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什麼是吹脹比？控制中空成型壁厚與強度的黃金法則

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你的瓶子為何一摔就破？

為什麼您的中空瓶罐在墜落測試時，總是從角落破裂？為什麼產品的壁厚如此不均勻，有些地方厚、有些地方卻薄如蟬翼？

答案很可能就藏在可製造性設計 DFM 階段一個最關鍵、卻常被忽視的參數：吹脹比。

什麼是吹脹比？

吹脹比是一個簡單的數學比例，用來描述塑膠在模具中被拉伸的程度。

其定義是：模具型腔的最大直徑 ÷ 型胚或瓶胚的原始直徑。

這是一個黃金法則，因為它直接決定了材料被拉伸的極限。一個 1:1 的比例代表材料幾乎沒有拉伸；而一個 4:1 的比例，則代表材料的表面積被迫延展了數倍。

關鍵一：吹脹比如何決定壁厚與強度

吹脹比與壁厚成絕對的反比關係。

比例越高，代表型胚需要被拉伸得越薄，才能填滿整個模腔。這會導致兩個直接的後果：

  1. 整體壁厚變薄： 過高的吹脹比會使產品整體的平均壁厚不足。
  2. 壁厚嚴重不均： 塑膠在吹脹時，會優先填滿距離最近的區域。這導致瓶身（吹脹比小）的壁厚，遠大於瓶底角落（吹脹比最大）的壁厚。

這就是為什麼瓶罐的角落會一摔就破，因為它們通常是吹脹比最大的區域，壁厚也是成品上最薄、最脆弱的點。

關鍵二：吹脹比如何決定成型可行性

每種塑膠材料的物理拉伸能力都有其極限。

如果 DFM 階段設計的吹脹比過大，超出了材料的物理延展極限，熔融的型胚在吹氣過程中就會直接破裂，導致生產失敗。

專業建議： 優秀的製造商會建議將吹脹比控制在一個安全的範圍內，例如 3:1 或 2:1，具體取決於材料、產品形狀與壁厚要求。

如何優化吹脹比的設計？

  1. DFM 階段： 避免設計又寬又扁的瓶身、卻搭配極窄小的瓶頸，這會造成局部的吹脹比過大。
  2. 製程改善： 對於擠出中空成型，可以導入型胚編程，動態調整擠出型胚的厚度，預先在拉伸量大的區域提供更多材料，以補償高吹脹比帶來的過度薄化。

省下 30% 模具修改費：10 個中空成型 DFM 設計原則

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開模前必看的設計原則

在 3D 圖檔中看似完美的瓶子或油箱，為何一開模就問題百出？壁厚不均、角落破裂、嚴重翹曲，這些都是昂貴的模具修改與量產失敗的根源。

中空成型的可製造性設計 DFM，與射出成型截然不同。射出成型是關於材料的填充，而中空成型則是關於材料的拉伸。

一個優秀的 DFM 設計，是在繪圖階段就管理好塑膠型胚的拉伸行為。遵循以下 10 個關鍵原則，是您省下 30% 模具修改費、確保專案成功的保證。

1. 拔模角：脫模的基礎

這是最基本的原則。拔模角是零件側面相對於脫模方向的微小傾斜。塑膠冷卻時會收縮並緊緊抱住模具，如果沒有拔模角，產品頂出時會產生刮痕，甚至卡死。

  • 專業建議： 擠出中空成型 EBM 至少需要 3 度，射出中空成型 IBM 至少需要 1-2 度。

2. R 角：防止破裂的關鍵

塑膠型胚在吹脹時，不喜歡尖銳的轉角。尖銳的內外R角會強制材料過度拉伸，導致該處壁厚變得極薄，甚至直接破裂。

  • 專業建議： R 角是材料流動的路標。所有轉角都應盡可能圓滑，內 R 角半徑至少應等於 2 倍的材料壁厚，R 角越大，壁厚越均勻。

3. 控制吹脹比

吹脹比是指模具型腔的最大直徑與型胚的原始直徑的比例。這是決定壁厚均勻度的核心參數。

  • 專業建議： 吹脹比過大，代表型胚需要被拉伸得非常薄才能填滿模腔。應盡可能將比例控制在 3:1 以內，以確保底部和角落有足夠的材料強度。

4. 避免大面積平面

大面積、平坦的表面是中空成型品翹曲變形的重災區。原因是塑膠在冷卻過程中收縮不均，平坦的表面缺乏結構支撐，會向內凹陷或向外翹曲。

  • 專業建議： 在大平面上設計淺淺的加強肋，或使其表面帶有微小的弧面或冠狀，就能大幅提升結構剛性，有效抵抗收縮變形。

5. 加強肋的正確設計

中空成型的肋與射出成型的肋完全不同。射出成型的肋可以做得又高又薄，但中空成型無法。

  • 專業建議： 肋必須設計成寬且淺的圓滑凸起。如果肋太高太窄，型胚在拉伸時將無法填滿，只會形成拉絲或破洞。

6. 瓶底的內凹設計

在擠出中空成型 EBM 中，型胚的底部是被模具夾斷並熱熔密封的。這條夾斷線是產品外觀的一部分，且底部若為平面，會因冷卻收縮而不穩定。

  • 專業建議： 應將瓶底設計為內凹式，這樣可以將夾斷疤痕隱藏起來，並創造一個穩固的站立環，確保瓶子能平穩放置。

7. 把手的根部設計

EBM 能一體成型把手是其巨大優勢，但把手與瓶身的連接處也是應力集中點。

  • 專業建議： 把手與瓶身連接的根部，必須使用盡可能大的 R 角過渡。R 角過小會導致結合線脆弱，使把手在受力時輕易斷裂。

8. 考量夾斷線位置

擠出中空成型的夾斷線，是產品上最脆弱的區域。

  • 專業建議： DFM 階段就必須規劃夾斷線的位置。應避免將其放置在產品的主要受力面或外觀要求最高的區域。

9. 預留修邊的加工區域

擠出中空成型必然會產生毛邊。在自動化生產中，這些毛邊需要被機器人或刀具裁切。

  • 專業建議： 應在 DFM 階段就為裁切刀具預留足夠的空間，並設計易於定位的特徵。若忽視修邊工序，會導致後加工成本大增或根本無法自動化。

10. 表面紋理與文字

在模具上蝕刻的紋理或文字，在吹脹過程中會被拉伸。

  • 專業建議： 所有文字或 Logo 都應設計得寬、淺、且圓滑。過於尖銳或深刻的圖樣，會因材料拉伸不足而導致細節模糊不清。

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。

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。