董 曉，鄭志軍，華 成

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

1 研究背景和意義

光通過圓形或者其它特定形狀的透明材質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，如果破壞完全反射條件，使光從透明材質(zhì)表面流出，在汽車領(lǐng)域稱為光導(dǎo)（Light Guide）。目前汽車內(nèi)飾氛圍燈中光導(dǎo)式氛圍燈是最常見的線光源氛圍燈。光導(dǎo)式氛圍燈根據(jù)加工工藝可劃分為注塑光導(dǎo)氛圍燈和激光切割光導(dǎo)。

近年來，隨著汽車內(nèi)飾種類的不斷升級(jí)，車內(nèi)氛圍燈的樣式也多種多樣，對(duì)于不同樣式的氛圍燈的造型需求也日益增加。激光切割光導(dǎo)和注塑光導(dǎo)的應(yīng)用也隨之廣泛起來，并且能夠呈現(xiàn)出不同的效果。因此，本文主要對(duì)激光切割光導(dǎo)和注塑光導(dǎo)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹并研究對(duì)比二者的區(qū)別，這將對(duì)汽車光導(dǎo)氛圍燈的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

2 激光切割光導(dǎo)和注塑光導(dǎo)簡(jiǎn)介

2.1 激光切割光導(dǎo)

激光切割光導(dǎo)采用激光切割方案，一般直接利用擠壓好的型材板（亞克力板材）進(jìn)行切割，基本工藝如圖1所示。

圖1 激光切割工藝

首先選取型材板，通過控制激光切割時(shí)的切割速度、能量、氣壓和鏡頭焦距等參數(shù)進(jìn)行激光切割，切割后會(huì)得到符合設(shè)定參數(shù)尺寸的直光導(dǎo)，再控制激光打點(diǎn)機(jī)的打點(diǎn)速度、能量、點(diǎn)陣密度和鏡頭焦距參數(shù)，在直光導(dǎo)上進(jìn)行激光打點(diǎn)，就可獲得帶點(diǎn)陣的直光導(dǎo)，最后再進(jìn)行折彎，通過控制折彎吹氣溫度、時(shí)間、速度、高度和成型冷卻時(shí)間對(duì)光導(dǎo)進(jìn)行折彎，就可以得到預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)形狀的光導(dǎo)。

采用激光切割光導(dǎo)方案設(shè)計(jì)氛圍燈時(shí)，由于工藝的特殊性，當(dāng)光導(dǎo)過長時(shí)容易造成尾部亮度不足及尾部發(fā)黃等不良現(xiàn)象產(chǎn)生，一般的建議是：當(dāng)出光長度大于600mm時(shí)，建議采用兩端兩燈頭進(jìn)光方式；另外，光線在光導(dǎo)中傳輸時(shí)的能量會(huì)有一定的損失，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，光導(dǎo)出光面寬度越窄、長度越長時(shí)損失就越大，產(chǎn)生不良表現(xiàn)為：尾部發(fā)黃越嚴(yán)重。因此在前期確認(rèn)氛圍燈布置方案時(shí)建議：當(dāng)長度大于400mm時(shí)，光導(dǎo)出光面寬度大于5mm；如因空間限制無法做寬，可以考慮盡量往寬的方向做或者更改為注塑光導(dǎo)的設(shè)計(jì)方案。

2.2 注塑光導(dǎo)

導(dǎo)光條采用注塑方案一般是將熔融的原料通過加壓、注入、冷卻、脫離等步驟進(jìn)行操作，得到一定形狀的導(dǎo)光條。基本工藝如圖2所示。

圖2 注塑工藝

光導(dǎo)的注塑成型工藝過程主要包括：合模、注射、保壓、冷卻、開模、脫模等階段，注射是整個(gè)注塑過程中的第一步，從模具閉合開始注塑算起，到模具型腔注射到大約95%為止。理論上，注射時(shí)間越短，成型的效率就越高，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，成型的時(shí)間要受到很多條件的制約。保壓階段的作用是對(duì)光導(dǎo)持續(xù)施加壓力，壓實(shí)熔體，增加注塑光導(dǎo)材質(zhì)的密度，以補(bǔ)償光導(dǎo)材質(zhì)的收縮行為。在注塑成型模具中，冷卻過程是非常重要的，因?yàn)槌尚偷淖⑺芄鈱?dǎo)只有冷卻固化到一定剛性，脫模后才能避免光導(dǎo)因受到外力而產(chǎn)生變形。因此冷卻時(shí)間一般占整個(gè)成型周期的70%～80%。

3 激光切割光導(dǎo)和注塑光導(dǎo)的區(qū)別

對(duì)于光導(dǎo)式氛圍燈，目前應(yīng)用比較廣泛的是傳統(tǒng)的應(yīng)用模具注塑的光導(dǎo)。激光切割光導(dǎo)與注塑光導(dǎo)相比，其主要差異在于以下幾點(diǎn)。

3.1 模具需求不同

如激光切割光導(dǎo)的工藝流程所述，激光切割光導(dǎo)在制作光導(dǎo)時(shí)無需設(shè)計(jì)模具，故而減少了模具費(fèi)用的投資。但是激光切割光導(dǎo)，需要采購激光切割、打點(diǎn)以及折彎等機(jī)器，一次性投資相對(duì)較大。因此，從成本的角度考慮，激光切割工藝適用于一般小批量生產(chǎn)，反之，像注塑工藝的話，雖然開模成本相對(duì)較高，但是一次開模可以大批量生產(chǎn)，適用于體量龐大的生產(chǎn)需求。

3.2 光導(dǎo)截面形狀

兩種工藝光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的差異主要在于光導(dǎo)截面形狀及光導(dǎo)折彎要求等。針對(duì)光導(dǎo)截面形狀，激光切割光導(dǎo)只有方形截面，注塑光導(dǎo)可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)為異形截面，如圓形、扇形等。

3.3 光導(dǎo)折彎半徑和角度

對(duì)于光導(dǎo)折彎要求，因?yàn)楣鈺?huì)在折彎處發(fā)生逃逸，因此折彎處會(huì)產(chǎn)生亮斑或暗區(qū)，如圖3所示。由于激光切割光導(dǎo)無法在折彎后調(diào)整出光角度，而注塑光導(dǎo)可以通過光學(xué)齒設(shè)計(jì)調(diào)整出光角度，因此激光切割光導(dǎo)在折彎角度過小時(shí)均勻性更差，故此種工藝要求較大的折彎半徑和角度。

圖3 折彎處產(chǎn)生亮斑或暗區(qū)

3.4 光學(xué)結(jié)構(gòu)和效果不同

激光切割光導(dǎo)光學(xué)結(jié)構(gòu)為凹點(diǎn)結(jié)構(gòu)，而注塑光導(dǎo)是通過設(shè)計(jì)三角齒或圓柱齒等光學(xué)齒來實(shí)現(xiàn)出光。上述兩種光學(xué)結(jié)構(gòu)的發(fā)散角度不同。根據(jù)光學(xué)模擬結(jié)果（圖4）所示，激光打點(diǎn)的每個(gè)點(diǎn)為漫反射，其各方向發(fā)散角度大，而光學(xué)齒為平面反射，各方向發(fā)散角度小，可見激光打點(diǎn)比注塑做齒更易達(dá)到均勻。而由于激光打點(diǎn)工藝限制，激光打點(diǎn)的點(diǎn)形狀及方向比較單一，單激光打點(diǎn)導(dǎo)光條比較難達(dá)到指哪打哪的效果，通常需要通過支架來輔助完成，而注塑做齒可以調(diào)節(jié)齒的角度，在模具可行的前提下可以調(diào)節(jié)齒在導(dǎo)光條上的位置，更易于達(dá)到指哪打哪的效果。

圖4 光學(xué)模擬結(jié)果

3.5 氛圍燈與環(huán)境件的關(guān)系不同

激光切割光導(dǎo)氛圍燈作為汽車內(nèi)飾件，通常會(huì)固定安裝在其他內(nèi)飾板或飾條上，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮好與環(huán)境件的裝配方式。

實(shí)例如下：氛圍燈總成與環(huán)境件裝配采用熱鉚焊接方式，氛圍燈總成在環(huán)境件上的主定位如圖5所示。

圖5 與環(huán)境件的裝配方式

燈總成總長205mm，中間布置3個(gè)焊接點(diǎn)，焊接點(diǎn)間距建議60～80mm（因?yàn)樯婕暗叫璞茏屔巷棸迳系慕Y(jié)構(gòu)，故焊接點(diǎn)間距建議在60～80mm之間去調(diào)整）；定位方面：X/Y方向限位作為安裝時(shí)是始裝點(diǎn)，定位間隙0.05mm，輔助定位利用尾部的焊接點(diǎn)輔助Y方向限位；Z方向上，在各個(gè)焊接點(diǎn)位置做支撐筋（需在飾板上實(shí)現(xiàn)），焊接好后Z向保持不動(dòng)。

注塑光導(dǎo)氛圍燈總成定位需要滿足3-2-1（N-2-1）原則，即3個(gè)及3個(gè)以上的點(diǎn)構(gòu)成的基準(zhǔn)面限制3個(gè)自由度（X向的移動(dòng)自由度、繞Y、Z向的旋轉(zhuǎn)自由度）；主定位的Y向限位點(diǎn)與副定位限位點(diǎn)共同限制了Y向的移動(dòng)自由度及繞X向的旋轉(zhuǎn)自由度；主定位的Z向限位點(diǎn)限制了Z向的移動(dòng)自由度，從而6個(gè)自由度全部限制充分定位。一般注塑光導(dǎo)氛圍燈總成定位結(jié)構(gòu)均位于支架上（短光導(dǎo)包括點(diǎn)光源氛圍燈位于發(fā)光模組殼體上）?；鶞?zhǔn)面的一般形式包括支架上與環(huán)境件安裝面貼合的凸筋、平面等及發(fā)光模組的殼體表面，主、副定位的一般形式包括十字筋、十字槽、卡扣或圓孔、方孔等，主定位兩個(gè)方向均限制，配合間隙建議單邊0.05～0.1mm，副定位限位方向間隙單邊0.05～0.1mm，非限位方向預(yù)留2mm間隙。

注塑光導(dǎo)氛圍燈總成的固定方式一般包括：卡扣固定、自攻螺絲固定、焊接、鉚接、毛氈或者膠帶固定等配合使用。激光切割光導(dǎo)氛圍燈常見裝配方式有：熱鉚焊接、螺絲固定、卡扣裝配（部分會(huì)帶有金屬卡子）等。

3.6 生產(chǎn)周期不同

由于注塑光導(dǎo)需要制作模具，因此加工周期較長。激光切割光導(dǎo)的加工周期相對(duì)較短。

3.7 更改難易程度不同

注塑光導(dǎo)成型后，若需更改光學(xué)設(shè)計(jì)則需要重新設(shè)計(jì)齒型，拆除模具，修模，后組裝模具試模等，這一流程基本需要2～3周的時(shí)間。而激光打點(diǎn)更改光學(xué)設(shè)計(jì)，只需要重新設(shè)計(jì)網(wǎng)點(diǎn)，然后對(duì)裸導(dǎo)光條進(jìn)行打點(diǎn)即可，通常只需20～30min。

3.8 良率不同

由于激光打點(diǎn)工藝在折彎工序時(shí)需通過熱風(fēng)加熱，加熱工序存在較大風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致良率下降，例如加熱溫度過高及時(shí)間過長均會(huì)導(dǎo)致光導(dǎo)發(fā)黃，而加熱溫度過低則會(huì)導(dǎo)致折彎不足。而注塑光導(dǎo)相對(duì)來講工藝較為穩(wěn)定。

4 總結(jié)

本文主要講解了激光切割光導(dǎo)和注塑光導(dǎo)氛圍燈的概念、制作工藝以及它們的區(qū)別，對(duì)激光切割光導(dǎo)的制作流程和工藝以及注塑光導(dǎo)的制作工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，又對(duì)比了激光切割光導(dǎo)與注塑光導(dǎo)之間的區(qū)別，從模具的需求，光導(dǎo)的截面形狀，光導(dǎo)折彎半徑和角度，光導(dǎo)光學(xué)結(jié)構(gòu)和效果，與環(huán)境件之間的關(guān)系，生產(chǎn)的周期，更改的難度以及光導(dǎo)的良率這8個(gè)方面來對(duì)這兩種光導(dǎo)進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)不同條件及參數(shù)進(jìn)行模擬或?qū)嶒?yàn)，來對(duì)激光切割光導(dǎo)和注塑光導(dǎo)的效果進(jìn)行測(cè)量，總結(jié)出相關(guān)知識(shí)和關(guān)系用來對(duì)后續(xù)汽車各種類的光導(dǎo)氛圍燈進(jìn)行參考或借鑒。