基于DOE的可穿戴產(chǎn)品布料粘貼材料的設(shè)計(jì)優(yōu)化

耐普羅公司（上海） 王德瑜

1 引言

可穿戴設(shè)備是近年來快速興起的一類產(chǎn)品，涵蓋醫(yī)療保健領(lǐng)域，各種電子器件及傳感器被集成在產(chǎn)品中用于偵測(cè)使用者的行為舉止，健康狀態(tài)，提供數(shù)據(jù)反饋和保健醫(yī)療的作用。其中一類產(chǎn)品形態(tài)是將電器控制模塊集成在布料中，整個(gè)產(chǎn)品穿戴在使用者身上，例如測(cè)量心率的心率帶，保健醫(yī)療的腰帶，智能服裝，智能多功能書包等。

2 產(chǎn)品問題介紹

本公司設(shè)計(jì)的一款可穿戴產(chǎn)品需要將布料粘貼在電氣控制盒上，控制盒的材料為PC/ABS塑料。初始設(shè)計(jì)采用的是9472LE雙面膠，無孔洞設(shè)計(jì)，雙面膠先粘貼在布料上，再粘貼在控制盒上。將產(chǎn)品放置在壓燙機(jī)上加溫加壓一段時(shí)間，以保證布料和控制盒表面粘貼良好，有好的剝離力，防止使用者使用一段時(shí)間后布料和控制盒分離。試產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品邊緣溢膠（圖1所示），中間有氣泡（圖2所示），嚴(yán)重影響外觀，剝離力欠佳。

問題缺陷如圖1-2所示。

3 DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為解決新品試產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的問題，引入了DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的概念，以分析設(shè)計(jì)改進(jìn)的方案是否滿足生產(chǎn)需要。

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

比較9472LE和9495LE對(duì)溢膠和生產(chǎn)方便性的作用，是否可以用9495LE替代9472LE。

確認(rèn)不同的壓燙機(jī)設(shè)備參數(shù)（時(shí)間/壓力/溫度）對(duì)雙面膠粘貼力的影響。

確認(rèn)在雙面膠上開孔對(duì)粘貼表面氣泡產(chǎn)生率以及對(duì)剝離力的影響（圖3所示）。

確認(rèn)雙面膠粘貼順序?qū)﹄p面膠剝離力，溢膠和氣泡的影響。

圖1 邊緣溢膠

圖2 中間有氣泡

圖3

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

采用6因子2水平方案；32組測(cè)試數(shù)據(jù)采集；基于180度剝離力測(cè)試方法（ASTM D903）分析剝離力的影響；同時(shí)監(jiān)控氣泡和溢膠狀況；

設(shè)計(jì)：分雙面膠上開孔和不開孔兩種狀態(tài)

壓合時(shí)間：選擇壓合時(shí)間15秒和30秒

壓力：選擇壓合壓力0.5MPa和0.7MPa

材料：采用9472LE和9495LE兩種

溫度：選擇壓合溫度20度和50度

制程順序：雙面膠先粘貼在布料上和先粘貼在殼體上兩種

實(shí)驗(yàn)參數(shù)如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)圖

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從Pareto圖（圖5所示）的結(jié)果可以看出對(duì)于剝離力的主要影響因子為：a.材料，b.材料和制程，c.溫度和d.制程，雙面膠是否有孔（設(shè)計(jì)），壓燙機(jī)的時(shí)間和壓力作用不顯著。

圖5 Pareto圖

從剝離力的主效應(yīng)圖（圖6所示）可以看出如下幾點(diǎn)：

用9495LE替代9472LE可以提供更高的剝離力，這是最有效的因子。

更高的溫度可以提高剝離力。

雙面膠貼合在布料上比貼合在控制盒上剝離力會(huì)更大。但實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，雙面膠貼合在布料上的位置控制非常難，而導(dǎo)致偏斜和溢膠。

圖6 從剝離力的主效應(yīng)圖

3.4 溢膠問題

材料選擇對(duì)溢膠的影響：9472LE溢膠占75%（12/16），9495LE溢膠占31%（5/16）；

制程對(duì)以及溢膠的影響：雙面膠粘貼在布料上溢膠占69%（11/16），粘貼在殼體上溢膠占31%（5/16）；

嚴(yán)重溢膠情況僅出現(xiàn)在9472LE；9495LE應(yīng)用中僅出現(xiàn)輕微溢膠情況；

3.5 氣泡問題

總共22%（7/32）的樣品有氣泡產(chǎn)生。其中31%（5/16）為無孔洞設(shè)計(jì)，13%（2/16）為有開孔設(shè)計(jì)。開孔設(shè)計(jì)可以明顯減少氣泡的產(chǎn)生，不能完全解決，需要裝配制程中進(jìn)一步控制。

3.6 最終采用方案

材料選擇：9495LE能夠提供強(qiáng)于9472LE的剝離力，粘貼操作容易，同時(shí)溢膠情況減少。選擇9495LE替代9472LE。

設(shè)計(jì)方面：有孔洞設(shè)計(jì)有利于減少氣泡的產(chǎn)生。采用有孔洞設(shè)計(jì)方案。

制程方面：雙面膠粘貼在布料上可以提高剝離力，但容易偏位不利于溢膠的解決，而粘貼在殼體上位置控制容易可以減少溢膠。綜合考慮采用粘貼在殼體上。

溫度選擇：提高溫度對(duì)剝離力有幫助，采用50度設(shè)置。

時(shí)間設(shè)置：時(shí)間對(duì)剝離力的影響不顯著，考慮到產(chǎn)線的效率，保持15秒設(shè)置。

壓力設(shè)置：壓力對(duì)剝離力的影響不顯著，保持原0.5MPa設(shè)置。

4 結(jié)語

本文的最終方案可供相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用的工程人員參考借鑒。

在穿戴產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，布料和控制盒殼體的粘貼問題是一個(gè)綜合的問題，應(yīng)該先從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度優(yōu)化方案，再對(duì)生產(chǎn)中使用的設(shè)備進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)定，最后才是對(duì)生產(chǎn)線作業(yè)制程人為控制。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以經(jīng)驗(yàn)積累為基礎(chǔ)的，通過DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法可進(jìn)一步有效優(yōu)化提高研發(fā)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和加快開發(fā)定型速度，進(jìn)而也從數(shù)據(jù)的角度證明了設(shè)計(jì)的正確和可靠。