Per què l'alumini s'adapta a les superfícies tàctils hàptics
Tres propietats del material expliquen el domini de l'alumini a les interfícies hàptiques. La primera és la rigidesa específica: els aliatges d'alumini tenen un mòdul elàstic d'aproximadament 69 GPa amb una densitat d'uns 2,70 g/cm3, de manera que un panell de paret prima és prou rígid per transmetre la vibració de manera eficient mentre manté el conjunt lleuger. La segona és la conductivitat tèrmica, normalment uns 167 W/(mK) per a 6061-T6 i més alta per a l'alumini pur, que permet que la superfície assoleixi ràpidament la temperatura ambient i permet als dissenyadors afegir indicacions tèrmiques deliberades conduint el panell amb un element termoelèctric. El tercer és que l'alumini pot tenir una superfície dura, elèctricament aïllant i resistent al desgast mitjançant l'anodització, el que significa que una part monolítica pot servir com a estructura, elèctrode sensor i superfície cosmètica simultàniament.
Especificació de suport i acabat
La majoria dels panells de producció utilitzen 6061 per a peces mecanitzades o conformades i 5052 per a xapa conformada. L'anodització s'especifica segons ISO 7599 o GB/T 8013.1 al sistema estàndard xinès, amb la classe de recobriment seleccionada segons l'entorn de desgast en lloc de l'aparença.
| Item | Anodització sulfúrica tipus II | Anoditzat dur tipus III |
|---|---|---|
| Gruix típic del recobriment | 5 a 25 micres | 25 a 50 micres |
| Duresa superficial | Moderat, decoratiu i protector | Alta, resistent a l'abrasió |
| Comportament elèctric | Aïllant; adequat com a dielèctric capacitiu | Aïllant; major resistència a la ruptura |
| Opcions de color | Color clar, tenyit, integral | Típicament fosc, tenyit limitat |
| Ús típic | Consoles, dispositius portàtils, panells de fascia | Terminals d'auto{0}}servei, HMI industrial, panells públics |
La brillantor i la sensació tàctil s'estableixen per la textura mecànica que hi ha sota el recobriment. El granat de perles o el gravat químic per aconseguir una rugositat superficial Ra d'aproximadament 0,4 a 1,6 micres ofereix un lliscament setinat que es percep com a premium; els acabats més fins se senten més frescos i ràpids sota el dit, però mostren les empremtes dactilars i les micro-esgarrapades més aviat. La profunditat de la textura també s'utilitza funcionalment per delimitar les zones tàctils perquè l'usuari pugui localitzar els controls sense mirar.
Integració d'accionament capacitiu i piezoelèctric
Un panell anoditzat és un elèctrode capacitiu ideal: el cos d'alumini és conductor, la capa anòdica és un dielèctric prim i un sol dit crea un canvi de capacitat mesurable. Com que l'elèctrode és el panell en si, no hi ha cap superposició separada per delaminar, i l'àrea de detecció es pot dividir en zones simplement mecanitzant buits d'aïllament a través de la capa anòdica. El gravat làser, l'emmascarament selectiu abans de l'anoditzat o una capa capacitiva impresa unida darrere del panell s'utilitzen en funció de la resolució requerida i l'objectiu de cost.
L'accionament es proporciona ja sigui per actuadors electromagnètics, com ara actuadors ressonants lineals muntats darrere del panell, o per elements piezoelèctrics units al panell o integrats com a laminat. La unitat piezoelèctrica produeix una resposta nítida i-ample de banda alta amb un recorregut mecànic molt baix, que s'adapta al "clic" nítid que esperen els usuaris d'una superfície metàl·lica, mentre que els actuadors electromagnètics ofereixen una amplitud més gran a freqüències més baixes. En ambdós casos, l'actuador impulsa el panell en flexió, de manera que el gruix del panell, el patró de costelles i els punts de muntatge determinen la resposta de freqüència. Els objectius de disseny per a una confirmació convincent de la tecla-normalment requereixen que tota la cadena, des de la detecció tàctil fins a l'activació, es completi en menys de 50 mil·lisegons.
Els nivells de sensibilitat tàctil de la placa de circuit imprès requereixen que l'electrònica del panell sigui immune a la conductivitat pròpia del panell. Quan una interfície combina un xassís metàl·lic amb la detecció capacitiva, la massa del sensor i la terra del xassís s'han de separar a la freqüència de detecció per evitar que el panell actuï com una gran capacitat paràsita que envaeix el senyal.
Segellat, EMI i Qualificació Ambiental
L'alumini és un bon conductor, amb 6061-T6 a aproximadament un 43% d'IACS, de manera que un xassís metàl·lic continu proporciona un blindatge electromagnètic eficaç i ajuda un producte a complir els requisits d'emissions i immunitat. Obertures - finestres de visualització, obertures dels connectors, finestres de l'antena: s'han de manejar amb juntes o finestres blindades, ja que la mida de l'obertura regula les fuites. Les superfícies anoditzades són aïllants, de manera que es necessiten corretges de connexió a terra o zones de contacte emmascarades en tots els punts on s'ha de connectar el xassís; S'ha d'evitar l'alumini no tractat en contacte amb l'acer inoxidable per evitar la corrosió galvànica, i s'utilitzen zones de contacte de níquel o d'or on s'han de trobar metalls diferents.
La robustesa mediambiental es demostra contra estàndards de prova reconeguts més que no pas per afirmacions. La protecció d'entrada està verificada segons IEC 60529 o ISO 20653 per a vehicles de carretera; immunitat a les descàrregues electrostàtiques a IEC 61000-4-2 i immunitat radiada a IEC 61000-4-3 per a l'electrònica; xocs mecànics i vibracions segons IEC 60068-2-27 i IEC 60068-2-64 o, en programes d'automoció, segons ISO 16750-3 i ISO 16750-4 per a càrregues mecàniques i climàtiques. La resistència a la corrosió de l'acabat anòdic es comprova mitjançant l'exposició a l'esprai de sal a ASTM B117 i la mesura del pes o el gruix del recobriment a les peces lliurades.
Aplicacions i restriccions pràctiques
Els panells hàptics d'alumini s'especifiquen a les consoles centrals d'automoció i als controls del volant, les interfícies d'imatges mèdiques i de la consola quirúrgica on es porten guants, els panells de control de màquines industrials que han de sobreviure al rentat i l'impacte, els terminals d'auto{0}}servei públic i els dispositius de consum on un xassís metàl·lic porta tant estètica com funcional. Les limitacions que cal planificar són el cost de l'acabat, la necessitat d'emmascarar les zones de contacte elèctric abans de l'anodització, l'acumulació de tolerància-allà on un panell s'ha d'assentar sobre una junta segellada i el fet que cada canvi al gruix del panell o al muntatge altera la signatura de vibració i, per tant, la sensació. Per tant, els panells prototip s'han d'avaluar amb l'electrònica final i el maquinari de muntatge, no com a mostres de metall nu.
Preguntes freqüents
Q:Un panell d'alumini anoditzat pot funcionar com a sensor tàctil capacitiu?
A: Sí. El cos d'alumini forma un elèctrode i la capa d'òxid anòdic actua com a dielèctric, de manera que un dit a la superfície produeix un canvi de capacitat detectable sense cap pel·lícula de superposició addicional.
Q:Quin gruix ha de tenir la capa anoditzada per a una interfície tàctil?
R: L'anoditzat sulfúric de tipus II de 5 a 25 micres és típic per a consoles i dispositius portàtils. L'anoditzat dur tipus III de 25 a 50 micres s'utilitza quan la resistència a l'abrasió és la prioritat, com ara terminals públics.
Q:Per què una superfície d'alumini dóna un clic hàptic més nítid que el plàstic?
R: El mòdul elàstic més alt d'uns 69 GPa significa que el panell es desvia menys i retorna energia més ràpidament, de manera que l'impuls de l'actuador es transmet amb menys amortiment i el clic resultant és més agut i curt.
Q:Quines proves es fan servir per qualificar l'arribada?
R: Mesura del gruix i pes del recobriment a les peces lliurades, exposició a l'esprai de sal a ASTM B117 i proves d'abrasió i adherència del recobriment. La protecció d'entrada segueix IEC 60529 o ISO 20653.
Q:Un panell metàl·lic interfereix amb l'electrònica tàctil?
A: Es pot. El panell és un gran conductor, de manera que la connexió a terra del sensor i del xassís s'ha de disposar de manera que el panell no aparegui com una capacitat paràsit a la freqüència de detecció. El metall continu també protegeix bé, cosa que és un avantatge per a EMC si les obertures es gestionen correctament.
Q:Quina rugositat superficial dóna la millor qualitat percebuda?
R: L'objectiu habitual és un acabat setinat a la regió de Ra 0,4 a 1,6 micres. Els acabats més suaus se senten més ràpids sota el dit, però mostren les empremtes dactilars i les ratllades més fàcilment; els acabats més gruixuts se senten més càlids però mantenen la terra.
