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复合薄膜装饰表面的集成照明和控制传感器
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第一种可投入生产的可实现综合控制功能的传感器面板是一个复合膜组件,它包含40个传感器,分六组操作。内置照明系统可以在每个操作点连同传感器功能一起被激活。结构稳定的复合膜包括三个功能层次,可直接安装在终端,也可嵌入外壳部件中所含的新开发注塑成型产品中。

在K 2010展上,位于奥地利Linz(林茨)的plastic electronic GmbH对无按钮功能性操作终端进行了首次展示,成功证明了通/断开关、旋转式或滑动式电位器等可以被直接集成到结构部件,而无需额外的附加件。此项技术可应用于载膜组合,即采用金属导体路径结构以及保护膜或粘附膜,通过真空沉积方法加以制备,从而建立起与塑料熔的体接触。

在来自奥地利Schwertberg(施韦特贝格)的注塑机制造商恩格尔奥地利公司的展位上进行的首次展示,堪称是“touchskin”技术的开端。功能的集成受到后注塑成型的两层膜面的影响,特别是部件所采用的夹层式构造,即两层膜面(传感膜和装饰膜),中间被注塑成型的塑料芯层分隔开(图1)。该传感器除功能得到验证之外,在其电路载膜的三维变形方面也展示了相对较低的拉伸比。


洗衣机控制面板是“背板设计式”多层复合薄膜,配有40个背光控制传感器。为用户提供了极大地使用便捷性,节约了大量的生产和组装成本(图片由R. Bauer提供)。

在下一步的开发中,塑料电子将专注于提高薄膜的三维变形性能及其相应的传导路径。在Fakuma 2011(德国国际塑料加工展览会)上展示了相应的“感应表面”概念,即为Magna group开发的一种集成了传感器多功能操作的汽车中心控制台(图2)。尽管具备上述先进性和功能性,然而由于缺乏对于黑暗环境中的应用不可或缺的传感区域背光,因而尚未实现大规模应用的突破。开发出高度与复合膜相适应的合适的照明系统,将是第三开发阶段的重点。


图1:2010年开始推出的首款“touchskin”展示实物。基础功能单元是置于盖子内表面的后成型薄膜。该盖子带有印刷电子结构。外装饰膜带有功能指示器,隐含手指导航功能(图片由塑料电子公司提供)。

“薄片”而非“薄膜”

背光系统的集成彻底改变了touchskin技术的发展进程。因为LED照明元件和导光板需要的最小层厚为1 - 1.5毫米,照明控制系统无法在先前阶段集成到附加的薄膜层。因此,“薄膜”这个词并不十分准确。事实上,称之为“薄片”可能更恰当。在这一项目中,外装饰表面也是如此,它也是实际的用户表面。

为便于大型家用电器的安装,需要采用结构稳定性高的表面平坦的部件,因而将装饰膜层厚度增加到1毫米,尤其是还能在控制表面上实现高质量的“黑色面板效果”。有关这一点,应该指出,采用较薄的层厚也能实现类似的装饰效果。


图2:2011年下一个革命性阶段的结果是,配有控制信息娱乐功能中心传感区域的汽车中心控制台。该组件提高了后成型功能膜的3-D变形性能(图片由塑料电子公司提供)

洗衣机控制面板应用实例

由于“multiskin”叠层片这一新概念取代了touchskin薄膜概念(图3),塑料电子的首席执行官Philipp Weissel解释说,multiskin代表适用于带功能表面并具有高可变性的叠层复合解决方案。毕竟,具体涂层的布局可以在预定设计规则范围内自由变化。因此,预备的复合部件不仅能确保产品和操作设计的创造性可能性,还能带来巨大的成本节约潜力。这主要是因为有可能减少单个组件数量及相关的组装工作量,特别是,即使是小批量生产中,也具有灵活的色彩或装饰个性化。”


图3:multiskin叠层复合解决方案(图片由塑料电子公司提供)

塑料电子公司开发出类似的控制面板,用于洗衣机、烘干机和洗碗机,以证明multiskin的实用性。更准确地说,这是一个拥有40个背光控制按钮的控制面板。这项开发工作并不是只专注于解决技术问题,还从一开始就包括有关操作概念的实用性问题,及其能否被潜在用户所接受。

因此,与技术项目同步进行的还有一项广泛的客户调查,其结果将作为优化操作逻辑的指导。现在,该产品包括6组依次布置的传感器(项目选择、速度和温度预选、两个选项组以及定时器),与四条电子功能电路相结合,均由其自身的PCB(印刷电路板)触发。

这些PCB作为SMD组件直接置于电路载膜(相当于PET或PEN膜)上,这是复合结构的最下层(图3)。其上层是由不透明的PET或PC制成的中央照明系统板,已为LED、导光管区域及相邻电路载膜上PCB超出部分压出切口(图4)。最上面一层是装饰层或用户界面。在本项目中,采用的是一个1mm厚PMMA薄片,其背面有一个黑屏印刷区域。

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图4:电路板载膜详细示意图,带有安装控制板和连接控制LED及控制传感器区域的传导路径。(图片由R. Bauer提供)。

在其表面上,传感器标签清晰可见。激活的光源使按钮位置显得更醒目。与之相对,那些无照明的部位则隐藏在黑色涂层后几乎看不见,这就是所谓的黑色面板效果(标题图)。在生产过程中,所有薄膜均在单独制造完成后层叠成型。其极高的结构稳定性使其成为预成型部件(图5)。

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图5:工作中的multiskin控制面板后视图。内置的LED照明系统清晰可见。各导光区域由带侧光发射孔的发光二极管照明(图片由R. Bauer提供)。

仅作装配界面的注塑成型

在开发的第一阶段,薄膜的后模塑法使touchskin组件保持稳定,multiskin组件拥有出色的固有稳定性,因而无需强制性增加注塑结构。这种复合部件可以直接安装、应用和固定于外壳内部。当无法直接安装复合片材时,可采用来自奥地利Schwertberg的模具制造和注塑公司Schoefer GmbH开发的一种装配技术,它通过注塑工艺,将multiskin部件集成到框架或外壳结构中。

Schoefer公司的首席执行官Gerald Schoefer解释说,“我们利用复合部件自身固有的稳定性,无需通过冗长的注塑过程使之稳定。不过,我们通过注塑在复合面板上增加了支撑框架和装配点。Schoefer从而将此复合面板插入注塑工具,尽可能轻地拉伸,然后嵌入注塑结构(图6)。

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图6:革命性的第三阶段是,抛弃具有固有稳定性的薄膜复合材料全部后塑成型方式,改为仅成型加工与其它结合部件形成机械界面的框架结构。本例显示的是,集成了照明系统和12针插接的2.2mm厚multi-skin复合面板。(图片由 R. Bauer提供)。

“通过后模塑加工,生产出从机械接口到对应部分的肋网,对特大multiskin片材形成必要支撑的结构。当嵌入复合片材时,应用膜内覆膜注塑成型技术,可实现嵌入件和注塑区域高品质的平稳过渡和无缝衔接。”尽可能降低表面外观上的差异,正如已经实现的一系列项目所展示的那样(图7)。

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图7:即便插件的厚度有所变化,分步模内安装创新法实现了从薄膜表面向塑料结构绝对无缝的转变,左图为亚光黑色装饰膜和高光成型表面的结合,右图为植入了用PC材料制成的无缝、无隙硬涂透明屏幕(图片由R. Bauer提供)。

前景

自K 2010展以来,塑料电子公司逐步开发出了大量保护的touchskin和multiskin技术的自有专利。公司首席执行官Philipp Weissel指出,现在我们专注于一定量应用的监控,在这方面,我们可以作为一个独立公司不受任何限制。”

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图8:下一个革命是型线手指导航的三维形状控制表面。图例为直观的下降式或波形设计(概念研究:塑料电子公司)。

有关洗衣机面板,塑料电子正致力于手法指示的几何结构的集成,如细流、波浪、水槽(图8)。Weissel解释说,“除了对2-D touchskin用户界面的一系列推介,我们同时还在致力于3-D设计开发。”(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (5/26/2015)
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