顶衬中控台HMI组件的一步式生产

未来，自动驾驶汽车的内饰空间将变成“第二客厅”。因此，设计变得愈加重要。作为环保的生活方式之一，电动汽车进一步推动了这一趋势。电动汽车在设计中针对这种生活方式进行了调整：外形美观的智能样式正在取代传统内燃机汽车的经典元素。

为了保持竞争力，汽车制造商必须根据这些新要求调整他们的策略。德国慕尼黑社会科学研究所（ISF）的一份研究报告表明，他们正在逐步向科技型公司转型。因此，乘客和车辆之间的接口必须越来越智能。未来几年，人机界面解决方案市场预计将呈现强劲的增长势头：目前的研究认为，全球该领域的收入将在2025年增长5.27亿美元以上，而这将主要依靠兼具功能性和装饰性的智能组件。

技术进步取决于配套能力

塑料加工商库尔兹与数家合作公司在Fakuma 2021展会上展示了相关实例。通过与注塑机制造商威猛巴顿菲尔、复杂塑料零件制造商Syntech Plastics、照明专家ams Osram Automotive Lighting System（AMLS）以及库尔兹旗下子公司PolyIC和Baier合作，他们创建了顶衬的原型（标题图）。

该模块的特点是具有无缝的全封闭3D表面以及集成的触摸中控台（图1）。它通过模内电子工艺实现。该模块可用于控制各种功能，例如：环境光、阅读灯和滑动车顶。该组件的独特之处在于几乎所有功能都可单独调节。集成的光投影系统用于在汽车内部的各个表面上显示信息和动画。

看到“HMI”这个词，人们首先想到的是仪表板显示屏或中控台的概念。但是，智能控制和精美造型可能出现在汽车内饰设计的所有领域。顶衬模块清晰地展示了现代技术如何用外形美观的组件取代多个元件、开关和控制器。

库尔兹技术项目经理兼HMI项目经理Christoph Stuhlinger着重强调，所有关联公司的技术能力至关重要：“我们已经在研究未来的技术标准。为了实现功能完美协调的宏伟的未来概念，我们还需要借助合作伙伴深厚的专业知识。从顶衬中控台项目来看，这一点对立体造型传感器和集成投影仪来说极有必要。”

一步式制造、装饰和功能化

该样品结合了多种先进的技术，可通过卷对卷生产实现，目前已适用于批量生产。例如，借助模内装饰（IMD）技术，只需单一的一步式工艺即可实现中控台的制造、装饰并配备薄型触摸传感器（图2）。为此，他们选用了威猛巴顿菲尔生产的现代化注塑机。在注塑成型过程中，塑料化合物与装饰图案相互结合。利用机器内的温度和型腔压力，设计（整体装饰系统）不可逆地粘合在塑性材料上并在注塑成型过程中转印到部件表面。这种方法可用于生产造型高度立体的组件。从顶衬组件来看，组件边缘处的装饰覆盖了整个棱角半径和零件壁厚，从而避免了该区域光线溢出的可能。

对于汽车制造商而言，将多个生产步骤集中在单一工艺中的做法具有多个优势：首先，它减少了资源消耗；其次，模内装饰极大地提升了设计自由度。在汽车行业，个性化的趋势持续存在。最终用户想要适合自己的设计，因此如果汽车制造商能够为他们提供不同的样式选择，那么将更具竞争力。但是，成本效益也很重要。若要将高度个性化和经济生产相结合，IMD工艺将是一个很好的选择。它能够提供不同的选项，如高光和哑光表面、木质效果以及技术设计和软触效果，同时还能提升触觉体验。

智能传感器集成

IMD制造的另一个优势是，通过与功能性模内贴片集成（IML）（即电子导体路径印刷，又称模内电子（IME））相结合，该工艺可用于为3D零件配备触摸传感器。背衬材料（包括带有光导传感器的装饰涂层）通过注塑模一侧的送膜装置来定位（IMD和IME组合工艺特有的方式），而电容式触摸传感器（IME标签）则放置在对面模腔中。

在Fakuma展会上，库尔兹展示了该工艺的后续进展，即所谓的“中央尾带”的触控膜片贴合。“这种方法的独特之处是使用了一种特殊的滑动机构，它将传感器尾部（与控制器的接触区域）定位在与组件成45°角的位置，这样组件就不会与塑料熔体接触。”项目经理Christoph Stuhlinger解释道。智能导轨可以确保触控膜片插接到控制板时，是在注塑零件的中央，而不是零件的边缘。它带来了附加优势，因为装饰不会在组件边缘中断。此外，传感器尾部的其他不粘涂层确保了背面的顺利连接。”他补充说道。注塑成型完成之后，整个装饰表面通过紫外光最终固化来满足最高的表面规格要求。

用作在线工艺的组件清洗

为了利用在线工艺中的特殊喷嘴技术来快速无接触地去除残留涂料颗粒，该系统还首次采用了库尔兹旗下子公司Baier的组件清洁概念。两种应用被集成在同一个系统中，并且通过组合形成了一个紧凑的整体解决方案。
 
极薄、透明、可回收

库尔兹旗下子公司PolyIC生产的PolyTC传感器最终被选用。这款极薄传感器薄膜既灵活又坚固耐用。因此，它们适用于具有曲线状立体表面的零件。背衬材料的另一个特点是：PolyIC由具有银基金属结构（金属网）的透明塑料基板组成。金属层非常薄，仅为数纳米厚，只占很小的比例。因此，该传感器还可进行回收。正面的整体装饰层也是如此。所以，这种兼具装饰性和功能性的集成技术在可持续性方面也具有重要优势。

除此之外，顶衬中控台还展示了哪些传感器可被集成到内部模块中：除了五个带有触觉反馈的电容式触摸传感器，还集成了一个用于控制环境灯和阅读灯的触摸滑块。肉眼不可见的极薄传感器不仅可以在LED灯表面的直接视野范围内背光，而且可以整体照明。因此可以确保极高的透明度。尽管各个操作面板都具有特定的功能，但它们也可以单独分配。该方案还针对最终用户希望根据自己的需求调整汽车内饰的愿望。

汽车内部的个性化照明

汽车内饰灯同样可以定制。针对顶衬模块中的集成阅读灯，ams OSRAM AMLS开发了矩阵式LED点灯（图3）。阅读灯的照射范围可以在不同状态下进行调整，而且可以修改白色调来迎合乘客的喜好。具有个性化设置的各种照明场景可通过环境照明采用所需的RGB颜色进行调用，例如：用作欢迎信号。

由于采用了Shy-Tech设计，该原型并不会在乍一看中展露其“秘密”。灯光结构通常会隐于装饰中。但是，假如有电话进来，它们会按照所选的环境照明亮起（图4）。该原型的另一个亮点是内置的ams OSRAM AMLS徽标投影仪，它可用于在汽车内部的各种表面传输信息和静态设计以及动画等动态题材并将它们投影到中控台或仪表板上。在设计和颜色方面，该功能也可根据环境光和特定的驾驶情况进行调节。
 
整个价值创造链的可持续性

个性化定制的功能和舒适的环境对最终用户来说非常重要，正如零部件的高效生产之于汽车制造商和供应商。对于双方而言，可持续发展都起着重要的作用。顶灯中控台就是以环保的方式实现汽车内饰设计的一个实例。

由于集成了装饰和传感器的顶衬模块通过单一的工艺步骤进行制造并且无需后续加工，因此对二氧化碳平衡产生了直接的显著影响（图5）。“在IMD流程中，我们的装饰层转印工艺是干燥的，从而避免了湿漆可能造成的污染。同时，我们也节省了干燥涂层的能源。”项目经理Christoph Stuhlinger补充道。

该工艺还使回收材料在注塑成型过程中更易于使用。此外，无论是通过IMD制造和装饰的组件还是集成的触摸传感器都可全部回收利用。因此，HMI概念模块表明，精美的设计、复杂的功能和可持续的生产并不矛盾。为了在汽车行业长期保持竞争力，制造商和供应商应在这三个方面进行整合。

K2022展会上的制造单元

这个基于库尔兹一步式工艺的宏伟项目对所有相关人员提出了较高的要求，包括组件制造商Syntech Plastics。2022年初，该公司接管了其德国斯施泰因费尔德工厂的整个制造单元。该系统将作为展会亮点在德国杜塞尔多夫的威猛巴顿菲尔展台现场展示全自动系列流程。

来源：荣格-《国际塑料商情》

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