塑膠模具與射出成型技術的發展趨勢 2008/08/16

■陳夏宗博士（中原大學工學院院長）

■ 面對原物料、能源價格快速成長、連帶人力成本急遽增加及環保法規日趨嚴格的環境，「塑膠模具」與「模製品產業」的生存挑戰更為嚴峻，須及早掌握未來產業潮流的生產技術和搭配的精緻管理系統，才有可能從困境脫穎而出並佔取關鍵的制高點。

面對新的產業環境，綠色製造科技的發展與導入以達成製造過程節能、節料、精簡製程乃至人力是刻不容緩的。以塑膠模具和射出成型產業來看可以從材料、模具、成型設備與成型製程來檢討。材料節省可從機台結構的輕量化、模具同壽命輕量化、塑膠產品薄化及利用熱澆道降低流道用料來考慮。然而輕量化需有結構設計的技術才能保持產品原本的功能，材料特性與資料掌握具關鍵，這需要專業知識作為基礎。

鑑於未來4C產品及醫療製品，將持續朝「輕、薄、短、小」的方向發展，模具業者必須持續提升技術能力，朝向超精密度與複雜度的模具製作發展，才能在微利的環境下，擁有強大的市場競爭力，甚至擺脫成本競爭的營運模式，在國際舞台創造新局。精密模具的製作也需以專業知識為基礎，過去老師傅式的經驗累積與傳承，逐步需要轉化成知識導引式的設計平台運作，以精緻化的系統管理方式來累積經驗和知識、並傳承和有效的應用。

鴻海公司模具設計流程的標準化，就是處理大量模具訂單達到一定效率的作法。綠點公司更在手機外殼模具的設計系統，以知識庫和流程管理來引導設計，並將結構設計儘量自動化，使得Lead time可以從七天降至二、三天，對於成本的降低和效率的提升有莫大助益。20多年前CAD／CAM的興起與導入，對於模具產業產生第一波重大的影響； 近年來CAE技術逐漸為業者廣泛接受， 然而CAE的應用仍有一定的門檻必須有受過訓練的人員才能得心應手。以知識基礎並結合 CAD／CAM的設計導引平台，並擷取CAE分析資料來加速設計效率與精準度，是模具產業所需面臨的第二波轉型與提升。

在成型機台方面，世界各先進射出機製造廠的發展趨勢為大型化、高速化、精密化、微細化、潔淨化、智能化、網路化以符合未來生產要求。從全球三大橡塑膠展（德國K展、美國芝加哥橡塑膠展，及日本國際橡塑膠展），可得知先進塑膠射出成型機械的生產國家仍以歐、美、日本、加拿大等國家為主。

面對先進國家的精密技術及大陸削價競爭的雙重壓力下，台灣射出機製造業者是否還有生存的空間？在綠色製造科技推行下，產品開發除要建立環保意識外，還需符合節省能源、輕量化、多樣化、產品結構強化及要有複合功能等需求。因此，成型業者對於射出機的要求也就日益提高，所以台灣的塑膠射出機正朝向節能、短週期快速成型、精密成型（範圍在0.01~0.001mm）、高速射出（300 mm/sec以上）、高度自動化、機台高剛性結構和客製化方向發展。

在節能方面，台灣業者積極推出全電式射出成型機，其省電效果優於油壓射出機，但礙於關鍵零組件還是掌握在日本及歐、美國家，也因為專利與成本考量，開發節省能源型的機種如雙泵、可變流量泵、變頻器或伺服馬達＋容量泵浦方式進行節能設計，使其省能達到30~70％的效果。

 射出機鎖模機構改以肘節式機構及三板式夾模機構為主，提供快速開關模動作以縮短開關模時間。同時，研發出射出與保壓機構分離式設計，搭配油路及控制技術達成雙迴路或三迴路設計，大幅減少週期時間。在快速成型自動化設備需求方面，如射出機搭配Tandem mold與Stack mold模具技術就是利用射出成型中的冷卻時間與兩倍產量來增加產能。至於Cube Mold更以四面模穴旋轉技術達到模外冷卻及產能加倍效果。業界普遍認為單一塑膠射出成型機機種已不能滿足全球產業需求，需開發從高性能、控制精準、高產能的射出成型機，以供應全球市場的要求。

在新的成型技術中，節料製程最有效果仍屬氣體和水輔助射出成型及超臨界流體發泡成型。前兩者經過十多年的發展，特別在厚度2mm以上產品技術應用有一定的成熟度。在薄件產品方面使用外氣式的輔助成型未來有相當發展空間。超臨界流體發泡成型逐漸在本世紀展開應用的舞台，在內裝結構件的應用也證明其效益。進一步的應用則需克服外觀件的氣痕問題。目前也有幾項方式可以來解決，但需要時間來成熟化。

在製程精簡方面有雙射或多射成型，簡化多次射出再組裝的製程。模內塗裝成型（IMF IMR,IML）則清淨化產品噴塗製程並提高產品外觀多彩功能，但本項技術從膜材、油墨和塗層材、印刷、熱壓剪裁或膜捲供應定位等牽涉多道程序，在自動化、精度和良率方面仍面臨挑戰。高附加價值的金屬鍍層技術在特定產品也有相當需求，唯技術門檻也相當高，需達成高良率、高生產速度才能有市場的擴充度。單色彩高亮度免噴塗無表面缺陷的射出成型是未來4C產品重要的生存技術，其關鍵在於快速變模溫方式的應用。

目前這方面需求快速成長中，唯在耗能、週期時間、模具與設備成本及產品特徵下，配合不同變溫方式方能達成最有效的應用。 多模穴成型技術的發展對於提升單位機台產能有極大助益，然而若不能達高良率和各穴品質均勻的標準，則效果適得其反。過去在許多精密光學零件和醫療用品的生產均碰到障礙。精密乃至超精密微小塑膠件的供應仍有極大比例來自歐美和日本，台灣應有極大的發揮空間，但需整合材料、機台、模具和成型一體技術才有機會達成。

目前模具產業和成型廠仍多以量產導向的模式營運，對於新製程仍以設備引進為主，研發的投入仍偏低，特別是模具方面。最近數年4C大廠逐漸轉變依賴模具或成型協力廠的比例。事實上電子大廠如對於模具與成型的上下游整合和掌握越順遂，其效益與成本的掌握會更明確，鴻海和綠點就是良好的案例。電子大廠自建的模具中心的成敗也關係未來成長的關鍵。