熊偉軍

摘 要：儀表臺是汽車內(nèi)飾的重要零件，運用3D-Mesh包覆設(shè)計可以達到比傳統(tǒng)軟質(zhì)儀表臺工藝更低的成本和更高的設(shè)計自由度。

關(guān)鍵詞：汽車儀表臺 3D-Mesh包覆 免弱化 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 引言

隨著生活水平的提高，消費者對汽車內(nèi)飾感知的要求也在不斷提升。汽車儀表臺是汽車內(nèi)飾件中最復雜、最受消費者關(guān)注的零件。傳統(tǒng)軟質(zhì)儀表臺雖然觸感好，但是模具工藝比較復雜，成本較高。3D-Mesh包覆設(shè)計是一種新的設(shè)計方法，它的工藝相對簡單，不但可以提高設(shè)計自由度，還能大幅降低開發(fā)成本。

2 汽車儀表臺設(shè)計工藝概述

2.1 儀表臺設(shè)計工藝分類

汽車儀表臺按使用材料的不同，可分為硬質(zhì)儀表臺與軟質(zhì)儀表臺。硬質(zhì)儀表臺主要是塑料注塑成型工藝；傳統(tǒng)軟質(zhì)儀表臺根據(jù)工藝不同通常分為以下3種：1.陰模吸塑成型工藝，2.陽模吸塑工藝，3.搪塑成型工藝。對于以上3種工藝的儀表臺來說，其構(gòu)成材料不同，生產(chǎn)制造的成本也不一樣。

2.2 傳統(tǒng)軟質(zhì)儀表臺設(shè)計工藝簡介

①陰模真空成型工藝簡稱IMG，其成型分為兩種，一是陰模表皮成型，其外形輪廓和紋理，類似搪塑工藝。二是陰模復合成型，是一次完成紋理和骨架粘接，其對產(chǎn)品形狀的設(shè)計有局限性，且模具成本高、制造周期長，模具損壞后幾乎不能修復，模具壽命較短。

②陽模成型工藝是利用已有皮紋的原料，通過加熱，凸模真空吸塑，將表皮吸附在模具上獲得所需的表皮或復合在基材上直接獲得所需產(chǎn)品。它對產(chǎn)品圓角要求較大且易出現(xiàn)表面光澤度高，皮紋拉變形、損壞等缺陷。

③搪塑成型工藝，可制造出從0.5-15mm范圍內(nèi)的各種形狀且有連續(xù)厚度的產(chǎn)品。其工藝雖然可加工形狀復雜的制品，但是其模具壽命短、制造周期長、生產(chǎn)線設(shè)備投資大、零件成本高。

3 3D-Mesh工藝的材料概述

3Dmesh稱為3D網(wǎng)布，俗稱特厚三明治網(wǎng)眼布，也稱3D材料或者3D間隔織物，是一款透氣性，彈性，支撐性都很出色的新型純織物材料，圖1所示：

3.1 3Dmesh材料的組成與運用領(lǐng)域

3Dmesh材料由上、中、下三個面組成。表面通常為網(wǎng)孔設(shè)計；中間一層為連接表面與底面的MOLO紗；底面通常為密織的平板面，俗稱“三明治”。（目前市場常見的有雙面平板和雙面網(wǎng)孔的織法）。采用精密機臺一次性編織而成的高分子合成纖維經(jīng)久耐用，屬于經(jīng)編針織布里面的精品；3D網(wǎng)布以高新紡織工藝編織而成，它的誕生掀起了一場軟體填充材料的行業(yè)革命，徹底改變了床墊悶濕和不衛(wèi)生的現(xiàn)狀，3D網(wǎng)布正應(yīng)用于床墊，汽車座椅，沙發(fā)，高檔軟體家具，為越來越多的人們所喜愛。

3.2 3Dmesh材料的特點

1、雙層網(wǎng)眼設(shè)計，使其有透氣透濕性；2、中間單絲以X—90°豎向排列，突破傳統(tǒng)散纖0°支撐，密度是彈簧的800倍，使其能夠提供緩沖保護作用，按壓觸感好；3、化學整理劑和燃料含量少，無污染且不易著火；4、不分層，濕熱舒適性和牢度好；5、機械性能好，化學穩(wěn)定性；6、防潮防霉環(huán)保無毒，可循環(huán)再利用。

4 儀表臺3D-Mesh包覆工藝

儀表臺上中部整體采用3D-mesh包覆工藝，并添加針縫線，上本體整體為高回彈軟觸效果，觸感反饋極佳。儀表臺3D-Mesh包覆工藝的感知品質(zhì)優(yōu)于搪塑工藝，解決了傳統(tǒng)手工包覆無法滿足副駕安全氣囊點爆實驗設(shè)計要求的技術(shù)瓶頸，可實現(xiàn)表皮與3D網(wǎng)布免弱化設(shè)計，滿足產(chǎn)品個性化、多樣化的需求。

4.1 儀表臺3D-Mesh包覆工藝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成

儀表臺3D-Mesh包覆工藝的產(chǎn)品主要由三層結(jié)構(gòu)組成：1、外觀表皮層，表皮材料的選擇可以根據(jù)外觀要求進行搭配，通常有PVC/PU/PU類麂皮等材料；2、3Dmesh網(wǎng)布層，三維網(wǎng)絡(luò)填充層（3D Mesh）為無紡布，或者其他具有三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的材料；3、骨架層，骨架通常采用PP/ABS/PC+ABS材料注塑成型（材料的選擇具體看運用的零件及區(qū)域），產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成如下圖2所示：

4.2 儀表臺3D-Mesh包覆工藝流程

儀表臺3D-Mesh包覆工藝包括以下步驟：①外觀表皮沖裁、縫紉拼接：根據(jù)儀表產(chǎn)品包覆數(shù)據(jù)設(shè)計表皮排版，根據(jù)排版沖裁表皮，表皮沖切完成后根據(jù)造型定義（縫線類型，表皮顏色）進行縫紉；②包覆骨架注塑成型；③根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)對3D網(wǎng)布進行排樣沖切；④3Desh網(wǎng)布與骨架復合；將噴涂膠水的3Dmesh網(wǎng)布貼合在骨架上的凹槽內(nèi)（注塑骨架已經(jīng)提前噴膠處理完成）；⑤表皮包覆：將已噴膠處理的表皮包覆在3D網(wǎng)布與注塑骨架復合好的本體上；⑥熱壓復合：將表皮、3D網(wǎng)布與骨架復合的本體到熱壓工裝上壓合（提高膠水的粘接力，防止高溫實驗脫膠、起泡等問題）；儀表臺3Dmesh包覆工藝流程如圖3所示：

4.3 3D-Mesh包覆儀表臺副氣囊區(qū)域弱化工藝

副駕駛側(cè)氣囊區(qū)域的表皮與骨架弱化工藝通常主要分為銑刀（冷刀）弱化、激光弱化2種。

①銑刀弱化工藝主要運用于弱化發(fā)泡/骨架，其原理是通過數(shù)控加工中心用刀具加工出弱化線，銑刀弱化工藝對產(chǎn)品的強度要求較高，不合適單獨的表皮加工，在加工深孔或者小直接孔容易出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象，但是它的設(shè)備投入成本低。

②激光弱化工藝可適用于各類產(chǎn)品，對于各類復合材料的產(chǎn)品特別適用，其原理是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射零件，使零件的照射區(qū)域迅速熔化、汽化，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)形成弱化槽；激光弱化工藝具有精度高，變形小的優(yōu)點，但是其設(shè)備投入成本高，加工制造費也高。

③目前3D-Mesh包覆儀表臺副氣囊區(qū)域弱化分為3個部分：1）表皮弱化－免弱化表皮（目前免弱化表皮已廣泛運用）；2）3D-Mesh網(wǎng)布弱化－免弱化3D網(wǎng)布（建議直接采購免弱化網(wǎng)布，非免弱化網(wǎng)布需要振動刀裁床弱化）；3）包覆骨架弱化－銑刀弱化（控加工中心用刀具加工出弱化線，投入設(shè)備少，成本較低）。

4.4 儀表臺3D-Mesh包覆與傳統(tǒng)軟質(zhì)工藝對比

儀表臺3D-Mesh包覆的產(chǎn)品不僅感知品質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，如陰/陽吸塑、搪塑等工藝，而且此項技術(shù)在成本、開發(fā)周期等方面也有很大的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)工藝的對比如表1所示：

5 儀表臺3D-Mesh包覆設(shè)計

儀表臺3D-Mesh包覆設(shè)計主要分為造型設(shè)計、表皮設(shè)計、3D網(wǎng)布設(shè)計、骨架設(shè)計，下面將從這四個方面進行闡述。

5.1 造型設(shè)計

在前期造型設(shè)計階段要充分考慮造型的制造可行性與制造成本。

①儀表臺造型分塊設(shè)計：3D-Mesh包覆表皮面積越大，其包覆成本越高，在儀表造型分塊上盡可能減少包覆面積的分塊，在儀表臺主副駕駛側(cè)消費者能觸摸到的區(qū)域設(shè)計軟包覆－不僅能體現(xiàn)整個造型的層次感、軟觸感與豪華感并且實現(xiàn)多種配置套色，還能降低包覆件的成本。

②造型圓角與段差設(shè)計：造型最小凸圓角R1.0mm以上（表皮最小厚度1mm），防止包覆后圓角特征表皮出現(xiàn)皮紋拉伸變形嚴重、發(fā)亮等質(zhì)量問題；造型高度落差小于20mm，避免3D-Mesh表皮包覆拉變形與表皮褶皺等質(zhì)量問題。

③造型顏色與縫線設(shè)計：儀表臺3D-Mesh包覆區(qū)域根據(jù)造型的色彩進行多種顏色配置，也可以增加縫線（單縫線/法式雙縫線）設(shè)計，選擇自由度比較高。

5.2 表皮設(shè)計

①表皮材料選擇：儀表臺包覆工藝的表皮主要有PVC與PU兩種，PVC價格比較便宜，但是手感沒有PU好，非免弱化的淺色PVC表皮弱化后進行高溫實驗后容易出現(xiàn)發(fā)黃、弱化印明顯等現(xiàn)象（PU表皮弱化印不明顯）。PU革的物理性能要比PVC革好，耐曲折、柔軟度好、抗拉強度大、具有透氣性，PU價格也是PVC的一倍以上，表皮也可以分為弱化與免弱化2種，免弱化的表皮價格稍高。

②表皮厚度：表皮一般選用為單層表皮，厚度一般為0.8—1.2mm，單層表皮其設(shè)計自由度高，能滿足造型較小的圓角設(shè)計要求，并且利于后期包覆質(zhì)量問題的管控。

③表皮的性能要求：1）拉延強度：底布是針織&無紡布的革，打孔后，縱向≥200N；2）切口撕裂強度：只適用于復合革，機械方向，垂直機械方向拉伸，打孔后，縱向≥20N；3）接縫強度：縫線的拼接強度≥200N；4）拉伸、收縮性：拉伸-100N載荷，拉延時間：5±0.25分鐘；收縮性-100N載荷，恢復時間：10±0.25分鐘。5）卷曲度：彎曲長度≤90mm；6）抗磨損：在500循環(huán)后，當用光源以45度角觀察時，沒有因試驗而造成在樣品表面皮紋損失或其他不好的影響；7）抗粘接性：常態(tài)環(huán)境，壓重3600g，表面無劃痕或輕微劃痕、潮濕環(huán)境，38±2℃，95±3%RH/24h，10分鐘冷卻；高溫環(huán)境：100±2℃/24h，實驗后樣件表面沒有脫色，粘結(jié)，水泡或皮紋損失的現(xiàn)象；8）耐污漬&清潔劑性：用浸濕清潔劑的織物摩擦，在往復摩擦試驗機上進行10個行程，表面光澤、色澤無變化；9）高低溫循環(huán)：高低溫實驗后沒有嚴重的外觀退化，包括：裂紋、粉化、發(fā)黏、斑點、皮紋損壞、色澤變化、起皺、起泡或涂層發(fā)粘，或其他不良影響；10）耐刮擦：刮擦力為2.5N，≥8級，一個循環(huán)后表面沒有刮傷；11）摩擦脫色：干，濕，各暴露70℃/7天≥4級（每種顏色）。

5.3 3D-Mesh網(wǎng)布設(shè)計

3D-Mesh網(wǎng)布一般選用滌綸材料，網(wǎng)布厚度有3.0mm、3.7mm、4.5mm等多種，可以根據(jù)用戶需求進行選擇，3D網(wǎng)布的分類也可以分為弱化與免弱化2種，其價格差異不大，可以優(yōu)先選擇免弱化網(wǎng)布省去弱化工藝環(huán)節(jié)，減少弱化工裝設(shè)備的投入；3D-Mesh網(wǎng)布的性能需要滿足相關(guān)材料性能要求與氣味及霧翳等氣味要求。

5.4 骨架設(shè)計

①注塑骨架材料：材料主要有PP/ABS/PC+ABS，儀表臺骨架比較大而且在副駕駛側(cè)需要考慮副氣囊的點爆，綜合考慮主要選擇PP材料；PP材料需要滿足相關(guān)材料性能要求（氣囊點爆要求）與氣味及霧翳等氣味要求。

②注塑骨架厚度：2.5～3.0mm。

③骨架設(shè)計3D網(wǎng)布貼合凹槽：凹槽深度小于3D網(wǎng)布厚度0.2—0.5mm，軟硬交接處低于3D網(wǎng)布0.5mm（避免軟硬交接線）。

④骨架與表皮需要設(shè)計面料反包邊區(qū)域，包邊距離要求≥8mm；其他相關(guān)設(shè)計要求與普通包覆骨架設(shè)計一致。

⑤骨架與氣囊框支架設(shè)計：氣囊框按緊固形式分為摩擦焊氣囊框與卡接氣囊框，摩擦焊氣囊框多用在表面是硬質(zhì)儀表臺上，卡接氣囊框多用在表面的軟質(zhì)（如搪塑）儀表臺上；3D-Mesh包覆骨架與氣囊框通過摩擦焊的形式固定，其摩擦焊、氣囊框配合設(shè)計滿足無縫氣囊框性能試驗設(shè)計技術(shù)要求。

6 結(jié)束語

綜上所述，與傳統(tǒng)軟質(zhì)儀表臺設(shè)計工藝相比，3D-Mesh包覆工藝是一種新的軟質(zhì)工藝設(shè)計，主要通過運用表皮與3D-Mesh網(wǎng)布及注塑骨架復合成軟質(zhì)產(chǎn)品，既達到了表面的美觀度和舒適性要求，也大幅提高了設(shè)計自由度；在成本方面優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，產(chǎn)線設(shè)備前期投入低，是一種低成本高價值的技術(shù)，必將在汽車行業(yè)得到廣泛運用與推廣。

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