2 光開關靜態分析結果:
1.2 研究目的：
圖一.微噴嘴 圖二.光纖套筒 圖三.微齒輪 一個典型的射出成形製程通常包括四個主要的製程步驟：射料的塑化、射 出成形、保壓冷卻、開模頂出，各階段的成形參數均會對於成形品之尺寸產生 影響，因此為降低成形尺寸變化，提高生產穩定性，須針對微型化的趨勢從各 步驟深入探討。
此外，微射出成形機和微射出模具之設計與製造也是研究的重點，而整合 以上各項研究方向，才能針對粉末微射出成形做一完善探討。
1.2 研究目的：
本計劃研究目的為建立系統化粉末微射出成形技術，包括：
1.探討粉末微射出成形參數(模溫、料溫、射速等)與微射出成品品質(充填 性)的響應關係，提供粉末微射出成形 Trouble shooting guide。
2.市售粉末射料資料蒐集。
3.建立粉末微射出模具設計及加工技術。
4.以田口實驗規劃法建立粉末微射出成形參數之最佳化。
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1.3
研究成果：(一)建立粉末微射出成形 Trouble shooting guide
微射出成品上之缺點除了有些是發生在機械性能，模具設計或原料特性本身 外，大部分問題可靠調整射出時的成形條件來解決。
調整操作條件必須注意到的幾個要點：
a.每次變動一個因素見到其結果明顯改變後，再變動另一個。
b.調整完後必須觀察一段時間，待成形條件及射出的結果穩定後才算數。
c.有些缺點及原因僅限於某些原因，有些缺點是同一原因之過與不及。
表一至表六是本計畫整理了微射出成形時最常發生之缺陷，包括其發生原因 及可以用來解決缺陷問題的方法。
表一. 成品未完成-短射(Short shot) 表二. 縮水：模具進膠不足為主要原因
可能的不良原因 對策 可能的不良原因 對策
1.原料溫度太低 1.提高料管溫度 1.熔膠量不足 1.增加熔膠計量行程 2.射出壓力太低 2.提高射出壓力 2.射出壓力不足 2.提高射壓
3.熔膠量不夠 3.增多計量行程 3.保壓不夠 3.提高或增加保壓 4.射出時間太短 4.增長射出時間 4.射出時間太短 4.增長射出時間 5.射出速度太慢 5.加快射出速度 5.射出速度太快 5.減少射出速度
6.模具溫度太低 6.提高模具溫度 6.溢口不平衡 6.調整模具入口大小與位置 7.模具溫度不均 7.重整模具水管 7.射料嘴阻塞 7.拆除清理
8.模具排氣不良 8.洽當位置加適度之 排氣孔
8.溫度過高 8.降低溫度
9.射嘴阻塞 9.拆除清理 9.模溫不當 9.調整適當溫度 10.進膠不均勻 10.重開模具溢口位置 10.冷卻溫度不夠 10.酌延冷卻時間 11.澆口或溢口太小 11.加大澆口或溢口 11.排氣不良 11.在縮水處設排氣孔 12.原料內潤滑劑不夠 12.酌加潤滑劑 12. 成 品 本 身 或 其 肋
(Rib)及柱(Boss 過厚)
12.檢討成品
13.螺桿止逆環(過膠圈) 磨損
13.拆除檢查修理 13.料管過大 13.更換較小規格料管
14.機器能量不夠 14.更換較大機器 14.螺桿止逆環磨損 14.拆除檢修
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表三. 成品黏膜(Product sticking) 表四. 成品內有氣孔(Air bubbles)
可能的不良原因 對策 可能的不良原因 對策
1.射出壓力太高 1.降低射出壓力 1.成品斷面，肋或柱過厚 1.變更成品設計或溢口位置 2.射膠量過多 2.使用脫模劑 2.射出壓力過低 2.提高射出壓力
3.保壓時間太久 3.減少射出時間 3.射出時間不足 3.增加射出時間 4.射出速度太快 4.降低射出溫度 4.澆道溢口太小 4.加大澆道及入口 5.料溫太高 5.降低料溫 5.射出速度太快 5.調慢射出速度 6.進料不均使部分過飽 6.變更溢口大小或
位置
6.原料含有水份 6.原料徹底乾燥
7.冷卻時間不足 7.增加冷卻時間 7.原料溫度過高以致分解 7.降低原料溫度 8.模溫過高或過低 8.調整模溫及兩側
相對溫度
8.模具溫度不平均 8.調整模具溫度
9.模具內脫模倒角 Undercut)
9.修模具除卻倒角 9.冷卻時間太長 9.減少模內冷卻時間，使用 冷卻水浴
10.模具表面不光 10.打光模具 10.背壓不夠 10.提高背壓
11.水浴冷卻過急 11.減短水浴冷卻時間或提 高水浴溫度
12.料管溫度不當 12.降低射嘴及前段溫度，提 高後段溫度
表五. 開模時或頂出時成品破裂 表六. 成品變形(Warping)
可能的不良原因 對策 可能的不良原因 對策
1.填料飽和 1.降低射出壓力、時 間、速度及膠量
1.成品頂出時尚未冷卻 1.降低模具溫度及原料溫 度，延長冷卻時間 2.模溫太低 2.升高模溫 2.成品形狀及厚薄不對稱 2.脫模厚以定型架固定，變
更成形設計
3.部分脫模角不夠 3.檢修模具 3.填料過多 3.減少射出壓力、時間、速 度及計量
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4.有脫模角 4.檢修模具 4. 幾個溢口進料不均勻 4.更改溢口
5.成品脫模時不能平 衡脫離
5.檢修模具 5.頂出系統不平衡 5.改善頂出系統
6.頂針不夠或位置不 當
6.檢修模具 6.模具溫度不均勻 6.調整模具溫度
7.脫模時模具產生真 空現象
7.開模或頂出慢速，
加進氣設備
7.進溢口部分之原料太鬆 太緊
7.增加或減少射出時間
(二)微模具設計及製作
粉末射出成形之模具設計，主要延用塑膠成形模具之基本架構，需考量包括 成形收縮率的誤差、成形變形的發生、脫膜變形的發生。在防止成形收縮率的誤 差上，可藉由在設計的時候考量Runner 及 Gate 的平衡、模穴的排列、成形品的 肉厚、模具上冷卻回路的設計、材料收縮率及利用模具內約束效果(例如型芯、
銷)來防止成形收縮的發生；在防止成形變形上，由於成形變形是因為成形品內 部不均勻的收縮產生內應力而造成，所以必須考量到進澆口數量、進澆口形狀、
進澆口位置及冷卻等；在防止脫模變形方面，由於粉末微射出的成形品一般都很 小、肉厚較薄，加上未燒結的生胚脆，在脫模變形需更加注意。模具設計就要考 慮盡量讓成形品於頂出側模板頂出。除此之外，必須要考量到頂出時的平衡，採 用頂出時不發生變形的頂出銷數量及位置來設計，同時更要使用比一般高分子成 形較大面積的頂出銷，以避免生胚局部承受脫模所需的力量而造成破裂。依微射 出的需求模具也需要設計抽真空系統、快速變模溫機置，整體上尚需考量模具的 適當大小、模具的加工與組裝、及模具的合模精度等。
在本計劃中所設計的Spiral 模具，最主要是要用來在進行粉末微射出成形 時，測試粉末射料的成形性，而其中的Spiral flow length 一直是用來測試高分子 塑料射出充填能力的好方法；在陶瓷粉末射出應用上Spiral mold 也被用來測試 充填性及建立粉末射料的成形視窗。
傳統的Spiral mold 僅適於大型成形工件方面的應用；在粉末微射出成形中，
需考慮到微結構尺度在µm 規模，因此在這個計劃中，建立了一個適用於微射出 成形測試用的螺旋模(Spiral flow)實驗模具(圖四~圖七)，接著利用此模具進行粉 末射出成形實驗來得到粉末射料的最佳成形參數，而在微模具中模穴的設計上，
採用漸開線的方法來繪製模穴的形狀。
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圖四.公模(裝在微射出機上) 圖五.母模(裝在微射出機上)
圖六.公模上視圖 圖七.母模前視圖
圖八所示是計劃中利用漸開線畫法所繪製的Spiral 模穴形狀，除了以 0.65 基圓半徑的條件繪製而成之外，它的流道總長度約135.4mm，流道寬為 2mm，
澆口直徑4.9mm，流道深度 0.2mm。流道的流長比(L/t)為 677，足以測試出一般 塑料及粉末料在微射出成形應用的能力。
圖八. Spiral 模穴形狀(基圓半徑 0.65mm)
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在本計畫設計製作的模具中，包括了以下幾個功能：
1.可變模溫：
在設計的模具中，裡面包含了加熱棒(加熱系統)及水路(冷卻系統)，在射料 充填的時候，以感應加熱的方式加熱模具以降低熔膠黏度減少射出所需射壓，而 在射料充填完畢之後，可以藉著水路用水冷卻模具，使得模具快速冷卻，以減少 成形周期的時間(Cycle time)。
2.可抽真空：
在模具中設置了可以連接真空系統的接頭，充填時，需以真空輔助，抽除模 穴內及塑化射料過程中產生之氣體或水氣，避免充填時局部高壓、短射及模具損 傷等缺陷，也可使模穴內的壓力均勻。
3.溫度感測：
在本計畫設計的模具中，也設計了裝置溫度感測器的位置，可以在模具裝配 好之後裝上溫度感測器，得知模具的溫度，進而配合可變模溫裝置(水路及加熱 棒)來調節模溫，做變模溫的控制。
4.可置換式模仁：
在模仁方面，由於模仁是和模具本體分開的，所以在以後要針對其他形狀的 成品進行微射出成形研究的時候，於原有的模仁大小上面設計模穴，便可以直接 將模仁換掉，改做其他射出成品的研究。
5.氣密性：
模具中，零件和零件的接觸面間，都設計有O-ring 來幫助模具可以利用抽 真空的系統來抽除在模具裡面或是因為塑化射料而產生的氣體及水氣。
除了以上所提到的幾個特點，另外比較特殊的部份是模仁部份的O-ring，不 但具備了在抽真空的時候可以達到氣密的效果，而且在進行射出動作的時候，它 也可以提供平衡模仁位置的功能，具有定位的效果；公模部分的頂出銷，除了可 以有頂出的功能之外，也可以作為量測Spiral 流動長度的一個指標，可以在射出 成形品上留上頂出銷的記號，使得量測Spiral 流動長度時更為方便。
(三)國內販售粉末射料蒐集
蒐集國內販售粉末射料的廠商及其網頁資訊，經整理得表七，在國內販售 粉末射料的廠商當中，大部分都是販售還沒有調配黏結劑的粉末，必須要自己進 行調配，而在這些粉末射料廠商當中，亞特必科技股份有限公司和易一科技股份 有限公司所販售的粉末射料是已經和黏結劑調配完成的粉末射料。
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表七.國內粉末廠商相關資料
(四) 最佳化成形實驗與結果
在本計畫中，為了要測試射料的成形性(流動性、轉寫性及脫模性)，在初步 試驗過程中發現轉寫性及脫模性在不同參數下並無顯著差異，因此選擇射料流長
在本計畫中，為了要測試射料的成形性(流動性、轉寫性及脫模性)，在初步 試驗過程中發現轉寫性及脫模性在不同參數下並無顯著差異，因此選擇射料流長