激光切割光導和注塑光導的區(qū)別

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時會發(fā)生全反射現(xiàn)象，如果破壞完全反射條件，使光從透明材質表面流出，在汽車領域稱為光導（Light Guide）。目前汽車內(nèi)飾氛圍燈中光導式氛圍燈是最常見的線光源氛圍燈。光導式氛圍燈根據(jù)加工工藝可劃分為注塑光導氛圍燈和激光切割光導。

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

2 激光切割光導和注塑光導簡介

2.1 激光切割光導

激光切割光導采用激光切割方案，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的切割速度、能量、氣壓和鏡頭焦距等參數(shù)進行激光切割，切割后會得到符合設定參數(shù)尺寸的直光導，再控制激光打點機的打點速度、能量、點陣密度和鏡頭焦距參數(shù)，在直光導上進行激光打點，就可獲得帶點陣的直光導，最后再進行折彎，通過控制折彎吹氣溫度、時間、速度、高度和成型冷卻時間對光導進行折彎，就可以得到預設數(shù)據(jù)形狀的光導。

采用激光切割光導方案設計氛圍燈時，由于工藝的特殊性，當光導過長時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：當出光長度大于600mm時，建議采用兩端兩燈頭進光方式；另外，光線在光導中傳輸時的能量會有一定的損失，根據(jù)以往經(jīng)驗，光導出光面寬度越窄、長度越長時損失就越大，產(chǎn)生不良表現(xiàn)為：尾部發(fā)黃越嚴重。因此在前期確認氛圍燈布置方案時建議：當長度大于400mm時，光導出光面寬度大于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的設計方案。

2.2 注塑光導

導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、脫離等步驟進行操作，得到一定形狀的導光條?；竟に嚾鐖D2所示。

圖2 注塑工藝

光導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，注射時間越短，成型的效率就越高，但是在實際生產(chǎn)過程中，成型的時間要受到很多條件的制約。保壓階段的作用是對光導持續(xù)施加壓力，壓實熔體，增加注塑光導材質的密度，以補償光導材質的收縮行為。在注塑成型模具中，冷卻過程是非常重要的，因為成型的注塑光導只有冷卻固化到一定剛性，脫模后才能避免光導因受到外力而產(chǎn)生變形。因此冷卻時間一般占整個成型周期的70%～80%。

3 激光切割光導和注塑光導的區(qū)別

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

3.1 模具需求不同

如激光切割光導的工藝流程所述，激光切割光導在制作光導時無需設計模具，故而減少了模具費用的投資。但是激光切割光導，需要采購激光切割、打點以及折彎等機器，一次性投資相對較大。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，雖然開模成本相對較高，但是一次開?？梢源笈可a(chǎn)，適用于體量龐大的生產(chǎn)需求。

3.2 光導截面形狀

兩種工藝光導結構的差異主要在于光導截面形狀及光導折彎要求等。針對光導截面形狀，激光切割光導只有方形截面，注塑光導可以根據(jù)需求設計為異形截面，如圓形、扇形等。

3.3 光導折彎半徑和角度

對于光導折彎要求，因為光會在折彎處發(fā)生逃逸，因此折彎處會產(chǎn)生亮斑或暗區(qū)，如圖3所示。由于激光切割光導無法在折彎后調整出光角度，而注塑光導可以通過光學齒設計調整出光角度，因此激光切割光導在折彎角度過小時均勻性更差，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 光學結構和效果不同

激光切割光導光學結構為凹點結構，而注塑光導是通過設計三角齒或圓柱齒等光學齒來實現(xiàn)出光。上述兩種光學結構的發(fā)散角度不同。根據(jù)光學模擬結果（圖4）所示，激光打點的每個點為漫反射，其各方向發(fā)散角度大，而光學齒為平面反射，各方向發(fā)散角度小，可見激光打點比注塑做齒更易達到均勻。而由于激光打點工藝限制，激光打點的點形狀及方向比較單一，單激光打點導光條比較難達到指哪打哪的效果，通常需要通過支架來輔助完成，而注塑做齒可以調節(jié)齒的角度，在模具可行的前提下可以調節(jié)齒在導光條上的位置，更易于達到指哪打哪的效果。

圖4 光學模擬結果

3.5 氛圍燈與環(huán)境件的關系不同

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

實例如下：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個焊接點，焊接點間距建議60～80mm（因為涉及到需避讓上飾板上的結構，故焊接點間距建議在60～80mm之間去調整）；定位方面：X/Y方向限位作為安裝時是始裝點，定位間隙0.05mm，輔助定位利用尾部的焊接點輔助Y方向限位；Z方向上，在各個焊接點位置做支撐筋（需在飾板上實現(xiàn)），焊接好后Z向保持不動。

注塑光導氛圍燈總成定位需要滿足3-2-1（N-2-1）原則，即3個及3個以上的點構成的基準面限制3個自由度（X向的移動自由度、繞Y、Z向的旋轉自由度）；主定位的Y向限位點與副定位限位點共同限制了Y向的移動自由度及繞X向的旋轉自由度；主定位的Z向限位點限制了Z向的移動自由度，從而6個自由度全部限制充分定位。一般注塑光導氛圍燈總成定位結構均位于支架上（短光導包括點光源氛圍燈位于發(fā)光模組殼體上）?；鶞拭娴囊话阈问桨ㄖЪ苌吓c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，非限位方向預留2mm間隙。

注塑光導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（部分會帶有金屬卡子）等。

3.6 生產(chǎn)周期不同

由于注塑光導需要制作模具，因此加工周期較長。激光切割光導的加工周期相對較短。

3.7 更改難易程度不同

注塑光導成型后，若需更改光學設計則需要重新設計齒型，拆除模具，修模，后組裝模具試模等，這一流程基本需要2～3周的時間。而激光打點更改光學設計，只需要重新設計網(wǎng)點，然后對裸導光條進行打點即可，通常只需20～30min。

3.8 良率不同

由于激光打點工藝在折彎工序時需通過熱風加熱，加熱工序存在較大風險，導致良率下降，例如加熱溫度過高及時間過長均會導致光導發(fā)黃，而加熱溫度過低則會導致折彎不足。而注塑光導相對來講工藝較為穩(wěn)定。

4 總結

本文主要講解了激光切割光導和注塑光導氛圍燈的概念、制作工藝以及它們的區(qū)別，對激光切割光導的制作流程和工藝以及注塑光導的制作工藝進行了簡單介紹，又對比了激光切割光導與注塑光導之間的區(qū)別，從模具的需求，光導的截面形狀，光導折彎半徑和角度，光導光學結構和效果，與環(huán)境件之間的關系，生產(chǎn)的周期，更改的難度以及光導的良率這8個方面來對這兩種光導進行對比。根據(jù)不同條件及參數(shù)進行模擬或實驗，來對激光切割光導和注塑光導的效果進行測量，總結出相關知識和關系用來對后續(xù)汽車各種類的光導氛圍燈進行參考或借鑒。