技術發展與人才培育問題
然而CAE模流分析在技術發展與人才培養上，卻也遇到 了一些困難與障礙，論述如下： 人才流失影響公司技術成長 在工廠裡面，CAE人才需要經過多年培養，但常因職務異動或企業間競爭造成人才的流失，連帶著把CAE的技術與經驗都帶走，這不只是人才流失的問題，甚至也可 能導致公司的技術能力成長因出現斷層而停滯，而這樣的問題一直以來都是企業心中的痛。因此，應該怎麼 做，才能將把人才的技術與經驗轉變成公司的價值並 不斷成長呢？而這也是筆者一直在思考的問題。

分析軟體的限制使分析結果難以普及 CAE人才的培育不易，一部份的原因應該與CAE軟體的發行方式有關。過去一直以來，CAE模流分析一 直都是CAE工程師的工作，而CAE軟體的發佈普遍都是桌上電腦的應用程式 (desktop application)；所 以CAE工程師的工作就是使用桌上電腦的CAE應用 程式（像是Moldex3D）進行模流分析的模擬工作， 當模流分析結束後，工程師一樣會在CAE應用程式中 檢視各項CAE分析的結果。

一般來說CAE應用程式的操作需要經過基本的教育 訓練才會使用，另外應用程式都需要取得授權才可以 啟用，因為這些原因造成CAE應用程式的使用沒辦 法非常普及使用（就好比一位射出現場的工程師通常他不會在現場拿出NB開啟Moldex3D檢視模流分析 的結果）。通常CAE工程師會將模流分析的結果用 PowerPoint製作報告，將該寫的文字資訊、該貼的圖 表曲線、該顯示的分析結果與動畫（還需要搭配需要 的角度）等都整理在PowerPoint上，當CAE工程師 需要與其他相關人員討論分析結果時，便以這份PPT 與大家進行討論，而這是目前最普遍分享CAE結果的 作法。因為這樣的限制，間接造成CAE的分析結果難 以普及到CAE工程師上下游的相關人員，而這也在無 形中降低了CAE的價值。

如何保留設計經驗以提升企業價值 另外一個我一直在思考的問題是關於公司/工廠的價 值，塑膠射出產業一直以來都被當作是傳統製造的產 業（當然傳統產業中也是有高附加價值/高毛利的公 司），傳統製造業給大家的印象就是公司是靠生產製 造賺錢的，所以公司的資產是射出機與模具，射出機、 其他輔具設備與模具的價值決定了公司的價值（當然 還有企業的品牌價值）。若有一天，塑膠射出產業可 以把模具開發設計的經驗值也變成公司的價值，好比 一間公司若保有成千上萬套模具的開發經驗及記錄， 那麼這間公司企業的資產價值是否也會因會這些經驗 技術的紀錄而提高呢？若果真是這樣，這些紀錄又會 是以什麼樣的方式呈現呢?

解決問題的方案──iSLM
針對前面提到的三大問題，我一直思考如何透過不一 樣的軟體服務，提升塑膠射出相關企業的核心價值。 在經過幾年的努力之後，也漸漸有了一些成果，這個 成果就是由科盛科技(Moldex3D)發展的iSLM系統， 以下簡單說明怎麼樣透過iSLM來提升塑膠射出相關 企業的核心競爭力。
系統介紹 iSLM是個雲端的服務系統平臺，這個雲端的主機一 般是建置在公司企業內部的私有雲，使用者只需要透 過瀏覽器（例如 Chrome 或 Microsoft Edge）就可 以開啟雲端服務平臺的頁面。我們可以把它想像成是 一個射出成型模具設計的數據管理平臺(DMP, Data Management Platform)，這個數據管理平臺可以容 納各種不同的模具設計資訊，包含模具設計相關的文 件檔案、使用的材料數據表 (material data sheet)、 Moldex3D的分析專案、現場試模條件及成型狀況等 訊息。

這些訊息進入系統之後，系統就會擁有所有的相關資 訊，這些資訊經過不同的排列組合、相互比較並進行 彙整後，將可以提供給有需要的模具設計人員、現場 製程人員等，針對不同需求給出不同整合資訊。另外，因為所有的資訊都已經收集在一個資料庫(database) 了，所以只要做好一個資料庫的備份，就相當於把所 有模具設計相關的資訊都備份完畢，十分有效率。

案例分享
以科盛公司為例，雖然我們是軟體公司，但是過去內 部在管理這些模流分析專案時，也常會遇到問題。在 過去，累積至今多達數千個專案的歷史經驗都只保存 在工程師的電腦硬碟或備份硬碟中，每當有需要搜尋 過去的歷史專案時，都是一項艱難的大工程，甚至只 能靠工程師或主管的記憶，想出哪些專案可以拿來參 考，但要開始找文件檔案時，可能又會因為人員異動、 時間過久或檔案毀損等各種原因，造成檔案遺失。我 們認為這些專案不應該只是做完分析報告就結束，應 該把這些專案變成智慧，甚至是公司的資產永遠保 留在公司裡面，因此我們整理出全部還找的到的專 案，並且上傳到iSLM系統中。在iSLM系統中，每套 模具設計會有一個”solution”，如果系統中保存有 1000 套的模具設計就會有 1000 個”solution”，且 每套模具都會有一個模具編號，以列表的方式呈現， 並同時顯示出產品的縮小圖供作參考，方便使用者知 道”solution”代表的模具。同時，使用者也可以透 過iSLM的知識管理模塊，自行設定條件及過濾器，在成千上萬筆資料中快速篩選出與新模具設計類似的 模具資料，作為設計之參考，並找出現場試模時，可 能會遭遇的成型缺陷與對應的解決方法。另外，iSLM 也提供收集試模現場成型參數的工具，使用者可以直 接透過Web or App介面，將試模現場的成型參數收 集到iSLM的系統上，試模結束後還可以自動產生試 模報告，其中包含一份試模表。透過系統自動產出現 場的試模表，以避免人工抄寫可能導致的錯誤記錄或 遺漏。

結語
當擁有成千上萬筆模具設計紀錄後，檔案的保存以及 如何快速有效的從中找到適合參考的模具設計就會變 得十分困難，透過由科盛科技研發出的iSLM平臺， 除可以完整收集射出成型模具設計的資料數據，並將 過去每套模具的單點資料串連成為完整的網狀資訊， 以方便使用者查詢外；未來甚至可以進一步的透過機 器學習的方式將這些系統中累積的模具設計大數據， 衍生成為設計的引導系統，縮短新一代產品的開發週 期，並發展出企業特有的創新應用，創造出不同的企 業價值。■

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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，對於產品開發問世時程的壓縮、射出產品的複 雜度與品質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 足複雜射出產品和應用的需求。

傳統射出成型現場經常使用「反複性試驗」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，再從產品品質來評斷改變的參數 是否能有效改善產品品質。但是這種方法常常會造成 誤判，主要的原因在於改變加工參數設定值和機臺實 際響應的加工參數變化有可能不是相對應在變化的， 例如單獨變更射出速度設定值，預期射出加工時射出 速度會有所改變，但實際上有可能會因為其他加工參 數設定值的相互影響（例如射出壓力設定值的限制影 響）而造成實際機臺響應的射出速度沒有明顯變化。

若沒有實際去觀察機臺響應的狀況就可能會造成誤判 結果，認為射出速度參數的設定值變動對產品品質是 沒有影響的錯誤結論，所以傳統試誤法是一種昂貴且 低效的產品開發生產方式。

科學化射出成型加工製程
所謂科學化射出成型加工製程是一種主要基於使用科 學化數據或方法（利用科學理論方法加以驗證、開發 和檢驗假設與預期結果，得出結論並提供可再現的結 果），來進行射出成型加工條件調整與設定的系統化 射出加工方法。它需要使用試模階段或是連續加工生 產中的全面性數據收集和科學分析技術來開發和記錄 射出加工狀況，並建立加工規範與設置加工參數設定 與控制步驟，以達成嚴格控制和可重複性的生產製造 過程。
科學化射出成型是對於生產具複雜性與高品質要求塑 件的最佳方法。科學射出是一個具高度精確性與生產 加工數據為參考基礎驅動的過程，可消除任何猜測， 並最大程度地提高質量和可製造性。當涉及到有關過 程優化、成型和模具設計驗證，以及產品質量控制的 決策時，科學成型特別有價值。這種方法優於標準的成型程序，因為通過前期設計實驗、流量分析、過程 監控和質量控制可以進行高水平的科學控制，從而可 以在幾秒鐘內糾正任何過程變化。

常見的科學試模方法
常見的科學試模方法包含利用田口實驗設計法(DOE) 來找出影響產品品質的加工參數優先順序（如圖1）， 也可以利用短射實驗來分段評定流道系統、澆口位置 與產品模穴的動態壓力損失，也可以利用分段短射實 驗觀察多模穴流動的平衡性，適當的短射充填實驗也 可以確認熔膠塑化行程與多段射出速度設定的切換位 置（如圖2），同時也可以獲知射出壓力峰壓值的大 小。另外也常藉由不同射出速度設定實驗來建立流變 曲線（黏度曲線或稱U型曲線）（如圖3），藉以決 定最適化的射出速度參數，同時也可根據固定保壓設 定值與產品重量量測實驗來進行澆口封口時間研究， 以確認有效保壓作用時間參數（如圖4）。

結語
科學化試模與射出成型加工參數的優化設定除了上述 常見的科學化實驗外，也需要在實驗或試模過程中記 錄相關的加工參數與數據，包含塑料除濕乾燥後的含水率、熔膠實際的料溫、實際的射出充填時間、模具 表面溫度分布、模溫機冷卻介質的流量、成型加工週 期時間、機臺響應數據（如圖5）與速度、壓力、行 程響應曲線（如圖6）等。

通過科學試模建立的成型加工參數設定與連續加工生 產製程參數，並參考製程中偵測和記錄的科學化製程 數據，可以在整個射出加工生產週期內以最少時間來 精確優化成型加工參數，並且可以使射出加工製程更 穩定、射出產品品質更一致。■

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多組份射出成型工藝
當前根據各組份在其成型過程中結合形式的不同，大 致可分為多組份注射成型、多次注射成型與包覆成型 等三種。 多組份注射成型 主要包含共射成型 (co-injection)、雙射成型 (biinjection) 與間歇射出 (Interval marbling)，主要涉及 通過單個模具中的相同或不同澆口位置同時或順序注 射兩種不同的材料。在共注入過程中，兩種材料同時 注入同一工具中，而較軟的材料則遷移到外層，材料 兼容性對於此過程至關重要。 多次注射成型 主要包含旋轉模具、型芯讓位與移位，涉及以指定的 順序將不同的材料注射到模具中，其中模腔的幾何形狀可能會在順序之間改變，該製程通常需要專門的設 備和工具。

包覆成型
主要包括嵌入成型與熔芯技術，包覆成型最常用於將 較軟的熱塑性彈性體成型到硬質塑料上，而多 組份 射出機在包覆成型的應用上可降低成型工藝設備的投 資成本。隨著多組份射出機的發展，從雙色機、三色 機到四色機，加上垂直轉盤及水平轉盤的變化，注射 單元的配置方式產生了非常多的組合。為了便於溝通 及避免誤解，富強鑫於2017年將多年來所發展的各 種配置方式加以歸納，首次提出「多組份射出機射出 型式定義」。以多組份成型機為例，總共有五個基本 形式，包括：P 型（平行雙射 -Parallel）、L 型（直 角雙射 -Horizontal）、V 型（天側雙射 -Vertical）、 W 型（ 背 式 雙 射 -Piggyback）、H 型（ 對 向 雙 射-Opposite），再以雙色機的五個形式為基礎，可 繼續衍生出三色機及四色機的射出形式定義，總計有 19種配置方式，上述形式皆經過市場實機驗證，另根 據富強鑫的規劃，多組份射出機射出形式未來將達到 25種配置方式。

多組份成型技術之發展趨勢
從歷屆德國K展觀察，其中2004年及2007年兩屆K 展在多組份成型技術上，出現多種應用組合，如：雙色＋重疊模、雙色＋旋轉重疊模＋IMA、雙色＋IML ＋IMA＋重疊模、雙色＋夾層、雙色＋Mucell（微 發泡）、三色＋IMA、三色＋嵌入成型、雙色＋矽 膠成型(SIM)、雙色共射出＋水輔射出、雙色＋反應 射出等。然而超大型水平轉盤對射機、全電雙色機、 三工位三色轉軸機、四色機等高技術產品亦在此時出現。

換言之，多組份成型技術必須與其他技術結合應用， 創造更高的效益，成為下一階段必須挑戰的目標。其 中的關鍵議題就是多組份模具技術及自動化周邊的發 展，不論是模內貼標、模內組合、水平旋轉四面重疊 模、微發泡、矽膠成型等，都需要相關的模具及周邊 的配合。因此，射出機、模具、自動化周邊的技術整 合與共同開發是多組份成型技術發展的關鍵，如此才 能形成高度自動化生產單元。未來，二板式水平轉盤 多組份成型機將會持續深化發展，尤其是水平旋轉四 面重疊模的應用，結合電動驅動單元，如轉動單元、 射出單元等，也是多色機實現高精度、多功能的重要 基礎。更隨著智能射出機技術發展的推進，多模穴流 動平衡、射出熔體變異控制、鎖模力在線監測等技術 應用，使多組份射出機逐步朝向高效能領域發展。■

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模具從設計、開發到製作完成
對於從事塑膠射出成型的專業人士而言，當產品經由模 具設計，以及完成模具施工製作後，仍須經過上成型機 做測試的程序，主要是為了試驗模具在成型過程的穩定 性，並驗證因產品、模具設計不良所造成的外觀缺陷和尺寸偏差，或是因不恰當的成型條件所導致的不合 格結果。傳統上，成型現場常會根據試誤法的經驗累 積方式來操作，如當下試模的產品有問題，會朝向成 型參數或模具設計進行修改的動作，但這些判斷往往 需要經驗經驗老到的師傅、或資深的試模人員才能完 成，否則很容易事倍功半，甚至使問題更加嚴重。為 解決這些實務上的問題，現在我們可以利用科學化的 電腦輔助工程模流分析軟體Moldex3D Expert模組， 輔助我們進一步克服人為盲點與試誤法的猜測痛苦經 驗，以縮短產品上市的時程並減少修模等額外的費 用。為讓大家更容易了解 Moldex3D Expert（專家分 析模組）的價值，我們先來討論實驗設計法。

何謂實驗設計法 (Design of Experiment, DOE)
應用數理統計手法，在一定的費用、時間等成本限制 下進行實驗，期望能從較少的實驗結果資料中，得到 最多情報的實驗方法。而實驗設計法的種類主要可分 為試誤法 (trial and error)、一次一因子實驗法 (one factor at a time experiments)、全因子實驗法 (full factorial experiments)，以及田口式直交表實驗法 (Taguchi’s orthogonal arrays) 等。Moldex3D 提供 的田口式品質工程技術，被應用於成型參數優化射出 成型評估方案，其功能特點如下： • 使用有效率的實驗設計法 (Design of Experiment, DOE)，幫助設計者評估最適當的條件參數，達到設 計優化的目的。 • 非傳統的試誤法，主要是藉系統化與科學化方法， 透過簡單的設定條件，經過分析後自動產生圖形化 摘要，幫助使用者確定最佳化的產品品質結果，並 有效引導使用者獲得最佳設計。 • 支援熱塑性及熱固性材料。 • 如圖1、2所示，支援可選擇多項品質與控制因子， 並透過加權函數控制參數。 • 圖3獲得給定品質因子的最佳品質結果；每個品質 因子在擁有不同權重的情況下，可容易找出最佳的 成型條件。 • 圖4最高品質響應可以顯示受到哪一個品質的影響 最大。 • 圖5中的信噪比(S/N)是信號/噪聲響應值；最高 的信噪比意味著有最小的噪音（外部效應）就是最 佳狀態。 • 圖6靈敏度分析中，透過這些品質參數幫助設計者 找出最佳化成型條件。

實際應用DOE案例
以一汽車手套箱內殼作案例，為降低實體試模成本的 開銷，產品內裝件通常利用CAE模擬分析潛在問題； 隨著品質要求提升，組合公差的要求也越來越嚴苛， 本產品在成型階段便力求減少翹曲變形，以期符合設 計需求。由於尺寸較大（343.7 x 538.4 x 124.9 mm， 如圖7），翹曲問題也較為顯著，車廠希望利用CAE 與實驗設計法來改善翹曲問題。模溫設定為公模高、 母模低，但相較於母模側，公模的肋條結構比較容易 出現積熱的問題。考量到目前要解決的問題是翹曲， 所以我們將品質因子定為總位移，採用望小特性，因 為越小越好。控制因子則選擇幾個與翹曲影響有關的 條件，第一個是熔膠溫度，其高低影響熔膠的流動性， 此特性也與溫度有關；第二是模溫，原始的模溫差約 為33.4°C，換算成華氏後，其模溫差約為60°F，固 定母模面溫度，調整公模溫度來比較；第三與第四個 因子則是保壓時間與保壓壓力。表1是以上述4個控 制因子與3個水準規劃出來的L9直交表。

模流分析結果如下:
圖8為分析後的品質響應結果，從因子效應中可以看 出各因子對品質因子的影響，不同水準間的差異反應 出該因子變動對控制因子的影響，ANOVA分析則顯 示出品質因子2（模溫）是貢獻最多影響的因子。 圖9則為信號雜訊比響應結果圖，信號雜訊比(S/N ratio)越大，代表噪音（外在的影響）越小，因此田口方法選取信噪比最大的值作為最佳條件。信噪比之 變異數分析(ANOVA)顯示貢獻度最主要來自於模具 溫度(B)與保壓壓力(D)，因此我們可以得到最佳的水 準依序為1、3、3、3。

結果與討論：
表2是確認實驗數值表，驗證藉由資料分析所得的結 果是否正確，因為最佳組別就包含在分析中，所以是 相同的，而能夠確認的是，此組分析出的翹曲量值是 所有組別中最小的。 圖10則是最佳組別與原始組別的垂直方向翹曲結果， 除了量值改善外，分布也均勻許多，尤其是貢獻度最
多的是模具溫度差，降低原先朝向母模側的翹曲程 度，成為最主要改善的因子。 從此案例分析所顯示，Moldex3D提供讓使用者利用 田口品質工程實驗設計法的優勢成效，在實際上機試 模前，提早預測影響產品品質較重要的參數，進一步 獲取最佳化參數來協助現場成型人員能更快速準確的 掌握產品品質。■

更多資訊請參閱下列科盛科技網站：https://www. moldex3d.com/ch/

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優化模溫控制
動態模溫控制系統可實現多段工藝模溫控制，稱為變溫 度控制工藝。此種變模溫工藝控制的特點在於：提高型壁溫度將利於模具填充，因為高模溫保持熔體粘度， 也可有效改善模具表面細節的再現，但高模溫也將導 致更長的冷卻時間。將型壁溫度設為低模溫，可縮短 冷卻時間，但會對產品的性能產生負面影響。為避免 熔接線、光澤缺陷等表面缺陷，同時不特別地延長冷 卻時間，動態模溫控制採用有源的加熱循環，使型壁 溫度在填充階段保持高模溫。第二個冷卻循環則在冷 卻階段開始運行，在低模溫下工作。這就是變模溫工 藝與傳統恆溫機工藝的不同，而高低模溫的切換點取 決於工藝循環週期。

模具內的高效傳熱
模具型壁可通過流體、蒸汽或氣態介質，或者集成 的電加熱元件進行加熱。型腔冷卻通常為不連續的 工藝，以水作為傳熱介質運行。有些變模溫系統還使 用氣體介質運行。加熱和冷卻循環必須在單個系統中 進行無縫連接，這點非常重要。目的是將腔壁溫度快 速升高到玻璃化點（加工非結晶材料時）以上或結晶點（加工半結晶材料時）以上的溫度。一旦模具表面 細節被完美複製，模壁溫度必須儘快降至所需的脫模 溫度。溫度和溫度梯度的設置則取決於產品物料、所 需的零件品質和溫度控制系統的加熱冷卻能力。射出 生產的模具需要有效的傳熱。通常，溫度控制的水路 需要做接近腔型輪廓的仿形設計，這樣的設計將使整 個型腔得到均勻的溫度曲線，同時促進快速加熱和冷 卻。

在模具溫度工藝控制設計為分段模溫控制，依各個模 具局部做分別的模溫控制，以適應零件幾何形狀的情 況下，工藝設備會提供一個工藝窗口，從而進行系統 和獨立的工藝模溫控制。在模具實踐中，通過真空釺 焊，或通過鐳射燒結3D列印等方法製造的模具模仁， 已證明可有效實現理想的模具水路配置，從而在射出 生產中實現最佳零件尺寸。動態模溫控制工藝具特殊 水路設計，能獨立運行在其他常規模度控制系統外， 這點非常重要。

目前市場提供多種實用變模溫控制解決方案，主要體 現在加熱概念上有所不同。經典的變模溫工藝使用流 體作為傳熱介質：水溫高達230°C，熱油溫度高達 400°C。所有變模溫控制概念都使用水或油等液體介 質進行冷卻。這些變模溫控制方案使用兩個溫度控制
單元或一個特殊的雙回路溫度控制器，一個回路在加 熱溫度下運行，另一個在冷卻溫度下運行。兩級溫度 控制意味著高溫流體首先通過溫度控制通道，然後是 低溫流體進入溫度控制通道。溫度感測器、機器信號 和可調節工藝時間控制系統的電磁閥，用於回路間切 換。從加熱到冷卻回路和回接的循環可以防止週期延 長，但實際應用表明，因工具鋼傳熱慢和相對較高的 流體吸熱性，這樣的變模溫工藝消耗大量能量。只有 將變模溫控制的模仁質量設計的盡可能小，生產能耗 才能限制在可接受水準。

這意味著要進行變模溫控制的型腔部分必須與模具其 餘部分有良好的絕熱設計。做循環冷卻和加熱的模仁 質量越小，能源消耗越少，溫度變化越快。在模具附 近安裝兩個溫度控制回路的開關閥可將管道中流體殘 留物降至最低，並將變模溫控制限制在先前的設計區 域。相互連通的蓄能器有助減少生產週期和能耗。當 然，如模仁內水保有量大則需要較大的蓄能器，但確 切大小取決於目標的加熱和冷卻時間。要確定合適的 加熱和冷卻時間。要選擇合適的加熱能力，尤其在高 供應溫度下運行時，還要考慮系統部件的潛在熱量損 失，因這些部件通常無法做到完全絕熱。若未關注這 些，型壁溫度在持續加熱時間內，很可能無法達到所 需的工藝溫度。

流體傳熱介質的替代品
蒸汽介質的變模溫加熱設備通常用作水或油加熱設備 的替代品，特別是在生產大型和笨重部件時，通過蒸 汽可均勻、迅速地在溫度控制通道表面進行加熱。此 工藝缺點是，這些設備的購置和運行成本高昂、運行 風險高，工作溫度限制在170°C。此工藝在冷卻階段 會產生冷凝水，從而增加水的保有量，需採用合理的 容量測量和設計方案。

電感加熱或輻射加熱是流體傳熱介質的替代方案。目 前市場上也有開發一種基於鐳射操作的局部模仁加熱 方法。支架式裝置將加熱板置於模具的兩個半模間移 動，從而將型腔加熱到非常高的溫度，以確保在此裝 置縮回且模具閉合後，型腔內仍具有足夠的模溫，而 型腔模壁使用水介質冷卻。此外，其他建設性解決方 案還包括模具封閉式感應盒或封閉式感應腔，在射嘴 位置外使用IR加熱器加熱，由於加熱是並行進行的， 不占週期時間。這兩種外部加熱方法對模具生產確 實是有特殊優勢，因為它們允許使用標準模具進行生 產。然而，此類方案一般侷限在扁平形狀的產品生產， 只有這樣的產品可以通過此法加熱到均勻模溫水準。 總之，感應加熱方案的侷限主要體現在安裝複雜、電 耗大，需設計額外冷卻與支付高額使用許可費。

高效的陶瓷加熱器
目前市場上也開發一種集成式電感加熱的工藝方案。 此方案通過在型腔正下方安裝高密度陶瓷加熱器進行 加熱，取代流體介質的加熱迴路。此為直接式加熱， 可顯著加快升溫速度，並減少加熱工程中消耗的能 源。其加熱速率高達30K/秒，熱通量密度高達150 W/cm2，具體數據取決於模具結構，但與使用流體間 接加熱相比，其消耗能量僅為流體介質加熱能耗的十 分之一。

結合導熱層和隔熱層的特殊配置可提高輸出，並實 現精確定位且準確定時。此方案最高工作溫度大大 超過流體介質達到的水準，高溫差進一步縮短加熱時 間。冷水冷卻也發生在型腔表面附近，同時作為模具 的絕熱以防止熱量損失。陶瓷材料的高導熱性，也對 先前加熱的模具部件進行快速冷卻提供了可能。為此 專門開發的動態模溫控制器，可設置和存儲變溫設定 檔、控制和監控工藝參數，並負責模具型壁的溫度控 制。在射出機支援通信的情況下，此控制器還可通過 VARAN 總線與射出機進行即時通信。

各種應用領域
動態腔溫度控制已成為汽車、航空和醫療工程以及 其他行業創新領域先進、開創性應用發展的重要標準。例如，克勞斯瑪菲公司與贏創公司合作開發的 CoverForm，就包含動態溫度控制功能。在PMMA 組件的防刮膜塗層中，動態模溫控制可觸發塗層材料 的化學反應，從而以較低成本完成昂貴的後期表面塗 層工藝。生產沒有典型缺陷（如光澤缺陷或可見熔接 線）的高品質表面產品，是陶瓷加熱器的另一個成功 完成試驗和測試的應用領域。
使用陶瓷加熱器方案可完成出色的表面細節再現，使 功能表面的生產具成本效益。因為在射出後需對零件 進行後期拋光，在過去工藝中，噴塗前去除可見的熔 接線之成本高昂。現在使用電陶瓷加熱器方案，可防 止這些表面缺陷發生。取決於具體產品應用，帶陶瓷 加熱器溫度控制的設備可實現對於型腔局部或整體的 加熱和冷卻。模內生產完成的均勻高光澤表面消除了 對後期噴塗工藝的需求。

流體傳熱介質的限制
水質不佳將造成生產效率和零件品質的實際問題，尤 其是涉及高模溫的情況。溶解在水中的礦物會變成固 體，脫落並附著在導熱表面，對傳熱、熱點和長週期 時間造成有害影響。此過程中，氧氣和二氧化碳被釋 放，導致腐蝕和進一步的工藝故障。更高的維護成本 和時間、不穩定的過程甚至停機時間成為許多工藝設 備使用變模溫控制的可能後果。嚴格的水質維護，包括永久清潔和調置，可防止這些影響和故障，但這些 措施往往在日常生產過程沒有得到足夠重視和執行。

一些生產企業仍然使用熱油介質而非水，尤其是在高 溫工藝的情況下。但以熱油作為介質流體也有缺點： 熱油導熱性很低，存在熱穩定性問題，且容易受污染， 成本很高。此外，還有其他原因需要使用熱油外的流 體作為模溫控制的替代品。
在潔淨室中的模溫設備，漏水將是很大的生產風險。 隨著溫度升高，流體壓力會上升三倍，這也增加洩漏 風險。水濺到敏感的型腔上可能會導致殘留，甚至可 能嚴重損害光學部件。這些實際應用和生產需求促使 我們仔細研究各種模溫控制方法和設備。

趨勢和發展
陶瓷或感應加熱器是許多產品應用可行的加熱方法； 但也有一些不適合此類加熱方案的產品應用，或者是 這些產品應用需要其他的冷卻方案。氣態介質在一些 情況下可能很有用，因為它消除污染風險。不利在於， 它們具有相對差的傳熱能力。比如空氣，就很少用於 冷卻；然而，二氧化碳作為冷卻介質具有很大潛力， 二氧化碳介質已經過多次冷卻試驗和測試。由於這種 介質在注入其液體狀態時蒸發量很高，並且在這個工 藝過程中可達到-76°C，二氧化碳具極高的傳熱能力。多年來，二氧化碳已成功用於冷卻長條形、薄芯 和狹窄的產品，但以二氧化碳作為加熱介質是相對較 新的。二氧化碳經壓縮和加熱到適當壓力水準，也將 具很高的傳熱能力，是動態模溫加熱的理想選擇。■

公司介绍
德國吉維克加熱冷卻技術公司成立於1967年，自成 立伊始一直專注於塑膠行業的工藝溫度控制。吉維克 致力於為客戶提供射出工藝全過程的溫度控制系統解 決方案，其中包括：模仁的仿形水路設計和模仁加工、 傳統射出工藝的恆溫模溫機、分段模溫控制系統、動 態模溫控制系統、小型冷水設備、中央製冷系統、水 處理設備、模具清洗設備等各專業的技術解決方案。

聯絡人：張震宇Michael Zhang (Sales Manager)
公 司：泰創製冷系統（太倉）有限公司 technotrans group (taicang) co., ltd. Email：michael.zhang@technotrans.com
網 址：www.gwk.com

這篇文章 動態模溫控制—複雜產品的創新概念 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

此外，也常會發生當欲適當保壓外側模穴成品 時，內側模穴成品已產生毛邊的兩難狀況，多年以來， 這個問題一直被錯誤地認為是模具中心區域溫度較高或 範本于射出成型時變形所致。近幾年來隨著射出成型產 品公差要求日趨精密，且對多模穴生產的整體品質日趨 重視，此幾何平衡流道系統的流動不平衡現象也越來越受到注意。而近來因節省材料而儘量縮小流道尺寸設 計的做法已被發現將使此流動不平衡問題更形惡化。

流動不平衡的原因
塑膠在流道中流動的行為是非常複雜的，因為塑流沿 著流道路徑與截面的剪切率(Shear Rate)與溫度、黏 度均有差異。在任何流速之下，最大剪切率發生於固 化層稍內區域，在流道中心區域則趨近於零。在靠外 層的高裁剪區域對塑流黏度有複合的影響，黏度在此 區域會降低，因為塑膠非牛頓流體 (Non-Newtonian) 的特性與塑膠剪切產生的摩擦生熱現象，此摩擦生熱 現象會導致流道外層塑膠溫度高於流道中心塑膠。在 熱澆道與熱固性射出成型情況下，此流道外層摩擦生 熱現象亦會受到高溫模具的影響。當流道系統多於兩 個分流點時，模穴之間的流動不平衡現象即會產生， 然而，即使在少於兩個分流，甚至無分流情況下，單 一模穴內仍然會有流動差異的現象存在。當塑流通過 流道系統第一個分流點之後，塑膠在流道截面的剪切 率、溫度與黏度性質就會成為不對稱的分佈。主流道中外層較熱的塑膠會靠第二流道”A”的左側模壁流 動，而主流道中心較冷的塑膠會靠第二流道”A”的 另一側，即右側模壁流動。同樣地，主流道另一側外 層較熱的塑膠會靠第二流道”B”的左側模壁流動， 而主流道中心較冷的塑膠會靠第二流道”B”的另一 側，即右側模壁流動。這樣的結果造成在第二流道中 的塑流，有一邊溫度較高，另一邊溫度較低。當塑流 繼續發展至進入第三流道時，模穴之間的不平衡流動 現象於是產生。而分流至內側模穴及外側模穴之塑流 特性差異將更形明顯，充填內側模穴的塑流溫度較 高，黏度較低，流動阻力較低；充填外側模穴的塑流 溫度較低，黏度較高，流動阻力較高；造成內側模穴 充填較快，外側模穴充填較慢，流動不平衡的狀況也 因此趨於明顯。

解決方案
安裝MeltFlipperTM設計於主流道至次流道的分流 處，可將塑膠剪切所造成的性質差異分佈旋轉90度， 達到重新分配塑流性質使其分佈重達對稱的狀態。原 先流至第二流道會靠內側模壁流動的較高溫、剪切較 劇烈的塑膠，經過 MeltFlipperTM 設計之後，將被 重新配置為靠流道下側模壁流動；而原先流至第二流 道會靠外側模壁流動的較低溫、剪切較輕微的塑膠， 經過 MeltFlipperTM 設計之後，將被重新配置為靠流 道上側模壁流動。儘管塑膠性質的分佈仍屬不對稱， 然而不同於之前溫度左右分佈的不對稱，現在已變成 上下分佈的不對稱狀態，此狀態在塑膠流入第三流道時，已可提供對等平衡性質的塑膠給各模穴，因此解 決了流動不平衡的問題。依此觀念演繹，在16模穴、 32模穴以上設計，或不同模穴配置方式的情況下， 可能需要不只一組的 MeltFlipperTM 設計，而各組 MeltFlipperTM塑膠性質分佈旋轉的設計角度也未必 是90度。其設計複雜性與塑膠性質、流道截面幾何/ 尺寸以及射出成型條件均有關係。

傳統 H 型流道 vs. MeltFlipper
在傳統8模穴H型流道設計之下典型的流動不平衡 狀態，此不平衡現象亦可由短射樣品觀察到。如圖所 示，內側模穴充填較外側模穴快，此效應是因為塑 膠在充填流道階段，流道截面局部塑膠剪切、溫度、 黏度產生差異所致。此差異將造成各模穴之間的充填 過程、保壓效果、成品重量、尺寸、翹曲、毛邊、短 射等品質狀況無法一致，造成生產控管困難。此塑 流性質差異也造成生產效率低落，或模具設計無法 向更高模穴數發展。在相同的8模穴H型流道模具 上，採用 MeltFlipperTM 設計後，可使各模穴的流 動達到平衡狀態。MeltFlipperTM 設計可以直接加工 在模具上，或是以嵌件方式置於流道分流處。透過 MeltFlipperTM設計可將塑流性質分佈重新轉置成對 稱的狀態，再繼續充填下游流道或進入模穴，以達成 多模穴模具的真正平衡，並消除傳統流道設計所產生 的流動不均（各模穴品質不一致）現象。這樣的改善 可使模具以兩倍的模穴數進行設計與生產。■

這篇文章 MeltFlipper® 熔膠管理與控制技術 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

紅外線技術發展簡介
紅外線的發現是由天文學家赫歇爾(Herschel)在1800 年利用稜鏡分光的特性，將太陽光分光後的放射光射入 於水銀溫度計的水銀囊，測量水銀溫度計所吸收能量的 溫度變化，發現以未被投射的溫度計為標準，分光的紫色光溫升2°C，分光的紅色光溫升7°C，而紅色外眼 睛看不到的光比紅色光又高2°C，這是實驗最早發現 的現象，有人說他將此命名為紅外線。紅外線是一種 電磁波，波長約在0.7μm 到 1 毫米，頻率為 300GHz 或更長。

物體表面溫度若超過絕對零度(0K)即會輻射出電磁 波，隨著溫度不同，其所輻射電磁波之強度與波長分 布特性亦隨之改變。圖1為電磁波波長分佈圖，波長 約略介於 0.75μm 到 1000μm間之電磁波概稱為「紅 外線」，而人類視覺可察覺之「可見光」則約略介於 0.4μm到0.75μm之間。
紅外線在地球表面傳送時，會受大氣組成物質（特別 是 H2O、CO2、CH4、N2O、O3 等）的吸收，使強 度明顯下降，僅在3~5μm（短波）及8~14μm（長波） 間的兩個波段有較好之穿透率(Transmission)，此即 俗稱之大氣窗(Atmospheric window)。

熱像測溫儀簡介與塑膠熱成型應用
所有的物體表面溫度大於絕對零度(-273℃)都會輻 射出紅外線能量。物體越熱，其分子就愈加活躍，它 所發出的紅外線能量也就越多。熱像測溫儀便是利用 此原理計算出物體表面溫度分佈。圖2為熱像測溫儀 的量測原理，熱像測溫儀包括有光學裝置，可以收集 來自物體的輻射紅外線能量，並把該能量聚焦在感測 器上。能量經感測器轉化為電子訊號，透過溫度轉換 畫像處理，將結果顯示出來。

熱像測溫儀具非接觸式、測溫快速、反應靈敏，與視 覺直接觀測等特性，使其在非破壞性檢測及熱點追蹤 的領域中扮演重要角色。對各項產品設備進行操作狀態檢測，及早發現產品設備過熱，並解決溫度問題。

目前熱像測溫儀有低階、中階與高階機型，因應不同 需求而選用不同的機型。但是在模具及塑膠熱成型的 測溫應用，考慮到測溫精確度及熱影像解析度，其熱 像測溫儀最好採用中階以上的機型（測溫點320×240 Pixels以上），而溫度測量的方法可分為手持式及固 定式兩種:
手持式：方便移動並且可多角度觀測溫度，可將所儲 存的data經由熱像分析軟體進行分析並製作成報告。 固定式：適合用於需要長時間監控模溫及塑膠熱成型 的熱像分佈與溫度數據，可與電腦連接，並搭配熱影像監控分析軟體將所獲得的溫度資料進行分析，並製 成報告（如圖3）。也可採兩臺熱像測溫儀同時監測 公母模的溫度，進而達到自動化生產模式（如圖4）。

結語
熱像測溫技術是使用非接觸及非破壞性方式量測線溫 度分佈，而非傳統量測方式需要破壞模具本身。另 外，感測器所量測的溫度為單點資料，而非整體溫度 分佈。如熱像圖片所示利用此技術在模具產業上，藉 由溫度熱像分佈情況，了解並且掌握開模時的產品溫 度變化與分佈。此技術亦可運用在可變模溫射出成型 上，掌握模具溫度變化，並且可搭配CAE模擬分析， 雙管齊下，作為控制品質與降低成本的重要依據，澈 底解決問題與提高品質，將進一步降低產品的開發成 本。■

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此外，為提高射出產品的品質，我們先經過廣泛地文 獻搜索，發現前輩們曾提出許多策略。例如，Lee和 Kim[3]在尺寸公差範圍內，透過改變產品厚度的想法來 使翹曲最小化；Leo 和 Cuvelliez[4] 討論澆口幾何形狀 和操作參數（填充時間、填充壓力、……）將如何影響 產品尺寸精度；Yen等[5]選擇流道系統直徑和長度作 為主要控制參數來優化射出成品翹曲特性；Ozcelik和 Erzurumlu[6-7]研究如何整合有限分析與實驗設計法/響應表面法/人工智慧和遺傳算法，嘗試減少產品之 翹曲變形；Zhai 和 Xie[8] 應用順序線性規劃 (SLP) 和 CAE進行最佳澆口之研究，以實現射出的平衡流動， 他們發現流動的均勻性將導致較小的翹曲結果；T-Y Shiu等人[9]則是利用CAE預測微孔射出成型中細胞 的動態特性，以了解翹曲是如何得到改善的；另外， Tseng等[10]研究了手機外殼整體的收縮行為，他們 應用3D體積收縮補償方法(3DVSCM)來減少翹曲。

綜合而言，即使基於過往許多文獻的累積，目前仍無 法百分之百控制射出成型產業品質。此外，雖然許多 先驅者單獨使用CAE模擬技術或將CAE與其他技術 結合以提高產品質，但CAE模擬和實際實驗間經常 會發現一些差異，這些差異的原因至今仍難以有效掌 握。有鑑於此，本研究中，首先我們著重在於射出成 型成品之翹曲變形，特別是我們將深入探索為何CAE 模擬分析與實驗會發生差異；我們將進一步探討此等 差異性主要之機理，並嘗試如何加以控制與改善。

研究方法與系統資訊
在本研究中，我們利用CAE模擬分析和實驗方法來 進行探索。針對CAE模擬分析，主要採用Moldex3D R15軟體執行之。其中，研究之產品模型及其尺寸， 如圖1所示，是直徑為60mm、厚度為2mm之圓平 板，如圖1(a)所示；另外，流道與澆口結構，如圖 1(b)所示。再則，模座和冷卻水路佈局，如圖2所示。 再則，針對實驗研究，模具主要結構如圖3所示，其 中含公模側及母模側之結構；此處我們使用FCS射 出機。再則，所用材料是 ABS（由 Che-Mei 提供的 PA757）。另外，CAE模擬分析和實驗研究所使用 之原始設計的操作條件完全相同，如表1中所列；其 中，射出速度之設定是以機臺最大速度(125mm/s)當 成參考基數，例如：射出速度50％設定是指該設定為 機臺最大速度之50%，亦即62.5 mm/s（之後稱之為 50％射出速度），保壓時間為6秒，冷卻時間為11秒； 另外，保壓壓力設定是以充填壓力結束時的壓力當成 參考基數再成上設定之百分比，例如：50％保壓壓力 設定是指保壓壓力=50％PEOF（之後稱之為50％保壓 壓力）。為了評估射出成品之品質好壞，不論CAE模 擬分析和實驗方法，我們規劃以射出成品之直徑的尺 寸精度作為評估的標準。具體而言，每次完成之成品， 我們將同時量測I-IV等四個方位之直徑尺寸，之後再 將四個方位之直徑尺寸取平均值，完成成品之代表尺
寸，如圖4及方程式(1)所述；之後，我們再將此代 表尺寸與設定目標尺寸相減，即獲得射出成品之偏移 量 (deviation)，如方程式 (2) 所述。後續，我們許多 結果之展示，就是以此偏移量(deviation)為主。
方程式(1)： Dave = (DI + DII + DIII + DIV)/4 方程式(2)： Deviation (mm) = Dave -Ddesign

結果與討論
根據前述的原始設計之設定，在進行第一次試模(T1) 後，利用CAE模擬分析預測比對實際實驗之結果，如 圖5所示。為了進一步瞭解其數定量上的差異，我們 將之彙整如表2所示，其中如同我們之前表述，我們 將射出成品尺寸與設定目標尺寸相減，即獲得射出成品之偏移量(deviation)，再利用偏移量結果進行品質 特性之比較。從此結果可以看出，CAE模擬預測與實 際實驗之間的偏差非常顯著（約0.29 mm）。 為了瞭解此等差異之原因，我們接著進行一系列之射 出成型實驗（包括CAE模擬預測和實驗測試），此處 我們選擇保壓壓力變化作為實際可操作之參數，然後 研究從低保壓到高保壓作動下的保壓壓力效應，再將 相關結果彙整，其中CAE模擬和實驗之間的偏差差異如圖6(a)所示。

從CAE模擬預測中可以看出，在理 論上，當保壓壓力的設定在95%左右，射出成品幾 乎與設計值重合（零偏差）；然而，在實際射出實驗 中，即使保壓壓力增加到150％，射出成品仍然會產 生收縮之偏差。很明顯地，CAE模擬和實驗之間存在 非常顯著的偏差。

另外，為進一步瞭解當我們低保壓到高保壓作動下的 改變保壓壓力效應，其內在驅動力之大小，我們將 CAE模擬分析結果平移到實驗結果時，如圖5(b)，可 以發現，實際上不論是CAE模擬預測或實驗，兩者的 內在驅動力幾乎是一致的，但為什麼模擬和實驗之間 仍然存在差異。
為了持續探索CAE模擬和實驗結果的差異原因，我 們進一步利用射出壓力當成比較之基準，並彙集CAE 模擬分析和實驗之間的射出壓力歷程曲線，如圖6所 示。此處必須先說明，由於現有的射出機沒有壓力 感測器，因此使用機臺之壓力（油壓），經過詳細 比較後，我們發現實際射出成型之響應時間比模擬 分析較長（△t=0.07s，延遲約29％），實際的充填 結束瞬間之壓力（後續以PEOF 表示）比模擬分析低 了25.2 MPa（低於模擬預測約23％）。此等差距應 該是CAE模擬和實驗結果的差異主要原因，也就是
單從此射出機臺控制面板設定操作參數，可能高估機 臺真正之效能。接著為了證明我們的概念正確，首先 我們根據不同射出速度設定進行射出，數值範圍為機 器最大速度的30％至70％，其中填充時間從0.28秒 (Sim30％ ) 減少到 0.15 秒 (Sim70％ )；PEOF 從 95.2 MPa(Sim30％)增加到120 MPa(Sim70％)。

之後，我們將CAE模擬分析和實驗之間的射出壓力歷 程曲線彙集，結果如圖8所示。從圖中不難發現，實 際實驗中90％速度設定(Exp_90％)的射出壓力響應 曲線最接近CAE模擬預測中的30％速度(Sim_30％)； 另外，(Exp90％ ) 的 PEOF 也接近 (Sim30％ )。因此， 我們可以認定模擬分析之30％速度系統與實驗90％ 速度系統相匹配。此部份乃因機臺的實際響應有一定 的遲滯後，導致其真實效能低於預估值。此外，在進 行機臺的射出速度響應校正後，我們再深入探索保壓 壓力效應，從50％的保壓壓力到150％的保壓壓力作 動後，有無考量機臺校正之結果，如圖9所示。由此 結果可以明顯發現，CAE模擬分析和實際實驗之間的 差異值從原來0.29mm減小到0.12mm。因此我們可 以預期，透過對充填速度響應的校正，能讓我們進一 步掌握較真實之機臺效能，讓CAE預測與實際實驗更 加接近。

結論
在這項研究中，我們利用圓平板系統，並利用CAE 模擬分析和實驗研究，實際建立一套如何校正機臺真 實響應之方法。在研究過程中，我們透過原始參數設 定，初步發現CAE模擬分析和實驗之間的翹曲差異達 到0.29mm。為了找出導致這種差異的原因，我們透 過解析射出壓力歷程曲線之彙集，找出實際射出實驗 之充填速度響應太慢（延遲約29％），且充填壓力不 足（低23％）。接著為了證明我們的概念正確，我們 同步進行一系列不同射出速度設定之射出成型模擬分 析與實驗，再將CAE模擬分析和實驗之間的射出壓力 歷程曲線彙集，可以較實務地校正機臺真實之效能響 應，透過此等機臺校正，結果顯示，CAE模擬分析與 實驗之翹曲偏移量差異減小到0.12mm，也就是正確 性提高了約56％。再則，尚存之差異則可能與材料黏 彈性及其他因素有關。透過這項研究結果將協助我們 了解如何有效整合CAE模擬分析和實際機臺系統之試 模，提升對產品品質的掌握。另外，對既有現場之射 出機系統的自動化提升或新設備面臨物聯網引導之自 動化需求也將有實質之幫助。

本文章由主編黃招財副教授與其系上的許睿庭、陳柏 瑄、徐翊瑄三名研究生，以及中原大學的鍾文仁教授、 科盛科技的張榮語執行長等人共同編撰。■

參考文獻
1. iQ weight control，Web-source：https：//www.engelglobal. com/en/at/solutions/increase-process-stability/iq-weightcontrol.html, Accessed: 2017/10/01 2. Arburg Industry 4.0, Web source: https://www.arburg. com/fileadmin/redaktion/ mediathek/prospekte/arburg_ industry_4.0_681669_en_gb.pdf, Accessed: 2017/10/01 3. B. H. Lee, and B. H. Kim, Polymer-Plastics Technology and Engineering, 34(5), 793-811 (1995). 4. V. Leo and CH. Cuvelliez, Polymer Engineer and Science, 35(15), 1961-1971 (1996) 5. Yen C, Lin JC, Li WJ, Huang MF, Journal of Materials Processing Technology, 174, 22-28 (2006). 6. B. Ozcelik and T. Erzurumlu, International Communications in Heat and Mass Transfer, 32, 1085–1094 (2005) 7. B. Ozcelik and T. Erzurumlu, Journal of Materials Processing Technology, 171, 437–445 (2006) 8. Zhai M, Xie Y, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 49, 97-103 (2010). 9. Tai-Yi Shiu, Yuan-Jung Chang, Chao-Tsai Huang, David Hsu, Rong-Yu Chang, SPE Technical Papers, Paper No. 1258422, 1-4 (2012) 10. C.-H., Tseng, C.-T., Huang, Y.-C., Liu, W.-L., Yang, and R.-Y. Chang, SPE Technical Papers, No. 2096337, 1-6. (2015)

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此外，為了充分利用擁有專有結構V-LINE® 射出機 的綜合製造商的優勢，以及最大限度活用OPM模 具的特長，我們公司在2016年推出了周邊設備一 體化的專用射出機，全電動eV -LINE生產單元系統 「MR30」，並提出了一站式的整體解決方案。2017 年，開發了由多臺MR30組成的下一代模具自動生 產系統「ICF-V」。在本文中，將介紹 OPM 系列和 OPM模具的特長，MR30的構成和活用事例，以及 有助於ＩｏＴ（物聯網）的下一代成型系統ICF-V的 概要。（* V-LINE® 是SODICK公司的註冊商標)

精密金屬3D列印機OPM系列
OPM系列是在鋪得很薄的金屬粉末上，使用鐳射僅 照射所需部分進行燒結（熔化凝固）後造形，為了提 高造形物加工精度和表面粗糙度，還可以不需要重新 做準備工作即可直接在同一臺機器上進行連續地高速 切削，所以說OPM系列是可以燒結又可以切削的金 屬光造形複合加工機。（首圖）是可以對應大型造形物的OPM350L外觀。（本機右側：ＭＲＳ單元，選配） OPM系列，採用了重視精密微細領域造形性能的「粉 末床熔化成型方法（Powder Bed Fusion 方式）」。 即在底板上以每層厚度0.05mm鋪設金屬粉末，通過 鐳射照射使其熔化凝固造形。數次照射後，對造形部 分使用切削刀具進行高速且高精度的切削加工。通過 重複這種模式，無需重新做準備工作，即可使用同一 臺機器高精度地加工出具有一定高度的造形物。使用 專用的CAM設定鐳射和切削的加工條件作成NC程 式，傳輸至OPM系列的NC裝置後，即可全自動執 行鐳射加工和高速切削加工。

OPM系列所具有的高速切削性能是基於公司開發出 的高速銑削加工的特長，對於評估性能用的造形形 狀，尺寸精度可在±0.01mm以內。（圖1）顯示了僅 鐳射加工的表面質量和鐳射加工後實施切削的表面質 量的不同。上半部分是金屬粉末熔化凝固積層的粗糙 表面，很明顯不能滿足模具所需要的精度和面粗度； 而下半部分則具有高精度和切削加工所特有的漂亮精 加工面。

造形物的金屬充填率和表面品質
以塑膠成型用的模具為目標時，OPM系列適用於生 產現場的重要性能之一是造形品質。通過在煙霧（金屬粉末熔化時一部分成為金屬蒸汽蒸發，凝集後形成 的細微顆粒）回收、低氧氣濃度管理和控制鐳射功率 等方面下功夫，開發了可以穩定進行鐳射加工的條 件，馬氏體時效鋼和 SUS420J2 得到了 99.99% 非常 高的熔融率（我們公司制定的金屬充填率指標）。漂 浮的煙霧會遮住鐳射，無法進行穩定的熔化凝固從而 使積層造形的品質劣化，而OPM系列通過把產生的 煙霧迅速並高效地回收，可以使高熔融率的積層造形 成為可能。（圖2）顯示的是使用金剛石磨粒對馬氏 體時效鋼的造形物進行拋光，評估鏡面可以達到的最 小面糙度，得到了能把字典的文字清晰地反映出來的 漂亮鏡面（面粗度Ｒa 0.014μ ｍ），可以將其應用於 具有高品質設計表面的模具模腔。

提高鐳射・切削加工的造形速度
OPM系列，可以做傳統方法無法做到的深槽加工和 模具內部的最佳三次元冷卻配管，縮短了模具設計 時間、模具製造時間，以及塑膠製品的成型時間。 造形尺寸越大，這些優點就越顯著，但機器也必然需 要大型化並且造形的絕對時間會延長，因此需要實現 高速化以達到可以確保獲得成本效益的水準。複合機 OPM系列的總造形時間可分為鐳射燒結時間、刀具 切削時間、鋪粉時間、刀具交換時間，以及刀長測量 時間等。這次大幅縮短了佔據絕大部分時間的燒結時間和切削時間。首先，通過開發高速優化控制鐳射和 振鏡的「並行模式（圖3）」，實現燒結時間的縮短， 在 320mm×320mm 的大面積造形中實現了 19cc/h 的高速化和實現了4角和中間任意位置的99.86％以 上的高熔融率（圖4）。

接下來在縮短切削時間方面，相比於原來每10層 (0.4mm)進行1次隔層加工，通過新技術的開發，現 在每25層(0.1mm)進行一次也可以得到同等的表面 質量，所以隔層加工的次數可縮短為原來的2.5分之 1。此外，還開發了可最大限度減少切削餘量的「進程 內補正」。
因為造形時的預熱、燒結時的熱位移、設置環境的溫 度變化等原因，在OPM系列中分別單獨配置的鐳射 控制軸和切削控制軸的位置關係會隨著時間而變化， 因此以前需要採用加大餘量燒結後再用切削去除的方 法，現在可以在造形中按設定時間進行鐳射軸和切削 軸的位置關係測量與補正，所以可以把以往需要預留 的餘量最小化，從而縮短切削時間。

作為上述的驗證事例，（圖5）展示了在墨水盒模芯 的6取造形中，採用了同時燒結3個的並行模式，25 層隔層加工和進程內補正後的效果。在這個事例中，
以前每一個的總造形時間需要79小時49分鐘，通過 綜合的高速化技術，現在縮短至47小時12分鐘，為 原來的59％。

OPM模具専用生產單元系統「MR30」 精密金屬3D列印機OPM系列，可以使模具的製作 從傳統的分體式結構變為內置3次元冷卻配管的一體 式結構。通過降低總成本和縮短交付週期，給模具製 造帶來了根本性改變，在模具性能方面實現了劃時代 突破性成果。OPM模具可以通過最佳的冷卻保持塑 膠產品的穩定品質，縮短成型週期。為了最大限度的 發揮此功能，公司開發了把射出成型所需的所有周邊 設備一體化結構的全電動eV－LINE生產單元系統 「MR30」，實現了緊湊化、矮形化、省空間和節能。 MR30裝備的周邊設備如（圖6）所示。
乾燥機（料筒15Kg）、模溫機×2臺、粉碎機、材料 箱※、2段式傳送帶※、自動選擇器※與取出機夾 板※等全部一體化構造（※是備選或者客戶自行準 備），所有周邊設備的設定都可以在MR30的操作面 板上進行，大幅度提高操作效率，並且通過集中管理 樹脂乾燥溫度和模具溫度等數據，使IoT對應也變得 容易。MR30採用暗盒式模具結構（圖7），模具交 換作業變得簡便，可以大幅縮短模具交換時間。而且，MR30標準配備盒式模具的模座，模溫機的水管處於 一直連接的狀態而不需要安裝和拆卸模溫機水管，使 模具的自動交換成為了可能。

OPM模具和MR30的最新活用事例 作為OPM模具和MR30的最新活用事例，下面介紹 圖8車載防水連接器（一模一穴）成果。OPM系列 造形的內置3次元冷卻水管的模芯・模腔（圖9）， 和傳統方法加工的模芯・模腔分別組裝至盒式模具並 裝於MR30，進行冷卻時間及成型週期時間的比較。

在沒有脫模不良以及成型品尺寸和表面品質等都穩 定的狀態下進行了比較，成型冷卻時間為58%（圖 10），成型週期時間是 41%（圖 11），OPM 模具獲 得了顯著的效果。加上上述的準備時間的縮短，所以 即使減少塑膠產品的模穴數，也不會影響生產效率， 實際證明了MR30具有可對應多品種，小批量生產的 卓越性能。





下一代模具成型自動生產系統「ICF-V」
作為多品種小批量生產的單元系統，為了進一 步發揮MR30可實現生產線自動化和成型數據 集中管理的特長，我們公司開發了通向下一代智能工廠的具體實現了射出成型生產完全自動 化 的 ICF-V（Injectionmolding Cell Factory by V-LINE®system）。
智能工廠的具體實現了射出成型生產完全自動 化 的 ICF-V（Injectionmolding Cell Factory by V-LINE®system）。

使用3D數據的製造技術，正在極大地改變製造業的 周圍環境。我司推出的精密金屬3D列印機和下一代 模具成型自動生產系統「ICF-V」，通過在生產現場 積累實際應用，我們期望將其建立為3D數據的先行 技術。■

這篇文章 精密金屬3D列印機「OPM系列」和可支持物聯 網的下一代模具成形自動生產系統ICF-V最新技術 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。