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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。

避開 5 大中空成型錢坑：開發人員的專案風險管理指南

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您的專案正踩在哪個錢坑上？

在 3D CAD 軟體中，您的中空產品設計看起來完美無瑕。但一進入實際開模與量產階段，各種問題卻接踵而來：成本暴增、交期延誤、成品強度不足。

中空成型是一個充滿獨特「陷阱」的製程。作為擁有多年經驗的製造專家，我們看過太多專案因為忽視了早期的關鍵風險而導致重大損失。這份指南將為您揭露開發人員最容易踩入的 5 大錢坑，幫您從源頭管理風險。

風險一：製程選型錯誤 EBM vs. IBM

這是最早、也最致命的錯誤：選錯了實現中空的方法。

  • EBM 擠出中空成型： 適合大型、形狀不規則、成本敏感的瓶罐如牛奶瓶、油桶。它的模具成本相對較低，但瓶口精度一般，且必然會產生毛邊。
  • IBM 射出中空成型： 適合小型、高精度、高附加價值的容器如化妝品瓶、醫療藥罐。它的瓶口螺紋精度極高，且沒有毛邊。但模具成本高昂。

錢坑在哪？ 用 EBM 去做高精度的藥罐，會因瓶口密封性不足而導致專案失敗。用 IBM 去做大型油桶，其模具成本將高到不切實際。在專案初期就必須依據精度與成本做出正確的技術選型。

風險二：DFM 不良導致壁厚嚴重不均

這是最常見的品質缺陷。開發人員常會設計出拉伸比過大的深抽造型，或是銳利的 R 角。

錢坑在哪？ 當塑膠型胚被吹脹時，過大的拉伸比會使材料在底部或角落被拉得像紙一樣薄，嚴重影響產品的結構強度與耐用性。優秀的 DFM 應在設計階段就優化 R 角、控制拉伸比，或導入型胚編程技術來補償壁厚。

風險三：EBM 結合線強度不足

EBM 產品在模具閉合夾斷處，會天生形成兩條結合線。這是整個產品結構中最脆弱的地方。

錢坑在哪？ 如果製程中材料溫度不足、模具夾斷設計不良、或材料本身流動性差，這條結合線的強度就會非常低。最終產品在墜落測試或受到擠壓時，會輕易地從結合線處裂開，導致客訴與批量召回。

風險四：材料選擇與應用不符

貪圖便宜而選錯材料，是另一個常見的錢坑。

錢坑在哪？ 最典型的錯誤是耐溫性不符。例如：

  1. 使用 PP 聚丙烯 去做需要低溫冷凍的產品，會導致材料低溫脆化而破裂。
  2. 使用 HDPE 高密度聚乙烯 去做需要熱充填或蒸汽消毒的容器，會導致產品軟化變形。 材料的化學耐受性、耐候性 UV 抗性 都是必須評估的風險。

風險五：忽視後加工的隱藏成本

EBM 產品的毛邊是製程的必然部分，它不是缺陷。真正的錢坑在於修邊的費用。

錢坑在哪？ 許多供應商的報價單看似便宜，卻可能只包含成型費用，而將修邊列為額外成本。對於形狀不規則的產品，可能無法自動化修邊，必須依賴昂貴的人工或5 軸 CNC進行後加工。這筆後加工的隱藏成本，才是決定您總成本的關鍵。

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。