標籤彙整: 吸塑

真空成型 DFM-7 個避免量產失敗的關鍵設計原則

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。

真空成型 vs 壓力成型 vs 雙板熱成型 | 3 種熱成型技術

熱成型不只是真空成型

許多人提到熱成型,第一時間只會想到真空成型。事實上,真空成型只是熱成型技術家族中,最基礎、成本最低的一種。

如果您的產品需要更銳利的邊角、精細的表面紋理、甚至複雜的中空結構,那麼您必須認識更進階的壓力成型雙板熱成型。這三種技術的模具成本精度與產品應用截然不同。

1. 真空成型

真空成型熱成型最基本的形式。

  • 原理: 將加熱軟化的塑膠板材覆蓋在單面模具上,接著快速將模具與板材間的空氣抽走。此時,僅靠外部的一層大氣壓力約 14.7 psi,將板材壓向模具使其貼合。
  • 優點:
    • 模具成本最低:僅需單面模具,且對模具強度要求不高,可使用鋁合金模。
    • 設備簡單:製程相對單純,開發週期短。
  • 缺點:
    • 精度有限:僅靠 1 大氣壓,難以成型尖銳的R角或精細logo。
    • 拉伸不均:在深度拉伸的轉角處,板材會被過度拉薄。
    • 細節模糊:只有接觸模具的那一面細節較清晰。
  • 常見應用: 食品托盤、包裝泡殼、醫療托盤、簡易的外殼。

2. 壓力成型

壓力成型是真空成型的高階進化版,能做出媲美射出成型的外觀。

  • 原理: 此製程同時使用真空與高壓。在真空將板材吸向模具的同時,額外從板材上方施加 3 到 6 倍的大氣壓力約 50-100 psi,將板材強力壓入模具的每一個細節。
  • 優點:
    • 細節銳利: 高壓能成型出射出成型般的銳利邊角、精細紋理、甚至凸起的文字 Logo。
    • 外觀媲美射出: 可用於製作高品質的大型機器外殼、醫療設備面板。
    • 拉伸更均勻: 相較於真空成型,壁厚控制更佳。
  • 缺點:
    • 模具成本較高:模具必須更堅固以承受高壓,通常仍為鋁模,但結構更複雜。
    • 設備成本較高:需要能施加高壓氣體的成型機。
  • 常見應用: 醫療設備外殼、大型機器面板、健身器材外罩、POS機殼。

3. 雙板熱成型

這是最複雜的熱成型技術,專門用於製造中空產品。

  • 原理: 機台會同時加熱上下兩片塑膠板材。接著模具閉合,夾住兩片板材,並在兩片板材中間吹入高壓空氣,使其像氣球一樣膨脹並分別貼合上下模具。同時,模具會在特定位置將兩片板材熱熔焊接在一起,形成一個無縫的中空結構。
  • 優點:
    • 可製造中空結構: 這是其獨特價值,可取代滾塑或吹塑成型。
    • 結構堅固: 可在內部設計加強肋,使產品剛性極高。
    • 可整合不同材料: 上下板材可使用不同顏色或不同材質的塑膠。
  • 缺點:
    • 模具與設備最昂貴:需要能精確控制雙邊加熱與壓力的專用機台。
    • 製程控制複雜度高。
  • 常見應用: 塑膠油箱、通風管道、工業用棧板、大型滑水道、船殼、皮划艇。

什麼是熱成型?一次看懂 3 大步驟與真空成型原理

什麼是熱成型(真空成型/厚板真空成型)?

塑膠真空成型是一種廣泛應用的塑膠板材加工技術。

其定義是:將熱塑性塑膠板材,例如 PS、PVC、PET 或 ABS,加熱至軟化可塑狀態,再利用真空、氣壓或機械力,使其貼合模具表面,冷卻後形成特定形狀。

日常生活中的許多產品,例如食品包裝泡殼、飲料杯蓋、醫療托盤,都是透過熱成型技術製造的。

塑膠真空成型的 3 大核心步驟

熱成型的製程原理相對單純,主要分為三個階段:

步驟一:加熱

這是熱成型的基礎。將裁切好的塑膠板材固定在機台框架上,並透過上方的加熱器均勻加熱。板材會吸收熱能,從堅硬的固態轉變為具有延展性的橡膠般軟化狀態。

步驟二:成型

當板材達到理想的可塑溫度時,模具會上升,板材隨即下降並包覆模具。此時,會利用一種壓力差使板材貼合模具。最常見的方式就是抽真空,也有使用高壓氣體或柱塞輔助的成型方式。

步驟三:冷卻與修邊

板材在模具上會透過模具內的冷卻水道或風扇快速冷卻定型。成型品脫模後,還會帶有多餘的邊料,必須透過沖壓裁切或 CNC 銑削的方式將邊料去除,得到最終產品。

關鍵技術:什麼是真空成型?

真空成型是熱成型技術中,最常見、應用最廣且成本最低的一種形式。

它的原理非常直接:在上述的成型步驟中,當軟化的塑膠板材包覆模具時,系統會快速將模具與板材之間的空氣抽走,形成真空。此時,外部的大氣壓力會自動將板材壓向模具的每一個角落,使其精確複製模具的形狀。

因為它僅需單面模具與真空系統即可運作,模具結構簡單、開發成本低,因此被廣泛應用於製作托盤、包裝泡殼或薄殼產品。

真空成型的優勢與限制

熱成型技術的主要優勢與限制非常分明。

真空成型的優勢

  1. 模具成本低廉: 相較於射出成型,熱成型模具僅需單面,結構簡單,材質可用鋁合金模,開發費用低。
  2. 開發週期短: 模具製造快速,非常適合小批量或需要快速上市的產品。
  3. 適合大尺寸薄殼: 能輕易製造大面積但壁薄的產品,例如看板、浴缸、機器外殼。

塑膠真空成型的限制

  1. 壁厚不均勻: 在深度拉伸的轉角處,板材會被拉薄,這是此製程的天然限制。
  2. 精度限制: 產品只有接觸模具的那一面細節清晰,另一面則較為模糊。
  3. 產生廢料: 修邊後的多餘邊料需要回收處理,材料利用率非 100%。