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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。

什麼是中空成型？圖解三大類型 EBM、IBM 與 SBM 原理

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什麼是中空成型？

中空成型是一種專門製造中空塑膠零件的量產技術。從您每天使用的飲料瓶、洗髮精瓶，到大型的工業油桶或水塔，都是中空成型的產品。

其核心原理是將熱塑性塑膠加熱軟化，形成一個管狀的型胚或瓶胚，然後將其置於金屬模具中，再吹入高壓空氣，使塑膠膨脹並貼合模具的內壁，冷卻定型後即為中空產品。

根據型胚或瓶胚的製造方式，中空成型主要分為三大類型。

1. 擠出中空成型 EBM

EBM Extrusion Blow Molding 是最常見的類型。

  • 原理： 塑膠粒經押出機熔融後，被垂直擠出成一個中空的管狀型胚。當型胚達到設定長度時，模具從兩側快速閉合，夾斷型胚並密封底部。接著，吹氣針從上方吹入空氣，使型胚膨脹貼合模具。
  • EBM 的關鍵在於模具閉合時的夾斷設計，這會產生必然的毛邊，需在後續工序中修邊去除。
  • 應用： 牛奶瓶、洗髮精瓶、機油桶、汽車風管、大型工業容器。

2. 射出中空成型 IBM

IBM Injection Blow Molding 是一種高精度的製程。

  • 原理： 這是一個兩階段製程。
    1. 第一階段：使用射出成型，在高壓下製造出一個實心的瓶胚，其外型類似試管，瓶口螺紋在此階段已精確成型。
    2. 第二階段：將瓶胚轉移至中空成型模具中，加熱後吹氣使其膨脹。
  • IBM 的最大優勢是瓶口精度極高，且成品完全沒有毛邊，無需修邊。
  • 應用： 化妝品瓶、醫療藥罐、廣口瓶。

3. 拉伸中空成型 SBM

SBM Stretch Blow Molding 是製造 PET 寶特瓶的關鍵技術。

  • 原理： 這同樣是兩階段製程，是 IBM 的一種延伸。
    1. 第一階段：射出成型製造出 PET 瓶胚。
    2. 第二階段：將瓶胚加熱至特定溫度，一根拉伸桿向下將瓶胚做軸向拉伸，同時吹入高壓空氣做徑向拉伸。
  • 這種雙軸拉伸的動作會使 PET 材料的分子鏈重新排列，大幅提升瓶身的透明度、堅固性與氣密性。
  • 應用： PET 碳酸飲料瓶、礦泉水瓶、食用油瓶。

滾塑模具便宜但單價高？一篇看懂與 EBM 中空成型的成本差異

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大型中空件的成本考量

當您的產品是一個大型中空件，例如工業用油箱、大型水塔、兒童遊樂設施或皮划艇時，製程的選擇將直接決定您的專案成敗。

射出成型在此已不適用。這場決策的兩大主角是：擠出中空成型 EBM 與 滾塑成型。

這兩種技術都能製造出色的中空產品，但它們的成本結構、生產速度與模具投資卻是天差地別。選擇的關鍵不在於哪個技術更好，而在於您的預期年產量在哪個區間。

1. 擠出中空成型 EBM

EBM 是中空成型家族中用於生產大型工業零件的技術。

  • 原理： 機器擠出管狀的熔融塑膠型胚，模具快速閉合將型胚夾斷，並從吹氣針吹入高壓空氣，使型胚膨脹並貼合模具型腔，冷卻後開模修邊。
  • 優勢：
    • 週期快單價低： 生產速度極快，一個大型油箱的週期可能僅需數分鐘。適合大規模量產，單件成本低。
    • 壁厚控制佳： 可透過型胚編程技術，精確控制產品各部位的壁厚。
  • 劣勢：
    • 模具成本極高： EBM 模具需要承受高壓，且結構複雜，通常需使用鋼模或高級鋁模，是一筆巨大的前期投資。

2. 滾塑成型

滾塑或稱滾塑成型，是一種零壓力的成型技術。

  • 原理： 將塑膠粉末放入一個薄殼模具中，接著將模具送入大型烤箱，同時使其沿著兩個垂直軸向 360 度緩慢旋轉。塑膠粉末受熱熔化並均勻地附著在模具內壁上，冷卻後開模取出成品。
  • 優勢：
    • 模具成本極低： 模具只是薄殼，無需承受任何壓力，可用薄金屬板或鋁材製作，成本遠低於 EBM 模具。
    • 可製造超大型複雜件： 能製造數公尺長的皮划艇或一體成型的複雜水塔，且產品幾乎沒有應力。
  • 劣勢：
    • 週期極慢單價高： 整個加熱與冷卻循環可能長達數十分鐘甚至數小時。因此，勞動力與能源成本高，導致單件價格昂貴。
    • 壁厚控制難： 較難控制壁厚的均勻性，通常角落會較厚。

關鍵比較：中空成型 vs. 滾塑成型

這兩種技術在成本結構上是完全相反的。

在模具成本上，滾塑成型具有絕對優勢，其模具成本極低；而擠出中空成型 EBM 的模具結構複雜且需承受高壓，成本極高。

然而，在單件成本上，情勢完全逆轉。EBM 的生產週期快，自動化程度高，單件成本極低；滾塑成型則因生產週期極慢，勞力與能源成本高，導致單價昂貴。

生產週期是最大的差異點。EBM 製造一個油箱可能僅需數分鐘，而滾塑成型則需要數十分鐘甚至數小時。

這直接導致了兩者適用的批量不同。EBM 適合每年上萬件的大規模量產；滾塑則專精於每年一千件以下的小批量或打樣。

在產品尺寸上，EBM 擅長中大型零件，如 200 公升油桶，而滾塑則能製造如 1000 公升水塔般的超大型產品。

最後，在壁厚控制上，EBM 可透過型胚編程達到較佳的均勻度，而滾塑的壁厚較難精確控制，通常角落會堆積較厚的材料。

決策關鍵：先看你的預期年產量

這是一場模具費與單價的經典賽局。

滾塑成型的模具極度便宜，但單價高；EBM 的模具極度昂貴，但單價低。因此，兩者之間存在一個明顯的損益平衡點。

情境一：低批量或超大型件

選擇：滾塑成型 如果您的年需求量僅有幾百件，或者您的產品尺寸大到 EBM 機台無法負荷，滾塑是唯一的選擇。您用極低的模具費就可啟動專案，雖然單價高，但總成本仍是最低的。

情境二：大規模量產

選擇：擠出中空成型 EBM 如果您的年需求量高達數萬件，例如標準規格的工業油箱或汽車風管，此時 EBM 的單件成本優勢會迅速展現。雖然您支付了高昂的模具費，但在量產後很快就能透過極低的單價回收投資，總成本遠低於滾塑。

👉 中空成型原理
👉 滾塑成型完整指南

為什麼中空成型報價這麼高？中空成型模具費用、材料費、機台費全分析

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為什麼我的中空產品報價這麼高？

您可能剛拿到中空成型品的報價單，並對上面的數字感到驚訝。許多開發人員會直覺地將它與射出成型比較，但這兩種製程的成本結構截然不同。

中空成型，特別是擠出中空成型 EBM，其成本並非單一因素決定，而是由四大關鍵項目疊加而成：模具、材料、機台、以及常被忽視的後加工。

了解這些錢花在哪裡，是您在開發階段控制預算與優化設計的關鍵第一步。

一、模具費用：鋁模 vs. 鋼模

模具是最大的一次性前期投資。中空成型模具的成本主要由其材料與複雜度決定。

  • 鋁模： EBM 中空成型是「低壓」製程，壓力遠小於射出成型，因此模具常使用 7075 鋁合金。鋁模的 CNC 加工速度快、散熱性佳、成本相對鋼模低廉，是中低批量生產的主力。
  • 鋼模 P20/NAK80： 如果您的預期總產量高達數百萬件，或者您使用的是具腐蝕性的 PVC 材料，就需要使用 P20 或不鏽鋼 S136 等鋼模。鋼模的耐用度極高，但造價也顯著提升。
  • 複雜度： 如果您的產品有複雜的 3D 曲線或需要精密的「夾斷式」Pinch-Off 設計，都會增加模具的加工工時與成本。

二、材料成本：HDPE, PP, PET

材料費是報價中最大的變動成本。這不僅是材料的單價，還包含了材料利用率。

  • 材料單價： 不同的塑膠原料價格不同。HDPE 聚乙烯是最大宗且成本較低的選擇；PP 聚丙烯能耐熱；PET 則用於高透明的 SBM 拉伸中空成型。
  • 材料利用率 廢料：這是 EBM 擠出中空成型的關鍵成本。在夾斷式設計中，瓶口與瓶底多餘的毛邊 Flash 是製程的必然部分。這些廢料雖然可以回收再利用，但回收料的比例、粉碎與再造粒的工序，都會被計入整體的製造成本。

三、機台費用：噸數與週期

機台的鐘點費是生產成本的核心，它由機台大小與生產速度決定。

  • 機台噸數： 中空成型機的噸數代表合模力。您的產品尺寸越大，投影面積越大，所需的合模力就越強，機台也越大台，其鐘點費自然越高。
  • 生產週期 ： 生產一個產品需要多少秒？這其中絕大部分的時間都用於冷卻。您的產品肉厚越厚，所需的冷卻時間就越長，生產週期拉長，單件產品分攤的機台成本也就越高。

四、後加工成本：修邊與人工

這是最容易被開發人員忽視的「隱藏成本」。

  • 自動化修邊： EBM 產品的毛邊是必須被去除的。高效率的產線會整合自動化的修邊設備，在開模後立刻將毛邊裁切、分離。
  • 人工修邊與組裝： 對於形狀不規則、自動化難度高的零件，可能需要依賴人工進行二次修邊、鑽孔、或組裝配件。這些後段的人工成本，都會反映在最終的產品報價上。