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真空成型 DFM-7 個避免量產失敗的關鍵設計原則

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什麼是 DFM？ 為什麼它能幫您省錢？

DFM 即 Design for Manufacturability(可製造性設計)。在真空成型領域，DFM 甚至比射出成型更為重要。

一個在 3D 軟體中看似完美的設計，若沒有遵循 DFM 原則，在實際開模生產時，極可能發生拉伸破裂、角落過薄、表面刮傷、或成品卡死在模具上的災難。

真空成型的 DFM 是在產品設計階段就導入製造思維，確保產品能被高效、穩定且低成本地生產出來。在開模前花時間優化 DFM，是省下未來鉅額模具修改費與不良品成本的最佳途徑。

7 大真空成型 DFM 設計原則

您在發布文章時，強烈建議為以下每個原則都配上正確與錯誤的對比圖例。

原則一：設定足夠的拔模角

這是真空成型 DFM 的第一金科玉律，絕對必要。拔模角是零件側面相對於脫模方向的傾斜角度。
專業解析： 塑膠板材冷卻時會收縮並緊緊包住模具。如果沒有拔模角，成品會被牢牢卡住，強行頂出會導致產品變形、刮傷或模具損壞。

  • 建議： 所有垂直面至少應設定 3 度拔模角。
  • 表面咬花： 如果產品表面有咬花紋理，摩擦力更大，拔模角應增加到 5 度甚至 7 度以上。

原則二：R 角必須圓滑 Radii

塑膠板材不喜歡尖銳的轉角。
專業解析： 當軟化的板材被拉伸時，如果遇到 90 度尖角，該處的材料會被極度拉伸，導致厚度變得極薄，甚至直接破裂。同時，尖銳的內角也是應力集中點，使成品在受到輕微撞擊時就從角落開裂。

  • 建議： 所有內外轉角都應盡可能設計圓滑的 R 角。R 角半徑至少應等於 1 倍的材料厚度。

原則三：管理拉伸比

拉伸比是指零件的深度與其開口寬度的比例。
專業解析： 這直接決定了壁厚的均勻度。一個又深又窄的盒子，其底部和角落的材料會來自於最初的一小塊板材，導致該處被拉得非常薄，失去結構強度。

  • 建議： 拉伸比不宜過大，通常建議控制在 2:1 以內。若必須進行深度拉伸，可能需要使用更厚的板材，或改用壓力成型。

原則四：嚴格避免倒鉤

倒鉤是指任何阻礙零件從單一方向垂直脫模的特徵，例如側面的凹槽、卡榫或內勾。
專業解析： 在單面模具的真空成型中，倒鉤會導致成品 100% 卡死在模具上。雖然射出成型可用滑塊解決，但真空成型模具通常不具備此類複雜結構。設計時必須確保所有特徵都能從單一方向順利脫模。

原則五：公模成型 vs 母模成型

您的產品細節要放在哪一面，決定了模具的製作方式。 專業解析：

  • 母模成型： 板材被吸入凹模中。優點是產品的外觀面細節最清晰，尺寸精確，適用於外殼。
  • 公模成型： 板材包覆在凸模上。優點是產品的內表面細節最清晰，適用於托盤或內襯。
  • 這兩種方式會顯著影響壁厚的分佈，公模成型的底部角落最薄，而母模成型的頂部邊緣最薄。

原則六：正確設計肋與表面特徵

您不能像射出成型那樣設計薄薄的加強肋。
專業解析： 真空成型的肋必須是寬且圓滑的，並且嚴格遵守拔模角規則。過窄或過高的肋，其頂部會因拉伸而變得極薄或破裂。同理，Logo 或文字也應設計成寬大、圓滑的凸起或凹陷，避免尖銳線條。

原則七：孔洞應由二次加工完成

切勿試圖在模具上直接成型出精密的孔洞。
專業解析： 熱成型無法製造出垂直於表面的乾淨孔洞。所有精確的孔位、開口和最終的產品輪廓，都應在 DFM 階段就預留定位特徵，並在成型後透過 5 軸 CNC 裁切或沖壓來完成。

塑膠射出模具結構入門：了解公模、母模、澆道與頂出系統

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揭開精密模具的神秘面紗

一套塑膠射出模具並非只是一塊雕刻好的鋼材，它是一台極度精密、由數百個零件組成的客製化機器。

模具的成本為何如此高昂？答案就藏在它複雜的內部結構中。了解這些基本結構，您就能明白為何 一個小小的設計變更會對模具造價產生巨大影響。

1. 模具的心臟： 模仁與 模穴

俗稱的公模與母模，是決定產品外型最核心的部分。

  • 母模 (模穴): 通常是固定側，它會形成產品的外觀面。例如一個杯子的外部形狀。
  • 公模 ( 模仁): 通常是可動側，它會伸入母模中，以形成產品的內表面或內部結構。例如杯子的內部空間。

公模與母模閉合時，中間的空隙就是您產品的形狀。而它們閉合的接觸面，則會形成分模線。

2. 塑膠如何進入：澆道系統

澆道是將射出機噴嘴的熔融塑膠，引導至模穴的輸送通道。它主要分為兩大類：

  • 冷澆道:
    • 原理： 澆道位於模具內，與產品一同冷卻，並在開模時作為料頭與產品一起被頂出，需要人工或機械手將其剪除。
    • 優點： 模具結構簡單、製造成本較低、維護容易。
    • 缺點： 產生塑膠廢料（料頭）、冷卻時間較長導致生產週期變慢。
  • 熱澆道:
    • 原理： 澆道系統內建加熱器，使塑膠在流道中全程保持熔融狀態，直接注入模穴。
    • 優點： 無廢料產生、生產週期快、可精準控制澆口溫度，有助於改善外觀缺陷。
    • 缺點：模具成本極高、結構複雜、維護技術要求高。

3. 塑膠從哪裡灌入：澆口的類型

澆口是熔融塑膠從澆道進入模穴的最後一道門。它的類型、尺寸和位置，對產品的品質至關重要。

  • 側澆口: 最傳統的類型，從產品側邊分模線進入，成本低，但會在產品側面留下一個明顯的澆口痕跡。
  • 潛伏式 : 俗稱潛水式，澆口從分模線下方潛入產品側面或底部。優點是開模時澆口會自動被扯斷，無需人工剪除，適合自動化量產。
  • 針點澆口: 通常搭配熱澆道或三板模使用，直接在產品外觀面進膠，只留下一個極小的針點。

澆口的選擇是DFM (可製造性設計)</a> 的關鍵一環，因為它會直接影響結合線的最終位置。

4. 產品如何取出：頂出系統

當產品冷卻固化後，就需要頂出系統將其推出模具。

  • 頂出板: 模具後方的一組板件，負責推動所有的頂出元件。
  • 頂針: 最常見的元件，用圓形鋼針直接頂出產品。
    • 為了讓頂針順利頂出，您的產品必須設計足夠的拔模角。若拔模角不足，頂針硬頂會導致產品上出現白色的痕跡，即 頂白缺陷。

5. 複雜結構的功臣： 滑塊 與 斜銷

如果您的產品有倒鉤，例如側面的孔洞、卡榫或凹槽，導致產品無法垂直脫模時，就需要這些昂貴的特殊機構。

  • 滑塊 :
    • 作用： 用於處理外部倒鉤。
    • 原理： 在開模過程中，滑塊會先水平向外滑動，使側面的倒鉤結構脫離產品，然後模具才能完全打開。
  • 斜銷:
    • 作用： 用於處理倒鉤（例如內壁的小卡扣）。
    • 原理： 在頂出過程中，斜銷會沿著斜向移動，在頂出產品的同時也向側面退開，以釋放內部倒鉤。

關鍵成本點： 滑塊與斜銷是模具設計中「最複雜」且「最昂貴」的部分。這就是為什麼在DFM 設計審查時，工程師會盡一切努力消除倒鉤，因為每減少一個滑塊，就能為您省下可觀的模具費用。

1. 內容摘要

塑膠射出模具是一台精密的機器。它由公模/母模決定形狀，透過澆道系統 (冷/熱)輸送塑膠，經由澆口注入模穴，在冷卻後由頂出系統將產品推出。

若產品設計中存在倒鉤，就必須追加昂貴的滑塊或斜銷機構。了解這五大系統，是您與模具廠溝通、優化設計並控制成本的基礎。

DFM 關鍵：10 個必須遵守的塑膠射出成型設計原則

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什麼是 DFM？ 為什麼它能幫您省錢？

DFM (Design for Manufacturability)，即可製造性設計，是產品開發中最重要、也最常被忽視的階段。

許多產品在 3D 軟體 (CAD) 中看起來很完美，但一拿到工廠估價，卻得到無法生產或成本太高的回覆。

DFM 的核心理念是：在設計階段，就充分考慮到量產時的限制與可行性。

一個好的 DFM 能幫您省下鉅額成本，因為它能：

  1. 降低模具複雜度： 避免昂貴的 滑塊 或 斜銷 機構。
  2. 降低生產週期： 透過優化冷卻時間（例如均勻肉厚）來提高產能。
  3. 降低不良品率 。

10 大塑膠射出成型 DFM 設計原則

原則 1：保持均勻的肉厚

這是 DFM 的黃金法則。塑膠冷卻時會收縮，若肉厚不均，薄的區域會先冷卻固化，厚的區域則會後冷卻，並產生拉扯應力。

  • (X) 錯誤： 肉厚急遽變化。
  • (O) 正確： 盡可能保持整個零件的肉厚一致。
  • 為何重要?避免設計缺陷和產品翹曲變形。

原則 2：設定合理的拔模角

拔模角是指零件側面相對於脫模方向的一個微小角度。

  • (X) 錯誤： 垂直的側面 (0 度角)，導致產品在頂出時被模具刮傷。
  • (O) 正確： 依據表面粗糙度，設定 1 至 3 度的拔模角。
  • 為何重要? 幫助產品順利脫模，避免刮痕。如果產品表面有「咬花」(Texture)，尤其是紋路越粗的表面，脫模時的摩擦力就越大。因此，粗糙的表面需要比光滑面更大的拔模角（通常需要 3-5 度）才能避免刮傷。

原則 3：避免尖銳的內角 (Use Radii)

塑膠流體不喜歡尖銳的轉角。尖角會阻礙流動，並在成品上產生巨大的應力集中。

  • (X) 錯誤： 零件內側有 90 度尖角 (R=0)。
  • (O) 正確： 增加圓角 (R 角)。建議的內 R 角至少是肉厚的 0.5 倍 (R ≥ 0.5T)。
  • 為何重要? 避免應力集中導致產品脆裂，並有助於塑膠充填。

原則 4：正確設計「肋」

當您需要增加產品強度時，首選不是加厚，而是加肋。

  • (X) 錯誤： 肋的根部太厚，導致其對應的外觀面產生縮水。
  • (O) 正確： 肋的厚度應為主要肉厚的 50% – 60% (Rib Thickness ≈ 0.6T)。
  • 為何重要? 以最少的材料達到最大的結構強度，同時避免外觀缺陷。

原則 5：正確設計「柱」

「柱」(或稱螺絲柱) 用於鎖固螺絲或組裝定位。

  • (X) 錯誤： 柱子直接連到外牆，或柱子本身是實心厚肉。
  • (O) 正確： 柱子應透過肋與側壁相連，且柱子根部厚度需遵守原則 4，以避免縮水。
  • 為何重要? 確保螺絲鎖固的強度，並防止外觀面出現縮水凹陷。

原則 6：盡可能避免倒鉤

倒鉤是指任何妨礙零件垂直脫模的特徵，例如側面的孔、卡榫或凹槽。

  • (X) 錯誤： 隨意設計卡榫。
  • (O) 正確： 重新審視設計，是否能透過開孔或更改開模方向來消除倒鉤。
  • 為何重要? 這是模具成本的最大殺手。處理倒鉤需要複雜機構，會使模具成本飆升。

原則 7：考量澆口位置

澆口是塑膠進入模腔的入口。它的位置會決定產品的一切。

  • (X) 錯誤： 將澆口設在薄弱的結構上，或顯眼的外觀面。
  • (O) 正確： 將澆口設在產品最厚、最強壯、且最不影響外觀的地方。
  • 為何重要?澆口位置會影響結合線的位置、翹曲方向，並在產品上留下一個永久的澆口痕跡。

原則 8：預測並管理結合線

當兩股 (或多股) 塑膠流在模腔中相遇時，會形成一條「結合線」。

  • (X) 錯誤： 讓結合線出現在產品承受應力的地方 (如卡榫根部)。
  • (O) 正確： 透過更改澆口位置，將結合線推到不影響功能或外觀的區域。
  • 為何重要? 結合線是產品上最脆弱的地方，強度僅有原料的 60-80%，且會影響外觀。

原則 9：材料的選擇

DFM 不只是形狀設計，也包含材料。

  • (X) 錯誤： 設計完成後才隨便挑選材料。
  • (O) 正確： 材料百科。
  • 為何重要? 不同的塑膠有不同的收縮率。例如 PA (尼龍) 收縮率高，PC 收縮率低，模具必須根據指定材料來精密加工。

原則 10：文字與 Logo 的設計

在產品上添加文字或 Logo 時，凸字比凹字更好。

  • (X) 錯誤： 在產品上設計凹字。(這代表要在「模具」上做出「凸字」，加工困難且易磨損)。
  • (O) 正確： 在產品上設計凸字。(這代表在「模具」上是凹字，可直接用 CNC 或 EDM 加工出來)。
  • 為何重要? 凸字的模具加工成本更低，且模具壽命更長。