塑膠射出成型的案例
從發泡射出探討塑膠材料輕量化之流動、發泡特性及結構強度之變化
■ 逢甲大學 / 彭信舒 副教授 & 黃柏維 博士
(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.079)
前言
塑膠發泡成型方式可透過熱壓成型、擠出成型和射出成型等方法來進行塑膠發泡產品成型。其中，「塑膠發泡射出」是一種一次性成型方法，具備高生產效率以及穩定產品質量之優點且適用于形狀復雜、尺寸要求嚴格的發泡塑膠制品；除此之外，也是目前業界用以生產結構發泡產品的主要方法之一。在輕量化和環保目標意識的推動下，企業除了選擇替代材料或采用新技術實現輕量化目標外，還必須考慮材料對環境的不利影響。有鑒于物理發泡技術日趨成熟，通過調整工藝參數可以達到理想的效果，有機會取代化學發泡工藝。因此，「塑膠發泡射出成型」已成為備受關注的重要應用技術。
近年來，有許多關于具氣泡結構之塑膠發泡射出成型研究論文與技術報告出現，其目的是利用各種發泡方式，使溶入氣體之熔融塑膠在射出充填過程中，透過氣泡成長，使原料的用量或產品的重量達到原料減量與輕量化之產品設計，并且在產品頂出后能得到較佳之產品質量（包含：改善翹曲變形、改善收縮與凹陷……等缺陷），同時達到縮短成型周期、降低生產成本、提高生產率之目標。為了提高以及加速塑膠發泡射出成型技術產業化應用，氣泡大小、氣泡分布、氣泡密度等相關特性掌握，已成為業者在產品開發階段必須考量的重要因子。
展開 大語言模型(LLM)在塑膠射出成型產業上的應用
除了在一般領域知識的文字生成上，對于塑膠射出成型專業領語的知識，可以透過進行微調(fine-tuning)或RAG的方式來訓練模型，使模型不僅能生成高質量的回應，還能在回應中融合最新的專業知識，滿足企業動態的需求。從而在專業領域中提供更加精確和有價值的答案。
隨著技術的不斷進步，LLM 將在產業升級中扮演愈加重要的角色，為企業帶來持續的競爭優勢，有望在更多場景中發揮更大的作用。
話說回來，你會不會覺得這篇文章也是LLM產生的呢？
關于塑膠材料在射出成型中需要注意的因素
此外，不同類型的塑膠材料對溫度的敏感性也不同，因此需要根據具體材料的特性進行調整（圖2）。
圖2：常見塑料的溫度建議
料筒內滯留時間對成型的影響
材料在射出機料筒中停留的時間。它對材料的熔融和穩定性有影響，尤其是對熱敏感性材料。較長的滯留時間可能導致材料的熱降解和變質，從而影響成型質量。一般塑料的滯留時間建議不超過5分鐘。因此，控制料筒內滯留時間并根據材料的特性進行調整是確保穩定成型過程的關鍵。
總結
塑膠材料在射出成型中扮演著至關重要的角色，它們的含水率、回收料添加比例、材料填充物、溫度和料筒內滯留時間等因素都會對成型過程和成品質量產生影響。在射出過程中，通過控制和調整這些因素，可以優化生產效率、降低成本并提高成品的質量和性能。因此，深入了解塑膠材料的特性，并合理地應用于射出成型中，對于塑料制品制造行業具有重要意義。
文章摘錄自ACMT技術月刊23/8月
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展開 AI助力塑膠射出成型：從技術到應用
總的來說，AI技術在射出成型領域中的應用，正在改變傳統制造方式，為工程師提供了更多的可能性，從而推動了工程和制造領域的創新和發展，使得生產過程更加智能化、高效化。未來，隨著技術的進一步發展，AI將在這一領域中發揮更大的作用，并創造出更大的價值。
傳產數位化案例──塑膠射出廠透過數位轉型，如質如期交付產品方法
相信經過上面的說明，你能感受到和數位化后塑膠射出成型廠合作，廠商內部的溝通是快速有效率的，且都是根據數據來做判斷，而非仰賴工廠內特定的個人經驗，可以大大降低人為操作、交接工作導致的失誤，提升了整體產能。
Moldex3D模流分析之氣體輔助射出成型與水輔助射出成型模組
氣體／水輔助射出成型簡介
氣體輔助射出成型（GAIM）與水輔助射出成型（WAIM）發展于1970年代以改善產品的表面質量，減少翹曲、成型周期、鎖模力、材料／成本，以及減輕產品重量。其成形過程先將熔膠射入模穴中，待其部分充滿模穴后，再將壓縮的氣體／水通過熱噴嘴射入模穴中(氮氣是常用的氣體)。在氣體/水射出階段時，氣體傾向流入肉厚較厚之區域(阻力較小)使產品中心形成中空。當成型制程完成之后，就會產生重量輕的中空產品。
氣體／水輔助射出成型制程不僅能節省材料／成本，還能減少產品缺陷。由于氣體/水能有效傳遞壓力，提升保壓效果，因此能解決深受保壓階段影響的產品缺陷，包含翹曲與凹痕。此外，因熔膠的使用量較少，也能縮短冷卻時間；因此，氣體輔助射出成型制程所需的成型周期比傳統射出成型更短。
氣體／水輔助射出成型具有許多優點，能克服生產厚度不均的產品之難題。然而，加工條件控制產品質量，制造商所考慮的問題，包含滲透長度、掏空比、翹曲及滲透行為等，可使用CAE分析工具，預見制程問題，減少試誤法消耗的大量時間，進而降低生產成本。
Moldex3D氣體／水輔助射出成型模塊功能導覽
Moldex3D氣體／水輔助射出成型模塊能仿真氣體／水輔助射出成型制程的動態過程，包含塑料熔膠充填階段與氣體／水充填、保壓階段。澆口位置的設計、流道系統與氣體信道的配置以及塑件肉厚皆能使用此模塊完成，更進一步，能偵測可能產生的成型缺陷，例如：(a) 短射，(b) 不理想的縫合線位置，(c) 包封，(d) 流動不平衡／皮層比，(e) 氣體／水滲透或氣體吹穿，(f) 氣體散射分布。此外Moldex3D氣體／水輔助射出成型模塊也有優化加工條件，包含充填時間、延遲時間、氣體射出時間、轉換點、熔膠溫度、射壓及氣體壓力多段設定之功能。
展開 可視化射出成型技術探討循環再利用塑料材料成型特性──以聚丙烯材料為例
但是因為回收料經過多次粉碎的外力作用下（壓軋、剪下、沖擊、研磨），材料相關特性產生變化而影響到塑膠原料成型特性，且特性的變化根據回收料不同添加比例與回收次數而有所不同，對回收再使用塑料原料的性質（流動特性或機械性質等）掌握，是業者在進行塑料產品生產制造前需要審慎評估的問題。
以本研究所使用之塑料為例，聚丙烯（Polypropylene，簡稱PP），為熱塑性塑膠材料，是一款可回收的塑料材質，美國塑膠工業協會塑料材質回收分類編碼為5。對于熱塑性塑料來說，塑料粒在經過射出機螺桿的塑化與剪切，其塑料分子鏈會被剪斷，黏度性質或流動特性可能產生變化，進而影響塑料產品成型。由目前文獻搜集可得知，學術上的研究發表大多在不同回收料添加比例、配方與制程特性上進行研究與探討，但對于塑膠原料經重復射出→粉碎→再射出，且不加入原塑料材料(Raw material)情形下的回收料之成型特性較少探討。
圖1：循環再利用塑料射出成型實驗流程示意圖
因此，本文章分享塑料在經過多次射出→粉碎→再射出的制程中（如圖1所示），透過在模穴內安裝壓力感測組件，觀察回收塑料射出成型過程熔膠流動長度與充填至模穴之壓力變化，并計算其黏度因子；藉以透過成型信息實時感測（成型信息可視化）方式了解不同回收次數之塑膠成型特性。
另一方面，透過熔融指數試驗機(Melt flow index tester)以及熱示差掃描分析儀(Differential scanning calorimetry, DSC)針對不同粉碎次數之實驗材料進行檢測，觀察塑膠原料回收次數增加后其熔融流動特性與熱性質變化。
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氣體／水輔助射出成型簡介
氣體輔助射出成型（GAIM）與水輔助射出成型（WAIM）發展于1970年代以改善產品的表面質量，減少翹曲、成型周期、鎖模力、材料／成本，以及減輕產品重量。其成形過程先將熔膠射入模穴中，待其部分充滿模穴后，再將壓縮的氣體／水通過熱噴嘴射入模穴中(氮氣是常用的氣體)。在氣體/水射出階段時，氣體傾向流入肉厚較厚之區域(阻力較小)使產品中心形成中空。當成型制程完成之后，就會產生重量輕的中空產品。
氣體／水輔助射出成型制程不僅能節省材料／成本，還能減少產品缺陷。由于氣體/水能有效傳遞壓力，提升保壓效果，因此能解決深受保壓階段影響的產品缺陷，包含翹曲與凹痕。此外，因熔膠的使用量較少，也能縮短冷卻時間；因此，氣體輔助射出成型制程所需的成型周期比傳統射出成型更短。
氣體／水輔助射出成型具有許多優點，能克服生產厚度不均的產品之難題。然而，加工條件控制產品質量，制造商所考慮的問題，包含滲透長度、掏空比、翹曲及滲透行為等，可使用CAE分析工具，預見制程問題，減少試誤法消耗的大量時間，進而降低生產成本。
Moldex3D 氣體／水輔助射出成型模塊功能導覽
Moldex3D氣體／水輔助射出成型模塊能仿真氣體／水輔助射出成型制程的動態過程，包含塑料熔膠充填階段與氣體／水充填、保壓階段。澆口位置的設計、流道系統與氣體信道的配置以及塑件肉厚皆能使用此模塊完成，更進一步，能偵測可能產生的成型缺陷，例如：(a) 短射，(b) 不理想的縫合線位置，(c) 包封，(d) 流動不平衡／皮層比，(e) 氣體／水滲透或氣體吹穿，(f) 氣體散射分布。此外Moldex3D氣體／水輔助射出成型模塊也有優化加工條件，包含充填時間、延遲時間、氣體射出時間、轉換點、熔膠溫度、射壓及氣體壓力多段設定之功能。
展開 “不容忽視的表面現象：塑膠射出后的浮纖問題詳解！
塑膠射出的表面浮纖現象
■劉文斌/型創科技 技術總監
射出件的表面浮纖現象
會與樹脂的流動性、補強纖維 比例含量、補強纖 維的長徑比與成品的厚度等條件有關。
射出件表面發生浮纖現象，主要原因是一般加纖塑料的黏度(流動阻力)會比純塑料來的高；換言之纖維補強塑料的流動性也會較純塑料來的差，加上纖維補強塑料的熔膠比純塑料冷卻更快，一接觸到成型模具表面的低模溫條件環境，也會在較短時間內發生冷卻固化定型，而且一般射出時流動波前的噴泉現像也會使塑料在靠近模面的位置產生纖維站立現象。所以一 般表面浮纖現象的原因，主要是在成品表面有補強纖 維以小角度站立。
圖1： 塑膠流動方向與纖維配向
樹脂熔膠與無機纖維的質量密度上的差異，會造成纖 維補強塑料熔膠在流動充填過程時，會有某種程度的分離趨勢，此將會造成浮纖現象。
射出產品表面浮纖之成
射出充填時在產品靠近表面的高剪切區域，會因剪切升溫現象造成局部熔膠的黏度發生差異，接近產品表面熔膠黏度較低的區域，熔膠與纖維就容易發生滑動分離現象，纖維在此表面區域就容易逐漸累積，產生浮纖現象。
圖2： 噴泉流效應與纖維配向
射出成品表面絕大部份是由于表面固化層與噴泉流場效應相互作用所形成，在噴泉流場的流動波前，纖維由內部核心層沿噴泉流場向表面層流動，在一般模溫條件下模具表面溫度較低，熔膠在此表面層將會瞬間固化凍住，使得纖維會以某一個角度斜插在表面層，如果后續的充填階段或是飽壓階段熱融膠無法將表面曾斜插纖維推倒，便會在產品表面形成明顯的表面浮纖現象
浮纖改善方案
一般纖維補強塑膠射出件要解決產品表面浮纖現象 時，可以藉由幾項方式來進行調整：
1. 調整纖維補強塑料的配方來降低產品表 面浮纖現 象。
展開 金屬粉末射出成型(MIM)
公司（目前該公司仍存在），該發明講述以MIM 工藝制作鈮合金作為火箭推進器的后燃氣噴嘴，由于材料耐高溫、質地硬且難以成型，以MIM 工藝成功的完成大量制造的任務，在2011 年起由于手機與智能手機的剛需，MIM 工藝才在誕生至少近40 年才得以出頭天。目前在網上已經有大量的資料說明MIM 工藝的程序，不過我認為邱博修改的歐洲EPMA 的流程圖更為清楚和傳神，如圖1 所示。
圖1：由邱博士修改自EPMA 的MIM 工藝流程圖
其中，主力成型設備是ACMT 協會和ASM 雜志經常提及的射出成型機（射出機、注塑機或稱啤機，早年廣東白話的稱呼）。雖然射出成型是在1945 年二戰之后才開始大量的流行，但因為塑膠原料的進度使射出技術也日新月異的推進，而金屬射出成型自然是藉由射出技術所擴展的，因此了解金屬粉末、高分子聚合物的性質就變得非常重要，正好我在學生生涯的學習都派上用場。
兩個靈魂──喂料與模具MIM 最重要的兩個靈魂在于喂料與模具，而靈魂的連接器就是射出成型機，這是近五年與邱博到處當顧問服務客戶所得到的重要說法，如下說明。
喂料(Feedstock)喂料是由金屬粉末（固體顆粒）與黏結劑（高分子聚合物），這是MIM 工藝采用和塑膠射出工藝一樣的方式，利用砲筒的加熱以溫度改變高分子聚合物的相由固轉液的特性，且此時液相的黏結劑有足夠的黏度能夠攜帶金屬粉末固體均勻的流動并填充到模具的模穴中，來獲得設計過形狀的生坯，最終通過脫脂和燒結獲得金屬的零件。因此，金屬粉末的粒度分布、形狀和面貌與黏結劑成分的比例設計有絕對的關系。
展開 人工智慧在射出成型之應用
圖1：影響熔膠質量的因素
影響熔膠質量的因素（圖1）條列如下：
塑化參數：料管溫度、背壓壓力、螺桿轉速、計量時間、螺桿幾何；
機臺特性：穩定性、精密度、重現性、控制法則、機臺剛性、機臺響應；
原料性質：流變性、批次、濕度、溫度；
成型參數：射出壓力/速度、保壓壓力/時間、V/P切換時機。
上述這些因素皆會造成熔膠黏度的變異而導致成型質量的不一致[1]。
由于成型質量易受制程參數的變動所影響，所以適當的參數設定與制程監控對維持制程穩定很重要。
表1：射出成型控制參數階層表
表1為射出成型過程中在塑化、射出、保壓、冷卻四個重要階段的控制參數階層表，決定成型質量的控制參數可分為「機器參數層」、「控制曲線層」、「制程參數層[2]」等三層。
「機器參數層」指射出成型機控制器關于溫度、螺桿轉速/位置、射出速度/壓力、保壓壓力/時間等之運動控制指令設定；「控制曲線層」牽涉機臺實際在壓力、溫度、速度曲線的表現；「制程參數層」指代表熔膠或固化的塑料性質對成型質量的影響，有熔膠溫度高低及均勻性、熔膠黏度、熔膠速度、熔膠密度、熔膠壓力、固化層及內應力等。制程參數層比機器參數層更能決定產品最終的質量，亦即，相較于射出成型機之機器參數及控制曲線的統計制程控制信息，制程參數更適合用于監督質量變異。
傳統上射出成型是一個黑箱的狀態，熔膠在模穴內充填、壓縮、保壓、冷卻過程為不可見，其成型參數的設定需依賴操作人員的經驗。
展開 
金屬粉末射出成型(MIM)
圖1：由邱博士修改自EPMA的MIM工藝流程圖
其中，主力成型設備是ACMT協會和ASM雜志經常提及的射出成型機（射出機、注塑機或稱啤機，早年廣東白話的稱呼）。雖然射出成型是在1945年二戰之后才開始大量的流行，但因為塑膠原料的進度使射出技術也日新月異的推進，而金屬射出成型自然是藉由射出技術所擴展的，因此了解金屬粉末、高分子聚合物的性質就變得非常重要，正好我在學生生涯的學習都派上用場。
兩個靈魂──喂料與模具
MIM最重要的兩個靈魂在于喂料與模具，而靈魂的連接器就是射出成型機，這是近五年與邱博到處當顧問服務客戶所得到的重要說法，如下說明。
喂料(Feedstock)
喂料是由金屬粉末（固體顆粒）與黏結劑（高分子聚合物），這是MIM工藝采用和塑膠射出工藝一樣的方式，利用砲筒的加熱以溫度改變高分子聚合物的相由固轉液的特性，且此時液相的黏結劑有足夠的黏度能夠攜帶金屬粉末固體均勻的流動并填充到模具的模穴中，來獲得設計過形狀的生坯，最終通過脫脂和燒結獲得金屬的零件。因此，金屬粉末的粒度分布、形狀和面貌與黏結劑成分的比例設計有絕對的關系。
表1與表2顯示MIM的金屬粉末、黏結劑與喂料組成應該注意的參數和判斷機制，以確保獲得最終產品的質量控制。由于一般的MIM工廠不一定有這么多的精密儀器，最好在采購物料時能夠要求供應商提供必要且實時性的報告（切勿使用過時的報告，批量間的差異會導致制程控制的不定性），并且自己廠內至少要有幾樣檢測儀器，才能確保MIM喂料的質量。
展開 科學試模對于射出成型工藝的優化
科學試模對于射出成型工藝的優化
■ 型創科技/ 劉文斌技術總監
前言
射出成型加工工藝要求的主要重點是能生產出具有符合質量要求的射出產品，并且可以在量產生產時穩定控制 加工參數，以產出質量均一的產品。然而在實際射出加 工生產制程中，所使用的射出條件是否是最適化且穩定 的條件，或是在生產過程中由于塑料、射出機臺、加工 條件或是生產環境條件等的變動，這些變動因素都會造 成產品質量的波動。所以在決定射出成型加工條件的設 定上或是控制生產制程條件的穩定性，都應該是要藉由 科學化的理論計算或是生產在線可供參考的偵測數據來 進行評斷與控制，也因此加工條件的調整是依賴實際生 產所回饋的數據或是科學化實驗結果來作為依據與參 考，而非單憑經驗或感覺進行調機，這才是射出成型加 工制程上正確的做法。
傳統試誤法
目前傳統射出成型加工業者仍然普遍使用早期的「試誤法」來設定與調整射出成型加工參數；然而面臨當前競 爭激烈的射出成型加工產業，射出加工利潤越來越低的同時，對于產品開發問世時程的壓縮、射出產品的復 雜度與質量和精度要求卻愈趨嚴格。 面對這樣嚴峻的情況，加工業者已經無法生產過多廢 料與不良品，同時也壓縮生產試模的時程，若還以傳 統的方式來調機與生產調整，則最終將無法跟上客戶 的要求而被淘汰，因此傳統射出成型方法已不再能滿 足復雜射出產品和應用的需求。
傳統射出成型現場經常使用「反復性試驗」成型工藝 方法來設定加工參數，藉由改變某項參數或是某些加 工參數來試打產品，再從產品質量來評斷改變的參數是否能有效改善產品質量。
展開 技術文章 | 金屬粉末射出成型(MIM)
公司（目前該公司仍存在），該發明講述以MIM 工藝制作鈮合金作為火箭推進器的后燃氣噴嘴，由于材料耐高溫、質地硬且難以成型，以MIM 工藝成功的完成大量制造的任務，在2011 年起由于手機與智能手機的剛需，MIM 工藝才在誕生至少近40 年才得以出頭天。目前在網上已經有大量的資料說明MIM 工藝的程序，不過我認為邱博修改的歐洲EPMA 的流程圖更為清楚和傳神，如圖1 所示。
圖1：由邱博士修改自EPMA 的MIM 工藝流程圖
其中，主力成型設備是ACMT 協會和ASM 雜志經常提及的射出成型機（射出機、注塑機或稱啤機，早年廣東白話的稱呼）。雖然射出成型是在1945 年二戰之后才開始大量的流行，但因為塑膠原料的進度使射出技術也日新月異的推進，而金屬射出成型自然是藉由射出技術所擴展的，因此了解金屬粉末、高分子聚合物的性質就變得非常重要，正好我在學生生涯的學習都派上用場。
兩個靈魂──喂料與模具MIM 最重要的兩個靈魂在于喂料與模具，而靈魂的連接器就是射出成型機，這是近五年與邱博到處當顧問服務客戶所得到的重要說法，如下說明。
喂料(Feedstock)喂料是由金屬粉末（固體顆粒）與黏結劑（高分子聚合物），這是MIM 工藝采用和塑膠射出工藝一樣的方式，利用砲筒的加熱以溫度改變高分子聚合物的相由固轉液的特性，且此時液相的黏結劑有足夠的黏度能夠攜帶金屬粉末固體均勻的流動并填充到模具的模穴中，來獲得設計過形狀的生坯，最終通過脫脂和燒結獲得金屬的零件。因此，金屬粉末的粒度分布、形狀和面貌與黏結劑成分的比例設計有絕對的關系。
展開 科學試模對于射出成型工藝的優化
■ ACMT/ 劉文斌技術總監
（ACMT SMARTMolding 20年2月刊）
前言
射出成型加工工藝要求的主要重點是能生產出具有符合質量要求的射出產品，并且可以在量產生產時穩定控制加工參數，以產出質量均一的產品。然而在實際射出加工生產制程中，所使用的射出條件是否是最適化且穩定的條件，或是在生產過程中由于塑料、射出機臺、加工條件或是生產環境條件等的變動，這些變動因素都會造成產品質量的波動。所以在決定射出成型加工條件的設定上或是控制生產制程條件的穩定性，都應該是要藉由科學化的理論計算或是生產在線可供參考的偵測數據來進行評斷與控制，也因此加工條件的調整是依賴實際生產所回饋的數據或是科學化實驗結果來作為依據與參考，而非單憑經驗或感覺進行調機，這才是射出成型加工制程上正確的做法。
傳統試誤法
目前傳統射出成型加工業者仍然普遍使用早期的「試誤法」來設定與調整射出成型加工參數；然而面臨當前競爭激烈的射出成型加工產業，射出加工利潤越來越低的同時，對于產品開發問世時程的壓縮、射出產品的復雜度與質量和精度要求卻愈趨嚴格。面對這樣嚴峻的情況，加工業者已經無法生產過多廢料與不良品，同時也壓縮生產試模的時程，若還以傳統的方式來調機與生產調整，則最終將無法跟上客戶的要求而被淘汰，因此傳統射出成型方法已不再能滿足復雜射出產品和應用的需求。
傳統射出成型現場經常使用「反復性試驗」成型工藝方法來設定加工參數，藉由改變某項參數或是某些加工參數來試打產品，再從產品質量來評斷改變的參數是否能有效改善產品質量。
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