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多组分注塑成型技术 在中国的发展与应用之路

编辑:创始人 日期:2019-10-18 人气:855

根据相关研究机构的调查,目前全球注塑机市场规模约为美金130亿左右,注塑机广泛运用于汽车行业、家居用品、电子及家电产品、建筑业、包装及医疗器材等行业。近年来,随着行业技术的发展,多色(多组分)注塑成型技术逐渐获得广泛的采用。

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多组分成型技术最早是以双色注塑为代表(即业界常用“双色机”一词),于1960年代由德国企业开始发展。当时开发双色成型技术的目的是要解决双色部件生产效率的问题,其注塑工艺及模具制作技术比单色注塑相对复杂一些。由于技术及成本的因素,直到2000年以前,双色注塑成型工艺在中国都没有获得广泛的采用。

事实上,在1990年代,台湾作为全球电子产品代工厂的重要角色,许多的注塑企业已经将双色成型工艺导入应用。为了解决进口双色机价格高昂的问题,许多台湾的注塑机厂家开始著手研制双色机,并结合模具厂商共同开发双色成型技术,从此开启多组分成型技术在大中华区发展的里程碑。

在双色机的技术发展上,可以区分为两个主要技术导向:其一是以欧美企业为代表,偏向通用性,是在单色注塑机的基础上外加相关配置形成双色机,其特点是一机两用;其二是以日本及台湾企业为代表,偏向专用性,其双色机为专用机型,并融合许多客制化功能,更适合双色制品的专业量产。

在大中华区众多注塑机企业当中,富强鑫以专用型双色机闻名业界,多年来获得广大用户的采用与青睐,其双色机具有极高的知名度及指名度。富强鑫所发展的精密双色机包括转盘式、转轴式、电动式、夹层机、混色机等,经过市场客户严格的考验及实机验证,目前已形成四大系列三十余种规格,锁模力范围从 135 吨~1900 吨,广泛运用在汽车业、手机业、笔记本电脑、制笔业、手动工具、高端日用品、化妆品业、家电业、其他电子产品等。

根据内部统计,至2018年为止,富强鑫累计销售的多组分注塑机已突破4500台,累计销售金额突破人民币22亿元,其中锁模力700吨以上大型双色机更已达到200台以上。富强鑫双色机的发展历程,正是多组分成型技术在中国发展与应用的写照。

2019年,恰逢富强鑫多组分成型技术35周年,本文将带您一起回顾多组分注塑机在中国的发展历程,探究双色机的前世与今生。

1984年,富强鑫推出第一代双色机KT-300D,是当时极少数能够生产双色机的厂家之一。当时双色机所运用的行业以日用品为主,属于双色技术的萌芽阶段。

到了1990年代,台湾电子产业快速兴起,许多国外知名品牌的电子资讯产品在台湾代工生产,双色技术开始运用在滑鼠、按键、旋钮、遥控器、握把、游戏机外壳等电子3C产品。另外,随著生活水平的提高,双色机也开始运用于化妆品业,以双色技术提高产品附加价值。

此时期,富强鑫最具代表性的双色机即为FB系列,时至今日,「FB」几乎已成为双色机的代名词,可见其影响力之深远。探究FB系列成功的因素,除了产品设计之外,最关键的是高性能定位。当市场上仍以普通型注塑机为大宗时,富强鑫双色机已经定位于高阶性能,对往后双色成型技术的发展起到了引领的作用。此项极具前瞻性的布局,也造就了富强鑫双色机的竞争优势与领导地位。

进入2000年以后,双色机技术发生四项重大的发展:大型化、精密/专业化、多射出与多功能、转动轴垂直化。

1.双色机的大型化发展

2001年1月,富强鑫推出锁模力达1000吨,转盘直径达1.6米的大型双色机(FB-1000R),主要运用于汽车行业,为当时台湾地区最大型的国产双色机之一。

该项产品的问世,终结了进口机的技术垄断,填补了国产大型双色机的空白,该机种并于2002年获得「台湾精品奖」。

2.双色机的精密化及专业化发展

2001年8月,富强鑫首次推出AE系列油电式高速机,「油电式」注塑机,顾名思义结合了油压及电气两种结构,一方面具有全电式定位精准及省能源的特性,一方面保有油压结构高推力的特性。换言之,油电式注塑机以低于全电机的成本,却能有效改善传统油压式耗能源及精度不佳的问题,而且大幅降低污染性及噪音问题。

3.双色机的多射出及多功能发展

前面提及,多组分注塑机的发展以双色机为开端,随著产品复杂度的提高,三色甚至四色的需求开始浮现。一般而言,三色机有两种类型,一种为两工位三色机(俗称假三色),另一种为三工位三色机(俗称真三色)。实际上,两者的区别不在于「真假」,而是根据产品结构设计(两副模具或三副模具)采用不同的转盘控制方式。

「两工位」顾名思义转盘旋转定位在两个位置,等同于双色机的180度转盘控制方式。换言之,两工位三色机的三组注塑单元中,有两组是同时注射在同一副模具,因此,产品中若有两组分的边界不相邻(可设计在同一副模具同时注塑),只需要两副模具来生产三组分产品,则适用两工位三色机。

「三工位」则不同,转盘旋转能定位在三个位置(120度)。换言之,三工位三色机的三组注塑单元中,分别注射在三副模具,因此,产品中若三组分的边界均相邻,则适用三工位三色机。

同样的,四色机也可区分为「两工位」及「多工位」四色机。从技术的角度而言,多工位转盘控制精度明显高于两工位,因此在机台的制作成本上也相对较高。所以,不必盲目追求多工位的多色机,而是要根据产品结构需求选择最具效益的方案。

早在2005年,富强鑫就已推出FB-450M三色机,富强鑫在当时属于极少数能生产三色机的厂商之一,该机种的推出也开启了国产三色机的发展之路。

随着多色产品设计复杂度提高,多工位三色机的需求越来越多。因此,从2010年至2017年间,富强鑫陆续进行中大型三色机开发。2015年,富强鑫推出FB-1900R超大型三工位三色机,锁模力1900吨,转盘直径2250mm,是当时市场上最大的多工位三色机,亦是富强鑫三色机发展的重要里程碑。至2017年,富强鑫完成全系列锁模力160吨~1900吨电动转盘多工位三色机开发,并获得市场广泛应用。前面亦提及,从2015年起,富强鑫锁模力1000吨以上大型多工位三色机的问世与应用,进一步解决了中国汽配业复杂多色工艺技术的难关,使中国汽配业多组分成型技术达到了国际先进水平。

在四色机方面,富强鑫同样投入大量研发资源,于2010年~2016年陆续推出锁模力1250吨~1600吨两工位四色机的开发并投入市场。至2018年,在多工位三色机的技术基础之上,进一步推出FB-1600R多工位四色机,将大型多组分注塑机推向技术顶峰,目前已成为富强鑫大型多组分注塑机的拳头产品。

多组分注塑机的射出型式定义

随著多组分注塑机的发展,从双色机、三色机到四色机,加上垂直转盘及水平转盘的变化,注塑单元的配置方式产生了非常多的组合。为了便于沟通及避免误解,富强鑫于2017年将多年来所发展的各种配置方式加以归纳,首次提出「多组分注塑机射出型式定义」。

以双色机为例,总共有五个基本形式,包括:P型(平行双射-Parallel)、L型(直角双射-Horizontal)、V型(天侧双射-Vertical)、W型(背式双射-Piggyback)、H型(对向双射-Opposite)。再以双色机的五个形式为基础,可继续衍生出三色机及四色机的射出形式定义,总计有19种配置方式,而且这些形式都已经过市场实机验证。另根据富强鑫的规划,多组分注塑机射出形式未来将达到25种配置方式。

由此可见,多组分注塑机的技术变化及客制化程度远远超过单色注塑机,如何快速满足多样的产品需求,是多组分注塑机的关键所在。外在的硬体结构设计很容易就可以做到,但内在的软实力则需要靠积累。富强鑫多色机累积35年技术发展经验,4500多台销售实绩,上千件行业产品应用案例及控制程序,遍布中国的多组分合作伙伴(专业模具商及试模厂),如此庞大的资料库及合作网络,正是构成富强鑫多色机坚强竞争力的基础。因此,富强鑫销售的不只是多色机,而是多组分成型技术解决方案。

多组分注塑机的多功能发展

前面提及多组分注塑机射出单元的增加及不同的配置方式,满足了各种多组分产品的成型需求。而真正让多组分注塑机具备多样功能及弹性生产模式的是射出单元可移动功能的实现。

2014年起,富强鑫将射出移动功能配置在锁模力700吨以上中大型多色机,使富强鑫多色机实现单色、双色、三色、四色一机多用。举例来说,「直角天侧四色机」(LV型),配合射出移动功能将可实现单色、P型双色、L型双色、V型双色、L型三色、V型三色、LV型三色、LV型四色等八种功能。对于产品趋向多样少量的企业而言多功能机是极佳的选择。以车灯业为例,透过射出单元精心配置,一部多色机即可同时满足汽车前灯与尾灯之生产。

在五种双色机基本形式中,水平对射机(H型)是近年发展的新式结构。水平对射加上二板夹模单元再配置重迭模可达到单色产品双倍产能。2019年,富强鑫推出HB-2350D超大型二板对射机,配置全伺服省电系统、电动加料(ESD)及射出闭环控制,应用于大型物流产品,一部双射机即可完成两部单色机的生产,不但节省能源、减少占地空间,产能也提升70%以上。

一般情况下,多组份产品都是以多种不同塑料的结合而成。而利用多色机将同一种塑料多次覆盖成型则是新近发展的技术。例如将多组分成型技术运用在厚壁透明光学产品(如透镜、导光块等),可以解决单次注塑周期长、收缩不均的问题。

多组分成型技术以产品的结合型态可区分三大类:多色分明、混色、内外夹层。

2001年富强鑫发展出「气辅三明治共射出」成型技术。该技术结合气体辅助射出装置与夹层共射出加工单元,形成气辅共射出混合加工装置。其制程为利用特殊气体装置所产生的高压氮气于瞬间注入三明治共射出成型模具的塑料中,以完成气辅三明治共射出加工制程。其功能可包括原有之各别优点,对相关射出成品更可以扩展其应用领域,以增进成型性能、减少翘曲变形、提高良品率、降低成本及增加产品功能等优点。该技术结合气体辅助射出系统及夹层混色机,可以产生两种效果的产品。一种是透明渐层加中空结构,可以形成特殊外观效果,提高产品附加价值。另一种是内外夹层加中空结构,可以达到减重、提高强度及降低成本之目的。此外,2017年富强鑫推出 FB-250C三色混色机,三组注塑单元由单一射嘴进行混合射出,可产生独特的花纹,应用在运动器材握把等产品,是国内极少见的三色混色机。

4.双色机转动轴垂直化发展

众所皆知,每三年一届的德国K展是全球塑料成型技术的盛会。2004年K展,出现许多水平转动的多色模具,包括:小型水平旋转重迭模、水平旋转四面立方模、双组水平旋转四面立方模等。其中米拉克龙展出的250吨对射双色机,配置了两组水平旋转四面重迭模(Twin cube turning stack mould),结合了「双色+IML(模内贴标)+IMA(模内组合)+旋转重迭模」四项技术,吸引了众多瞩目的眼光。同年K展,恩格尔展出1500吨二板式水平对射双色机配置水平旋转重迭模及射出压缩功能,以PC类玻璃技术生产汽车天窗,为汽车轻量化提供重要新方向。

2007年 K展, 克劳斯玛菲展出2300吨二板机配置水平旋转重迭模,生产汽车门饰板,结合旋转重模及反应射出技术,以PC/ABS基材加三色PUR在线喷涂技术构成四色皮纹触感表层,再加上雷射裁边处理单元,形成完整的汽车门饰板自动化生产模组,将复杂的后制程全部加以整合,同样引起较大关注。同年K展,恩格尔展出900吨二板式水平对射双色机,配置水平旋转重迭模,结合微发泡技术生产汽车中央扶手。米拉克龙展出450吨对射双色机,配置水平旋转四面重迭模,生产卫浴连结器。而德马格也展出300吨油电式双色机,配置水平旋转四面重迭模加上模内组合技术生产双层瓶盖。由以上观察可知,2000年以后,水平旋转模具在多色机的运用已经从小型250吨扩展到大型2300吨的机器,而当时在中国相关技术的国产化应用几乎是一片空白。

富强鑫长期关注欧美企业多组分成型技术的发展动向,有鉴于水平转动多色模具的应用趋势,富强鑫于2009年成立水平对射双色机项目组,结合相关模具业者,共同开发二板式水平对射双色机,并于2012年推出HB-1900R超大型水平转盘双色机。该机种锁模力达到1900吨,是当时国内极少数的超大型双色机。

相较于垂直旋转盘双色机,当产品尺寸更大,需要更高的锁模力,以及模具结构相对复杂的时候,采用水平旋转盘的方式进行双色生产,将可避免垂直转盘转动的惯性问题及重力的影响,运用优势明显。

多组分注塑机未来如何发展?

从历届德国K展观察,其中2004年及2007年两届K展在多组分成型技术上,出现许多应用的组合,如:双色+IML(模内贴标)、双色+IMA(模内组装)、双色+重迭模、双色+旋转重迭模+IMA、双色+IML+IMA+重迭模、双色+夹层、双色+Mucell(微发泡)、三色+IMA、三色+嵌入成型、双色+硅胶成型(SIM)、双色共射出+水辅射出、双色+反应射出等。而超大型水平转盘对射机、全电双色机、三工位三色转轴机、四色机等高技术产品亦在此时出现。换言之,多组分成型技术必须与其他技术结合应用,创造更高的效益,这就是下一阶段必须挑战的目标。大家回顾中国多组分注塑机这十多年的发展,有哪些应用实现了国产化?这是很值得深思的问题。

这其中的关键议题就是多组分模具技术及自动化周边的发展。不论是模内贴标、模内组合、水平旋转四面重迭模、微发泡、硅胶成型等,都需要相关的模具及周边的配合。因此,注塑机、模具、自动化周边的技术整合与共同开发是多组分成型技术发展的关键,如此才能形成高度自动化生产单元。在未来,二板式水平转盘多色机将会持续深化发展,尤其是水平旋转四面重迭模的应用。而结合电动驱动单元,如转动单元、射出单元等,也是多色机实现高精度、多功能的重要基础。随著智能注塑机技术发展的推进,多模穴流动平衡、注塑熔体变异控制、锁模力在线监测等技术的逐步应用将使多组分注塑机朝向高效能领域发展。

结语

回顾这35年发展历程,富强鑫推出了双色机、三色机到四色机,从两工位到多工位,从小吨位到大吨位,从垂直旋转到水平旋转,从液压驱动到伺服驱动,从专用机到多功能机。核心的发展理念就是引领中国多组分成型技术发展,持续推进多组分成型技术的应用,成为进口机最佳替代品牌,为客户创造更高的效益。

2018年2月, 宁波富强鑫参与中国塑机协会团体标准工作委员会,担任「多组分塑料注塑成型机」团体标准的起草工作。2018年7月,为支撑中国塑料机械行业专业人才的培养,宁波富强鑫向北京化工大学无偿提供实验展示设备(FB-200R双色机),用于北京化工大学在其校内建设「中国塑料机械专业人才培养基地」。2018年10月富强鑫集团与「国家塑机产品质量监督检验中心」共建「多组分注塑机联合科创技术中心」,双方合作进行多组分注塑机技术创新、标准制定、检测方法研究、新产品研发等,该技术中心的科创大楼将于2019年5月 于宁波富强鑫厂区正式落成启用。

古谚曾云:罗马不是一天建成的。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,更何况从事生产装备的制造。以富强鑫开发HB-R二板式水平双色机为例,从2009年成立项目组,到2012正式推出市场,期间经过非常严谨的市场技术调查及专利检索与解析,反覆论证技术方案及可靠性,最终形成富强鑫独特的创新机种。一步一脚印,凡含泪播种,必欢笑收割,富强鑫多组分注塑机的发展历程,正是最佳写照。回顾35年得来不易的成果及发展局面,也希望业界摒弃随意仿冒竞争,加强技术自主创新,加大培育多组分技术人才,共同为中国多组分成型技术的永续发展做出更大的贡献

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