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研究生:梁榮進
研究生(外文):Jung-Chin Liang
論文名稱:產品模型之設計運用與評估研究-以旋轉成型為例
論文名稱(外文):A Research on Design Application and Assessment of Product Model-Use Rotomodling as an example
指導教授:張悟非張悟非引用關係
指導教授(外文):Wuefay Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:工業設計系碩士班
學門:設計學門
學類:產品設計學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:英文
論文頁數:118
中文關鍵詞:模具設計應用旋轉成型模型產品模型
外文關鍵詞:design applicationmoldrotomoldingmodelproduct model
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本研究主要在探討「產品模型」的設計、製作和運用層面的功能意義,全文分成兩大階段。「前階段」探討的是:從產品模型的設計、製作、運用與傳達,到設計應用選擇之評估。歷程為從傳統手工製作,進入自動化機械製作,再邁向電腦科技成型,與虛擬原型設計的整體技術性研究探討。「後階段」探討的是:產品模型傳達、運用於旋轉成型的製作與量產行為,經由個案研究方式,分析產品模型在製作、設計上應有的思考模式與對應行為。選定「旋轉成型」成為設計運用之主題,是因為『旋轉成型模』(Rotational Molding or Rotomolding)製作的產品充斥在我們日常生活當中,卻不知是如何生產的一種成型技術,由於這類型公司在台灣並不多,但是其產品環繞在我們生活周圍,生產行為也被人們廣泛使用。希望透過「產品模型」設計應用於「旋轉成型」製作之方式,能提供設計界朋友更深一層的設計認知與設計選擇。
The research focuses on the significances of product model in different levels-design, manufacture, and application. The full text divides into two main parts. The first part explores product model’s design, manufacture, application, and conveyance first, and then to the assessment of design application’s decision. It discusses the ways of manufacture from traditionally handmade and automatically mechanical manufacture, to computer technology of forming, then to suppositional design of whole techniques. The second part explores the expression and application of product model is used to the manufacture and mass production of rotomolding. Through the case study to analyze the product model,We can realite should have what kinds of thinking patterns and corresponding behaviors in manufacture and design. The reason choosing of rotomodling mold as a study case in utile design is because products of rotomodling are full of our everyday life, but we don’t know where this forming technique comes from. These companies which produce rotomolding product aren’t popular in Taiwan, but their products surround us and their productive behaviors are widely used. I hope through the design application of product model be used to manufacture of rotomodling can offer the design community a deeper understanding and more application.
目 錄
中文摘要 ………………………………………………………………… I
英文摘要 ………………………………………………………………… II
誌謝 ………………………………………………………………… III
目錄 ………………………………………………………………… iv
表目錄 ………………………………………………………………… vii
圖目錄 ………………………………………………………………… viii

第一章 緒論…………………………………… 1
1.1 前言…………………………………… 1
1.2 研究背景與動機……………………… 2
1.3 研究範圍……………………………… 2
1.4 研究方法……………………………… 3
1.4.1 文獻探討與分析階段…………………… 3
1.4.2 產品模型設計應用定義………………… 4
1.4.3 模型設計製作運用於模具製作之策略… 5
1.4.4 模型設計應用於個案研究之策略………… 6
1.5 研究架構流程圖…………………………… 7

第二章 文獻探討 ………………………………………… 8
2.1 產品模型的起源……………………………… 10
2.2 產品設計之模型存在的價值與意義………… 10
2.2.1 產品模型對於產品開發的重要性…………… 10
2.2.2 產品模型在設計程序的重要性……………… 11
2.2.3 當前模型製作產業之現況分析……………… 12
2.3 模型製作、設計之應用探討………………… 13
2.3.1 以模型的設計強化圖面設計………………… 15
2.3.2 模型設計與量產工程同步設計之分析……… 16
2.3.3 以產品模型設計去達成設計目標…………… 17
2.3.4 以RP成型方式實現產品設計 ………………… 19
2.3.5 產品模型設計為模具設計的先驅…………… 21

第三章 產品模型的設計、製作 ………………………… 22
3.1 產品模型的設計、製作策略………………… 22
3.1.1 模型材料的類型分析………………………… 23
3.2 常用模型材料之功能、特性分析…………… 27
3.3 模型材料之運用評估………………………… 28
3.4 產品模型之分類……………………………… 32
3.5 模型製作方法比較與評估…………………… 39
3.6 快速原型模型的製作與運用分析…………… 40
3.6.1 快速原型模型的成型原理…………………… 40
3.6.2 快速原型製作之特色………………………… 41
3.6.3 快速原型成型所需之設備…………………… 42
3.6.4 快速原型製作「快速模型」的優點………… 42
3.6.5 模型運用於逆向工程現況之分析…………… 43
3.6.6 產業界運用RP成型的技術探討……………… 45
3.6.7 自由造型模型系統製作特點分析與探討…… 46
3.7 本章小結……………………………………… 49
3.7.1 產品開發各階段模型製作方式之選擇分析… 50
3.7.2 產品開發各階段模型使用材料之選擇分析… 52

第四章 產品模型運用於旋轉成型之探討 ……………… 54
4.1 旋轉成型之成型原理與製作特性…………… 54
4.1.1 製作成型之原理……………………………… 54
4.1.2 成型之特性…………………………………… 56
4.2 旋轉成型與一般塑膠成型方式之比較……… 57
4.3 旋轉成型產品開發之流程…………………… 58
4.4 旋轉成型的製作技術面分析………………… 59
4.4.1 基本加工步驟………………………………… 59
4.4.2 基本的技術分析……………………………… 61
4.4.3 旋轉成型製作的優、缺點分析……………… 63
4.5. 旋轉成型材料使用之分析…………………… 66
4.6 旋轉成型模具之介紹………………………… 66
4.7 旋轉成型模具之特性………………………… 68
4.7.1 各類型模具製作使用之詳述分析…………… 68
4.7.2 旋轉成型模具的基本要求…………………… 71
4.8 模型製作設計對應於模具選擇之原則…………72
4.9 旋轉成型對於產品模型製作、設計的基本要求73

第五章 產品模型運用於專案製作之設計分析……………89
5.1 個案研究動機與目的……………………………89
5.2 個案研究主題……………………………………89
5.2.1 個案主題的基本要求……………………………90
5.2.2 基本設計分析……………………………………91
5.2.3 成型方式之評估…………………………………93
5.3 模型設計製作與製程分析………………………95
5.3.1 模具製作的選擇評估……………………………95
5.3.2 模型製作、設計應用於各階段設計之意義……97
5.4 模型設計應用分析………………………………99
5.4.1 模型的收縮率與加工量預留設計………………100
5.4.2 倒勾之脫模原理與製作設計……………………101
5.4.3 模型製作對稱性要求……………………………102
5.4.4 模型之設計運用的其它要求……………………103
5.5 本章小結…………………………………………105

第六章 結論與建議…………………………………………107
6.1 研究成果與發現…………………………………107
6.2 本研究具體貢獻…………………………………108
6.3 研究限制與問題點………………………………109
6.4 後續研究與建議…………………………………110
6.4.1 對於工業設計師的建議…………………………110
6.4.2 對於未來研究者的建議方向……………………111

參考文獻 ……………………………………………………112
附錄表 ………………………………………………………116




表 目 錄
表 2.1 模型在開發流程的功效………………………………………… 14
表 2.2 模型在整合溝通的功效………………………………………… 14
表 2.3 設計作品對於造形設計應具備的特點………………………… 15
表 2.4 RP成型的優點…………………………………………………… 20
表 2.5 RP成型的缺點…………………………………………………… 20
表 3.1 模型設計於快速、傳統方法之比較 …………………………… 23
表 3.2 常用模型材料之性質比較……………………………………… 27
表 3.3 手工製作模型與機械自動化製作模型適用材料之特質與分析 32
表 3.4 常用模型製作方法之比較、評估……………………………… 40
表 3.5 快速原型之應用層面分析……………………………………… 42
表 3.6 快速原型製作快速模型的優點………………………………… 42
表 3.7 RP模型的再生技術發展………………………………………… 45
表 3.8 運用Freeform設計模型之優點………………………………… 48
表 3.9 Freeform model的傳達功能……………………………………… 48
表 3.10 產品開發各階段模型製作選擇之分析………………………… 49
表 3.11 產品開發各階段模型使用材料之分析………………………… 52
表 4.1 旋轉成型之製程步驟…………………………………………… 55
表 4.2 旋轉成型之製作特性…………………………………………… 56
表 4.3 旋轉成型、射出成型、吹氣成型之成型比較………………… 58
表 4.4 旋轉成型的加工步驟…………………………………………… 60
表 4.5 旋轉成型之優、缺點分析……………………………………… 63
表 4.6 旋轉成型模具之介紹…………………………………………… 67
表 4.7 電鑄模具製作流程圖…………………………………………… 69
表 4.8 電鑄模具製程之基本原則與製作步驟說明…………………… 69
表 4.9 模型設計運用於CNC雕刻模具的製作分析…………………… 70
表 4.10 模型對應於模具設計、製作考量之分析……………………… 72
表 4.11 模型材料應用於模具製作之評估……………………………… 75
表 4.12 模型尺寸之計算法……………………………………………… 76
表 4.13 不同成型材料之R角設計與分析比較………………………… 78
表 4.14 塑膠成型材料之拔模角設計與比較…………………………… 81
表 4.15 模型設計應用於塑膠桶抗壓設計之應用評估………………… 85
表 5.1 各種成型方式之評估…………………………………………… 94
表 5.2 模具製作選擇與評估…………………………………………… 96
表 5.3 產品模型在各設計階段的意義………………………………… 99
表 5.4 模型設計、製作時的一般性設計評估分析…………………… 106


圖 目 錄
圖1.1 研究流程圖……………………………………………………… 7
圖2.1 鑄造流程圖……………………………………………………… 9
圖2.2 鑄造砂模之剖視圖……………………………………………… 9
圖2.3 產品模型運用於同步設計與各部門獨立設計之差異圖……… 17
圖2.4 產品模型與量產工程系統之關聯圖…………………………… 17
圖2.5 產品模型之設計影響工程設計之層面………………………… 18
圖2.6 RP成型之基本製作程序………………………………………… 19
圖2.7 CAD建檔與掃描原型的快速模型設計、製作循環圖………… 19
圖2.8 拍照模型重組點資料的快速成型原理………………………… 21
圖3.1 模型製作材料之分類…………………………………………… 24
圖3.2 金屬熔射模製作流程…………………………………………… 26
圖3.3 模型之分類與範例……………………………………………… 33
圖3.4 快速原型製作分類系統圖……………………………………… 38
圖3.5 快速成型之機械結構圖………………………………………… 41
圖3.6 逆向工程操作流程圖…………………………………………… 43
圖3.7 正向工程設計流程圖…………………………………………… 44
圖3.8 逆向工程設計流程圖…………………………………………… 44
圖3.9 手機應用逆向工程執行設計之流程…………………………… 45
圖3.10 RP模型的應用功能與模式……………………………………… 46
圖3.11 Freeform設計模擬之現況……………………………………… 47
圖3.12 Freeform設計流程圖…………………………………………… 47
圖3.13 Freeform model製作之類別與實例…………………………… 48
圖4.1 旋轉成型之製作流程圖………………………………………… 55
圖4.2 旋轉成型之成品範例…………………………………………… 57
圖4.3 旋轉成型產品開發流程圖……………………………………… 59
圖4.4 旋轉成型的入料、脫模區域現場操作情形…………………… 61
圖4.5 旋轉成型之成型循環系統圖…………………………………… 61
圖4.6 旋轉成型的加熱、冷卻變化情況……………………………… 62
圖4.7 旋轉成型模具之種類與範例…………………………………… 67
圖4.8 燈罩之產品模型轉製成電鑄模具之實例……………………… 70
圖4.9 肋(KISS-offs Ribs)的形成原理…………………………… 73
圖4.10 肋(KISS-offs Ribs)之最佳設計比例範例………………… 73
圖4.11 模型倒R角設計影響塑膠流動性之比較圖…………………… 77
圖4.12 倒R角設計不良所產生填料不實之狀態……………………… 77
圖4.13 模型倒R角與銳角設計之剖面圖情形………………………… 78
圖4.14 模型面的夾角與模型R角設計之說明………………………… 79
圖4.15 模穴內成品冷卻後之縮收剖面圖……………………………… 80
圖4.16 產品模型運用縮收率與拔模角設計製作之實例……………… 80
圖4.17 正確分模面與拔模角設計之範例……………………………… 82
圖4.18 分模面設計之比較……………………………………………… 82
圖4.19 工具箱避免翹曲設計之比較…………………………………… 83
圖4.20 產品產生翹曲變形後之狀態…………………………………… 84
圖4.21 避免工具箱變形、翹曲之設計案例…………………………… 84
圖4.22 孔的抗壓設計…………………………………………………… 85
圖4.23 肋(Kiss-offs Ribs)設計結合之對照圖…………………… 86
圖4.24 模型運用孔及凹槽設計,達成抗壓效果之實例……………… 86
圖4.25 產品模型(噴水池)傳達於模具與成品……………………… 87
圖4.26 模型表面設計處理傳達於成品之實例………………………… 88
圖5.1 模型解構設計圖………………………………………………… 92
圖5.2 模型解構設計形式……………………………………………… 92
圖5.3 裝配設計架構圖………………………………………………… 93
圖5.4 模型設計應用發展的製作流程………………………………… 99
圖5.5 模型尺寸與成品尺寸之計算與比較…………………………… 100
圖5.6 模型之拆解設計與模具製作後之對照………………………… 101
圖5.7 凹槽深度之計算法……………………………………………… 102
圖5.8 冰品造形的對稱曲線製作方法………………………………… 103
圖5.9 荷葉造形的對稱曲線製作方方法……………………………… 103
參 考 文 獻
中文部份:

【1】 Roberto Lucci & Paolo Orlandini 著,1992,產品設計模型 (Product Design
Models),張悟非 譯,六合出版社,台北。
【2】 Tom Kelley 著, 2002, IDEA物語—全球領導設計公司IDEO的秘笈 (The Art of
Innovation: Lessons in Creativity from IDEO, America’s Leading Design Firm1)徐
鋒志 譯,25-143頁,大塊文化出版股份有限公司,台北。
【3】 呂清夫 ,1993,造形原理,台北:雄獅圖書股份有限公司,台北。
【4】 清水吉治,小島孝,田野雅三,松田真次,1992,模型與原型,龍溪國際圖
書,台北。
【5】 Karl T. Ulrich & D. Steven Eppinger 著, 1997,產品設計與開發 (Product design
and development),宋同正、蔡登傳 譯,台北。
【6】 JOHN R. LINDBECK著, 1999,產品設計與製造,黃台生 譯 ,六和出版社,
台北。
【7】 黃啟三,2001,新產品設計,全華科技圖書公司,台北。
【8】 Mike Baxter,1998,產品設計與開發,張建成譯,六合出版社,台北。
【9】 張紹勳,2001,研究方法,滄海書局,台北。
【10】 賴耿陽,2001,模具製造技術,戶和出版社,台南。
【11】 康軒文教事業公司,2003,國中社會,第三冊,頁68-77,台北。
【12】 John F. Pile 著,2000,家具設計 (Furniture, Modern and Postmodern) ,官政能
譯,頁179-210,亞太圖書出版社,台北。
【13】 黃銘智,2000,虛擬工程—新世紀的產品研發技術,電腦繪圖與設計雜誌,
頁26,1月。
【14】 劉士榮,1995,高分子流變學-塑膠之加工特性,滄海書局,台北。
【15】 經濟部工業局,塑膠加工技術人才培訓計畫講義,2002年6月13日,財團法
人塑膠工業發展中心。
【16】 John F. Pile 著,2000,官政能 譯,家具設計(Furniture, Modern and Postmodern),
PP.179-210,亞太圖書出版社,台北。
【17】 Karl T. Ulrich & D. Steven Eppinger 著,1997,宋同正、蔡登傳 譯,產品設計
與開發(Product design and development),華泰文化事業公司,台北。
【18】 陳建仁,2002,精密電鑄製程之應用介紹,台灣鑄造學會,鑄造科技第154期,
高雄。
【19】 林振陽、黃世輝 編著,1998,設計材料,六合出版社,台北。
【20】『大型塑膠模具製造技術』研討會資料,2005,台灣鑄造學會、金屬工業研究
發展中心,2月25日。
【21】 龍興塑膠科技公司,2000,旋轉成型生產作業實務設計流程表。
【22】 梁榮進、張悟非2005,產品模型之設計、製作與運用評估探討,國際暨海峽兩岸創
新設計研討會,PP.60-67,台北科技大學,台北,4月16日。
【23】 梁榮進、張悟非,2004,高分子材料成型之研究-以『旋轉成型』為例,銘傳
大學設計國際學術研討會,PP. 343-352,銘傳大學,桃園,11月26日。
【24】 葉財源,1998,同步試射出成型產品與製程開發之可脫模性分析,國立成功大
學製造工程研究所,碩士論文。
【25】 黃永仁,1998,敏捷製造系統實施策略探討,國立台灣科技大學管理研究所工
業管理學程,碩士論文。
【26】 金明華,2001,台灣資訊業研發部門進行兩岸設計分工模式研究,國立雲林科
技大學,國立雲林科技大學,工業設計系研究所,碩士論文。
【27】 莊舒蓁,2003,產品造形與工程設計對應模式之研究,國立雲林科技大學,工
業設計研究所,碩士論文。
【28】 葉耀宗,2004,產品模型製作在跨領域開發中角色之研究,國立台北科技大學,
創新設計研究所,碩士論文。
【29】 林土水,2003,台灣模型製作產業之核心競爭力探討,實踐大學,工業產品設
計研究所,碩士論文。
【30】 張傑凱,2003,逆向工程模型資料重建與實體製造,中興大學,機械工程研究
所碩士論文。
【31】 李詩韻,2002,委外設計專案之互動式顧客關係管理模式建構,東海大學,工
業設計研究所碩士論文。
【32】 陳復東,2002,射出成型用之快速模具實驗探討,臺灣大學,機械工程學研究
所碩士論文。
【33】 張榮語,1991,射出成型模具設計-材料特性,高立圖書有限公司,台北。
【34】 何中源,1998,旋轉成型翹曲之成因與對策,長庚大學,機械工程研究所碩士
論文。

英文部分:

【1】 Crawford. R. J, 1996, Rotational Moulding of Plastics, Second edition, Research Studies
Press LTD, England.
【2】 Crawford .R. J &Throne .J. L, 2002, Rotational Molding Technology, William Andrew
Publishing, Norwich, New York.
【3】 Volume Vlll,Issue 4,1999 , The Magazine of the International RotationalMoldingIndustry,
pp. 8-34, July.
【4】 Volume lll,Issue 3,1994 , The Magazine of the International Rotational Molding Industry,
pp. 22-37, March.

網頁資料:
歐燦科技有限公司 http://www.dtsn.com.tw/index.htm
慧堡科技有限公司 http://www.huibao.com.tw
馬路科技工程顧問有限公司 http://rp.rat.com.tw/info.htm#top
虛擬工程—新世紀的產品研發技術http://www.acertwp.com.tw/magazine/cadesig/content/8901/p26.htm

誌謝:

謹此感謝 龍興塑膠科技股份有限公司,曾錦桹 副總經理、曾漢性 經理,提供有關
旋轉成型製程研究之專業意見。
謹此感謝 瑞比德科技國際股份有限公司,顏永泰 總經理、黃文寬 課長,提供有關
產品模型設計製作與應用研究之專業意見。
謹此感謝 杰輝實業股份有限公司,吳一致 總經理,提供有關模具設計、製作研究之
專業意見。
謹此感謝 弘榮集團,永川模型科技有限公司,賴志昂 總經理,提供有關產品模型設
計製作與應用模式的資訊,及相關研究之專業經驗。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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