气体辅助注塑技术整合与產品开发应用

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1、愛因斯坦有句名言：「想象比知識還重要」。人類因有夢想而進步，因有幻想而偉大。回顧射出成型制程演進歷史，如發泡射出成型、反應射出、壓縮射出、雙色射料射出等等；人類不斷追求技術的突破、産品品質的提升，不停的開發新制程，以取代傳統舊制程。如今，氣體輔助射出成型技術已提供一片寬闊的天空，因爲它不僅突破傳統的塑膠射出成型的産品設計限制，彌補射出成型及結構發泡之缺點，更重要的是提高産品品質並降低成本。過去幾年中，氣體輔助成型技術在歐洲正如火如荼開展，普遍應用於汽車生産及家具産品製造，美國三大汽車廠（通用、福特、克萊斯勒）不約而同投入此製程；日本則以旭化威（Asahi）家電産品應用爲最有名，相關之

2、模具廠、射出廠、材料廠亦分別加強製程研發。由於此製程專利問題日趨明朗，未來氣體輔助射出成型之産品應用勢必大幅增加。早在1971年，Mohrbach，E就將氣體輔助射出制程應用在高根鞋塑膠鞋跟，並獲德國專利（1）衆所周知。氣體並非像塑膠那麽容易被控制；雖然近年來拜機器設備微電子控制技術之進步，使此制程得以大放光彩，然而因專利智慧權之限制，及各公司竭力保護技術Konw-How,在經驗不足下要做好産品開發卻也非一蹴可及。本文即嘗試將此制程做系統性之介紹。內容分爲九篇：（一）制程演進和原理特色；（二）機械製造動態與專利問題；（三）産品應用；（四）製程加工技術；（五）産品設計；（六）電腦輔助工

3、程CAE技術；（七）品質效益評估；（八）産品開發應用實例；（九）未來發展方向；期能提供一個宏觀並具深度的專題介紹，促使國內業者更容易且順利的完成技術引進，以迎接新時代革命性制程的國際競賽。若文中有不妥之處，尚盼請見諒並指正。（一） 制程演進和原理特色（57期刊出）（二）機械製造動態與專利問題（三）産品應用（四）製成加工技術（五）産品設計（六）電腦輔助工程CAE技術                   （七）品質效益評估                        （八）産品開發應用實例              （九）未來發展方向    1.制程演進和原理特色探討其起源，並分別就射

4、出成型和結構發泡與氣體射出成型技術做一比較採用射出成型制程的最大好處乃是量産性高，但對其産品厚度建議不宜超過5mm以上（見圖1），否則內部因空洞之産生而造成産品結構強度變差；又「均勻産品肉厚」，是産品設計之一般準則，往往限制了設計的自由度，必須以多樣零件組裝爲成品克服之。而射出成型業者一直最關心的課題，是凹陷與産品翹曲變形兩者，雖然後者可用補強肋克服，但補強肋尺寸須十分注意不能太大，否則又再度造成凹陷問題。諸如凹陷、內部空洞、翹曲變形等缺點，均爲此制程本身體質的問題。1-1-2結構發泡此制程恰可應用於厚度較大之成品，利用化學發泡劑（chemicalblowingagents）,或引導

5、氮氣於塑膠內（見圖2）。其優點是使産品表面不會有凹陷現象，且不易翹曲，正可彌補射出成型之缺點；但由於發泡體本身傳熱性不佳，需要較長的成型周期，同時表面差，易有滑痕（SwireMark）産生，必須增加二次表面加工，耗時費力。1-1-3氣體輔助射出成型  早期亦利用氮氣射入塑膠內部，所不同的是氣體和塑膠不混合，主要目的只單純取代塑膠內部空間以節省塑膠材料（如1971年Mohrbach，E改良高跟鞋鞋跟之應用，見圖3），不但成品不會凹陷（SinkFree）現象，且增加表面光滑度，無需二次加工，是爲早期發展之主要誘因；它同時包括傳統高壓射出成型及低壓結構發泡之優點，亦彌補其缺點。然而爲什麽卻

6、未見廣泛應用？肇因於硬體設備隨時代進步而不斷改良，尤以微電子控制系統克服氣體精密控制，以及射出成型機提高後，1984年英國Cinpres公司生産世界第一部商業化機器，即開始點燃氣體輔助成型制程之熱潮。1-2制程原理及特色1-2-1制程說明主要分三步驟(見圖5)特性設計自由度産品剛性成型周期産品重量外觀品質制程種類傳統射出成型○△○○○結構發泡○◎××△氣體輔助射出成型◎○○◎○                  ×：不好  △：一般  ○：好  ◎：很好■步驟1注入樹脂（充填部分模穴）。■步驟2注入氣體，至模穴滿爲止（氣體此時有保壓作用）。注入氣體位置，可分爲三種型式：①透過特殊機器

7、噴嘴（與樹脂同一噴嘴）。②透過特殊氣體噴嘴（於澆道中注入）。③透過特殊氣體噴嘴（於産品模穴中注入）。排氣後，以樹脂封堵缺口（以免孔口存在）。將傳統射出成型和氣體輔助射出成型過程作比較（見圖6），可清楚知道氣體輔助射出成型之保壓和冷卻是同時進行，雖然增加氣體回收時間，但整體成型時間可以縮短，再加上産品內厚中空，使冷卻時程縮減更多。1-2-2制程原理就前述成型過程中，氣壓及塑膠壓力﹑流動速度做說明。■步驟1說明塑膠填滿部分模穴，其壓力比例分佈（見圖7）（PH﹑