熊偉軍

摘 要：儀表臺(tái)是汽車內(nèi)飾的重要零件，運(yùn)用3D-Mesh包覆設(shè)計(jì)可以達(dá)到比傳統(tǒng)軟質(zhì)儀表臺(tái)工藝更低的成本和更高的設(shè)計(jì)自由度。

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

1 引言

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

2 汽車儀表臺(tái)設(shè)計(jì)工藝概述

2.1 儀表臺(tái)設(shè)計(jì)工藝分類

汽車儀表臺(tái)按使用材料的不同，可分為硬質(zhì)儀表臺(tái)與軟質(zhì)儀表臺(tái)。硬質(zhì)儀表臺(tái)主要是塑料注塑成型工藝；傳統(tǒng)軟質(zhì)儀表臺(tái)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(yáng)模吸塑工藝，3.搪塑成型工藝。對(duì)于以上3種工藝的儀表臺(tái)來(lái)說(shuō)，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(tái)設(shè)計(jì)工藝簡(jiǎn)介

①陰模真空成型工藝簡(jiǎn)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(fù)合成型，是一次完成紋理和骨架粘接，其對(duì)產(chǎn)品形狀的設(shè)計(jì)有局限性，且模具成本高、制造周期長(zhǎng)，模具損壞后幾乎不能修復(fù)，模具壽命較短。

②陽(yáng)模成型工藝是利用已有皮紋的原料，通過(guò)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(fù)合在基材上直接獲得所需產(chǎn)品。它對(duì)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(fù)雜的制品，但是其模具壽命短、制造周期長(zhǎng)、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(yùn)用領(lǐng)域

3Dmesh材料由上、中、下三個(gè)面組成。表面通常為網(wǎng)孔設(shè)計(jì)；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(chǎng)常見(jiàn)的有雙面平板和雙面網(wǎng)孔的織法）。采用精密機(jī)臺(tái)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(chǎng)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(lái)越多的人們所喜愛(ài)。

3.2 3Dmesh材料的特點(diǎn)

1、雙層網(wǎng)眼設(shè)計(jì)，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(hù)作用，按壓觸感好；3、化學(xué)整理劑和燃料含量少，無(wú)污染且不易著火；4、不分層，濕熱舒適性和牢度好；5、機(jī)械性能好，化學(xué)穩(wěn)定性；6、防潮防霉環(huán)保無(wú)毒，可循環(huán)再利用。

4 儀表臺(tái)3D-Mesh包覆工藝

儀表臺(tái)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(tái)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(wú)法滿足副駕安全氣囊點(diǎn)爆實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的技術(shù)瓶頸，可實(shí)現(xiàn)表皮與3D網(wǎng)布免弱化設(shè)計(jì)，滿足產(chǎn)品個(gè)性化、多樣化的需求。

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

儀表臺(tái)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(jìn)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(wú)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(yùn)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(tái)3D-Mesh包覆工藝流程

儀表臺(tái)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(jì)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(jìn)行縫紉；②包覆骨架注塑成型；③根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)3D網(wǎng)布進(jìn)行排樣沖切；④3Desh網(wǎng)布與骨架復(fù)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(fù)合好的本體上；⑥熱壓復(fù)合：將表皮、3D網(wǎng)布與骨架復(fù)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(shí)驗(yàn)脫膠、起泡等問(wèn)題）；儀表臺(tái)3Dmesh包覆工藝流程如圖3所示：

4.3 3D-Mesh包覆儀表臺(tái)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(yùn)用于弱化發(fā)泡/骨架，其原理是通過(guò)數(shù)控加工中心用刀具加工出弱化線，銑刀弱化工藝對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度要求較高，不合適單獨(dú)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(duì)于各類復(fù)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(shí)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(diǎn)，但是其設(shè)備投入成本高，加工制造費(fèi)也高。

③目前3D-Mesh包覆儀表臺(tái)副氣囊區(qū)域弱化分為3個(gè)部分：1）表皮弱化－免弱化表皮（目前免弱化表皮已廣泛運(yùn)用）；2）3D-Mesh網(wǎng)布弱化－免弱化3D網(wǎng)布（建議直接采購(gòu)免弱化網(wǎng)布，非免弱化網(wǎng)布需要振動(dòng)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(tái)3D-Mesh包覆與傳統(tǒng)軟質(zhì)工藝對(duì)比

儀表臺(tái)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(yáng)吸塑、搪塑等工藝，而且此項(xiàng)技術(shù)在成本、開(kāi)發(fā)周期等方面也有很大的優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)工藝的對(duì)比如表1所示：

5 儀表臺(tái)3D-Mesh包覆設(shè)計(jì)

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

5.1 造型設(shè)計(jì)

在前期造型設(shè)計(jì)階段要充分考慮造型的制造可行性與制造成本。

①儀表臺(tái)造型分塊設(shè)計(jì)：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(tái)主副駕駛側(cè)消費(fèi)者能觸摸到的區(qū)域設(shè)計(jì)軟包覆－不僅能體現(xiàn)整個(gè)造型的層次感、軟觸感與豪華感并且實(shí)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(jì)：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(yán)重、發(fā)亮等質(zhì)量問(wèn)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(wèn)題。

③造型顏色與縫線設(shè)計(jì)：儀表臺(tái)3D-Mesh包覆區(qū)域根據(jù)造型的色彩進(jìn)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(jì)，選擇自由度比較高。

5.2 表皮設(shè)計(jì)

①表皮材料選擇：儀表臺(tái)包覆工藝的表皮主要有PVC與PU兩種，PVC價(jià)格比較便宜，但是手感沒(méi)有PU好，非免弱化的淺色PVC表皮弱化后進(jìn)行高溫實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度大、具有透氣性，PU價(jià)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(jià)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(jì)自由度高，能滿足造型較小的圓角設(shè)計(jì)要求，并且利于后期包覆質(zhì)量問(wèn)題的管控。

③表皮的性能要求：1）拉延強(qiáng)度：底布是針織&無(wú)紡布的革，打孔后，縱向≥200N；2）切口撕裂強(qiáng)度：只適用于復(fù)合革，機(jī)械方向，垂直機(jī)械方向拉伸，打孔后，縱向≥20N；3）接縫強(qiáng)度：縫線的拼接強(qiáng)度≥200N；4）拉伸、收縮性：拉伸-100N載荷，拉延時(shí)間：5±0.25分鐘；收縮性-100N載荷，恢復(fù)時(shí)間：10±0.25分鐘。5）卷曲度：彎曲長(zhǎng)度≤90mm；6）抗磨損：在500循環(huán)后，當(dāng)用光源以45度角觀察時(shí)，沒(méi)有因試驗(yàn)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(wú)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(shí)驗(yàn)后樣件表面沒(méi)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(fù)摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行10個(gè)行程，表面光澤、色澤無(wú)變化；9）高低溫循環(huán)：高低溫實(shí)驗(yàn)后沒(méi)有嚴(yán)重的外觀退化，包括：裂紋、粉化、發(fā)黏、斑點(diǎn)、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(jí)，一個(gè)循環(huán)后表面沒(méi)有刮傷；11）摩擦脫色：干，濕，各暴露70℃/7天≥4級(jí)（每種顏色）。

5.3 3D-Mesh網(wǎng)布設(shè)計(jì)

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(jìn)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(jià)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(jì)

①注塑骨架材料：材料主要有PP/ABS/PC+ABS，儀表臺(tái)骨架比較大而且在副駕駛側(cè)需要考慮副氣囊的點(diǎn)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(diǎn)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(jì)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(jì)面料反包邊區(qū)域，包邊距離要求≥8mm；其他相關(guān)設(shè)計(jì)要求與普通包覆骨架設(shè)計(jì)一致。

⑤骨架與氣囊框支架設(shè)計(jì)：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(tái)上，卡接氣囊框多用在表面的軟質(zhì)（如搪塑）儀表臺(tái)上；3D-Mesh包覆骨架與氣囊框通過(guò)摩擦焊的形式固定，其摩擦焊、氣囊框配合設(shè)計(jì)滿足無(wú)縫氣囊框性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，與傳統(tǒng)軟質(zhì)儀表臺(tái)設(shè)計(jì)工藝相比，3D-Mesh包覆工藝是一種新的軟質(zhì)工藝設(shè)計(jì)，主要通過(guò)運(yùn)用表皮與3D-Mesh網(wǎng)布及注塑骨架復(fù)合成軟質(zhì)產(chǎn)品，既達(dá)到了表面的美觀度和舒適性要求，也大幅提高了設(shè)計(jì)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(jià)值的技術(shù)，必將在汽車行業(yè)得到廣泛運(yùn)用與推廣。

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