本研究首先以 L9(34) 直交表之參數組合的模擬結果，探討在模 具設計時冷卻水路、澆口數及澆口面積對導光板模流分析保壓後剪切 應力的大小分佈之影響，並據以設計模具；再以此最佳設計，以 L18(21
×37) 直交表模擬七製程參數，研究對 X、Z 軸的線性收縮率、體積收 縮率及凹痕值大小等四種單一品質特性之影響。後另以主成份分析 法、主成份模糊分析及二次損失規劃法等三種方法探討多重品質特性 下之最佳綜合產品品質，並比較其結果。
4-1 模具設計最佳化
在射出成型中，薄殼設計及其成型技術，不僅可以降低成本、縮 短成型週期、減輕重量，使得強調輕、薄、短、小的消費品，如筆記 型電腦及行動電話或其它類的電子科技產物的需求快速成長。目前更 大量發展運用在航太工業、光電業、資訊及醫療方面等科技尖端領 域，由於塑膠重量輕、成本低且取得容易，逐漸取代原有的金屬及木 材使用，成為現在生產線上的主流材料。
一般薄殼的定義有兩種：
1. 成品的壁厚須小於 1mm(0.04in)，且表面積須大於 50cm2(8in2)。
2. 流長對壁厚比為 100：1 至 150：1 或更大。
由此可知，薄殼產品在成型的過程中，由於流路變薄，使塑料充
填不易，隨著厚度愈薄，模穴內固化層所佔的比例就愈高，使得高分 子材料與模壁間的阻抗會更大，造成成品無法充填完成，使成品有短 射現象。其改善方法如下：
1.採用多點進澆系統。 2.提高射出壓力。 3.提高射出速度。 4.提 高塑料溫度。 5.提高模具溫度。 6.選擇黏度低且機械性質良好的材 料。 7.較佳之模具設計。
流道流動平衡可以確保流到每個模穴的塑料溫度及壓力相同，塑 料所承受的熱力歷程(Thermo-Mechanical History)相同，所以各模 穴成型件的重量、密度及其它性質一致，產品品質得以控制。薄殼件 常因射出流動不平衡或射出壓力不平衡而造成翹曲變形，多點進澆時 可評估各澆口壓降情形，以找出佔優勢之澆口位置(壓降較小者)；淘 汰多餘之澆口(壓降較大、流量較小者)。提高射出壓力及射出速度為 了使材料流動加速，塑料因為高的剪切率產生切變致稀性而有黏度下 降的情形，使整體流動阻力降低，由於黏滯加熱影響亦使固化層厚度 變薄。同時提高塑料溫度，有助於塑料的流動性。高模具溫度使得高 分子材料和模壁間的溫度差縮小，使得固化層的厚度降低，利於充填 的完成。選擇黏度較低的高分子材料，使其在模穴內較易流動，比較 不會造成短射現象。
4-1-1 模具最佳化之實驗設計
本研究以經濟生產為考量，採用的模具設計為一模兩穴。射出成
型冷卻過程結束時，若模溫均勻代表冷卻迴路設計佳；反之，若模溫 分佈差異性大，塑件易因溫度差異造成熱應力產生翹曲變形的現象。
因此，若設計不當的冷卻系統，不但會使成型時間拉長，增加成本且 冷卻不均勻更會造成塑件產生翹曲變形及凹痕等問題。本研究冷卻水 路的配置數目，分別採(a) 4 支串聯水管迴路，(b) 12 支並聯水管迴 路，(c) 12 支串聯水管迴路等三種模式配置探討，如圖 4-4，4-5，
4-6 所示。為了提供較佳的充填及保壓效果及考慮流道長度的對稱性 及均等性，分別規劃了單點進澆、兩點進澆及四點進澆等三種模式於 導光板的厚端進澆，如圖 4-1，4-2 及 4-3 所示。另外，澆口形狀影 響塑料的流動性、故針對導光板此大面積且薄形的平板件，採取扇形 澆口，使塑料能產生扇形的流動。此外，塑料流經澆道或澆口時，若 截面積甚小，則所遭遇的流動阻力升高，產生較大的壓降消耗許多射 出壓力且塑料溫度亦因黏滯加熱而明顯上升。因此過小的澆口設計有 可能造成塑料的過熱及其裂解；若澆口截面積過大，又會因為澆口位 置之塑料因冷卻結果而凍結，使保壓階段壓力因澆口固化而無法傳遞 且不利於澆道系統的剪除及廢料的增加。本研究之澆口的總截面積分 別採 69mm2、103.5mm2、138mm2等三種尺寸作探討。
剪切應力代表塑料在加工過程中剪切流動所造成的應力。若剪切 應力過大及分佈不均會形成應力集中，易使成型品 產生翹曲變形問 題，剪切應力過高(如大於 1MPa)[6]，則會使塑料遭受過大應力，
造成高分子鏈破斷，影響強度。
綜合上述，針對模具部分，定冷卻水管迴路、澆口數及澆口總面 積等三個控制因子，使用 L9(34)直交表，如表 4-1 所示。其控制因子 及水準，如表 4-2 所示。控制因子配置及其模擬結果，如表 4-3 所示，
表中另含平均剪切應力、標準差及 SN 值。期望之剪切應力值分佈均 勻且愈小愈佳。因此，其理想機能為望小特性。
4-1-2 模具設計結果與討論
塑料於保壓結束後，剪切應力的大小及分佈情形將影響成型品之 品質。若剪切應力過高，將使塑料遭受過大壓力將影響塑件的強度。
若分佈不均勻將會造成應力集中，亦會使成品發生翹曲變形問題 [5]。表 4-3 為保壓結束後的剪切應力平均值、標準差及 SN 值，圖 4-18 為因子對 SN 之反應圖。最佳參數組合為 A3、B3、C1即 12 支串聯 水管迴路、四點進澆及澆口總面積採用 69mm2，最佳模具設計，如圖 4-7 所示。圖 4-8 為流動波前之等值線圖，其熔融塑料呈現較為均勻 的流動狀態，圖 4-9 為在保壓結束時剪切應力分佈的情形，由顏色顯 示得知剪切應力較大者位於澆口附近及 X 軸方向距離澆口約 80mm 處，經由感測節點量測剪切應力值在 0.69 MPa 以下，如圖 4-10 所示。
塑件不均勻的冷卻效果會造成產品因熱應力而產生翹曲變形。
同時冷卻系統設計不當，會造成生產週期過長，增加成本。圖 4-11、
圖 4-12 及圖 4-13 所示為導光板三種不同水路迴路冷卻階段溫度分佈 等值線圖，其平均溫度分別為 58.1℃、56.9℃及 48.9℃。其中圖 4-13
之 12 支串聯水管迴路設計可得到最低且均勻的溫度分佈。
導光板的射出成型中，單點入澆由於流道過長，容易使充填完成 後溫度及壓力分佈不均且造成翹曲變形，而塑料在流入模穴後，受模 壁熱傳導影響，固化層會隨時間增加而變厚，必需以更大的壓力來推 動塑料流動，四點入澆口可使塑料流動平衡，同時可降低入澆壓力，
避免產生過大的溫度及壓力差。
澆口總面積採用 69mm2，為水準一其澆口總面積最小者。因其小 截面增加流速，造成剪切加熱使黏度降低並減少剪切應力。
4-2 田口製程參數最佳化
製程參數最佳化的方法及步驟如下：
1. 選定品質特性及判定品質特性之理想機能：本研究之導光板為一 厚端 2.3mm 漸縮至薄端 0.7mm 之楔形結構，如圖 4-14 所示。由於 液晶本身不會發光，因此當光源由導光板厚端入射，大部份光線 利用全反射往薄端傳遞，當光線碰到導光板底部的擴散點時，光 線會向各個角度擴散，破壞全反射而自導光板正面射出，利用疏 密、大小不同的擴散點或 V-Cut 設計，使導光板面均勻發光。為 了能讓光源完全吸收且反射光源，對於成品的收縮痕、尺寸精度 及翹曲方面要求關係到導光板的外觀、尺寸及光學特性，因此本 實驗選定的品質特性分別為導光板 X、Z 方向尺寸的線性收縮率，
凹痕指數及體積收縮率，其四者之理想機能皆為望小特性。
2. 列出影響此品質的控制因子，並定出它們的水準：射出成型是利用 壓力推進(Pressure-Driven)的力量迫使塑料填滿模穴。因此黏度 較高的塑料，如 PMMA，流動阻力較大，造成壓力降也較大，因此 需要較高射壓始能成型[10]。一般導光板在射出成型中是利用較 高的料溫、射速及較高的模溫，使融膠在充填過程中不致於因冷 卻速度過快而有足夠的時間保壓，但射速過高會產生較高的殘留 應力及縫合線的問題，且保壓壓力也會因為殘留應力及分子定向 的問題對翹曲造成很大的影響，適度的保壓時間對成形後的密度 及收縮有很大的幫助。參考文獻[10,11]選定七個控制因子分別為 冷卻時間、料溫、模溫、射速、射壓、保壓及保壓時間，每因子 各取三個水準，如表 4-4 所示。
3. 依控制因子及其水準的數目選定適當的直交表，並安排完整的實 驗計畫：在直交表的選擇上，採用 L18(21×37) 直交表的 2-8 欄控制 因子，如表 4-5 所示。導光板的實體網格模型如圖 4-15 所示，各 由兩個長方形平面網格來建構實體網格，扇形澆口部份則建構三 角形實體網格，厚度方向設置三層網格實體網格，連同流道系統 共建立了 72148 個實體網格，同時在導光板設定了共 29 個量測節 點，分別針對導光板冷卻模擬後量測其 X、Z 軸線性收縮率如圖 4-16 所示。體積收縮率及凹痕值等各項觀測值數據，如圖 4-17 所示。
4. 執行實驗，紀錄實驗數據。
5. 資料分析：資料分析工作的主要目的有：a.計算每個控制因子的
變動品質特性的效應(Effects)。b.計算每個控制因子的變動對品 質特性變異的效應。c.在變異數分析中可利用統計檢定的方法，
來辨識各因素的影響效果，並且應用貢獻度來彌補田口式實驗，
無法研判各實驗參數對品質特性之影響力及誤差程度等方面之不 足 。
6. 對新的設計值作確認實驗。
7.在多重品質特性分析中，則分別以主成份分析法、主成份模糊法 及二次損失規劃法[14]，比較其結果。
4-2-1 田口品質最佳化結果與討論
本研究以田口法針對導光板單一品質最佳化之製程參數整理 如表 4-18 所示，說明如下：
1. X 軸線性收縮率
導光板之長度定義為 X 軸，規格尺寸為 290mm，針對每一片導光 板模擬後的收縮翹曲結果，分別在 X 軸方向量測 5 個觀測值，單位為
%，其品質特性為望小特性。表 4-6 為 X 軸線性收縮率量測值及 SN 比，
%，其品質特性為望小特性。表 4-6 為 X 軸線性收縮率量測值及 SN 比，