汽車發光格柵的表面處理工藝

□ 劉智瑋

寧波四維爾工業有限責任公司 浙江寧波 315333

1 發光格柵概述

隨著經濟與科技的發展,汽車也在不斷創新,從普通的出行工具轉變為集出行、辦公、休閑、娛樂于一體的第三空間。為了營造科技感,越來越多的車型選擇了發光格柵,通過點亮后不同的圖案展現,不僅可以給人帶來炫麗的感覺,而且能彰顯品牌的獨特內涵。發光格柵作為新產品,其特定發光效果的實現需要采用相應的表面處理工藝。而不同的表面處理工藝,有不同的特點及作用。

2 雙色注塑

雙色注塑是一種將兩種不同材料注射到同一套模具,實現由兩種材料形成產品的成型工藝。為了實現發光格柵的發光效果,一般會采取雙色注塑。其中一色是透明材料,讓光能夠透過,如透明聚碳酸酯。另一色是黑色材料,填充不需要透光的區域,如黑色聚碳酸酯+丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。雙色注塑有專用的雙色注塑機,如圖1所示,分為螺桿平行式注塑機和螺桿垂直式注塑機兩類,區別是螺桿是平行布置還是垂直布置。平行式注塑機有兩套獨立作用的頂出機構,而垂直式注塑機只有一套頂出機構。雙色注塑還需要雙色模具,按結構可以分為型芯旋轉式、型芯后退式、推板旋轉式。其中,型芯旋轉式還可以分為分體式和連體式。分體式是裝在一臺注塑機上的兩副模具,連體式則只是一副模具。型芯旋轉分體式的應用較為廣泛[1]。

目前,雙色注塑應用于發光格柵主要考慮注塑機臺及模具配備,零部件供應商可能需要做好相應線體的改造,并且需要掌握相關工藝的技術人員。

3 激光雕刻

激光雕刻以數控技術為基礎,以激光為媒介,在短時間內激光能量高度集中,加工基材在激光照射下熔化、氣化,顯現想要的圖案、文字。激光雕刻可以分為點陣雕刻和矢量切割[2]。激光雕刻主要的工藝參數有電流強度、焦距、速度、有效矢量步長,共同控制激光雕刻的軌跡粗細和深淺、工藝時間。激光雕刻適用于多種基材,精準度高,一致性好,耐磨性佳,安全可靠,快速便捷,節約環保。激光雕刻機如圖2所示,激光雕刻木板樣件如圖3所示。

目前激光雕刻用于發光格柵的新挑戰是需要在不同顏色的車身漆上進行激光雕刻,而不同的顏色對激光的吸收率存在差異,可能出現雕刻不完全,圖案不夠清晰美觀,影響發光效果。

4 涂裝

涂裝是常見的工藝,目前在普通格柵及其它汽車裝飾件中有廣泛應用,應用于發光格柵同樣是為了提高格柵的耐候性、耐腐蝕性、耐刮擦性、美觀性等。傳統的涂裝工藝流程是三噴兩烘[3],如圖4所示,即底漆、烘干、色漆、面漆、烘干。其中,底漆的作用是增大涂層與基材的附著力,色漆的作用是上色,清漆的作用是提高耐候性、耐腐蝕性、耐刮擦性等。由于工藝耗能較大,揮發性有機物排放較大,發展出了三噴一烘,如圖5所示,即底漆、色漆、面漆、烘干。還發展出了兩噴一烘,即色漆、面漆、烘干。這些新工藝可以有效減少工藝流程,從而減少能源消耗和污染物排放。

目前涂裝在普通格柵中的應用已經比較成熟,但是發光格柵的出現提出了新的要求。主機廠希望格柵能夠匹配車身顏色,比如6至8種車身色,同時具備發光功能。這就對油漆提出了很高的要求,需要半透明的色漆,在不發光時格柵呈現車身色,發光時使光透過顯現圖案。但是目前還沒有半透明的色漆,所以想要通過油漆實現更多功能還有較長一段路要走,需要主機廠和零部件供應商推動油漆供應商一起研究、開發新油漆體系。

5 硬化涂層

硬化涂層涂在基材表面,能提高基材耐刮擦、耐候等性能,因漆面硬度可達2H,甚至3H,所以稱為硬化涂層。涂料分為熱固化型和紫外線固化型。熱固化型通過加熱使涂料固化,具有更好的耐刮擦性和耐候性,但需要底涂,能耗更高。紫外線固化型通過紫外線照射使涂料固化,不需要底涂,能耗比較低,但是耐刮擦性和耐候性相比熱固化型稍差一些。硬化涂層工藝主要是噴涂和淋涂。噴涂成本低,適用于復雜零件,可懸杯噴涂,但涂料利用率低。淋涂非常適合僅需單面涂裝的零件,涂料利用率高,但產線投資大,對零件結構要求較高[4]。

目前硬化涂層廣泛應用于汽車領域,如車大燈、外飾板、格柵、內飾中控臺等,之后的發展方向是與其它工藝結合,如印刷、激光雕刻。硬化涂層在汽車領域的應用如圖6所示。

6 模內裝飾

模內裝飾指在模具內部便可完成裝飾過程,是將傳統注塑成型技術與表面材料應用技術相結合的一體化裝飾工藝技術[5]。目前較常見的模內裝飾有模內轉印、模內鑲件注塑、嵌件注塑。

模內轉印的特點是膜片最外層為離型膜,生產完成后產品與基膜分離,可以實現全自動、大批量連續生產。模內轉印膜片結構如圖7所示,模內轉印工藝流程如圖8所示。

模內鑲件注塑的特點是表面為一層硬化的透明薄膜,中間為印刷圖案層,背面為塑膠層,可以有效防止圖案被刮花,并且不易褪色[6]?；目梢允蔷蹖Ρ蕉姿嵋叶减ァ⒕奂谆┧峒柞ァ⒈╇?丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚碳酸酯+聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物+聚甲基丙烯酸甲酯,汽車行業通常是應用聚碳酸酯+聚甲基丙烯酸甲酯。 模內鑲件注塑膜片結構如圖9所示, 模內鑲件注塑工藝流程如圖10所示。

嵌件注塑與模內鑲件注塑基本一致,只是拉伸程度更高,基材通常為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物+聚甲基丙烯酸甲酯,特點是在汽車行業應用廣泛,膜片基本靠進口。嵌件注塑膜片結構如圖11所示。

隨著科技發展,還出現了新興工藝,如三維紋理模內轉印,其膜片結構如圖12所示。在手機行業研發中,這一工藝多用于仿玻璃、陶瓷質感。另外,模內電子新興工藝使傳統模內注塑與柔性電路印刷結合,可實現觸摸、裝飾、照明等功能的整合,工藝流程如圖13所示。

目前模內裝飾應用于發光格柵的一個方向是隱藏式發光格柵,不發光時格柵匹配車身色,發光時顯現預定圖案。模內裝飾在內飾中已有比較成熟的應用,如儀表板。將模內裝飾應用于發光格柵,主要考慮膜片的耐候性、耐刮擦性、耐沖擊性等。

7 印刷

印刷是復制圖案與文字的工藝,從雕版印刷術發展至今已有數十種印刷工藝,其中與汽車行業相關的有水轉印、熱燙印、移印、絲網印刷等。

水轉印工藝流程如圖14所示。將彩色紋路圖案印刷在特殊化學處理的披覆薄膜或水轉印紙上,平送至水的表面,利用水壓將圖案均勻轉印至產品表面,披覆薄膜或水轉印紙則自動溶解于水中。待產品清洗、烘干后,再涂上一層透明保護涂層即可[7]。水轉印的特點為可適用于任何材質表面,因不能定位,圖案以無循環或小循環居多。水轉印目前主要應用于內飾,如儀表板、中控臺等。

熱燙印借助一定的壓力與溫度,應用裝在燙印機上的模板,使印刷品和燙印箔在短時間內合壓,將轉印層按燙印模板的圖文轉印至被燙材料的表面[8]。熱燙印常用電化鋁燙印箔,具有華麗美觀、色澤鮮艷、使用方便的特點。燙印箔結構如圖15所示。燙印可分為:① 平燙平,即平面印模燙印平面;② 圓燙平,即硅橡膠輥燙印平面;③ 圓燙圓,即硅橡膠輥燙印圓弧面。目前在普通格柵上應用較多的是平燙平,工藝比較成熟,不足的是凹凸不平的大面燙印效果不佳。燙印機如圖16所示。

移印采用鋼、銅或熱塑性塑料凹版,利用硅橡膠材料制成的曲面移印頭,將凹版上的油墨蘸到移印頭的表面,向承印物表面壓一下,即可印出圖案、文字[9]。移印的特點是在小面積凹凸面、弧面上有良好的印刷效果。移印機如圖17所示。移印所用油墨分為單組分、雙組分、烤干型、氧化型、紫外線固化型、升華型等,特點見表1。不同油墨有不同特點和使用要求。移印目前主要應用于內飾,如溫控面板、音響面板、擋把等。

表1 移印油墨特點

絲網印刷應用絲網印版圖文部分可透油墨,非圖文部分不透油墨的原理,在絲網印版一端倒入油墨,用刮板對印版上的油墨施加一定壓力,同時向印版另一端勻速移動,油墨在移動中被刮板從圖文部分的網孔中擠壓到承印物上[10]。絲網印刷如圖18所示,特點為適用于曲面,可使用多種油墨,方便,成本低,附著力強,耐旋光。絲網印刷目前應用于多個領域,如線路板、模內裝飾和膜片裝飾圖案、汽車儀表盤等。

隨著時代發展,主機廠和客戶對格柵有更多的個性化要求,如定制圖案、智能表面,對此,印刷是較好的選擇。

8 結束語

隨著技術發展,所介紹的表面處理工藝在未來會更加成熟地應用于發光格柵,而且必定是多種工藝相結合。同時,人們會對發光格柵提出新的需求,也會不斷嘗試新的工藝,如已經在發光車標上應用的物理氣相沉積,進而持續帶來耳目一新的感覺。