多组份射出成型技术的发展与应用

■富强鑫/ 林宗彥博士

前言

根据相关研究机构之调查,目前全球射出机市场规模约为美金130亿元,射出机广泛运用于汽车行业、家居用品、电子及家电产品、建筑业、包装及医疗器材等行业。近年来,随着产业技术的发展,多组份射出成型技术被广泛地采用。多组份成型技术最早是以多组份射出为代表(亦即业界常用的多组份射出机一词),于1960年代由德国企业开始发展。当时开发多组份成型技术之目的是要改善多组份零件的生产效率,其射出工艺及模具制作技术相较于单色射出更为复杂。
多组份射出(Multi-ComponentInjectionMolding)是由至少两种不同的材料通过射出成型得到所需零件的加工过程,其整合各组份的优越性能,可以生产普通单组份射出过程无法实现的特殊性能制品,多组份射出成型的独特之处在于:
(1)可将不同加工特性的材料复合成型;
(2)增强异种材料的贴合性、密封性,人体工程学和其他产品性能特征-尤其是功能性软硬质组合;
(3)提高制品手感和外观,集多种性能于一体;
(4)诸如颜色编码、品牌、条形码、永久性标签之类的信息;
(5)缩短产品的设计、生产及成型周期,降低了成本;
(6)省略传统射出成型后二次加工、装配的过程。

多组份射出成型工艺

当前根据各组份在其成型过程中结合形式的不同,大致可分为多组份注射成型、多次注射成型与包覆成型等三种。多组份注射成型主要包含共射成型(co-injection)、双射成型(biinjection)与间歇射出(Intervalmarbling),主要涉及通过单个模具中的相同或不同浇口位置同时或顺序注射两种不同的材料。在共注入过程中,两种材料同时注入同一工具中,而较软的材料则迁移到外层,材料兼容性对于此过程至关重要。多次注射成型主要包含旋转模具、型芯让位与移位,涉及以指定的顺序将不同的材料注射到模具中,其中模腔的几何形状可能会在顺序之间改变,该制程通常需要专门的设备和工具。

 

图 1:FB-280R 双色机生产双色沙拉碗                 图 2:多组份注塑成型加工制程

包覆成型

主要包括嵌入成型与熔芯技术,包覆成型最常用于将较软的热塑性弹性体成型到硬质塑料上,而多组份射出机在包覆成型的应用上可降低成型工艺设备的投资成本。随着多组份射出机的发展,从双色机、三色机到四色机,加上垂直转盘及水平转盘的变化,注射单元的配置方式产生了非常多的组合。为了便于沟通及避免误解,富强鑫于2017年将多年来所发展的各种配置方式加以归纳,首次提出「多组份射出机射出型式定义」。以多组份成型机为例,总共有五个基本形式,包括:P型(平行双射-Parallel)、L型(直角双射-Horizontal)、V型(天侧双射-Vertical)、W型(背式双射-Piggyback)、H型(对向双射-Opposite),再以双色机的五个形式为基础,可继续衍生出三色机及四色机的射出形式定义,总计有19种配置方式,上述形式皆经过市场实机验证,另根据富强鑫的规划,多组份射出机射出形式未来将达到25种配置方式。

多组份成型技术之发展趋势

从历届德国K展观察,其中2004年及2007年两届K展在多组份成型技术上,出现多种应用组合,如:双色+重迭模、双色+旋转重迭模+IMA、双色+IML+IMA+重迭模、双色+夹层、双色+Mucell(微发泡)、三色+IMA、三色+嵌入成型、双色+硅胶成型(SIM)、双色共射出+水辅射出、双色+反应射出等。然而超大型水平转盘对射机、全电双色机、三工位三色转轴机、四色机等高技术产品亦在此时出现。

换言之,多组份成型技术必须与其他技术结合应用,创造更高的效益,成为下一阶段必须挑战的目标。其中的关键议题就是多组份模具技术及自动化周边的发展,不论是模内贴标、模内组合、水平旋转四面重迭模、微发泡、硅胶成型等,都需要相关的模具及周边的配合。因此,射出机、模具、自动化周边的技术整合与共同开发是多组份成型技术发展的关键,如此才能形成高度自动化生产单元。未来,二板式水平转盘多组份成型机将会持续深化发展,尤其是水平旋转四面重迭模的应用,结合电动驱动单元,如转动单元、射出单元等,也是多色机实现高精度、多功能的重要基础。更随着智能射出机技术发展的推进,多模穴流动平衡、射出熔体变异控制、锁模力在线监测等技术应用,使多组份射出机逐步朝向高效能领域发展。■

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