臺灣博碩士論文加值系統

微量射出成型因微機電系統的發展而日益重要，但整體製程參數、充填流動及模具材料影響尚無完整的研究。本論文探討微量射出成型的充填特性及玻璃材料應用於微型模具的可行性，以實驗室自行開發之衝擊式微射出機進行相關實驗。第一部份以微渦線模具探討微量射出成型參數對流動長度的影響。第二部份為流動觀察，利用透明視窗高速攝影不同澆口及厚度的微模穴，觀察融膠在微模穴中的流動形式。第三部份探討玻璃材料應用於微型模具的可行性。
流動長度實驗發現，影響製程最大的成型參數為模具溫度，其次為外加衝錘，融膠溫度的影響性隨模穴厚度增加而加大；模具溫度、外加衝錘、衝擊氣壓及融膠溫度的設定參數值愈大，愈能增加流動的長度。
在流動觀察實驗發現，充填過程包含瞬間衝擊與後續推擠，當成型參數設定值愈高，靠著衝擊模式充填的比例愈高。所以在單一參數流動觀察實驗，參數設定值大者，瞬間衝擊量達約35%，參數設定值小者，瞬間衝擊量達約15%。在抽真空環境下，瞬間衝擊量達約70%，若外加一小衝錘，瞬間衝擊量達將近100%。波前在薄模穴的流動比較規則，但是在厚模穴、表面粗糙度高與抽真空環境下，波前則呈現不規則。抽真空對流動性好的塑料(如PS)，影響波前的分佈很大，而流動性差的塑料(如PMMA)，波前則完全不受真空效應影響。澆口開口角度設計愈小，波前流動愈穩定，不受真空效應的影響。抽真空、澆口角度設計愈大、外加衝錘及降低表面粗糙度，皆能降低充填時間，增加流動速度。
在玻璃材料應用於微型模具可行性的實驗，拷貝出來的成品尺寸收縮率比金屬模具拷貝出來的小。但缺點也多，經由強化處理，玻璃模穴會有擴孔及變形的現象，表面會有氣泡附著，且微模穴愈小、愈厚愈容易產生。此外，玻璃模具承受最大的鎖模力較小，所以成品的毛邊非常嚴重。

With the advance of MENS technology, replication of micro parts with injection molding becomes important. In the first part of this study investigates the filling capacity of a micro-injection molding system, which consists of a micro-mold and a pneumatic impact-type micro-injection molding machine. The processing parameters of this system include melt temperature, mold temperature, hammer weight and air pressure. The effects of process parameters on the flow length in various micro spiral channels are systematically studied. Mold temperature and hammer weight are found to be the most sensitive parameters. The effect of melt temperature increases with the thickness.
In the second part of this study, a mold with two micro-plate cavities is constructed. Above the cavities is a transparent window, made of tempered-glass. A high speed video camera is employed to record the filling process. Filling processes with different design and processing conditions, such as gates, thickness, vacuuming are observed. With this impact-type injection molding machine, two kinds of filling are found: namely, immediate impact filling, followed by push filling. More than 15% of cavity is filled by immediate impact filling. Driven with high air pressure in a vacuumed cavity, as high as 70% of the cavity is filled with immediate impact filling. But the shape of melt front in a vacuumed cavity is irregular if the viscosity of melt is low. The smaller the gate angle is, the more steady is the shape of the melt front. When a hammer weight is added to the hammer head, almost 100% of cavity is filled by immediate impact filling.
In the third part of this study, the possibility of using glass as mold material is discussed. Shrinkage is lower in a glass mold than in a steel mold. But the surface of the part molded in a glass mold is poorer than that in a steel mold, due to micro-holes left in the glass. The clamping pressure allowed with a glass mold is lower than with a steel mold.

中文摘要Ⅰ
英文摘要Ⅱ
表目錄Ⅶ
圖目錄Ⅸ
第一章 導 論
1-1 前言1-1
1-2 微量射出成型1-1
1-3 微型模具材料的探討1-3
1-4 微量射出充填過程之了解1-3
1-5 微量射出成型之流動觀察1-4
1-6 研究動機1-4
1-7 論文內容架構1-5
第二章 研究背景與文獻回顧
2-1 微量射出成型探討2-1
2-2 超高速射出成型技術2-2
2-3 充填特性與流動觀察相關研究2-3
2-4 微型玻璃模具加工技術的探討2-4
2-4-1 電化學放電法2-5
2-4-2 準分子雷射加工法2-5
2-4-3 微超音波加工法2-5
2-4-4 鑽石工具加工法2-6
2-4-5 蝕刻法2-6
2-5 研究方向2-7
第三章 實驗設備與步驟
3-1 概述3-1
3-2 衝擊式微射出成型機3-1
3-3 模具與塑膠材料3-2
3-3-1 玻璃模具3-2
3-3-2 渦線模具3-2
3-3-3 模穴4×4×0.2mm3金屬模具3-3
3-3-3 塑膠材料3-2
3-4 模溫控制單元、融膠控制單元3-3
3-4-1 模溫控制單元3-3
3-4-2 融膠控制單元3-4
3-5真空單元3-4
3-6 預塑料粒成型模具3-4
3-7 品質評估3-4
3-8 流動觀察設備3-4
3-9 實驗方法與步驟3-5
3-9-1 田口法參數設計法實驗3-5
3-9-2 單一參數設計法實驗3-5
3-10 模擬傳統射出方式與實驗結果之比對3-6
第四章 微量射出成型之充填特性與流動觀察
4-1 概述4-1
4-2 成型條件對充填影響之探討4-1
4-2-1 田口法實驗設計之探討4-1
4-2-2 單一參數設計法之成型參數探討4-2
4-2-3 不同材料之充填實驗的探討4-3
4-3 充填特性實驗結論4-4
4-4 流動觀察實驗結果4-4
4-4-1 衝擊氣壓對充填波前的影響4-6
4-4-2 模具溫度對充填波前的影響4-6
4-4-3 融膠溫度對充填波前的影響4-6
4-5 流動觀察探討其他成型狀況對波前流動的影響4-7
4-5-1 抽真空對波前流動影響4-7
4-5-2 澆口形式對波前流動影響4-8
4-5-3 射出材料對波前流動影響4-8
4-5-4 衝擊式微射出機加掛衝錘對波前流動影響4-8
4-5-5 比較玻璃模穴及金屬模穴對波前流動影響4-9
4-6 模流分析與實際微量射出之比對4-10
4-7 流動觀察實驗結論4-10
第五章 玻璃微型模具可行性探討
5-1 概述5-1
5-2 玻璃材質應用於微型模具的優勢5-1
5-3 採用石英玻璃做微型模具的優勢5-2
5-4 玻璃模具加工處理步驟5-4
5-5 玻璃模具強化處理後模穴的變化5-4
5-6 微型玻璃模具與金屬模具之比較5-4
5-6-1 加熱與冷卻時間之比較5-5
5-6-2 模穴表面粗度之比較5-5
5-6-3 成品轉寫性之比較5-5
5-7 結論5-6
第六章 結論與未來研究方向
6-1 結論6-1
6-2 未來研究方向6-3
參考文獻R-1
附錄A 衝擊式高速微射出機性能對照表A-1
附錄B 石英玻璃性質表B-1
附錄C 聚苯乙烯PS-951N性質表C-1
附錄D PMMA-70FH性質表D-1
附錄E 田口式品質工程E-1
附錄F 模穴4×4×0.2mm3高速攝影拍攝圖F-1
附錄G 模穴2×2×1mm3高速攝影拍攝圖G-1

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