Tworząc współczesne narzędzia, a zwłaszcza elektronarzędzia, przywiązuje się obecnie szczególną uwagę do obszarów związanych z interakcją produktu z użytkownikiem. Odpowiedni kontakt może przekładać się na przyjemność pracy lub jej brak i decydować o zakupie narzędzia. Najczęściej główna interakcja z użytkownikiem zachodzi w obszarze uchwytu narzędzia. Obecnie, poza walorami praktycznymi, uchwyt pełni również rolę wzmacniania tożsamości wizerunkowej całej rodziny produktowej, między innymi przez unikatowe wzornictwo oraz wysokiej jakości materiały, zastosowane szczególnie w obszarach Soft Touch.
W bezpośrednim tłumaczeniu Soft Touch znaczy – miękki dotyk. W praktyce oznacza to pokrycie miejsc kontaktu z dłonią użytkownika za pomocą dodatkowej warstw, czyniącej wspomniany kontakt bardziej wygodnym, ale i pewnym, bezpiecznym (np. gumowa osłona metalowego uchwytu). Najczęściej stosowane rozwiązanie wykorzystuje użycie dodatkowego elastycznego komponentu bądź naniesienie na powierzchnię produktu kolejnych warstw zbliżonych do gumy (Rys. 1).
Proces
Użycie dodatkowego elastycznego komponentu to rozwiązanie dość popularne dla uchwytów metalowych, charakterystycznych w skrzyniach narzędziowych. Zwłaszcza zimą przenoszenie takiej skrzyni bywa nieprzyjemne. W produkcji wielkoseryjnej elementów z tworzyw sztucznych pokrycie Soft Touch następuje przez malowanie bądź obtryskiwanie. Malowanie obszarów typu Soft Touch jest podstawowym, rzec by można warsztatowym sposobem, podniesienia walorów estetycznych i ergonomicznych produktu. Ta tania i prosta metoda jest szeroko wykorzystywana głównie przez producentów w Chinach. W Europie stosuje się malowanie farbą o walorach Soft Touch rzadziej, ze względu na toksyczność tego procesu względem pracowników. Zabieg ten, będąc tańszym od obtrysku, pozwala na optyczne podniesienie wartości produktu za niewielkie pieniądze (Rys. 2).
Odbywa się to niestety kosztem czasu produkcji, ponieważ przed malowaniem należy każdy element plastikowy odpowiednio zabezpieczyć, aby nie zamalować innych obszarów niż pożądane. Korzystanie z taśm malarskich lub specjalnego kopyta/maski bywa bardzo popularnym zwyczajem.
Kolejną konsekwencją malowania są słaba jakość i trwałość powierzchni. Odporność na ścieranie lub inne uszkodzenia mechaniczne pozostawia wiele do życzenia. Dokładność nanoszenia warstw Soft Touch za pomocą malowania zależy od doświadczenia operatora, jego cierpliwości, zmęczenia, jakości oraz stanu elementów maskujących. Jednym słowem, dla tanich produktów zabieg jest godny rozważenia, dla droższych jednak zemści się negatywnymi opiniami klientów. Sposobem gwarantującym powtarzalność, bezpieczeństwo pracowników oraz środowiska, a także wyższe walory estetyczne i mechaniczne obszarów typu Soft Touch jest obtrysk docelowych elementów innym tworzywem. Większość produktów, począwszy od szczoteczek do zębów po śrubokręty, wykorzystuje ten proces, który opiera się w głównej mierze na technologii wtrysku dwóch lub więcej tworzyw.
Obtrysk (ang. Overmold) polega na umieszczeniu elementu docelowego w gnieździe odpowiedniej, dedykowanej formy wtryskowej i wtryśnięciu kolejnego tworzywa pomiędzy wspomniany element a stempel formy. Proces może odbywać się w sposób automatyczny lub manualny ze względu na to jak element obtryskiwany jest umieszczony w specjalnej formie (Rys. 3).
W przypadku obtrysku metodą manualną powtarzalność powierzchni jest nie dość zadowalająca, wymaga jednak mniejszych wydatków związanych z produkcją i pozwala obniżyć cenę. Automatyzacja procesu polega bądź na przekładaniu wypraski za pomocą ramienia robota do kolejnej formy bądź na zbudowaniu skomplikowanej formy obrotowej, z dwoma lub więcej gniazdami, gdzie każdy kolejny wtrysk wymaga obrotu formy (Rys. 4).
Taki proces jest drogi, ze względu na skomplikowanie formy wtryskowej ale też i z uwagi na potrzebę zastosowania specjalnej wtryskarki.
Odróżnienie obu procesów obtrysku zazwyczaj nie wymaga specjalnych czynności. Podstawowa różnica występuje na styku bazowego tworzywa z obszarem Soft Touch. W przypadku obtrysku dwa materiały są niejako oddzielone rowkiem. W przypadku wielo-wtrysku tego rowka brak i oba materiały łączą się jednolicie bez widocznych przerw bądź szczelin (Rys. 5).
Element obtryskiwany powinien być projektowany z myślą o tym procesie. Dobre zakotwiczenie kolejnej warstwy, elastycznego tworzywa, na pierwotnym produkcie, wymaga od tego pierwszego odpowiednich „zamków”, w które płynne tworzywo wlewając się i stygnąc, pozostanie i zablokuje się.
Materiały
Wyraźne odczucie komfortu podczas chwytu może być zapewnione przez użycie materiałów gumo-podobnych bądź zbliżonych do silikonu. Oba różnią się od siebie dwoma podstawowymi właściwościami. Gumo-podobne jako takie mają słabą odporność chemiczną oraz niepalność. Co innego silikon – tworzywo pochodzące od krzemu, w pełni sztuczne, ma wysokie walory w kontekście odporności na wysokie temperatury czy substancje chemiczne. To od projektanta zależy, który rodzaj materiału użyje, a jest w czym wybierać. Najpopularniejsze tworzywa nie silikonowe to:
- TPR (Thermo Plastic Rubber) – charakteryzuje się częściowym naturalnym blaskiem, jest dość miękkie, przyjemne w odczuciu, jego właściwości mechaniczne są umiarkowane. Zaletą tego tworzywa jest łatwość łączenia go z innymi powierzchniami za pomocą klejów. Potraktowane płomieniem daje czarny gęsty dym. Najtańsze z wymienionych tworzyw. Bardzo często używane w narzędziach ręcznych, o napędach elektrycznych lub pneumatycznych. Popularne zwłaszcza w produktach budżetowych.
- TPE (Thermo Plastic Elastomer) – charakteryzuje się matową powierzchnią oraz lepszymi właściwościami w kontekście oporności na ścieranie lub temperaturę niż TPR. Sprawia wrażenie miękkiego w dotyku. Ma umiarkowaną odporność chemiczną. Potraktowane płomieniem daje lżejszy dym niż TPR. Jest szeroko używane w segmencie narzędzi ręcznych, z tą różnicą, że dotyczy to raczej droższych, jakościowo lepszych produktów (łatwo to wychwycić gołym okiem np. na wiertarkach: TPR będzie błyszczał, TPE będzie zmatowione i ładniejsze w wyglądzie).
- TPU (Thermo Plastic Polyurethan) – charakteryzuje się lśniąca oraz twardą w odczuciu powierzchnią. Pod względem właściwości mechanicznych, takich jak odporność na ścieranie, elastyczność, wytrzymałość udarowa, „bije na głowę” dwa poprzednie tworzywa. Podobnie w przypadku odporności chemicznej. Stąd TPU bywa najczęściej wybierane na etui dla telefonów komórkowych, bądź jako absorber uderzeń w urządzeniach narażonych na upadek. Jest to najdroższe z wymienionej trójki tworzyw.
Różnice, zwłaszcza na zdjęciach, pomiędzy TPE, a TPR bywają trudne do wskazania. Poświęcając więcej uwagi zauważymy większą matowość uchwytu z TPE, w kontraście do lekkiego, ale zauważalnego połysku uchwytu z TPR. Druga różnica wychodzi wraz z wzięciem obu elementów do rąk. TPE jest zwyczajnie bardziej szorstki, ale w przyjemnym znaczeniu. Oczywiście taki sam efekt z TPR da się uzyskać tworząc w formie odpowiednią teksturę, o czym za chwilę.
Warto wiedzieć o pewnych predyspozycjach „klejenia się” elastomerów do podłoża. Najgorzej proces ten przebiega w przypadku tworzyw krystalicznych, z natury niechętnych adhezji jako takiej. Jeżeli konstruktor lub projektant sam ma wskazać docelowy materiał to warto aby zgłębił ten temat kontaktując się z dostawcą materiału, który powinien udzielić dokładnych informacji.
Poza określeniem rodzaju tworzywa na obszar Soft Touch, projektant produktu powinien również określić pożądaną twardość powierzchni. Cecha ta przekłada się nie tylko na wytrzymałość na ścieranie (główny argument), ale również na odczucie „miękkości”. Wysoka twardość wskazana będzie w aplikacjach z płytkimi bądź niewysokimi dekoracjami. Twardość zazwyczaj przedstawia się w skali Shore, od 20 do 90. Aby mieć rozeznanie warto skontaktować się z dostawcą tworzyw i poprosić o próbki.
Projektując produkt wymagający długotrwałego trzymania go niezabezpieczoną dłonią, potrzeba przygotowania go pod kątem norm PAHs oraz RoHS . Normy te określają maksymalną możliwą zawartość rakotwórczych związków w tworzywie, z którymi ciało ludzkie ma trwały kontakt. Zaobserwowano zjawisko przechodzenia pewnych związków z tworzywa do ciała ludzkiego. Występuje ono dość często w przypadku odzieży. Za każdym razem producent tworzywa, bądź fabryka, w której zlecamy wykonanie produktu w oparciu o jej tworzywa, powinna przedstawić certyfikat zgodności na obie normy. W przeciwnym wypadku może się zdarzyć sytuacja, w której inspekcja zdrowia, na czyjś wniosek (np. konkurenta), przebada produkt i znajdzie w nim niedopuszczalne związki, co gwarantuje natychmiastowe wycofanie produktu z rynku. To zaś bywa sporym wydatkiem.
Tworzywa silikonowe mają nieporównywalnie lepsze właściwości w kontekście odporności chemicznej oraz na wysokie temperatury. Zwłaszcza branża medyczna używa tych tworzyw jako standardu. Podobnie w sektorze gastronomicznym. Wszędzie gdzie produkt będzie miał długotrwały kontakt z ciałem ludzkim bądź jego płynami silikony występują przed elastomerami. Warto mieć to na uwadze.
Konstrukcja
Tworzywa używane do obtrysku obszarów Soft Touch (TPR, TPE, TPU) mają dość dobre właściwości adhezyjne. Niemniej, zwłaszcza w przypadku współpracy z tworzywami krystalicznymi (naturalna oporność do wchodzenia w interakcje z innymi materiałami), wprowadzanie dodatkowych zabezpieczeń, uniemożliwiających swobodne bądź ułatwione odpadanie obszaru Soft Touch od bazowego tworzywa, bywa jak najbardziej wskazane. Owe zabezpieczenia mają najczęściej formę mechaniczną, w postaci zakotwiczeń, korzystających z odpowiednich otworów w elemencie bazowym (Rys. 6).
Rysunek 7 przedstawia przykład obtryśniętej rękojeści elektronarzędzia z widokiem od wewnątrz, a rysunek 8 – przykład wypraski przed obtryskiem, z przewidzianym pogłębieniem oraz otworami kotwicznymi.
W te otwory, a bywa że i rowki, w trakcie wtrysku wpływa elastomer, stygnąc i kotwicząc się w nich.
Kolejną kwestią jest minimalna grubość obszaru Soft Touch. Najczęściej spotykana wartością jest 1 mm, choć zalecane jest stosowanie większych wartości jak 1,5 lub 2 mm. Obtrysk powstający przez przeniesienie ręczne wypraski do kolejnej formy, wprowadza ryzyko niedokładności, co często widoczne jest dla użytkownika pod postacią niezbyt dokładnego przylegania elastomeru względem krawędzi wypraski (Rys. 9, 10).
Problem ten może rozwiązać odpowiedni rowek oddzielający optycznie oba obszary (Rys. 11).
Zabezpieczy on sam proces obtrysku przed wypływkami (forma może źle przylegać do pierwotnej wypraski, powodując wycieki obtryskiwanego elastomeru) oraz zapewni rolę dekoracyjną. Przeciwne rozwiązanie wykorzystuje wystający stopień, pełniący tę samą rolę – pewne oparcie formy i uniknięcie wypływek.
Większość aplikacji CAD ma dedykowane narzędzia do odsuwania powierzchni, wykonując automatycznie pożądane pogłębienie (w PTC Creo warto korzystać z Offset > Expand > Sketched Region; Rys. 12).
Wewnętrzną geometria wypraski wymaga powtórzenia tego kroku w celu zachowania jednolitej grubości ścianki na całym elemencie. Częściowe wystawanie obszaru Soft Touch poza powierzchnię wypraski (połowa schowana, a połowa nie) zapewnia lepszą konstrukcję samej wypraski, bez gwałtownych prostopadłych oraz wąskich przejść stanowiących przeszkody dla wtryskiwanego tworzywa.
Podsumowanie
Walory wzornicze obszarów Soft Touch mogą decydować o lepszej sprzedaży produktu. O ile oczywiście projektant przygotuje dość interesujący wzór, a konstruktor z technologiem dobiorą odpowiednie materiały i technologie adekwatne do aplikacji. Mam nadzieję, że informacje przedstawione powyżej pozwolą na bezpieczniejsze mierzenie się z tematem i pomogą zabezpieczyć zespół projektowy przed podjęciem nieodpowiednich kroków.
Jacek Mydlikowski
artykuł pochodzi z wydania 10 (133) październik 2018
