2018年9月雜誌專題Dr.Q 技術專欄顧問專欄

MIM風雲 (3)點匠錄:模具與注射成形

■邱耀弘博士

 

前言

人類與動物區別其中的一項,就是人類會使用工具 (Tools)來複製產品,而工具就是模具(Molds),模具中 有一個到數個的已經定義形狀與尺寸的模穴;中文字義 的奇妙也是人類與野獸的不同,很多由”具”當詞尾組 成的詞句,如玩具、手工具、治具、夾具…等不勝枚舉, 這些各種工具的用途都是幫助人類美好的生活。

在廣義增材製造的方法中,模具是重要的一個產品複製 工具,有了模具可以賦予材料填充並且有了邊界、尺寸 以及機械性能的整合效益,更因為可以計算成型時間有 了效率,也就能夠被賦予複製產品而產生了有效的經濟 活動。所以把模具設計正確,是非常重要的事,尤其在 模具的製造和未來生產的成本更要詳細計算討論,通常 模具的價格超過產品的價值很多,隨著產品被複製數量 的增加,產品本身攤提模具的費用就越來越低,很可惜 的是許多製造業主都喜歡用”便宜行事”的模具,Dr. Q 說的不是不能用價格便宜的模具,而是沒有經過細節檢 討和因製程關鍵需求而設計的模具,希望讀者能明白,

一分錢一定是一分貨,而且羊毛不是出在羊身上,是 在業主身上,便宜行事只會造成往後更差的結果。

經過五年來的努力,MIM技術因為塑料注射成形產業 的發達,我們蒙受其惠,包含產品設計手段(Design For Manufacturing, DFM 製造可行性設計 )、模流模 擬與分係對策、模具製造方法(傳統機加工、金屬3D 打印)、注射機(液壓機、電動機以及動態注射機等)、 注射機輔助配件(螺桿、炮筒、模溫機、機械手),這 些技術/方法/設備/耗材都日新月異的被創造/改 變/升級,也讓MIM技術隨之增添傳奇。那麼接下 來要為讀者介紹幾家由Dr. Q心目中認定的匠級廠商, 他們的服務和能耐不僅只為了MIM產業,甚至是整 個塑料注射成形大產業,一起來看看。

 

模擬軟件

大學社團變成公司 – 科盛科技的Moldex 3D 科盛科技就是張榮語教授所帶領的團隊,張教授在台灣清華大學化工系任教時期,由學生社團舉辦的暑期 化工營的延續,實驗室學生們一起把研究程就轉化成 為商業運轉的真實案例成為學界佳話,也對大中華 地區的塑料注射成形技術演化寫下一段傳奇,軟件 Moldex 3D已經是華人圈的是佔率最高超過50%以 上,由版本的語言轉化親和力十足,東北亞和東南亞 也有進展,尤其是東南亞因為環境和政策條件,這兩 年的進展更是暴增需求。

在最新版本R16的PIM模塊有改進了功能,對於客 戶的數據建立也有改進的作法,可以使用BASF標準 喂料之外,也開放付費測試喂料特性。 Dr. Q建議大 家可  以先其採用論件計費實際的分析產品模具設計的 正確性,同時要注意到模流分析的價值不會是一槍命 中,而是循序漸進的得到經驗和成果,也請和客戶溝 通這種科學論證是必須的階段。

注射成形機與輔助配件

世界級注射成形機巨擘 – 海天注機集團 很有意思的是光講”海天”,在中國也有另一個食品 集團”海天醬油”和海天注機集團的名字雷同,也是 市佔率級大的,大陸的塑料業界都都曾說”海天除了 注機外還打醬油”,其是不是,但也代表海天注機級

圖1:可視化塑料壓實過程,動態壓實過程更快。左圖為餵料未使用動態的塑化狀況,右圖是已經開啟動態驅動的狀況,餵 料提早塑化熔融

團隊註注射機市場細微且完整的佈局。在公司董事長 明確的抉擇之下,海天注機集團憑藉自製零件與併購 海外品牌,得到了市場的高度認可,電動注射機已收 購德國長飛亞/高階注射機已收購日本新潟,注射機 的輔助配套模溫機、機械手、叉車與自動化設備由海 天動力承接,這些都是海天注機集團的優勢,也說明 了海天的匠心獨具。

到今天,海天注機集團仍以驚人的出貨速度– 每周大 於80部各式注射機出貨,產品範圍擴及塑料、聚合 物、粉末注射成形以及金屬壓住機等等,這個巨擘能 夠為注射行業帶來最有要效益的價值。

業界的小巨人 – Babyplas 微型注射機 深圳迪嘉科技代理的意大利微型注射機品牌- Babyplas,這是業界眾所周知的設備,最新的一筆有 趣的產品交易,北京聯合科技大學的微型裝配與齒輪 製造實驗室看上的這個設備做為微型齒輪成形的研究 使用。 Babyplas並沒有使用習用的螺桿進行送料, 而是採用鋼球導熱與擠壓來取代螺桿對材料塑化,使 得設備可以縮小到桌上大小可以(就是一張辦公桌椅 以內)。別小看這個注射機,它可是麻雀雖小、五臟 俱全,Dr. Q在幾個國際展會和參觀工廠,都發現它的聚落身影(不只單單一台)。如果大家有興趣,歡迎 聯繫兩為李氏兄弟,可以到深圳實際感受微型注射的 優勢,尤其是模具不用老式太重的設計,桌上輕鬆注 射的工作條件,很有趣歐!!

 

新技術崛起 – 動態注射成形機

動態塑化成型是中國工程院院士、華南理工大學聚合 物新型成型國家工程研究中心帶頭人瞿金平院士團隊 多年潛心研究的具有國際專利的科研成果,由瞿院士 的參與並指導廣州一道科技有限公司將新技術應用於 設備上,這將會是塑料與MIM注射成形的一個革新 技術,關鍵在於動態產生器- 超聲波添加於注射機螺 桿,驅使喂料提早塑化並防止堵塞,同時也改變了 MIM喂料密度分散不均勻的窘境;動態注射也能增強 物料的流動性,使喂料填充模穴長度增加!如圖1所 示,加入動態源素使喂料提前塑化;圖2  為動態注射 增長喂料流動行進長度,震動能量越大使得產品干涉 紋變寬。大國之匠為工業革命之要素,動態注射的一 道科技當之無愧,目前一道的技術在透明PET瓶坯、 LED的PC/PMMA超厚度導光透鏡已經是全球知名。

 

不必花大錢 – 客製化的螺桿與炮筒

此外,由於注射產業的進步與普及,將上製造螺桿與 炮筒的設備越趨精良,大陸的砲筒螺桿製造廠商已經 接近甚至部分超越了國際水平,Dr. Q要特別推薦的是東莞燁橋的螺桿、炮筒與火箭頭三件套,總經理王 善忠先生為人敦厚,樂意分享技術並持續改進,他的 數據庫有足過PIM產業經驗,對於螺桿壓縮比的調整 是和不同收縮比的MIM/ CIM喂料,不同表面硬化層 處理適應不同硬度的粉末材值,都可依據客戶的要求 進行客製化螺桿製造,而那些標準品牌配備的螺桿, 就更不在話下了,有興趣的讀者可以參考採用。

Dr. Q要強調的是,仍然有其他眾多的優秀供應商可 以選擇,Dr. Q並沒有被足夠的篇幅來撰寫。但是這 裡所推薦的,是以Dr. Q的內心和幾年來配合的評價 而定的工匠,請讀者們自行斟酌判斷。

 

邱耀弘DrQ. 博士

耀德講堂創立人。畢業於台灣科技大學,林舜天教授粉末冶金實驗室大弟子。 中國與中國台灣MIM產業顧問,有關技術文章超過20篇,專利超過百篇。以“無私分享,升級產業”,被天下雜誌評論為“黑手博士”。

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