前言
2020 年新冠肺炎的衝擊下，Dr.Q 做為 ACMT 材料科學委員以及粉末產業顧問的責任，毅然於 2020 年 6月 3 日進入廈門隔離 14 天（天啊，滿 54 歲了！ Dr.Q 正式進入伯伯的年紀了），開始投入 7 月起一連串的國際展會與技術研討會的行程，並肩負起投入前沿科技的探知使命，秉持「我是你的眼」的任務首先參加 7 月 8~10 日在上海市的新國際博覽中心舉辦的「亞州 3D 打印、積層製造展覽會 (TCT ASIA 2020)」。

之前 Dr.Q 在 CMM 第 40 期雜誌的顧問專欄中提到的將為各位讀者分析「快速原型 (Rapid Prototype or Prototyping, RP)」、「3D 列印 (3D Printing)」、「積層製造 (Additive Manufacturing)」三個名詞的差異，相信各位讀者已經可以過展覽會的標題了解一二，它們其實是同中有異的。

事實上，請注意在 2009 年美國 ASTM 積層製造委員會 (International’s Committee F42) 所 批 示 的 技 術演進圖可以看到（如文末的表 1 所示），整個積層製造包含由概念模型 (Concept Model) 衍生出快速原型 (RP)、快速模具 (Rapid Tooling, RT)、3D 列印 (3D Printing) 一 直 到 除 料 製 造 (Remove Manufacturing,RM) 和積層製造 (AM) 作為整個技術的拓樸演化，包含可製造的零件數量，表 1 代表一個技術由萌生走向成熟的階段，即便積層製造的商品可能還沒有普及到每一個人的身上（例如在手機上的應用、跟隨人類身體一起行動的人造物件）。接下來，Dr. Q 將針對這三個名詞解釋如下。

快速原型── RP
最初的 RP 即地形模型，如圖 1，相信大家都不陌生，這是人類 3D 列印的鼻祖技術，因早期數據建模的計算速度和探測設備很落後，採用等高線切割平面堆積建立地形模型可透過將抽象轉化成實體來進一步表現地形，也奠定 3D 列印的「積層」製作技術。

當然，工業產品不如地形那樣巨大，每層階梯的距離也不是幾米而是幾十甚至幾個微米，快速原型是以最快速度創建設計師的零件，所以不考慮材質甚至容許誤差的尺寸，只要求幾何形狀與外觀的功能零件；快速原型也不限制製造的方法與設備，但是一定要能快速做出來。隨著近代技術發展，過去「只有速度、沒有精度」的窘境已經逐漸被克服，在材料供應商的「積層」信念下，推陳出新的材料也逐漸讓快速原型變得更加精準，並增加其可用性。

所以在 3C 產品盛行的時代，許多快速原型甚至是採用移除材料的方式作為主體，採用容易加工的材料如塑膠塊、木材或是鋁合金，快速的雕刻出產品零件的外型與結構，RP 做好了也能以矽膠模具或是快速模具翻製產品由 1~30 件不等。

3D 列印── 3DP
使用「積層方式」的七大分類（在第 40 期雜誌的顧問專欄中有列出），以 2D 單層圖案爲基礎逐層疊加列印物件，必須同時考慮材質與幾何尺寸精度與外觀的要求，製造的零件可直接應用而不僅只是提供簡單概念，在 2000~2010 年期間，許多商品都曾推出並使用，但通常只製作 1~100 件以內。最成功的案例目前包含航空噴射機的燃油噴嘴、渦輪葉片的製造與修復，以及包含隨行冷卻迴路的模具 (ConformationCooling pipe system of tooling) 設計。

圖 2 是 2016 年由 ACMT 帶領 K show（全球地表最大的德國橡膠塑膠大展）參觀團到全球知名的 3D 列印機公司── EOS GmbH 時，Dr. Q 所拍攝的由 EOS 設備製作之法國空中巴士 (Airbus) 噴射機渦輪發動機燃油噴嘴，原來的製作程序包含複雜的配件組裝、鉚接、釺焊與檢驗等工作，一個技師要花 22 個工作天才能完成一個，改用 EOS SLS 打印 16 個則只需要 3 天的時間，大幅減少人工並增加產品可靠度，目前每年至少製作 3~4 萬個供給空中巴士機隊使用，除增進飛行安全外，也降低了維護的成本。

積層製造── AM
除了「積層方式」的加工還考慮到多種材料甚至到點對點的材料佈置，另包含整合其他已經集成的零件製品，以及加法與減法混合製造的程序以提升尺寸精度，最終完成一個集成製造的方法，例如含有活動關節的機械手臂、帶有感溫線路的渦輪葉片等。

圖 3 是大家很容易就能在網頁上看到的金屬章魚和機械人的人工關節，可以在積層製造的設備以分件結合組立圖，給予動件之間適當的間隙，在 3D 建模過程中完成所有零件並製作出能夠活動的最終集成產品。積層製造是一個集合體名詞，其中包含概念模型、快速原型、3D 列印，以及傳統加工移除材料和標準工業配件，甚至是電子電路的集成加工技術。

積層製造的瓶頸
基礎科學知識的薄弱
積層製造的初期美意「所有的人皆可參與設計並製造出自己的產品」，然而當真正拿到自己設計好打印出來的產品，很多時候都是「不堪一擊」的產品，由於缺乏工程能力和基礎科學認知，少量的作品和不實用的設計，積層製造大多做出許多「立體花瓶」，僅滿足視覺上的享受，無法達到功能上的真正目的。舉個例子，圖 3 的一體化積層製造看似完美節省了零件製造組裝的人力和零件數量，但在實際應用上很快地發現關節的強度不足、噪音甚大，無法承受快速的工作頻率導致破裂與失效，設計者本身因沒有受到科學訓練而容易犯下工程的錯誤。

昂貴的設備和材料
具有工業及實體應用（包含產量和功能符合）的積層製造技術，所有參與者的心聲是「昂貴的設備和材料」是目前最大的發展瓶頸，雖然近年已經逐步的因中國產業的投入降低了這兩種主要因素，你可以在網路上很容易購得 MEX（材料押出）或是 VPP（桶內光固化）的製造設備與材料，然而真正能夠長期應用的金屬或是陶瓷材料和列印裝備仍舊是非常的昂貴，做出的成品產品當然就是異常的高價，積層的增財必須要買賣多方的共贏，而不是只有供應方賺錢，否則投資者和消費者變成冤大頭，產業的壽命便不會長久。

隨身產品的機會
金屬注射成型技術 (MIM Technology) 給積層製造一個可追尋的範例，人手一部的智能手機至少包含了一件MIM 零件，在過去 10 年已經是常態的設計。那麼甚麼近身產品，是 3D 列印與積層製造最有可能的突破口？ Dr. Q 認為是鞋子，尤其是運動鞋類，每一個都有一雙獨特的腳型和腳板，訂製的鞋子可能非常貴，但是一個調整的個人鞋墊卻不會太貴，這可能是一個好機會。

積層製造的機會
基於金屬粉體床式列印與彈性體材料的積層技術如果積層製造能夠進入由 1~10,000 件都能快速生產，相 信 就 會 如 由 Pro. Ian Gibson, David Rosen, Brent Stucker 三位教授所撰寫的「積層製造技術 Additive Manufacturing Technology」的最終理想──直接數位製造 (Direct Digital Manufacturing)， 設計師可以在全球任何地方設計產品並且就近製造，在 TCT ASIA2020 的 會 場 上，Dr. Q 看 到 了 以 ExOne、Digital 和HP 三家公司推出的黏結劑噴射 (Binder Jetting) 可以在低於 100° C 以下成型多層金屬零件（一般方法只能打一層）生坯，隨後進行脫脂燒結來獲得短時間大量製造零件的方式；另外在材料商 Polymaker® 見到了多種 MEX 押出用柔性材料用於列印鞋底、鞋面、和鞋墊，同時可以仿生物學的皮膚效果將不同材料組合，Dr. Q 看到了積層製造的曙光。

結語
誠如社會的實際反映與回饋，任何一個工業製造技術必須要具有獲益平權、接近人類生活並且造福人群為終極目標，而不是僅有少數人們或是團體的獲利，現存的工業技術都是經歷數百年的工業革命演變而來，積層製造正處於萌芽階段，許多可以參考的範例技術都已經過時代的考驗，我們相信，唯有充分的理解基礎科學和完整的工程教育手段，才是推廣這一門新興技術的最佳方法。■

這篇文章 廣義的製造技術：什麼是積層製造 ? 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

【內容說明】
塑膠產品的前身就是塑膠顆粒，被螺桿剪切成熔融狀態之下，再經高壓射出到模具的模穴中被冷卻塑化定形，所以壓力與溫度是重要的加工參數。充填過程中，全靠壓力推動塑料融膠前進，因壓力差使塑料波前(melt front) 前進充填模穴。充填過程的壓力來源為噴嘴（如圖 1），其中 1 為澆口位置，2、3；4、5；6、7 為感測節點位置，模內壓力曲線隨時間變化，可發現澆口壓力傳遞效果最高；愈遠離澆口位置，則因流動長度愈長，使壓力傳遞逐漸降低，一般流動波前末端的壓力最低，所以容易有短射與尺寸變小的狀況；此外，從圖中各點亦可看出流動距離越遠，壓力差越大。在流動過程中，溫度隨時間熱傳下降也會影響壓力數值的變化，所以壓力與溫度是影響塑件品質的重要參數。

在模穴內設置感測節點以了解壓力的曲線變化，可以精確掌握真實產品的品質。一個好的設計會讓壓力差縮小，而射出機的參數控制分段設定亦可影響品質。

在保壓階段，因壓力設定高。在高壓下，塑料呈現部份可壓縮 (compressible) 特性，在壓力較高區域，塑料較為密實，密度較高；在壓力較低區域，塑料較為疏鬆，密度較低。因此造成密度分佈隨位置及時間發生變化。保壓過程中，塑料流速極低，流動不再起主導作用，壓力成為影響保壓過程的主要因素。塑料在充填保壓過程中溫度持續下降，造成保壓壓力不易傳遞。保壓階段，塑料開始受模壁冷卻固化，密度增大而塑件逐漸成型。保壓階段將一直持續至澆口固化封口為止。■

這篇文章 第 42 招、充填狀態與模腔壓力及溫度曲線的特徵【壓力與溫度篇】 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

序言
工業 4.0 浪潮來襲，臺灣塑膠產業發展趨於成熟，但整體產業氛圍仍顯傳統保守，許多工廠在管理、生產製程上仍沿用舊方法，不僅耗時、費力，無形中更浪費很多成本。長期以來，製程中的生產環境、原料品質、設備與模具老化失效等各種動態變因不停影響量產過程中產品品質的穩定性，造成業者困擾。

近年以射出成型之各項知識與基礎理論建構專家知識資料庫，提升射出成型品之成型效率與品質的研究與應用愈來愈多，例如運用 AI 人工智慧或統計手法進行製程參數優化或針對特定品質特性進行參數模型之設計，以解決成型品品質的問題；抑或是應用各類感測器，以監控方式，取得成型過程中模具內或射出機作動之即時訊號，再以試驗之統計結果，找出特定成型品品質問題與訊號間之關聯，建立工程模型，用來預測成型品之品質變異。

在雜誌第 39 期的顧問專欄中，工研院針對臺灣射出成型廠的問題發展一套智慧成型優化系統，提供完整多元數據收集、成型資訊可視化與成型品質檢測。為了避免射出成型廠在導入這些智能解決方案時，因對數據特徵的掌握不佳，以致無法展現智能化效益。若能結合有經驗之專家輔以智能化技術協助判斷分析，方能真正解決生產問題，創造智慧產線的最大效益。

成型大數據解析
射出成型產業邁入 4.0 階段時，需要巨量資料做為各種智能控制基礎之依據，由於資訊化應用的普及，導致現在資料量的規模已經十分龐大，無法透過人工在合理時間內達到擷取、管理、處理，並整理成為人類所能解讀的資訊，由於巨量資料的特性難以用傳統分析方法進行分析，必須用進階的技術和演算法來解讀、儲存、分析與管理，如何培育並善用兼具Volume（大量的數據資料）、Velocity（資料分析的時效）、Variety（資料格式的多樣）、Veracity（資料內容的真實）與 Value（資料分析的價值）等所謂5V（如圖１）特質的巨量資料分析能力，也逐漸成為
跨越統計、資訊、與特定業務領域的共同議題。而巨量資料本身的意義將是透過資料分析工具良弊的關鍵要素，因此，巨量資料的來源將更形重要，有價值的巨量數據是邁往成熟智能製造的根本。

智能控制之射出成型機的主要應用範圍包含「提升操作效率」、「品質監控自動化」、「提供設備預防保養的預測」，以及「提升能源效率並降低生產成本」，欲創造智能成型設備，巨量資料的擷取與處理分析是首要關鍵，塑膠成型品的好壞取決於射出機的製作精度與控制，而控制的好壞又取決於控制算式與量測解析度，其中量測部分特別是感測器的應用是關鍵，例如鎖模力、射出力、熔體壓力等感測器。

智能射出過程中，主要參數控制項目包含：射出參數、保壓參數、冷卻參數與塑化參數等超過 40 個的參數，輔以感測器取得製程參數數據，數據分析後進行智能射出，可以依據感測數據的變動，修正並優化製程參數，快速且穩定地產出合格產品（如圖２）。

智能製造的製程數據來自於各種不同類型的感測器與設備本身控制器所需要的數據，製程感測方式大致可分為傳統感測器與新型的感測器，目前市場的應用仍以傳統感測器，即以溫度與壓力為主，依據使用的環境選擇適合的溫度與壓力的形式與規格，量測模穴內、模壁、螺桿與冷卻迴路的溫度與壓力（如圖 3）。基於物聯網的成熟，數據應用價值愈來愈受重視，直接且可靠的訊號數據，可以有效提升製程參數優化與控制，因此，新型感測器的應用如雨後春筍地被發掘，例如：超音波感測器、X-ray 斷層掃描、電容式感測器與磁懸浮感測器等。

製程管理監測
射出成型是一種非連續生產的製程，這種模次生產的特性，導致製程管制中大量、複雜與動態的變異隨之而來。在少量多樣的生產環境中，從備料、架模、參數設定、試作捨打、首件確認到正式生產，次數頻繁，若不加以管理，將影響生產與品質管理的效率。現階段，過程中的作業參數、作業時間與狀態的紀錄通常需要倚賴作業人員抄寫或輸入「即時的」生產資料與設備動狀況，不僅效益不佳，且抄寫資料容易出錯，也不利後續保存，即使導入電子化系統，若還是需要由人員輸入，則輸入數據的真實性與正確性仍舊有著出錯的疑慮。

智能製造的製程數據，經由控制器參數紀錄與射出機本身感測器曲線的融合運算，將可以完整記錄射出成型設備的狀態（手動 / 半自動 / 全自動）、開機試作時間、捨打數與各種不同非稼動型式的時間，人員只需在 MES 中進行簡單的登入與登出，即可完整的紀錄生產製程中的各種稼動與非稼動的數據，除了可以計算設備總和效率 (OEE) 外，亦可以辨識各項非稼動的異常，應用數據驗證改善的方式與成效。若上下游的雲端數據可以適度應用，將可進一步從供應鏈連結智能製造，打造智慧製造體系。

設備預知保養
設備機臺的維護有三個層次，事發修復(Runtofailure)：由事件驅動，等設備故障才設法改善或重新設計以延長使用壽命；預防保養(Preventive maintenance)：可依循時間週期或設備狀態驅動；預知保養(Predictivemaintenance)：架構於預防保養上，配合生產製程條件，建立可預測異常失效的模型、預先規劃修正措施，在故障初期即可藉微小變異預估設備剩餘壽命，並量化成本效益。

在塑膠射出成型設備中，可安裝感測器，來探知成型設備的正常與損傷時的狀態差異資料，再從這些資料中進行分析，判斷出塑膠射出成型設備是否即將出現故障，建立監控與分析的機制並實施即時的預防保養。FANUC 的「AI Back flow Monitor」 技 術 平 臺 具有多元化的預測和分析能力（圖 4），包括射出成型設備中的消耗性零件，止逆閥 (Check valve) 的耗損狀態，透過深層學習的方式進行評估與預測，在消耗性零件的損耗程度還未影響生產之前，設備即自動發出通知。

隨著使用時間增長，止逆閥會逐漸磨損，使得間隙愈來愈大，最後難以避免的出現材料逆流的情況。但是透過人工智慧深層學習所開發的分析技術，可以將感測器所獲得逆流的波形資料，透過智慧深層學習技術加以學習與分析，紀錄止逆閥的磨損狀況，再從磨損的紀錄推算出止逆閥從新品到現在使用時間的磨耗量，並且還可以使用多久時間，達到預知保養的目的。

線上成型品質監測
為了達成持續高速且精密射出的目的，現代射出機大多採用高剛性結構及高應答伺服閥之閉迴路控制，使設備本身的數據更加齊全。射出單元，從原料的乾燥、螺桿塑化的轉速到射出的螺桿壓力、速度與位置等參數，設定值與實際感測的數據都已可輕易的儲存（圖5），利用全閉迴路的設計與統計運算的工藝，可以設定並計算標準曲線與實際射出曲線的差異，監控成型過程中的異常並進行有限的調控（圖６）。

利用「模穴感測器」偵測熔體在模穴內流動行為與基本物理性質的變化，透過積極的預防性做法，以達到更強大的線上品質監控。模穴感測器放置的位置、感測數值的擷取範圍、數據本身與統計運算後的特徵意義，如何對應於生產中成型品的品質、效率、成本、安全與生產力的特徵，將決定數據監控的成本與效益。感測器供應商 FUTABA 應用模內不同位置的感測，在特定時間內監控壓力的峰值（圖 7），以及特定區間的壓力積分值（圖 8）。這些經專家提出或融合運算的數據特徵亦須對應到相關設備參數，當監控的特徵數據產生異常時，可以依據相對應的關係，進行參數調整，使其在最短時間或模數內，完成矯正，消除特徵的變異（圖 6）。

成型工藝優化
成型製程過程中，感測器的導入，數據的擷取，雖然可以反應環境、設備、模具與材料造成的生產變異，這些生產變異直接影響品質、效率、成本、安全與生產力，並直接反映在生產數據的特徵上，這些數據特徵將以成型品品質為主，在取得穩定的產品品質與安全可靠的作業條件提下，一併提升生產效率、生產力並降低成本為主要目的。

穩定的產品品質是智能化生產的最主要的課題，現階段，新產品開發，從企劃、設計、原型、試模到量產，符合品質特徵的最佳化的量產參數，只能以從試模的數據結果伴隨著過往經驗判斷而產生，這樣的製程設計，需要能滿足生產製程的變異，才能得到穩定的生產品質，但是，通常事與願違，因為射出成型的製程中，生產環境、原料品質、設備與模具老化失效的各種動態變因讓成型參數的優化相形困難，也使得成品品質的穩定性需要更複雜且完整的控制與管理才能達到，設備數據與感測器數據特徵的監控讓成型品品質的穩定性不再需要複雜且完整的高成本控制設備。數據特徵的監控與標準數據的維持，可以累積對於數據特徵管控的經驗，藉由設備、感測器與品質特徵各種數據的辨識、收集與智慧學習，針對不同設備與產品特徵，辨識出合理且關鍵的數據特徵，並訂定數據特徵監控管制的標準，作為量產監控的改善依據，優化成型參數與監控特徵，提升生產效率、生產力並降低成本，亦可作為 AI 智慧學習的依據，邁入智能優化與智能生產。■

這篇文章 以智能化技術解決生產製程問題 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

前言
「慣老闆」是近年來常出現的一個名詞，在員工眼中，所謂好公司、好老闆都是可遇不可求。慣老闆當然需要被檢討，但如果想清楚了人和組織的關係，在同樣的公司裡，說不定可以看到不一樣的風景。這篇文章就是想談談關於看待工作這件事的幾個角度。

加入的偶然與離開的必然
首先要說的是，每個人加入組織都是偶然，而每個人離開組織則是必然。這句話很露骨，但卻是普世不變的硬道理。你說你一進公司就矢志效忠，非要做到退休才走。但等退休的那天到來，你還是會離開。更何況，現在的公司開開關關，員工都希望天長地久，但老闆在乎的卻是曾經擁有。要想一路拼到退休，除了靠努力，還需要一點運氣。

對於組織與個人而言，彼此都不是歸人，而只是過客。在這偶然與必然的過程中，團隊成員們從「相忘於江湖」，變成「相濡以沫」，為的是什麼？為的就是藉由聚合在一起，共同創造出更大的利益，同時最後也使自己分配到更大的利益。組織是個平臺，透過這個平臺，將個人的力量集結整合後能創造出遠大於單打獨鬥的成果。同時，平臺也規範了利益分配的規則。

個人與團隊宿命的矛盾在於：創造利益時要彼此合作，但分配利益時卻又要相互競爭。個人與組織間就在這種競合的狀態中，保持著動態的平衡。

如何看到組織與個人的關係
要想在組織裡安身立命，首先，必須弄清楚別人要的是什麼？此外，還有更重要的就是，你自己要的是什麼？這個問題事關重大。如果我們接受上面所說的組織與個人間的關係，對組織的眼光就可以更加清明，態度也可以比較淡定。有幾個我個人覺得十分重要的體會，整理在下面和大家分享：

你現的工作，可能就是你所能有的最好選擇
我曾經有位部屬，工作表現中上，我對他還算滿意。但他經常每隔一段時間就來跟我抱怨薪水太低。後來有一天，本宮也乏了，就直接給了他三個月的特別待遇。在這三個月的期間內，我讓他放手找工作。份內的工作當然還是要做，但我從寬要求。另一方面，如果需要在上班時間內去別的公司面談，我也盡量給他方便。當然，這一切都依賴彼此的信任，在私底下秘密進行。

三月過去後，他還在。他告訴我決定留下來，也不來抱怨了，而且比之前更認真。我想，他在「眾裡尋他千百度」之後，終於了解到眼下的這份工作，才是那「驀然回首」後最適合他的。

學過經濟學的都了解，市場雖然不完美，但還是撮合供需最有效的機制。個人與組織原本就是供需的關係，所以慢慢也會在就業市場演化出平衡的狀態。在一家公司工作，只是在特定的時空下，所達到的一個供需平衡狀態，是偶然。只要守住遊戲規則還有江湖道義，好聚好散，彼此不用太沉重。如果覺得被虧待了，探頭到外面看看也很好。探完頭後，究竟選擇離開還是選擇留下，做好決定，然後就心甘情願的放手去做吧。最消磨志氣以及最惹人厭煩的，莫過於不願選擇改變，卻又留在原來的位子不停抱怨。

每個人都領兩份薪水
在公司中，每個人都領兩份薪水，一份有形，一份無形。有形的薪水包含薪資、福利、工作環境，以及日後的晉升等。有形的薪水容易計算，多數人選擇工作看的也就是這些。這樣的作法並沒錯，但我們可以看得再寬一點。無形的薪水則可能包含：工作歷練、人脈關係、教育訓練、視野擴大格局提升等。而這些正是日後轉換軌道更上層樓，或是自行創業的本錢。

有形薪水跟著公司，當你離開公司時，也就同時歸零；無形的薪水則是跟著自己，即使離職，依然帶著走。就像雲門舞集舞蹈教室的廣告標語一樣，「身體學會的，誰也拿不走。」當計算我們留在團隊中的收穫時，這份無形薪水一定要考慮進去。畢竟離開都是「必然」。特別是這年頭，除非你的雇主是政府，在你離開時，大多數公司能付給你的退休金或離職金，都不夠用。所以，更加重要的是「離開之後，你能帶走什麼」。

能幫你完成人生目標的，就是好公司！
因為我工作的關係，常會有年輕朋友來詢問關於轉換工作的意見。其中，最典型的問題就是：「老師，我目前在 A 公司工作，有另一家 B 公司要我去上班，老師您覺得 A 公司和 B 公司，哪一家比較好？」

「哪一家公司比較好？」大哉問！我通常不會直接回答，而是要對方回答我三個問題。第一個問題：「三年後，你想要變成什麼樣子？」這個問題有了答案，再來才問第二及第三個問題；第二個問題：「你覺得哪一家公司比較能幫助你，讓你成為你想要的樣子？」；第三個問題：「為什麼你覺得這一家公司比較能幫助你，變成你想樣要的樣子？」

第一個問題問「目的」，第二、三個個問題則是問「手段」。「目的」是自己人生的選擇，外人如顧問者，無從評論。至於「手段」是不是能達到目的，有一些規則與邏輯，這方面，我們在企業的經驗便能夠提供幫助。所以，什麼是好公司？「能讓你成為想要的樣子，也就是幫你完成人生目標的，就是好公司！」對此，讓我們舉以下三種例子，方便大家更容易了解上述提到的概念。

•待遇偏低，但工作穩定
一家公司待遇偏低，但工作穩定。上班彈性，下班準時。你每天都是你孩子的幼兒園裡，第一個去接小孩放學的父母。這是家好公司，只要你認為每天能準時接孩子，有許多時間陪他們很重要。

•前景不錯，但制度混亂
一家公司產業前景不錯，但制度混亂。說好要你去當業務的，但進去之後你發現不只業務，連生產、採購、甚至品管都要你插手，否則就會出大亂子。讓你累得像狗，每天都三更半夜才回家。這一樣是家好公司，只要你的目的是五年後自立門戶，和老東家打對臺。要學工夫，再沒有比這更好的機會了。

•沒什麼優點，卻是目前唯一錄取你的公司
一家公司一無可取，但卻是目前唯一給你工作的公司，這一樣是家好公司。因為他至少滿足你基本生活所需，以及給你時間去學習成長。

公司是完成人生目標的平臺，有了目標，才能判斷平臺的好壞。不過實際上我遇到的情況通常是，當我問完第一個問題後，對方的回答是「這我也沒想過耶！」這樣的話，我就會說一個「愛麗絲夢遊仙境」的故事給他聽。

愛麗絲迷路了，遇到一隻貓。
愛麗絲問貓：「你能告訴我，我該走哪條路嗎？」
「那得看你打算去哪兒。」貓說。
「我不在乎去哪兒。」愛麗絲說。
「那你走哪條路都無所謂。」貓說。
理論上，因為不知道要去哪裡，所以走哪條路都無所謂。但實務上，我會勸你留在原來的公司，一動不如一靜。因為新的環境未知變數多，用比較專業的說法就是風險大。評估投資案的基本原則是，當兩個方案的期望回報一樣時，風險低的當然勝出。

結語
個人與公司的關係，說白了，就是各取所需。只是這種「所需」，不局限於有形的金錢物質，還包括了更高不同層面的人性需求。你既不需要勉強自己愛自己的公司，但更不要去恨你的公司。唯一要做的事，是了解你的公司，並且管理好這個達成人生目標的重要平臺。勉強的事都不長久，公司與個人的事，只要想清楚了，一切好說。■

這篇文章 進來都是偶然，離開都是必然 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

【內容說明】
3C 產品常因外觀要求，使澆口設計往往被安排在不重要的位置上，如牛角澆口、潛伏式澆口等設計，且為了好拔除而將澆口尺寸設計到低於 1mm 以下，所以充填時容易使剪切速度過大且澆口壓力降也大，當塑件在保壓階段的保壓效果不佳時，便容易造成收縮不均，所以產品品質的好壞，主要取決於保壓傳遞效果，也就是塑料補償收縮的程度。當塑料溫度不斷下降，造成熱塑料不易補入，若澆口尺寸太小，澆口提早封口，則會使產品出現凹痕尺寸不穩定的情形。
圖 1~3：圖中案例為典型流道與澆口設計方式。
圖 4：在澆口位置的感測節點，透過溫度隨時間下降的情況，可以判斷出每支位置的有效保壓時間。
圖 5：將四支潛伏式澆口位置比對圖 4 中溫度下降情況，便能知道哪支澆口提早固化。
圖 6：雖然都是潛伏式澆口，但是截面不同，溫度、冷卻也不同，D 的設計顯示截面大、保壓較佳，且不易固化。產品的模具剖面溫度顯示，有高溫積熱的區域。
圖 7：充填階段感測點放在各區的位置。
圖 8：感測點位置的壓力傳遞分佈。

充填階段 (filling stage)：
充填階段即是塑料在設定射壓作用下由螺桿計量區經噴嘴、豎澆道 (sprue)、流道 (runner)、澆口 (gate) 填入模穴的過程（圖 8）。

tf-tf1：流量控制 (flow control) 階段。塑塑料開始充填空模穴，流量保持固定，模穴壓力緩慢上升。
tf1-tp：壓力控制 (pressure control) 階段。壓實塑料熔膠 (melt) 過程，模穴壓力迅速增加，塑料流量開始降低。填模壓力傳遞至模穴最末端。

保壓階段 (Packing stage)
保壓是充填的延續，因此有效的保壓狀況取決於澆口固化時間，若流道澆口設計尺寸太小，則塑料溫度下降快速，容易使澆口提早固化。流率下降快速導致停止進料，當澆口固化後，則透過傳統上的增加時間、增加壓力等方法都不會有效果。■

這篇文章 第 41 招、澆口位置設計與尺寸大小對於充填與保壓的影響 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

前言
本章將討論有關供給3D列印的材料的型態和種類，從事3D列印製程的人們（學生、教師、小孩和工程師、專業人士）都須嚴格閱讀您自己使用有關3D列印的材料安全說明，包含物質的化學與物理特性，畢竟材料變化與堆積的過程是施加能量的，如火警、化學侵入人體、粉塵吸入等都是可能造成的意外。認識與了解3D列印用的材料都是為了你無限的創意延伸，但也不能忽略它們可能不是你熟悉的材料狀態。

關於材料的型態和種類，我們會在文章中說明。按照ASTMF42分會所定出的AM分類標準來說明會比較容易理解，表1所列的便是AM分類與材料種類。

材料的形體
材料的型態又稱為相，大家熟悉的物質三態包含液相、固相、氣相，考慮到氣相的凝固堆積效率過慢，在現有的3D列印技術大多不予採用，我們下面將討論到液相與固相的材料，經過處理獲得材料的形體。另外，由於3D列印是以堆積材料的形式，因此材料將會被細化如粉碎、研磨、噴霧造粒等，通常希望物質顆粒大小至少小於每層解析度，形狀最好是規則的球形體，因此我們導入幾個物質三態以外的名詞，如下列四個材料供給的形體（圖1）：粉末體(Powder)又稱粉體，使固相物質具液體流動能力的特殊物理形狀，可使用尺寸單位和形狀對比來度量。粉末的定義就是直徑小於100µm（即0.1mm）的等效球形體，3D列印材料希望粉末形狀盡量接近球形體，因此我們引用一個物理量描述粉末相對球形度(Relativesphericity)，1代表真圓球體，數字越小，粉末的形狀就越怪異。

以乾粉法或是混合濕粉末材料進行3D列印時，都儘可能選擇粒徑在35~55µm，相對球形度在0.85以上的，以避免平鋪粉末不易擴散、細粉末易沾黏與堆積率不高等影響；濕粉法則必須將粉末和液相或是黏性流體（具牛頓或是擬牛頓流體）材料混合，液相中的固相顆粒要能均質散佈，並避免因眾粒的影響形成相分離，以冰沙飲料為例，若冰塊顆粒過大就容易和飲料分離，影響口感，導致飲料喝光了留下無味道的冰塊顆粒。濕粉法必須依噴嘴大小決定粉末的大小，但噴嘴過小會容易導致材料堵塞和堆積效率過低的問題；噴嘴過大則會造成層解析度與列印外表的粗糙。
一般來說，濕粉法的粉末大多小於乾粉法的要求，故濕粉法建議粉末顆粒小於0.5~15µm，才有利於粉末顆粒懸浮在液相中，相對圓球度則希望大於0.85。

黏性流體(Viscousflow)
也可稱為膠水、黏性液等，可導入黏度作為物理描述與度量。在3D列印製程中多少都會用到黏性流體的材料，如黏結劑、膠水、光固化樹脂、熱固化樹脂、熔化的蠟以及高分子聚合物，甚至把固體顆粒加入前述這些黏性流體形成複合材料。黏性流體必須非常注意幾項參數，包含施加在儲存罐的壓力、溫度、壓力作用(包含儲存和攪拌)，以及施加使黏性流相噴出達到3D列印目的之力量，過高的壓力和輸出力的施加速度會造成堵塞；溫度的高低是控制黏性流體的黏度、去除有機溶劑的重要參數，而光固化樹脂等黏性流相材料未進行加工前，則必須放置在儲存罐中，以免受紫外光的危害。

線材體(Filamentandwire)
3D列印中應用最廣泛的廉價設備，可說是以連續擠出聚合物材料燈絲或線材體的材料擠出法(MEX)，任何可以組合到此材料型態中的包含金屬、陶瓷與其他
添加材料都可以不用再次加工或以間接加工來獲得3D列印的產品，既簡單又饒富趣味；在材料噴射法(MJ)中，純金屬和合金線材是可以直接使用的；當線材直徑變大，就是棒材(Rod)，我們也歸類在線材之類，包含線(連續)、短柱與角狀物(不連續，如塑膠粒)、棒狀物等等。

薄片材料體(Sheetmaterial)
這個材料狀態是層疊貼合法(SL)特有的，但薄片材料體因厚度關係，有些固相如金屬會由硬片變成具撓性的板材，但黏性物質如塑膠、高分子或摻有粉末的高分子薄片等，相對地就會是柔軟的薄膜狀材料，每層的材料厚度就是最小的z軸方向解析度，這種材料型態是3D列印技術中比較能快速地堆積的類型，因為它已經是堆積完成的一整面材料，但也因此使特徵解析度受到很大限制。

材料的種類(Typeofmaterial)
按照表1所列舉的材料，我們在接下來的內容中列點進行描述。

聚合物(Poylmer)
聚合物名稱很多，如塑膠、高分子、有機物料等，依聚合的分子量區分，由幾百到幾十萬的單體聚合都有，因此存在由液相體轉變到膠體、黏性體，在到固體都有。只有少數天然高分子如天然橡膠，大部分是以石油化學提煉的副產物作為基質，添加不同的物質使其具光學（透光性）、力學（強度）、電學（絕緣性與導電）和熱學（絕熱與熱阻）等功能。
最常用於3D列印的聚合物材料，包含各種蠟（熔點25~120°C）、泛用塑膠（由110~250°C的玻璃轉化點，如ABS燈絲用在MEX）、工程塑膠（由180~400°C的玻璃轉化點，如PA尼龍用在燒結），這些聚合物都希望能夠很快地吸收能量熔化，並與之前列印固化的層互相在融合，同時最好能夠有結晶特性以獲得強度和精度；而解析度最高的光固化樹脂，則為3D列印件帶來透明光潔如寶石般的外觀，也是屬於聚合物。

比較新的還有彈性體如橡膠或硅膠，都能以3D列印做出有功能性的產品。別忘記聚合物的融合特性，是以分子間的吸引力，倚靠溫度的作用，使相鄰的材料產生融合，但光聚合樹脂是唯一例外，必須靠前面列印尚未全固化的樹脂互相融合，在列印後再次照射光以達到完全固化。

金屬(Metal)
只要能以焊接接合的金屬都可做為3D列印材料，進一步來說，只要能磨成粉末或壓成薄板的金屬，也都可以用膠黏、混合聚合物達到3D建模的目地。不過就金屬材料而言，我們大多是為獲得強固的一體化零件，因此固化金屬粉末的材料，在3D列印時以熔接或燒結的方式，獲得堅固且密度高的金屬零件製品，熔接則是以熔化材料互相混合為基礎的融合方式，這是大家比較熟悉的方法，也可理解為粉末的焊接；另外提到燒結，則與傳統粉末冶金和金屬射出成形有關，固相燒結可保持粉末材料在固體狀態以原子移動擴散達到緻密化，或利用液相出現產生的快速毛細現象吸收浸潤液相，填滿坯體實現完全密度，稱之為液相燒結。因早期3D列印技術的專利紛爭，金屬粉末的固化方式經常把熔接、焊接、燒結、融合、熔合混合在一起，現在ASTMF42分會已做了很好的上位名詞定義，故對此便不多敘述。

從材料學和化學的描述，金屬的特性來自金屬鍵結，係由於共用自由電子海導致金屬具有導電、導熱和延展性，金屬鍵是最強化學鍵三類之一。金屬材料必須要注意到其表面與環境氣氛形成的化合物，例如常見的氧化物，因為氧化的金屬形成了氧化物陶瓷，這些化合物的熔點非常高導致燒結作業的失敗，易氧化的金屬材料就不宜做為3D列印製程的材料，如鋁、鋅、鎂等，也因此3D列印金屬通常要進行惰性氣體的保護，否則一不小心就會變成一場精彩的煙火秀了。

陶瓷(Ceramic)
3D列印用的陶瓷材料指的並非常見的陶器或瓷器，雖然它們也可以拿來使用，但我們更專注在精密陶瓷材料，因陶瓷材料大多是金屬和氣體元素合成的，由於元素的結合是以強大的化學鍵—共價鍵(CovalentBond)和離子鍵(IonBond)形成，前者利用相鄰原子的共用電子，後者則利用離子的正負磁場分布吸引力，不但強硬又耐高溫，還因為生物相容性好，可用來做功能性強大的生醫應用。

可應用的陶瓷材料大多經過化學法純煉，所以正常取得都是極細小的粉末體(0.1~5µm)，因此3D列印的各製程都能取而使用，少則做為填充補強、多則扮演主角，發揮其耐化學、抗腐蝕、高耐磨等特性，只要適度利用表面金屬化沉積的3D列印技術，陶瓷材料也可在其表面形成電路，具電子傳送信號、導電、導熱的功能，因此精密且高等的陶瓷材料便被用在3D列印工業上了。

其他材料(Othermaterials)
在地球現實上，可被利用材料就只有金屬、陶瓷、聚合物三種加上材料的型態有三態（液、固、氣），其他因功能要求而開發出的材料或採自自然界的材料都是這三種材料種類和型態進行的排列組合，舉個例子：人們在海邊撿到貝殼，這種生物組織好比人類骨頭，組成的成分是丙基磷灰石與生物膠質交錯構成的複合材料，當你赤腳踩到可以感受到貝殼破片割傷腳底的刺痛，這是一種既鋒利又韌的生物複合材料，在以前人類想要仿造生物的骨骼組織是不可能的，但是現在透過3D列印的點到線到層的列印卻成為可能，哪怕將來透過3D列印出一塊木頭、一片蜂巢，甚至一片皮膚的人工材料，也不是甚麼新鮮事了。

結語
因特殊目的而研究出的各種材料，如半導體材料、生醫材料、纖維複合材料、奈米複合材料等，都脫離不了我們所學的基本物理、化學，以及數學的組合，給與定性和定量的管控而創造出有目的性的結構，我們現在才用到奈米級以上的材料，希望哪天3D列印可以用到量子級的材料，而在談到量子糾纏對材料所造成的影響前，我們還是先把微米等級以上的材料糾纏搞清楚吧！接下來Dr.Q將找一期為大家把快速原型(RapidPrototype)、3D列印(3DPrinting)、增材製造(AdditiveManufacturing)三個的差異給說明清楚，敬請期待。■

這篇文章 認識那些用於3D列印的材料 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

嚴格來說，人類社會改變別人的工具只有兩個「頭」， 舌頭和拳頭，也就是用說的和用打的。而除非你在黑社 會，否則在文明企業裡，主管能夠改變團隊成員行為的 工具就只剩一張嘴了。所以當部屬行為不符目標時，主 管能否給予有效的回饋，就是管理成敗的關鍵。所謂有 效的回饋，其中包含了兩個要素，一個是「部屬行為改 變」，另一個則是「不傷害關係」，翻譯成白話文就是 指「有用」又「中聽」的回饋。

回饋時必須把握住兩個人性
接受回饋的是人，所以我們要先了解跟回饋有關的兩個 人性原則，分別是「『人』與『行為』分開」，以及「談 『因果』，不論『是非』」。 原則一：「人」與「行為」分開 「人」與「行為」分開，換個說法就是，你可以否定一個人的行為，但不要否定這個人本身。

從形而上的道德層次來說，主管可以評斷部屬的行為 是否符合組織的目標，但無權評斷他的人格。如果部 屬的行為真的逾越了法律，那就交給法律，還是輪不 到管理者來裁決。從實務的角度來說，如果說一個人人品不好，那就是 宣判這個人沒救了。那該做的是讓他離開，而不是再 白花力氣導正他的行為。最後從人性的角度來說，如果你已經否定我了，那所 有你說的話，就不會是為我好。既然你都不為我好了， 那我又何必理你呢？

所以如果我們想導正一個人的行為，但卻否定了他的 人，這樣只會傷害關係，不會有成效。

原則二：談「因果」不談「是非」
再說第二個原則，談因果不談是非。也就是不批評別 人的行為是對是錯，但說明這樣的行為會導致的後 果。判斷是非是根據每一個人自己的價值觀，而價值 觀是主觀，而且不容易改變的。有人說，所謂的價值觀就是你認為對的事情，並且和它牴觸者無效。又有 人說，成年人用二十年的時間建立自己的價值觀，然 後用一輩子剩下的時間證明它是對的。

所以當我們說 一個成年人做的事情是錯的時候，可能發生以下兩種 結果：
• 你把你自己的價值觀強加在他身上，但這和他原本 的價值觀衝突，所以無效。
• 你正在推翻他安身立命的基礎，他會拼命抵抗

然而和主觀的「是非」相反，「因果」卻是相當客觀 的。因果就是這個世界運作的規則，包含了物理定律， 數理邏輯，還有一般的人性等等。比方說你放開手東 西一定會掉下去（物理定律）。比方說一斤白米混上 一斤紅豆，稱起來一定會是兩斤（數理邏輯）。又比 方說如果你不尊重別人，別人一定會不高興（一般的 人性）。不管你喜不喜歡，這些事情就是這樣運行， 跟你的喜好無關。

所以當我們跟一個團隊成員說明因果時，他就不能不 理你了。因為你說的是確實存在，不能否認的現象。 如果你說的是合理的因果，但對方卻「昧於因果」， 那就表示他冥頑不靈，表示他不值得「被管理」。白
話文就是，你可以請他走人了。

我們來看一個例子：一個同仁上遲到了。你跟他說上 班遲到是錯的，他回你說可是他加班到加很晚啊！你 如果再堅持就是不能遲到，那他也許就說以後我就不 加班了。像這樣子的對話基本上只是吵架，沒有建設 性。而且憑良心說，以現代的企業環境來說，一個人 是不是準時出現在辦公室跟他的工作績效還真的不一 定有直接關係，要看他的工作性質而定。但是如果我 們告訴同仁說因為你今天晚了半個小時進公司，以致 於缺席了一個有重要客戶出席的會議。這樣嚴重破壞 客戶對公司的印象，那談的就是遲到這個行為所造成 的果，他也就必須好好出來面對了。

有效回饋的CARS原則
你說上面講的人性原則好像不無道理，但究竟要如何 運用在給予有效回饋呢？你的心聲我們有聽到，所以 接下來就介紹給予回饋的公式：CARS。你只要正確 套用這個公式，自然而然給出來的回饋就是有用又中 聽了。
CARS四個英文字母分別代表的英文與意義如下：
• C：Condition，當時的情況；
• A：Act，你的行為；
• R：Result，你的行為產生的結果；
• S：Suggestion，我給你的建議。

串起來說，就是在當時XXX的情況之下，你做了XXX 事。你做的事導致了XXX結果，這樣的結果對XXX 產生了不好的影響，所以我建議你以後可以XXXX。

案例分析
延用前面提到的遲到案例，舉例說明如下：
• C：Condition 今天上午9:00，有重要客戶來參加你所負責專案的 專案進度會議。
• A：Act 你9:30才出現在會議室。
• R：Result 1. 讓客戶苦等了30分鐘，客戶很不開心 2. 枉費你昨天還加班完成測驗，但卻在這關鍵的臨門 一腳，因為遲到不但沒有得到客戶的讚賞，反而還 被客戶洗臉，這樣太不值得了。
• S：Suggestion 我知道你家住得很遠，所以我建議之後如果你真的 加班太晚，而第二天又有重要會議，你可以考慮：
1. 公司附近有家三溫暖，先去洗個澡休息一下就好， 等會開完後跟我說這個狀況，你再回家補眠。
2. 當發現可能要加班很晚才能完成測驗的時候，立刻 讓我知道，我可以預先安排好先讓客戶參觀工廠的 行程。等你晚一點進到公司的時候，我們再開專案 會議。
言語是刀，一不小心就傷人。請讓我們一起用心送 CARS，給別人「有用」又「中聽」的回饋！■

這篇文章 如何指正部屬又不傷感情？那就送他幾輛車： CARS原則 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

肉厚對流動的影響：
產品壁厚區域因熱傳較慢流動溫度較高，流動阻力較 低，是塑料流動時會先選擇的路徑；而產品壁薄區域 則相反，因熱傳快、溫度下降快，流動阻力較大，容 易造成短射或滯流現象。因此壁薄區域一般是模流較 為敏感而不易控制的區域。舉圖4、5、6、7的軟體 分析與現場試模短射圖為例，從中都可以得到以下經 驗，當產品設計本身的肉厚值分佈不同，造成的流動 波前速度差異會明顯有領先與落後現象。厚度設計差 異越大，流動的速度差異越明顯，厚壁區快速填滿， 而薄壁區則呈現停滯現象，且容易有短射或包封的問 題產生。

案例說明與分析：
圖 4 為 CPU Socket，是電腦主機板上用於固定 CPU，並導通電氣訊號的一種高精度插槽，在插孔數、 插座體積與形狀上都有很複雜的設計。因插孔數越來越多，而厚度設計值越來越薄，故分析難度頗高。其 流動分佈模擬與現場實驗短射，連結器產品設計因要 求高傳輸速度，故孔洞越來越多，且產品尺寸越來越 小，厚度設計趨薄（5條、10條不等），因此觀察流 動區域的領先與落後現像非常重要，因為領先與落後 只要相差數格便決定了端子插入是否會龜裂。

結果與討論： 根據這些圖例，我們可以發現淘肉厚很重要，但要在 對的區域淘才行。模流分析軟體可以提供多組設計的 分析數據讓設計者參考，以掌握合理的肉厚設計值， 並決定整個產品組合性的參考結果，使設計者能快速 做出正確的決策。產品設計時須注意的重點如下： • 產品厚度設計局部增加肉厚（加厚可以改變流動 波前） • 產品厚度設計局部淘除肉厚（淘料可以改變流動 波前） • 纖維配向性（影響變形趨勢與結合線強度），以 減少翹曲變形 • 多模穴的流動不一致，造成每穴重量不同，使產 品的尺寸與品質出現差異，導致需要稱重並檢驗 每個產品。 • 模穴內流動經常出現領先與落後的流動(Leading and lagging behind)會產生二股的結合溫度有高 低溫差情況，容易使結合線強度降低，造成端子 插入時出現產品斷裂的現象。■

這篇文章 第 37招、產品設計之厚度篇~【肉厚影響篇】 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

化學發泡劑可以分為放熱型、吸熱型、和放熱吸熱平衡 型，其中以放熱型的效率最高（本實驗室驗證過）， 一般射出機若要做化學發泡，射嘴一定要有一個可開關 閥門，不然在螺桿內就發泡膨脹了，且發泡劑的選用要 根據塑料的熔點而定，因為不同發泡劑有不同的裂解溫 度。一般說來，化學發泡的氣泡大小會較Mucell® 的氣 泡來的大，Mucell的氣泡約小於100μm，氣泡的大小可 由製程來控制，一般以溫度的控制最為重要，如料溫。 而若要有更大的膨脹比，則可在發泡時，利用模仁後退 (Core back)的處理方式讓模穴空間加大，如此一來就能 使氣泡變大。

微細發泡射出技術
塑膠發泡可以運用於很多地方，例如減震、絕熱、克 服產品翹曲變形等方面，其中最早的發泡產品是於 1914年開始使用的海綿橡膠和乳膠，後來被大量運用 於產品的包裝和運送（如：Sealed Air產品）。微細 發泡應用於射出成型的最大用途便是用來克服產品的 翹曲變形，尤其是當在冷卻時，若產品的肉厚不均， 便容易因為收縮不一樣（厚的地方未完全冷卻，而薄 的已經冷卻完畢）而產生翹曲變形，遇到這種狀況時 便能透過微細發泡來加以改善。

除此之外，微細發泡也被應用於其他領域，如在新加 坡的惠普雷射印表機工廠，這間工廠是最早導入微細 發泡射出於印表機的傳紙機構，作為一個產品設計者 這點要非常注意，市面上也有如何改善產品厚度不一 設計的參考書。另外，也有生物可分解塑料的發泡， 如PLA、PCL（非常貴）等，可應用於血管的支架 (Scafold)，而因為要讓血液可以流通，故支架必須是 開孔型的，一般是在射出PLA時加入氯化鈉，最後再 用水把氯化鈉溶掉。

模仁反壓技術
在發泡充填過程中，因為噴泉流 (Fountain flow) 的 流動特性，導致流道中間的氣泡最終會翻轉到產品表面，從而形成表面缺陷，而遇到這種情形時，我們可 以利用反壓技術來加以改善。最早在塑膠發泡中使用 反壓技術的是德國IKV和日本京都大學Oshima教授 所做的研究，這項技術可以改善產品表面的品質，一 般來說反壓的壓力50 Bar就夠了，如圖1所示，我們 可以從圖中發現，當反壓低於50 Bar時，產品表面會 呈現粗糙不光滑，而相較之下，反壓高於50 Bar的產 品表面則顯得極為光滑，這實驗結果和山東大學趙國 群教授研究團隊所做的結果類似。
射出時，反壓氣體的加入會減少熔膠的流動長度，假 設未發泡射出和發泡射出兩者的射出量和反壓壓力數 值都固定不變的情況下，我們可以發現當持壓的時間 愈長，熔膠的流動長度就愈短（如圖2）。此外，還 有個有趣現象，當反壓壓力超過塑料的熔膠強度時， 反壓氣體便會進入熔膠，形成未發泡的白色部份。

當單一塑料無法滿足業界需求時，我們可以加入功能 性的填充材以得到滿足需求的複合材料，如在塑料中 加入奈米材料的蒙脫土(MMT)、奈米碳管(CNT)等填 充材，將能強化塑料的機械強度、抗菌、耐腐蝕等功能。另外，其他常見的還有如在塑料中加入玻纖，以
減少收縮率與增加強度；加入碳纖，以增加導電度和 強度等。

若加入的是奈米材料(Clay)，則量不用過大（2 wt% 以下即可），舉蒙脫土為例，它是屬於層狀材料，加 太多會形成團聚現象（如圖3的TEM圖），影響材 料性質。而在蒙脫土中加入一些牡蠣粉、殼聚醣、環 糊精的複材發泡可用於吸附移除廢水中的重金屬。
另外，加入奈米蒙脫土將有助於提升材料的阻氣功 能，適合用於生產如可樂瓶之類的PET瓶胚。透過圖 4，我們可以看出有無加入蒙脫土，對於阻氣性的影 響。未發泡的情況下，在100大氣壓時，可看見有白 色的氣泡進入純PP；而0.5 wt%的黏土含量下，則 沒看到任何的氣泡進入；在1 wt%和3 wt%的情況下， 同樣可以看到並無任何氣泡進入。

結語
發泡射出時，一般可不用加保壓，因發泡的膨脹過程 本身就有保壓功能，從模穴壓力感測中可得知發泡 時的模穴壓力不大，舉圖5純聚丙烯未發泡/發泡射 出的模穴壓力圖為例，未發泡的保壓壓力設定為400 Bar；而當加入發泡劑且模溫為40°C時，模穴壓力 僅有約170 Bar；若使用動態模溫如圖中60~40°C、 90~40°C、120~40°C等，則可以發現模穴壓力皆低於 150 Bar，所以相較於固定模溫，使用動態模溫可以 將模穴壓力降得更低，但其缺點是成型週期時間會拉 長。另外，加入黏土亦會影響模穴壓力，從圖6中可 以發現有加入黏土時，其模穴壓力(45 Bar)比無添加 黏土(170 Bar)時小，因黏土可阻擋氣泡的傳遞，若加入動態模溫則模穴壓力會降得更低。發泡射出機是一 種專用的射出機，所以價格會比一般射出機貴，且因 射出機的先天限制，產品一定會有未發泡的皮層，而 選用熱壓方式則沒有皮層的問題。■

這篇文章 塑膠發泡與反壓技術 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

精密鑄造
人類很早就學會如何製作精密的金屬零件，在沒有削鐵 如泥的切削工具的年代，如何製造出精細的金屬件，首 先便是需要以融化金屬來鑄造的方式，也因為沒有焊接 技術和夠好的铆接工具，金屬鑄造獲得金屬粗坯成為當 時重要的加工技術，隨著時代演變與製造技術的進步， 精密鑄造不斷的縮小其產品領域，但卻有不可或缺的重 要因素，使其不被淘汰，Dr.Q列舉出下列幾點： • 傳統鑄造是一體件(Uni-body)製程的鼻祖，鑄造用 的模具觀念也是許多後來模具技術的發展濫觴； • 鑄造已經流傳幾個世紀，巨大的零件大多依賴這個工 藝，鋼鐵的存在對於人類社會是不可或缺的結構材 料； • 大型鑄造件對於原料可使用再生鋼材，在環境保護上 貢獻良多，龐大的日常鋼鐵廢料如建築用鋼筋、廢鐵 建材、報廢汽車、鋼鐵型材下腳料等等，能夠在鑄造 熔爐重新被再生使用；
• 鑄造件的密度高，拋光性能好。

精密鑄造還是有幾大分類，我們可將之區分為以下兩項。 1.失蠟鑄造 如圖1，聰明的人類在理解金屬熔湯可以藉由砂模的 限制來得到一體化產品，同時利用低溫的材料先行製 造出金屬物件的局部形狀，再透過拼接得到想翻鑄產品的模型，這早在中國明朝宋應星（公元1587~1666 年）所著的「天工開物」中篇便有提到，其中記錄了 透過數百年來流傳於世的失蠟鑄造鑄造大鐘之工藝與 圖形描述，與現代化的失蠟鑄相對比較，兩者還是很 相近的。
由於失蠟鑄造 (Lost wax casting) 的範圍很大，將之 範圍限制在與MIM的競爭製程將有助縮小範圍，以 重量低於1000g的產品來比較，才較為合理。然而精 密鑄造仍舊有下列缺失： • 失蠟鑄造的蠟模精度已經是不錯的，但是砂模材料 的顆粒度較粗，使得鑄件表面粗糙度與特徵的解析 度不足，偶有崩角導致鐵水洩漏出來或是鑄件缺 肉；且加上鐵水的流動過快容易造成氣旋成孔，在 轉角的位置產生缺陷； • 鑄造產出效率較低，每次都需要重新沾砂漿、灌注鐵水，且產品的均一性也不足； • 由於精度的比較，小於30g且訂單量大、交貨時 程短的高熔點金屬件，並不適用失蠟鑄造技術； • 失蠟鑄造的現場較為髒亂、蠟材蒸發氣味重，工作 辛苦。

MIM技術由於標準化材料和製程設備高度自動化，在 小件產品(<30g)方面已經確實擺脫精密鑄造的追逐， 但是在拋光技術上的調整仍需要有足夠的細心，才能 真正免除遭失蠟鑄造取代的威脅。

2.壓力鑄造
壓力鑄造意味鑄造時壓力大於1大氣壓，而且高出很 多，同時模具也要具備可重複使用，以及能耐受高溫 的特性。壓鑄(Die Casting)是大家熟悉的名詞，這部 分和液態金屬的製程非常相近，主要是由於其設備的 採用就和射出成型機幾乎相似，也是使用於精密模具 的重複製造，但是因為材料的不同，壓鑄是針對高於 500~850℃的鋁合金、鎂鋁合金、銅合金，且由於成型加工溫度遠遠大於MIM的成型溫度，導致其模具 壽命和精密度都遠小於MIM射出成型製程。 在工業上有三種常見的壓力鑄造的製程，分別為熱室 法、冷室法與金屬半固熔螺桿射出法（如圖2），熱 室法的唧筒室放置於金屬熔湯中，故障的設備會導致 壓鑄程序中斷，不過由於材料不容易冷卻，故壓鑄過 程中材料的流動性較好；冷室法就非常相似生病打針 射出藥水的方式，金屬材料熔體被活塞注入模具中， 前面描述的液態金屬製程便是改良冷室法，材料添加 前必須在一個真空熔煉室予以合金化共晶熔解，再行 注入模具；而半固熔螺桿射出法則最接近MIM的螺 桿射出機，只不過溫度要高達650℃，使金屬材料處 於觸變體（看似固體，一碰觸變成為液體，又稱半固 熔體）然後射出到模具中。由於壓力鑄造與射出成型 原理接近，均是採用高壓力推擠材料進入模具，那這 幾種製程的決勝點就在於材料種類、模具壽命，以及 產出的速度，壓力鑄造與MIM兩相比較之下，顯然 MIM在這些方面都勝出。

鍛造
鍛造在民間俗稱「打鐵」，人類早期學會的金屬加 工方式，利用加工工具和設備施加在約再結晶溫度 範圍（0.5~0.8Tm, Tm =Melting point, 熔點）的金 屬材料，使其變形、符合模具形狀，再透過多次的鍛 打和淬鍊使金屬逐漸形成有效的特徵成為最後的產 品。實際上，金屬塑形加工 (Metal Shaping Process) 中的鍛造僅是一個代表性的工藝，其他還包含引伸 (Drawing)、彎曲 (Bending)、旋壓 (Spinning)、旋鍛 (Spin Forging)、冷鐓 (Cold Heading) 等等，這些利 用金屬的屈服強度(Yield Strength)附近的加工技術 又被統包在板金加工 (Sheet Metal Works) 工藝中， 利用標準的金屬薄板材來成型金屬產品，對人類過去 近百年的文明演進有不可或缺的貢獻。鍛造利用外加 應力使材料晶界的移動與差排(Dislocation)糾結，進 而使材料變形及強化的原理是很容易理解的，透過在 不同的溫度下交替捶打使材料硬化、形變以及獲得形 狀，隨著雜質不斷被移除，最後的產品便成為一種具 有高密度高強度的零件。然而，鍛造工藝並不具備大 量與快速生產的優勢，與所有模造品相比較，對MIM 製程的威脅性最低。

鍛造的過程主要在於反覆捶打以及保持工作的溫度， 材料必須維持在高溫，這也意味著所使用的工具也要 一起接受高溫的考驗，加上工作過程對工件的夾持呈 現不確定性的變化，必須倚賴經驗豐富的人工進行， 在生產自動化就比較困難。因此，鍛造工藝能夠加工 的產品尺寸也受到上述的限制，尤其是對鍛造後的餘 料去除又是另外一項費事的工藝，硬度高的餘料和氧 化的表面無疑是後製程的大考驗，無怪乎MIM能夠 逐漸取代鍛造工藝的產品。當然，以尺寸大的產品而 言，鍛造工藝仍舊優於MIM。 值得注意的是鍛造工藝講究的是金屬材料相變化的控 制，學習金屬相變化處理是所有金屬工藝必要的， MIM零件在燒結的後處理，也有很多利用到金屬塑性 加工技術，所以也屬於類似於鍛造的工藝（例如整型、 彎折、攻牙，甚至進行雷射點焊），因此讀者們應該 去關注鍛造工藝的原理。

傳統粉末壓製 粉末冶金的粉末壓製技術可以追溯到十個世紀以前， 在印度發現有鐵金屬粉末冶金製品，但是原材料的不 穩定和技術難題，真正記載的工業粉末壓製之有效方式已經是在1930年之後，主要還是以鐵基合金為 主。美國粉末冶金工業聯盟(Metal Powder Industries Federation, MPIF)是全球頂尖的粉末冶金壓製產品的 標準制定單位，包含MIM所使用的標準材料都被收 編在MPIF 35規範之中。標準化的制定意味著粉末壓 製產品的商業化程度，而廣義的粉末冶金其實也包含 了3D列印與MIM，這些在前面兩期的雜誌中略有敘 述。
以Dr.Q的見解，這三種工藝最大的區別首先在於原 料，也就是起始粉末的形貌(Morpholog)和粒徑分 布的狀態，請見圖3所述，粉末的這二個特性對於產 品的最終性能、成型效率、銷售價格有很大的影響。 眾所周知的，傳統粉末冶金的粉末粒徑粗大、形貌較 為「崎嶇」，同時為便於粉末的輸送還要求不能有太 細小的粉末，以避免揚塵以及高摩擦對模具的傷害太 大，如此一來，製作出來的產品密度能達到70~85% 就很不錯了，有趣的是人類巧妙的利用粉末壓製的低 密度與多孔性來製作得到的齒輪等傳動件，浸潤油品 後成為動力傳輸的集成配件，齒輪(Geer)便是粉末 壓製產品造福人類的最大宗機構零件，便宜有效的粉 末壓製工藝已經是不可或缺的齒輪加工工藝之一。粉 末壓製和MIM最大的差異也就在圖3中顯露無疑，由於原料粉末的形貌差異導致製品的幾何造型呈現簡 單、二維維者的特性，同時相對密度低也降低了製品 的機械性能，無法製作具精密特徵的小型零件，在 2018年大量使用在微型減速機構的小齒輪外徑小於 1mm，粉末壓製的限制在製作小於2mm以下的製品 時，就會暴露出該製程的缺點。

結語
不論是何種金屬的加工工藝，都必須要注意三個要點： 外觀、尺寸以及物理性質，尤其是外觀的要求通常是 很嚴苛的。當然，在選擇加工工藝的時候，我們要從 人、料、機、法來進行綜合的評價，最後通常是以成 本考慮為主，金屬射出成型經歷了40年以上的考驗， 在塑膠工業的技術基礎上獲得神助，以及環境成本的 助力，無怪乎麥肯錫顧問公司對MIM給予緊追3D列 印的評價。（Dr.Q覺得更像是雙方互拉彼此當靠山， 以繼續拉抬3D列印與MIM領先的地位！）■

這篇文章 MIM技術的競爭製程(3) 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。