في مجال تصنيع مكونات الواقع الافتراضي نحو المنتجات خفيفة الوزن والمريحة من الناحية الهندسية وذات الدقة العالية والدقة العالية. ويؤدي هذا الاتجاه إلى تحويل سماعات الرأس الضخمة إلى أجهزة أنيقة يمكن ارتداؤها طوال اليوم.

الأجزاء البلاستيكية في صميم تصنيع أجهزة الواقع الافتراضي خفيفة الوزن

لقد شكّل تطور تصنيع الأجزاء البلاستيكية لأجهزة الواقع الافتراضي استراتيجية مهمة اعتمدها المصنعون لتحقيق خفة الوزن. ويكتسب هذا الأمر أهمية خاصة لأن البلاستيك يشكل ما يقارب 50—70% من مكونات أجهزة الواقع الافتراضي. فالغلاف الخارجي وأحزمة الرأس والهيكل الداخلي مصنوعة في المقام الأول من مواد بلاستيكية متينة. وتشمل استراتيجيات تصنيع مكونات أجهزة الواقع الافتراضي المتطورة ما يلي: 

• استخدام المواد المتطورة: تقوم شركات تصنيع أجهزة الواقع الافتراضي باستبدال المواد البلاستيكية التقليدية ببدائل هندسية متطورة مثل ألياف الكربون، بهدف تقليل الوزن دون المساس بسلامة الهيكل.
• توزيع الوزن: تميزت العديد من التصاميم التي صدرت في عام 2025 باستخدام نظام أحزمة على شكل هالة لتقريب مركز الثقل من رأس المستخدم.
• لوحات الدوائر المطبوعة ذات التوصيلات عالية الكثافة (HDI): تُستخدم تقنية HDI لتقريب المكونات من بعضها البعض، وذلك باستخدام الثقوب الدقيقة وعرض مسارات أكثر دقة.
• تقنيات التصنيع الدقيق: إن استخدام تقنية القولبة بالحقن بالواقع الافتراضي (VR) عالية الدقة للأجزاء البلاستيكية، إلى جانب تقنيات متطورة أخرى، مثل القولبة الزجاجية في درجات حرارة عالية لصناعة العدسات، يتيح للمصنعين تلبية متطلبات الدقة العالية.

تعد الحاجة إلى معالجة المشاكل الجسدية التي يعاني منها المستخدم (إجهاد الرقبة والصداع) والسعي نحو تطوير نظارات الواقع الافتراضي التي تعمل لاسلكيًا بالكامل من بين العوامل الدافعة للابتكارات المستمرة في هذا القطاع.

المكونات الهيكلية والوظيفية لأجهزة الواقع الافتراضي

تُعدّ سماعة الواقع الافتراضي جهازًا معقدًا. ويُعدّ الجزء الأمامي، الذي يُسمى أيضًا “الواقي”، الجزء الأكثر أهمية. فهو يضم العدسات وأجهزة الاستشعار و«العقل» الذي يدير الجهاز. أما الغلاف البلاستيكي الخارجي الصلب فيحمي المكونات الإلكترونية الداخلية، كما يوفر الاستقرار والراحة لمرتدي السماعة.

يمكن تقسيم سماعة الرأس الخاصة بالواقع الافتراضي إلى ثلاثة أجزاء، وهي: الأجزاء الهيكلية الخارجية، والمكونات الوظيفية، والأجزاء المتعلقة بالبصريات.

خيارات المواد المستخدمة في تصنيع مكونات الواقع الافتراضي

تركز المواد المستخدمة في تصنيع أجهزة الواقع الافتراضي على تحقيق التوازن بين الوزن لراحة المستخدم والأداء. ومن العوامل الأخرى التي تراعيها الشركات المصنعة لأجهزة الواقع الافتراضي عند اختيار المواد المتانة وإدارة الحرارة. على سبيل المثال، يتم تصنيع الهيكل الخارجي بدقة عالية باستخدام بلاستيك عالي الأداء لتحقيق التوازن بين الوزن الخفيف والمتانة. وتساعد هذه الدقة العالية في الحفاظ على محاذاة المكونات البصرية.

• غلاف الواقع الافتراضي: تُستخدم المواد البلاستيكية مثل البولي كربونات (PC) والأكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)، أو مزيج PC+ABS، في صناعة الغلاف لأنها توفر توازنًا بين الصلابة وخفة الوزن. ولتقليل الوزن بشكل أكبر، غالبًا ما يستخدم صانعو قوالب الحقن الخاصة بأجهزة الواقع الافتراضي (VR) جدرانًا رقيقة وتصميمات مضلعة ذات شبكات.
• المكون البصري: تُستخدم في صناعة العدسات مواد شفافة خاصة تتمتع بمقاومة ممتازة للخدش. ومن الأمثلة الجيدة على المواد المستخدمة في صناعة عدسات الواقع الافتراضي (VR) البوليمر المشترك للأوليفينات الحلقية (COC) الذي تبلغ نسبة نفاذية الضوء فيه ≥ 92%.
• راحة الارتداء: يُستخدم المطاط الحراري (TPE)، وهو مادة مرنة وناعمة، في تصنيع المكونات المضادة للانزلاق، مما يعزز راحة الاستخدام، لا سيما للمستخدمين الذين يقضون فترات طويلة في الاستخدام.

التقنيات الرئيسية في تصميم قوالب الحقن باستخدام تقنية الواقع الافتراضي

تتطلب عملية تصميم القوالب المستخدمة في إنتاج سماعات الواقع الافتراضي تقنيات متخصصة عالية الدقة. وتتمحور التقنيات الرئيسية حول إنتاج مكونات خفيفة الوزن ذات أشكال هندسية معقدة وتشطيبات سطحية فائقة الجودة.

غالبًا ما تبدأ عملية تصنيع قوالب القولبة بالحقن VR باستخدام برامج CAD أو CAM أو CAE المتطورة، مثل SolidWorks أو ProE، بالاقتران مع تحليل Moldflow لضمان تصميم يراعي قابلية التصنيع (DFM). وتُعد البرامج المتطورة عاملاً حاسماً في تحسين سماكة الجدران وعملية التبريد. وتشمل الجوانب الثلاثة الرئيسية لتصميم قوالب القولبة بالحقن VR ما يلي:

1. التحكم الدقيق: يُستخدم التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) عالي السرعة والدقة لضمان دقة أبعاد فائقة للقوالب. يتمثل أحد التحديات الرئيسية في عملية القولبة بالحقن لأغلفة أجهزة الواقع الافتراضي في الحصول على سطح شديد اللمعان وخالٍ من العيوب. ويمكن التغلب على هذا التحدي من خلال تحسين معلمات القولبة بالحقن مثل السرعة والضغط ودرجة الحرارة. كما يمكن الحد من العيوب الشائعة مثل الالتواء والانكماش في الأشكال المعقدة عن طريق تحسين نظام التبريد.
2. التحسين الهيكلي: غالبًا ما تواجه العلب المنحنية والأبازيم المعقدة تحديات متعددة عند استخدام القوالب التقليدية المكونة من جزأين. ومن بين التحديات الشائعة التي تواجه عملية صب العلب المنحنية لأجهزة الواقع الافتراضي عدم اكتمال تشكيل التفاصيل وصعوبات في إخراج القطعة من القالب. وقد تم تصميم هيكل متعدد المنزلقات + إدراج لحل هذه المشكلات. ويمكن استخدامه لإنتاج قطع ذات قطع سفلية معقدة ومتعددة الاتجاهات وأشكال معقدة.
3. معالجة السطح: تُعد علامات التدفق وخطوط اللحام عيوبًا شكلية قد تنجم عن عدم انتظام تدفق البلاستيك المنصهر. ويؤدي تقليل الخشونة السطحية الدقيقة لسطح القالب أو تلميعه تلميعًا عاكسًا إلى تقليل مقاومة الاحتكاك بشكل كبير بين البلاستيك المنصهر وتجويف القالب. تُزال علامات المعالجة الآلية الأولية باستخدام أحجار زيتية ذات أحجام حبيبات تتراوح بين 180 و600. ويتم التنعيم باستخدام ورق الصنفرة الرطب ذي الحبيبات التي تتراوح بين 400 و1600. ويتم التلميع النهائي باستخدام معجون الماس (0.25 ميكرومتر أو 0.5 ميكرومتر).

متطلبات العميل

كان أحد العملاء المتخصصين في تصنيع أجهزة الواقع الافتراضي القابلة للارتداء بحاجة إلى غطاء أمامي مخصص لسماعة الواقع الافتراضي. ولم يتمكن المورد السابق من التغلب على مشكلة الالتواء الناتجة عن رقة جدران القطعة بشكل كبير. كما كانت هناك مشكلة تتعلق بعدم دقة التجميع التي كانت دون المستوى المطلوب.

كان العميل حريصًا على العثور على شركة متخصصة في تصنيع قوالب الحقن بتقنية الواقع الافتراضي (VR) قادرة على التغلب على هذه التحديات. وقد اطمأن العميل إلى قدرة شركة «فيرست مولد» على حل هذه المشكلات بعد جولة شاملة في منشآت الشركة ومراجعة ألبومات المشاريع السابقة. وتضمنت متطلبات العميل التفصيلية ما يلي:

• سماكة جزء الجدار 1.0 مم،,
• الوزن ≤25 غرامًا،,
• لا توجد آثار تدفق على السطح،,
• تفاوت التجميع ±0.03 مم،,
• معدل العائد في الإنتاج الضخم ≥98%

التحديات

لم يكن تحقيق وزن ≤25 جرامًا مجرد مسألة استبدال المواد. فقد كان على مهندسي شركة «First Mold» أولاً إعادة النظر في التصميم، بالتعاون مع العميل. وكان من الضروري تحديد المناطق غير الحيوية باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA). وأُضيفت أضلاع لتعزيز الصلابة، بدلاً من استخدام مواد صلبة.

ولتحقيق مزيد من التخفيف في وزن سماعة الواقع الافتراضي، تم تفضيل التصميم القابل للتثبيت بالضغط على استخدام البراغي. غير أن ذلك تطلب دقة عالية في التفاوتات لضمان تثبيت الأجزاء بإحكام مع بعضها البعض أثناء التجميع.

الحل

اعتمدت شركة «فيرست مولد» تقنية القولبة بالحقن المدعومة بالغاز (GAIM) في تصميم قالب الحقن الخاص بجهاز الواقع الافتراضي. وقد قدمت هذه الطريقة مزايا كبيرة مقارنةً بالقولبة التقليدية، وذلك من خلال استخدام غاز النيتروجين المضغوط لإنشاء الأجزاء المجوفة. كما ساهمت تقنية GAIM في خفض استهلاك الراتينج بأكثر من 20%، وسمحت أيضًا بتحسين توزيع المواد ورفع جودة السطح بشكل عام.

يُنتج القولبة بالحقن بمساعدة الغاز مقاطع مجوفة تتميز بتبريد متباين؛ أي أن المقاطع المجوفة تبرد أسرع من المقاطع الصلبة. ولذلك، كان من الضروري إدخال قنوات تبريد دقيقة. وكان تحسين قنوات التبريد أمرًا مهمًا لتجنب التبريد غير المتساوي، الذي قد يؤدي إلى حدوث انحراف. كما كان تحسين قنوات التبريد أمرًا مهمًا أيضًا لتحقيق أقصى سرعة إنتاج ممكنة.

تم تحسين خط الفصل بحيث يكون في المناطق غير المرئية. وقد اتُخذ هذا القرار التصميمي خلال مرحلة التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) لضمان بقاء خطوط اللحام مخفية. وأتاح إخفاء خطوط الفصل لشركة «فيرست مولد» الحفاظ على الكمال الجمالي لـ 100% على سطح غلاف سماعة الواقع الافتراضي.

تعديل العملية

كانت المادة المختارة لتصنيع الأجزاء البلاستيكية بتقنية الواقع الافتراضي (VR) عبارة عن مزيج من مادة PC+ABS المقواة بالألياف الزجاجية. ويمنع الجمع بين هذه المادة وعملية القولبة بالحقن بمساعدة النيتروجين تحلل المادة. ويرجع ذلك إلى أن النيتروجين يعمل كغاز خامل يزيح الأكسجين من داخل أسطوانة الحقن والقالب.

يمنع إزاحة الأكسجين تحلل البوليمر عند درجات الحرارة المرتفعة. كما تمنع هذه التقنية تغير لون البلاستيك وتحافظ على قوته الميكانيكية.

نظام مراقبة الجودة

استخدمت شركة «فيرست مولد» نظام مراقبة في الوقت الفعلي باستخدام مستشعرات ضغط مدمجة في القالب. وقامت هذه المستشعرات بقياس ضغط التجويف (الذي يصل إلى 2,000 بار) ودرجة الحرارة. وقد وفرت بيانات فورية عن عملية ملء القالب، ومرحلة الضغط، وتجمد فتحة الصب، مما سمح بالكشف الفوري عن العيوب. وقد ساعد ذلك في تقليل النفايات.

أجرى مهندسو شركة «فيرست مولد» فحصًا دقيقًا للقطعة النهائية باستخدام جهاز قياس الإحداثيات (CMM). وقام الماسح الضوئي بقياس الأشكال الهندسية الخارجية للكشف عن أي انحرافات قد تفوتها العين المجردة بسهولة. ثم تمت مقارنة القياسات مع المخطط الفني للمنتج للتحقق من اتساقها.

النتائج النهائية وشهادات العملاء

لم تكتفِ شركة «فيرست مولد» بتسليم قالب فحسب، بل قدمت نظامًا للقولبة بالحقن بتقنية الواقع الافتراضي (VR) ساعد العميل على التغلب على بعض التحديات التصنيعية التي واجهها سابقًا مع مورده السابق. وقد ساعد الحل الذي قدمته شركة First Mold العميل على تصنيع مكونات خفيفة الوزن لأجهزة الواقع الافتراضي. وأدى ذلك إلى جعل منتجاته أخف وزنًا من العديد من منتجات العلامات التجارية المنافسة في السوق، مما يوفر لمحبي الواقع الافتراضي راحة أكبر عند ارتدائها لفترات أطول.