探讨汽车仪表台3D-Mesh包覆工艺与设计

熊伟军

摘 要：仪表台是汽车内饰的重要零件，运用3D-Mesh包覆设计可以达到比传统软质仪表台工艺更低的成本和更高的设计自由度。

关键词：汽车仪表台 3D-Mesh包覆 免弱化 结构设计

1 引言

随着生活水平的提高，消费者对汽车内饰感知的要求也在不断提升。汽车仪表台是汽车内饰件中最复杂、最受消费者关注的零件。传统软质仪表台虽然触感好，但是模具工艺比较复杂，成本较高。3D-Mesh包覆设计是一种新的设计方法，它的工艺相对简单，不但可以提高设计自由度，还能大幅降低开发成本。

2 汽车仪表台设计工艺概述

2.1 仪表台设计工艺分类

汽车仪表台按使用材料的不同，可分为硬质仪表台与软质仪表台。硬质仪表台主要是塑料注塑成型工艺；传统软质仪表台根据工艺不同通常分为以下3种：1.阴模吸塑成型工艺，2.阳模吸塑工艺，3.搪塑成型工艺。对于以上3种工艺的仪表台来说，其构成材料不同，生产制造的成本也不一样。

2.2 传统软质仪表台设计工艺简介

①阴模真空成型工艺简称IMG，其成型分为两种，一是阴模表皮成型，其外形轮廓和纹理，类似搪塑工艺。二是阴模复合成型，是一次完成纹理和骨架粘接，其对产品形状的设计有局限性，且模具成本高、制造周期长，模具损坏后几乎不能修复，模具寿命较短。

②阳模成型工艺是利用已有皮纹的原料，通过加热，凸模真空吸塑，将表皮吸附在模具上获得所需的表皮或复合在基材上直接获得所需产品。它对产品圆角要求较大且易出现表面光泽度高，皮纹拉变形、损坏等缺陷。

③搪塑成型工艺，可制造出从0.5-15mm范围内的各种形状且有连续厚度的产品。其工艺虽然可加工形状复杂的制品，但是其模具寿命短、制造周期长、生产线设备投资大、零件成本高。

3 3D-Mesh工艺的材料概述

3Dmesh称为3D网布，俗称特厚三明治网眼布，也称3D材料或者3D间隔织物，是一款透气性，弹性，支撑性都很出色的新型纯织物材料，图1所示：

3.1 3Dmesh材料的组成与运用领域

3Dmesh材料由上、中、下三个面组成。表面通常为网孔设计；中间一层为连接表面与底面的MOLO纱；底面通常为密织的平板面，俗称“三明治”。（目前市场常见的有双面平板和双面网孔的织法）。采用精密机台一次性编织而成的高分子合成纤维经久耐用，属于经编针织布里面的精品；3D网布以高新纺织工艺编织而成，它的诞生掀起了一场软体填充材料的行业革命，彻底改变了床垫闷湿和不卫生的现状，3D网布正应用于床垫，汽车座椅，沙发，高档软体家具，为越来越多的人们所喜爱。

3.2 3Dmesh材料的特点

1、双层网眼设计，使其有透气透湿性；2、中间单丝以X—90°竖向排列，突破传统散纤0°支撑，密度是弹簧的800倍，使其能够提供缓冲保护作用，按压触感好；3、化学整理剂和燃料含量少，无污染且不易着火；4、不分层，湿热舒适性和牢度好；5、机械性能好，化学稳定性；6、防潮防霉环保无毒，可循环再利用。

4 仪表台3D-Mesh包覆工艺

仪表台上中部整体采用3D-mesh包覆工艺，并添加针缝线，上本体整体为高回弹软触效果，触感反馈极佳。仪表台3D-Mesh包覆工艺的感知品质优于搪塑工艺，解决了传统手工包覆无法满足副驾安全气囊点爆实验设计要求的技术瓶颈，可实现表皮与3D网布免弱化设计，满足产品个性化、多样化的需求。

4.1 仪表台3D-Mesh包覆工艺产品结构组成

仪表台3D-Mesh包覆工艺的产品主要由三层结构组成：1、外观表皮层，表皮材料的选择可以根据外观要求进行搭配，通常有PVC/PU/PU类麂皮等材料；2、3Dmesh网布层，三维网络填充层（3D Mesh）为无纺布，或者其他具有三维网格结构的材料；3、骨架层，骨架通常采用PP/ABS/PC+ABS材料注塑成型（材料的选择具体看运用的零件及区域），产品结构组成如下图2所示：

4.2 仪表台3D-Mesh包覆工艺流程

仪表台3D-Mesh包覆工艺包括以下步骤：①外观表皮冲裁、缝纫拼接：根据仪表产品包覆数据设计表皮排版，根据排版冲裁表皮，表皮冲切完成后根据造型定义（缝线类型，表皮颜色）进行缝纫；②包覆骨架注塑成型；③根据设计数据对3D网布進行排样冲切；④3Desh网布与骨架复合；将喷涂胶水的3Dmesh网布贴合在骨架上的凹槽内（注塑骨架已经提前喷胶处理完成）；⑤表皮包覆：将已喷胶处理的表皮包覆在3D网布与注塑骨架复合好的本体上；⑥热压复合：将表皮、3D网布与骨架复合的本体到热压工装上压合（提高胶水的粘接力，防止高温实验脱胶、起泡等问题）；仪表台3Dmesh包覆工艺流程如图3所示：

4.3 3D-Mesh包覆仪表台副气囊区域弱化工艺

副驾驶侧气囊区域的表皮与骨架弱化工艺通常主要分为铣刀（冷刀）弱化、激光弱化2种。

①铣刀弱化工艺主要运用于弱化发泡/骨架，其原理是通过数控加工中心用刀具加工出弱化线，铣刀弱化工艺对产品的强度要求较高，不合适单独的表皮加工，在加工深孔或者小直接孔容易出现断刀现象，但是它的设备投入成本低。

②激光弱化工艺可适用于各类产品，对于各类复合材料的产品特别适用，其原理是利用经聚焦的高功率密度激光束照射零件，使零件的照射区域迅速熔化、汽化，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质形成弱化槽；激光弱化工艺具有精度高，变形小的优点，但是其设备投入成本高，加工制造费也高。

③目前3D-Mesh包覆仪表台副气囊区域弱化分为3个部分：1）表皮弱化－免弱化表皮（目前免弱化表皮已广泛运用）；2）3D-Mesh网布弱化－免弱化3D网布（建议直接采购免弱化网布，非免弱化网布需要振动刀裁床弱化）；3）包覆骨架弱化－铣刀弱化（控加工中心用刀具加工出弱化线，投入设备少，成本较低）。

4.4 仪表台3D-Mesh包覆与传统软质工艺对比

仪表台3D-Mesh包覆的产品不仅感知品质优于传统工艺，如阴/阳吸塑、搪塑等工艺，而且此项技术在成本、开发周期等方面也有很大的优势，与传统工艺的对比如表1所示：

5 仪表台3D-Mesh包覆设计

仪表台3D-Mesh包覆设计主要分为造型设计、表皮设计、3D网布设计、骨架设计，下面将从这四个方面进行阐述。

5.1 造型设计

在前期造型设计阶段要充分考虑造型的制造可行性与制造成本。

①仪表台造型分块设计：3D-Mesh包覆表皮面积越大，其包覆成本越高，在仪表造型分块上尽可能减少包覆面积的分块，在仪表台主副驾驶侧消费者能触摸到的区域设计软包覆－不仅能体现整个造型的层次感、软触感与豪华感并且实现多种配置套色，还能降低包覆件的成本。

②造型圆角与段差设计：造型最小凸圆角R1.0mm以上（表皮最小厚度1mm），防止包覆后圆角特征表皮出现皮纹拉伸变形严重、发亮等质量问题；造型高度落差小于20mm，避免3D-Mesh表皮包覆拉变形与表皮褶皱等质量问题。

③造型颜色与缝线设计：仪表台3D-Mesh包覆区域根据造型的色彩进行多种颜色配置，也可以增加缝线（单缝线/法式双缝线）设计，选择自由度比较高。

5.2 表皮设计

①表皮材料选择：仪表台包覆工艺的表皮主要有PVC与PU两种，PVC价格比较便宜，但是手感没有PU好，非免弱化的浅色PVC表皮弱化后进行高温实验后容易出现发黄、弱化印明显等现象（PU表皮弱化印不明显）。PU革的物理性能要比PVC革好，耐曲折、柔软度好、抗拉强度大、具有透气性，PU价格也是PVC的一倍以上，表皮也可以分为弱化与免弱化2种，免弱化的表皮价格稍高。

②表皮厚度：表皮一般选用为单层表皮，厚度一般为0.8—1.2mm，单层表皮其设计自由度高，能满足造型较小的圆角设计要求，并且利于后期包覆质量问题的管控。

③表皮的性能要求：1）拉延强度：底布是针织&无纺布的革，打孔后，纵向≥200N；2）切口撕裂强度：只适用于复合革，机械方向，垂直机械方向拉伸，打孔后，纵向≥20N；3）接缝强度：缝线的拼接强度≥200N；4）拉伸、收缩性：拉伸-100N载荷，拉延时间：5±0.25分钟；收缩性-100N载荷，恢复时间：10±0.25分钟。5）卷曲度：弯曲长度≤90mm；6）抗磨损：在500循环后，当用光源以45度角观察时，没有因试验而造成在样品表面皮纹损失或其他不好的影响；7）抗粘接性：常态环境，压重3600g，表面无划痕或轻微划痕、潮湿环境，38±2℃，95±3%RH/24h，10分钟冷却；高温环境：100±2℃/24h，实验后样件表面没有脱色，粘结，水泡或皮纹损失的现象；8）耐污渍&清洁剂性：用浸湿清洁剂的织物摩擦，在往复摩擦试验机上进行10个行程，表面光泽、色泽无变化；9）高低温循环：高低温实验后没有严重的外观退化，包括：裂纹、粉化、发黏、斑点、皮纹损坏、色泽变化、起皱、起泡或涂层发粘，或其他不良影响；10）耐刮擦：刮擦力为2.5N，≥8级，一个循环后表面没有刮伤；11）摩擦脱色：干，湿，各暴露70℃/7天≥4级（每种颜色）。

5.3 3D-Mesh网布设计

3D-Mesh网布一般选用涤纶材料，网布厚度有3.0mm、3.7mm、4.5mm等多种，可以根据用户需求进行选择，3D网布的分类也可以分为弱化与免弱化2种，其价格差异不大，可以优先选择免弱化网布省去弱化工艺环节，减少弱化工装设备的投入；3D-Mesh网布的性能需要满足相关材料性能要求与气味及雾翳等气味要求。

5.4 骨架设计

①注塑骨架材料：材料主要有PP/ABS/PC+ABS，仪表台骨架比较大而且在副驾驶侧需要考虑副气囊的点爆，综合考虑主要选择PP材料；PP材料需要满足相关材料性能要求（气囊点爆要求）与气味及雾翳等气味要求。

②注塑骨架厚度：2.5～3.0mm。

③骨架设计3D网布贴合凹槽：凹槽深度小于3D网布厚度0.2—0.5mm，软硬交接处低于3D网布0.5mm（避免软硬交接线）。

④骨架与表皮需要设计面料反包边区域，包边距离要求≥8mm；其他相关设计要求与普通包覆骨架设计一致。

⑤骨架与气囊框支架设计：气囊框按紧固形式分为摩擦焊气囊框与卡接气囊框，摩擦焊气囊框多用在表面是硬质仪表台上，卡接气囊框多用在表面的软质（如搪塑）仪表台上；3D-Mesh包覆骨架与气囊框通过摩擦焊的形式固定，其摩擦焊、气囊框配合设计满足无缝气囊框性能试验设计技术要求。

6 结束语

综上所述，与传统软质仪表台设计工艺相比，3D-Mesh包覆工艺是一种新的软质工艺设计，主要通过运用表皮与3D-Mesh网布及注塑骨架复合成软质产品，既达到了表面的美观度和舒适性要求，也大幅提高了设计自由度；在成本方面优于传统工艺，产线设备前期投入低，是一种低成本高价值的技术，必将在汽车行业得到广泛运用与推广。

参考文献：

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