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多組分注塑成型技術 在中國的發展與應用之路

作者:創始人 日期:2019-10-18 人氣:221

根據相關研究機構的調查,目前全球注塑機市場規模約為美金130億左右,注塑機廣泛運用于汽車行業、家居用品、電子及家電產品、建筑業、包裝及醫療器材等行業。近年來,隨著行業技術的發展,多色(多組分)注塑成型技術逐漸獲得廣泛的采用。

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多組分成型技術最早是以雙色注塑為代表(即業界常用“雙色機”一詞),于1960年代由德國企業開始發展。當時開發雙色成型技術的目的是要解決雙色部件生產效率的問題,其注塑工藝及模具制作技術比單色注塑相對復雜一些。由于技術及成本的因素,直到2000年以前,雙色注塑成型工藝在中國都沒有獲得廣泛的采用。

事實上,在1990年代,臺灣作為全球電子產品代工廠的重要角色,許多的注塑企業已經將雙色成型工藝導入應用。為了解決進口雙色機價格高昂的問題,許多臺灣的注塑機廠家開始著手研制雙色機,并結合模具廠商共同開發雙色成型技術,從此開啟多組分成型技術在大中華區發展的里程碑。

在雙色機的技術發展上,可以區分為兩個主要技術導向:其一是以歐美企業為代表,偏向通用性,是在單色注塑機的基礎上外加相關配置形成雙色機,其特點是一機兩用;其二是以日本及臺灣企業為代表,偏向專用性,其雙色機為專用機型,并融合許多客制化功能,更適合雙色制品的專業量產。

在大中華區眾多注塑機企業當中,富強鑫以專用型雙色機聞名業界,多年來獲得廣大用戶的采用與青睞,其雙色機具有極高的知名度及指名度。富強鑫所發展的精密雙色機包括轉盤式、轉軸式、電動式、夾層機、混色機等,經過市場客戶嚴格的考驗及實機驗證,目前已形成四大系列三十余種規格,鎖模力范圍從 135 噸~1900 噸,廣泛運用在汽車業、手機業、筆記本電腦、制筆業、手動工具、高端日用品、化妝品業、家電業、其他電子產品等。

根據內部統計,至2018年為止,富強鑫累計銷售的多組分注塑機已突破4500臺,累計銷售金額突破人民幣22億元,其中鎖模力700噸以上大型雙色機更已達到200臺以上。富強鑫雙色機的發展歷程,正是多組分成型技術在中國發展與應用的寫照。

2019年,恰逢富強鑫多組分成型技術35周年,本文將帶您一起回顧多組分注塑機在中國的發展歷程,探究雙色機的前世與今生。

1984年,富強鑫推出第一代雙色機KT-300D,是當時極少數能夠生產雙色機的廠家之一。當時雙色機所運用的行業以日用品為主,屬于雙色技術的萌芽階段。

到了1990年代,臺灣電子產業快速興起,許多國外知名品牌的電子資訊產品在臺灣代工生產,雙色技術開始運用在滑鼠、按鍵、旋鈕、遙控器、握把、游戲機外殼等電子3C產品。另外,隨著生活水平的提高,雙色機也開始運用于化妝品業,以雙色技術提高產品附加價值。

此時期,富強鑫最具代表性的雙色機即為FB系列,時至今日,「FB」幾乎已成為雙色機的代名詞,可見其影響力之深遠。探究FB系列成功的因素,除了產品設計之外,最關鍵的是高性能定位。當市場上仍以普通型注塑機為大宗時,富強鑫雙色機已經定位于高階性能,對往后雙色成型技術的發展起到了引領的作用。此項極具前瞻性的布局,也造就了富強鑫雙色機的競爭優勢與領導地位。

進入2000年以后,雙色機技術發生四項重大的發展:大型化、精密/專業化、多射出與多功能、轉動軸垂直化。

1.雙色機的大型化發展

2001年1月,富強鑫推出鎖模力達1000噸,轉盤直徑達1.6米的大型雙色機(FB-1000R),主要運用于汽車行業,為當時臺灣地區最大型的國產雙色機之一。

該項產品的問世,終結了進口機的技術壟斷,填補了國產大型雙色機的空白,該機種并于2002年獲得「臺灣精品獎」。

2.雙色機的精密化及專業化發展

2001年8月,富強鑫首次推出AE系列油電式高速機,「油電式」注塑機,顧名思義結合了油壓及電氣兩種結構,一方面具有全電式定位精準及省能源的特性,一方面保有油壓結構高推力的特性。換言之,油電式注塑機以低于全電機的成本,卻能有效改善傳統油壓式耗能源及精度不佳的問題,而且大幅降低污染性及噪音問題。

3.雙色機的多射出及多功能發展

前面提及,多組分注塑機的發展以雙色機為開端,隨著產品復雜度的提高,三色甚至四色的需求開始浮現。一般而言,三色機有兩種類型,一種為兩工位三色機(俗稱假三色),另一種為三工位三色機(俗稱真三色)。實際上,兩者的區別不在于「真假」,而是根據產品結構設計(兩副模具或三副模具)采用不同的轉盤控制方式。

「兩工位」顧名思義轉盤旋轉定位在兩個位置,等同于雙色機的180度轉盤控制方式。換言之,兩工位三色機的三組注塑單元中,有兩組是同時注射在同一副模具,因此,產品中若有兩組分的邊界不相鄰(可設計在同一副模具同時注塑),只需要兩副模具來生產三組分產品,則適用兩工位三色機。

「三工位」則不同,轉盤旋轉能定位在三個位置(120度)。換言之,三工位三色機的三組注塑單元中,分別注射在三副模具,因此,產品中若三組分的邊界均相鄰,則適用三工位三色機。

同樣的,四色機也可區分為「兩工位」及「多工位」四色機。從技術的角度而言,多工位轉盤控制精度明顯高于兩工位,因此在機臺的制作成本上也相對較高。所以,不必盲目追求多工位的多色機,而是要根據產品結構需求選擇最具效益的方案。

早在2005年,富強鑫就已推出FB-450M三色機,富強鑫在當時屬于極少數能生產三色機的廠商之一,該機種的推出也開啟了國產三色機的發展之路。

隨著多色產品設計復雜度提高,多工位三色機的需求越來越多。因此,從2010年至2017年間,富強鑫陸續進行中大型三色機開發。2015年,富強鑫推出FB-1900R超大型三工位三色機,鎖模力1900噸,轉盤直徑2250mm,是當時市場上最大的多工位三色機,亦是富強鑫三色機發展的重要里程碑。至2017年,富強鑫完成全系列鎖模力160噸~1900噸電動轉盤多工位三色機開發,并獲得市場廣泛應用。前面亦提及,從2015年起,富強鑫鎖模力1000噸以上大型多工位三色機的問世與應用,進一步解決了中國汽配業復雜多色工藝技術的難關,使中國汽配業多組分成型技術達到了國際先進水平。

在四色機方面,富強鑫同樣投入大量研發資源,于2010年~2016年陸續推出鎖模力1250噸~1600噸兩工位四色機的開發并投入市場。至2018年,在多工位三色機的技術基礎之上,進一步推出FB-1600R多工位四色機,將大型多組分注塑機推向技術頂峰,目前已成為富強鑫大型多組分注塑機的拳頭產品。

多組分注塑機的射出型式定義

隨著多組分注塑機的發展,從雙色機、三色機到四色機,加上垂直轉盤及水平轉盤的變化,注塑單元的配置方式產生了非常多的組合。為了便于溝通及避免誤解,富強鑫于2017年將多年來所發展的各種配置方式加以歸納,首次提出「多組分注塑機射出型式定義」。

以雙色機為例,總共有五個基本形式,包括:P型(平行雙射-Parallel)、L型(直角雙射-Horizontal)、V型(天側雙射-Vertical)、W型(背式雙射-Piggyback)、H型(對向雙射-Opposite)。再以雙色機的五個形式為基礎,可繼續衍生出三色機及四色機的射出形式定義,總計有19種配置方式,而且這些形式都已經過市場實機驗證。另根據富強鑫的規劃,多組分注塑機射出形式未來將達到25種配置方式。

由此可見,多組分注塑機的技術變化及客制化程度遠遠超過單色注塑機,如何快速滿足多樣的產品需求,是多組分注塑機的關鍵所在。外在的硬體結構設計很容易就可以做到,但內在的軟實力則需要靠積累。富強鑫多色機累積35年技術發展經驗,4500多臺銷售實績,上千件行業產品應用案例及控制程序,遍布中國的多組分合作伙伴(專業模具商及試模廠),如此龐大的資料庫及合作網絡,正是構成富強鑫多色機堅強競爭力的基礎。因此,富強鑫銷售的不只是多色機,而是多組分成型技術解決方案。

多組分注塑機的多功能發展

前面提及多組分注塑機射出單元的增加及不同的配置方式,滿足了各種多組分產品的成型需求。而真正讓多組分注塑機具備多樣功能及彈性生產模式的是射出單元可移動功能的實現。

2014年起,富強鑫將射出移動功能配置在鎖模力700噸以上中大型多色機,使富強鑫多色機實現單色、雙色、三色、四色一機多用。舉例來說,「直角天側四色機」(LV型),配合射出移動功能將可實現單色、P型雙色、L型雙色、V型雙色、L型三色、V型三色、LV型三色、LV型四色等八種功能。對于產品趨向多樣少量的企業而言多功能機是極佳的選擇。以車燈業為例,透過射出單元精心配置,一部多色機即可同時滿足汽車前燈與尾燈之生產。

在五種雙色機基本形式中,水平對射機(H型)是近年發展的新式結構。水平對射加上二板夾模單元再配置重迭模可達到單色產品雙倍產能。2019年,富強鑫推出HB-2350D超大型二板對射機,配置全伺服省電系統、電動加料(ESD)及射出閉環控制,應用于大型物流產品,一部雙射機即可完成兩部單色機的生產,不但節省能源、減少占地空間,產能也提升70%以上。

一般情況下,多組份產品都是以多種不同塑料的結合而成。而利用多色機將同一種塑料多次覆蓋成型則是新近發展的技術。例如將多組分成型技術運用在厚壁透明光學產品(如透鏡、導光塊等),可以解決單次注塑周期長、收縮不均的問題。

多組分成型技術以產品的結合型態可區分三大類:多色分明、混色、內外夾層。

2001年富強鑫發展出「氣輔三明治共射出」成型技術。該技術結合氣體輔助射出裝置與夾層共射出加工單元,形成氣輔共射出混合加工裝置。其制程為利用特殊氣體裝置所產生的高壓氮氣于瞬間注入三明治共射出成型模具的塑料中,以完成氣輔三明治共射出加工制程。其功能可包括原有之各別優點,對相關射出成品更可以擴展其應用領域,以增進成型性能、減少翹曲變形、提高良品率、降低成本及增加產品功能等優點。該技術結合氣體輔助射出系統及夾層混色機,可以產生兩種效果的產品。一種是透明漸層加中空結構,可以形成特殊外觀效果,提高產品附加價值。另一種是內外夾層加中空結構,可以達到減重、提高強度及降低成本之目的。此外,2017年富強鑫推出 FB-250C三色混色機,三組注塑單元由單一射嘴進行混合射出,可產生獨特的花紋,應用在運動器材握把等產品,是國內極少見的三色混色機。

4.雙色機轉動軸垂直化發展

眾所皆知,每三年一屆的德國K展是全球塑料成型技術的盛會。2004年K展,出現許多水平轉動的多色模具,包括:小型水平旋轉重迭模、水平旋轉四面立方模、雙組水平旋轉四面立方模等。其中米拉克龍展出的250噸對射雙色機,配置了兩組水平旋轉四面重迭模(Twin cube turning stack mould),結合了「雙色+IML(模內貼標)+IMA(模內組合)+旋轉重迭模」四項技術,吸引了眾多矚目的眼光。同年K展,恩格爾展出1500噸二板式水平對射雙色機配置水平旋轉重迭模及射出壓縮功能,以PC類玻璃技術生產汽車天窗,為汽車輕量化提供重要新方向。

2007年 K展, 克勞斯瑪菲展出2300噸二板機配置水平旋轉重迭模,生產汽車門飾板,結合旋轉重模及反應射出技術,以PC/ABS基材加三色PUR在線噴涂技術構成四色皮紋觸感表層,再加上雷射裁邊處理單元,形成完整的汽車門飾板自動化生產模組,將復雜的后制程全部加以整合,同樣引起較大關注。同年K展,恩格爾展出900噸二板式水平對射雙色機,配置水平旋轉重迭模,結合微發泡技術生產汽車中央扶手。米拉克龍展出450噸對射雙色機,配置水平旋轉四面重迭模,生產衛浴連結器。而德馬格也展出300噸油電式雙色機,配置水平旋轉四面重迭模加上模內組合技術生產雙層瓶蓋。由以上觀察可知,2000年以后,水平旋轉模具在多色機的運用已經從小型250噸擴展到大型2300噸的機器,而當時在中國相關技術的國產化應用幾乎是一片空白。

富強鑫長期關注歐美企業多組分成型技術的發展動向,有鑒于水平轉動多色模具的應用趨勢,富強鑫于2009年成立水平對射雙色機項目組,結合相關模具業者,共同開發二板式水平對射雙色機,并于2012年推出HB-1900R超大型水平轉盤雙色機。該機種鎖模力達到1900噸,是當時國內極少數的超大型雙色機。

相較于垂直旋轉盤雙色機,當產品尺寸更大,需要更高的鎖模力,以及模具結構相對復雜的時候,采用水平旋轉盤的方式進行雙色生產,將可避免垂直轉盤轉動的慣性問題及重力的影響,運用優勢明顯。

多組分注塑機未來如何發展?

從歷屆德國K展觀察,其中2004年及2007年兩屆K展在多組分成型技術上,出現許多應用的組合,如:雙色+IML(模內貼標)、雙色+IMA(模內組裝)、雙色+重迭模、雙色+旋轉重迭模+IMA、雙色+IML+IMA+重迭模、雙色+夾層、雙色+Mucell(微發泡)、三色+IMA、三色+嵌入成型、雙色+硅膠成型(SIM)、雙色共射出+水輔射出、雙色+反應射出等。而超大型水平轉盤對射機、全電雙色機、三工位三色轉軸機、四色機等高技術產品亦在此時出現。換言之,多組分成型技術必須與其他技術結合應用,創造更高的效益,這就是下一階段必須挑戰的目標。我們回顧中國多組分注塑機這十多年的發展,有哪些應用實現了國產化?這是很值得深思的問題。

這其中的關鍵議題就是多組分模具技術及自動化周邊的發展。不論是模內貼標、模內組合、水平旋轉四面重迭模、微發泡、硅膠成型等,都需要相關的模具及周邊的配合。因此,注塑機、模具、自動化周邊的技術整合與共同開發是多組分成型技術發展的關鍵,如此才能形成高度自動化生產單元。在未來,二板式水平轉盤多色機將會持續深化發展,尤其是水平旋轉四面重迭模的應用。而結合電動驅動單元,如轉動單元、射出單元等,也是多色機實現高精度、多功能的重要基礎。隨著智能注塑機技術發展的推進,多模穴流動平衡、注塑熔體變異控制、鎖模力在線監測等技術的逐步應用將使多組分注塑機朝向高效能領域發展。

結語

回顧這35年發展歷程,富強鑫推出了雙色機、三色機到四色機,從兩工位到多工位,從小噸位到大噸位,從垂直旋轉到水平旋轉,從液壓驅動到伺服驅動,從專用機到多功能機。核心的發展理念就是引領中國多組分成型技術發展,持續推進多組分成型技術的應用,成為進口機最佳替代品牌,為客戶創造更高的效益。

2018年2月, 寧波富強鑫參與中國塑機協會團體標準工作委員會,擔任「多組分塑料注塑成型機」團體標準的起草工作。2018年7月,為支持中國塑料機械行業專業人才的培養,寧波富強鑫向北京化工大學無償提供實驗展示設備(FB-200R雙色機),用于北京化工大學在其校內建設「中國塑料機械專業人才培養基地」。2018年10月富強鑫集團與「國家塑機產品質量監督檢驗中心」共建「多組分注塑機聯合科創技術中心」,雙方合作進行多組分注塑機技術創新、標準制定、檢測方法研究、新產品研發等,該技術中心的科創大樓將于2019年5月 于寧波富強鑫廠區正式落成啟用。

古諺曾云:羅馬不是一天建成的。寓意做事不能急于求成,只有付出努力并持之以恒,才能取得成功。做事尚且如此,更何況從事生產裝備的制造。以富強鑫開發HB-R二板式水平雙色機為例,從2009年成立項目組,到2012正式推出市場,期間經過非常嚴謹的市場技術調查及專利檢索與解析,反覆論證技術方案及可靠性,最終形成富強鑫獨特的創新機種。一步一腳印,凡含淚播種,必歡笑收割,富強鑫多組分注塑機的發展歷程,正是最佳寫照。回顧35年得來不易的成果及發展局面,也期望業界摒棄隨意仿冒競爭,加強技術自主創新,加大培育多組分技術人才,共同為中國多組分成型技術的永續發展做出更大的貢獻

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