本技術報告主要分為兩大部分，第一部分為本人於學校研究共射成型製程的成果；第二部分為本人於宗瑋工業股份有限公司進行實務實習的成果及心得，在實習期間，主要工作為新產品開發過程中可能遭遇之缺陷問題，並加以解決，另外，在實習過程中也將產品遇到的問題進行深入探討，進行具有學術研究之異型水路對於成型效益影響專案。
隨著科技的進步，人們對於塑膠產品的需求量越來越多，產品尺寸精度與外觀要求也越來越精密，然而產品大量製造的同時，相對也造成環境上的衝擊，又因目前是個分秒必爭的時代，如何降低射出成型週期與提升產品外觀，同時又達到節能減碳，已成為工業界的目標之一。因此本研究第一部分為共射成型中纖維配向的動態變化與其對產品品質影響之研究，希望透過共射成型(co-injection)之技術，達成產品大量製造後，塑料回收再利用，減少能源的耗損，我們透過模擬分析(Moldex3D)與實驗研究方法，以標準拉伸試片(ASTM D638 TYPE V)為系統，探討共射製程中內部纖維排向與機理的影響。研究結果顯示，透過基本共射充填分析，皮/芯層比例為60/40時具有良好之芯層滲透分佈，亦即皮層材料可以完整包住芯層材料；接著我們利用Moldex3D同時針對單射及共射系統進行纖維動態變化探討時發現，當固定在試片節點量測時，單射纖維排向與共射纖維排向差異不大，但共射系統有較低的纖維排向。另外，為進一步確認此等現象，我們也進行實驗試模驗證。首先進行共射芯層滲透變化行為確認；接著進行拉伸試驗發現利用共射製程之試片因具有較差之排向，導致拉伸強度下降約4%。第二部分為應用異型水路設計提升射出成型模具效益之研究，希望應用異型水路模具能提升產品生產率以及良率，降低產品製程週期與節能減碳。影響射出成型週期最主要的因素為產品之冷卻時間，主要原因為產品之冷卻時間約佔據了整個射出成型週期的70%，然而傳統射出成型之模具，因加工方式簡單，以一般的鑽孔方式加工而成的直進直出的冷卻水路，無法有效帶走熔膠熱能，若生產幾何形狀更加複雜的產品，傳統水路更是無法有效控制產品的冷卻機制，為了突破傳統模具上的限制，宗瑋工業股份有限公司引進金屬3D列印機，製作異型水路(conformal cooling channel)模具，然而異型水路的設計如何能使射出成型模具發揮最大的效益，至今仍是一項挑戰，為此本研究以CAE數值模擬分析與實際試模實驗，探討傳統水路與異型水路之間的差異以及不同異型水路設計下的差異。結果顯示，傳統水路因無法進入產品內部進行冷卻，導致產品有積熱區域產生，造成冷卻時間增加，與模具溫度差異過大，而使用異型水路可以降低10%的冷卻時間，也進一步提升產品品質；接著，我們也探討不同異型水路設計對產品的影響，我們比較3組異型水路設計發現，異型水路能越接近產品輪廓設計以及冷卻水路產生較大之紊流，產品的翹曲變形越小，產品所需冷卻時間也減少。

This technical report is mainly divided into two parts, the first part is the research results on the co-injection molding process during my first year of Master program at Tamkang University; the second part is the report of the practical training experience at GDI. During the internship, the main work to solve the defects that encountered during the development of new products in injection molding.
The demand for plastic products is increasing day by day, it drives the dimensional accuracy and appearance requirements of products becoming higher and higher. However, at the same time as much more production of products has been sent into the market, they also cause environmental impacts. How to reduce the injection molding cycle and improve product quality, while achieving energy saving and carbon reduction, has become one of the goals of the industry. Hence, the first part of this study is“Dynamic Variation of the Fiber Orientation and Its Influence on the Product Quality in Co-injection Molding”. It is expected that the co-injection technology can be used to handle the recycled plastics. In this study, we have applied both CAE simulation (utilized Moldex3D) and experimental study to investigate the core-layer penetration behavior and the fiber orientation variation dynamically on the single-shot and co-injection molding based on the standard tensile bar (ASTM D638 TYPE V) system. Results shows that through the basic co-injection filling analysis, the skin/core layer ratio is 60/40 can provide suitable core-layer penetration without blow-through numerically and experimentally. When fixed at the point A of the standard tensile bar, the single-shot fiber orientation is not much different from the co-injection molding, but the o-injection molding system has a lower fiber orientation. In order to further confirm these phenomena, we also performed a tensile testing for the single-shot and co-injection molding specimens. Results show that the co-injection molding specimens exhibit a lower tensile stress by 4% due to the lower fiber orientation in flow direction. The second part in this thesis is“Study on the conformal cooling channel design to improve the mold efficiency”. It is expected that the conformal cooling channel design can improve product productivity and enhance yield rates of the molds. In general, the most important factor to affect the injection molding cycle is the cooling time. However, in the traditional injection molding mold design, the cooling channel is made using the general drilling method. It can only made the straight-in and straight-out cooling water channel and that kind channel cannot take away the heat energy of the melt effectively. If a product with more complicated geometry, the traditional cooling channel cannot effectively control the cooling effect of the product. In order to solve the limitations of traditional molds, GDI constructed metal 3D printer machine and technology to make conformal cooling channel molds. However, even having the great 3D printer machine how the design of conformal cooling channels can maximize the benefits of injection molding molds is still a challenge. In this study, we have applied both CAE simulation (utilized Moldex3D) and experimental study to investigate the differences between traditional cooling channel design and conformal cooling channel design. Specifically, several different conformal cooling channel designs have been discussed. The results show that the traditional cooling channel cannot be installed into the inner of the moldbase, and resulting in increased cooling time and excessive temperature difference from the mold. On the other hand, using the conformal cooling channel design can reduce the cooling time by 10% and further improve product quality significantly. Moreover, we also discuss the influence on the product quality by utilizing different conformal cooling channel designs. Specifically, based on the comparison for three different conformal cooling channel designs we found that the one which can make the conformal cooling channel closet to the mold surface and the one which can provide the largest turbulent flow of the cooling channel could be the great designs.

致謝詞 I
目錄 VI
圖目錄 IX
表目錄 XIII
技術報告內容 1
論文前言 1
第一章 宗瑋工業公司與其能量介紹 2
1.1實習機構簡介 2
1.2實習內容概述 5
第二章 基礎研究訓練-共射成型中纖維配向的動態變化與其對產品品質影響之研究 7
2.1前言 7
2.2文獻回顧 8
2.2.1共射成型文獻回顧 8
2.2.2共射成型製程介紹 9
2.3實驗流程與方法 10
2.3.1數值模擬分析與相關幾何模型資訊 11
2.3.2實際實驗研究與相關資訊 16
2.4結果與討論 18
2.4.1皮/芯層含量比例之探索 18
2.4.2纖維在皮/芯層內部展現排向變化之探索 18
2.4.3皮/芯層含量比例變化之實驗驗證 21
2.4.4共射成型產品流動特性之實驗驗證 22
2.4.5纖維排向變化對產品機械強度影響之實驗探索 23
2.5結論 24
2.6未來研究方向與建議 25
第三章 實務實習訓練-應用異型水路設計提升射出成型模具效益之研究	26
3.1前言 26
3.2文獻回顧 28
3.2.1應用CAE模擬分析提升射出成型品質相關文獻回顧 28
3.2.2翹曲變形文獻回顧 29
3.2.4異型水路概念與技術回顧 30
3.2.3 3D列印技術與品質關聯文獻回顧 32
3.2.5文獻總結 33
3.3研究動機與目的 34
3.4射出成型基本理論 35
3.4.1塑膠射出成型製程介紹 35
3.4.2塑膠射出模具簡介 38
3.4.3模具之冷卻系統 42
3.4.3.1冷卻水管之雷諾數介紹 44
3.4.4金屬3D列印介紹 46
3.5研究方法 49
3.6研究流程 49
3.7 CAE數值模擬分析 51
3.7.1 CAE專案規劃與建立 51
3.7.2不同型式之異型水路效應 62
3.8實務實驗驗證 67
3.8.1實驗設備 67
3.8.2產品量測方法建立 71
3.9結果與討論 75
3.9.1 CAE模擬分析探索傳統與異型水路之比較 75
3.9.1.1產品流場行為探討 75
3.9.1.2產品缺陷分析 76
3.9.1.3傳統與異型水路模擬結果探討 77
3.9.1.4傳統與異型水路實務實驗結果 87
3.9.2 CAE模擬分析探索不同型式之異型水路效應之比較 92
3.9.2.1不同型式之異型水路模擬結果探討 92
3.9.2.2不同型式之異型水路實務實驗結果 109
3.10 結論 113
3.11 未來方向與建議 115
第四章 實習心得與建議 116
第五章 參考文獻 117
作者簡歷 121

圖目錄
圖1.1宗瑋工業股份有限公司 2
圖1.2塑膠射出成型流程圖 5
圖2.2.1共射製程流程圖 9
圖2.3.1研究流程圖 11
圖2.3.2產品幾何模型及尺寸 12
圖2.3.3水路與模座配製圖 12
圖2.3.4 Globalene SF7351材料黏度性質圖 13
圖2.3.5 Globalene SF7351材料PVT性質圖 13
圖2.3.6 Globalene SF7351材料比熱性質圖 13
圖2.3.7 Globalene SF7351材料熱傳導性質圖 14
圖2.3.8感測節點分布圖: (a)感測節點分布位置, (b)皮/芯層界面抵達節點A, (c)皮/芯層界面抵達節點B, (d)皮/芯層界面抵達節點C 14
圖2.3.9共射成型機台 16
圖2.3.10 OHD-10油溫機 17
圖2.4.1皮/芯層含量比例之探索：比例測試從90/10到10/90，其中皮/芯層比例大於50/50開始發生吹穿 18
圖2.4.2纖維排向在t1之變化比較 19
圖2.4.3單射與共射系統之纖維排向在不同時間段 20
圖2.4.4皮/芯層含量比例之實驗驗證 21
圖2.4.5模擬與實際之共射成型流動行為比對 22
圖2.4.6單射與共射系統之抗拉強度 23
圖2.4.7單射與共射系統在感測節點B之纖維流動排向(A11)比較 23
圖3.2.1不同塑料溫度對產品翹曲量值之比較 29
圖3.2.2不同冷卻時間對產品翹曲量值之比較 30
圖3.2.3傳統水路溫度分布 (左)/異型水路溫度分布(右) 31
圖3.2.4傳統水路冷卻時間:30 s (左)/異型水路冷卻時間:20 s (右)	31
圖3.4.1射出成型週期 35
圖3.4.2射出成型機示意圖 35
圖3.4.3射出成型循環過程 37
圖3.4.4兩板模開模方式 38
圖3.4.5兩板式模具 39
圖3.4.6三板模開模方式 39
圖3.4.7三板式模具 40
圖3.4.8熱澆道模具 41
圖3.4.9模具冷卻系統 42
圖3.4.10水路配置影響 43
圖3.4.11流體流動狀態 45
圖3.4.12模具CNC切削示意圖 47
圖3.4.13金屬3D列印流程圖 (a)金屬3D列印機 (b)雷射打印過程 47
圖3.4.14(a)列印完的模仁(b)線割後的模仁 48
圖3.6.1研究流程圖 50
圖3.7.1倒V上蓋產品幾何結構 52
圖3.7.2(a)流道尺寸圖 (b)模穴與流道配置圖 52
圖3.7.3倒V產品之傳統水路示意圖 53
圖3.7.4倒V產品之異型水路示意圖 53
圖3.7.5模具尺寸示意圖 54
圖3.7.6傳統水路模仁 54
圖3.7.7異型水路模仁 55
圖3.7.8網格元素形式 56
圖3.7.9利用BLM建立模型各部位網格架構 56
圖3.7.10不同尺寸進澆口壓力曲線圖 58
圖3.7.11 XENOY 5220U材料黏度性質圖 59
圖3.7.12 XENOY 5220U材料PVT性質圖 59
圖3.7.13XENOY 5220U材料比熱性質圖 59
圖3.7.14 XENOY 5220U材料熱傳導係數性質圖 60
圖3.7.15電池上蓋之產品尺寸 62
圖3.7.16電池上蓋模具尺寸示意圖 63
圖3.7.17異型水路型式一之公模仁異型水路示意圖 64
圖3.7.18異型水路型式二之公母模仁異型水路示意圖 64
圖3.7.19異型水路型式三之公母模仁異型水路示意圖 64
圖3.7.20 Stanyl TE250F6材料黏度性質圖 65
圖3.7.21 Stanyl TE250F6材料PVT性質圖 65
圖3.7.22 Stanyl TE250F6材料比熱性質圖 65
圖3.7.23 Stanyl TE250F6材料熱傳導係數性質圖 66
圖3.8.1震雄油壓式射出成型機 67
圖3.8.2住友全電式射出成型機 68
圖3.8.3桀陞油溫機 69
圖3.8.4桀陞水溫機 70
圖3.8.5倒V上蓋產品尺寸範圍 71
圖3.8.6電池上蓋產品尺寸範圍 72
圖3.8.7 2.5D影像量測儀 73
圖3.8.8 3D影像量測儀 73
圖3.8.9變形量(黃點)與平整度(紫點)採點位置 74
圖3.9.1 CAE模擬之短射結果 75
圖3.9.2產品之縫合線位置 76
圖3.9.3產品之包封位置 (a)三視圖 (b)下視圖 76
圖3.9.4肋條溫度分布圖 77
圖3.9.5產品冷卻溫度比較(母模側) 78
圖3.9.6產品冷卻溫度比較(公模側) 78
圖3.9.7產品冷卻溫度比較(內部) 79
圖3.9.8模具冷卻溫度比較 80
圖3.9.9模具溫度差比較 81
圖3.9.10冷卻至頂出溫度所需時間比較 82
圖3.9.11翹曲變形-總位移比較 82
圖3.9.12冷卻水雷諾數比較 84
圖3.9.13母模仁溫度比較 85
圖3.9.14公模仁溫度比較 86
圖3.9.15模擬及實驗短射圖比對 (充填比例70%與80% ) 87
圖3.9.16凹痕缺陷比較 88
圖3.9.17縫合線缺陷比較 88
圖3.9.18現場條件之母模仁溫度比較 89
圖3.9.19現場條件之公模仁溫度比較 90
圖3.9.20不同型式異型水路之母模側溫度比較 93
圖3.9.21不同型式異型水路之公模側溫度比較 95
圖3.9.22不同型式異型水路之剖面溫度比較 97
圖3.9.23不同型式異型水路之模具溫度比較 99
圖3.9.24不同型式異型水路之冷卻水管雷諾數比較 102
圖3.9.25不同型式異型水路之冷卻水管速度向量比較 104
圖3.9.26不同型式異型水路之冷卻至頂出溫度所需時間比較 106
圖3.9.27不同型式異型水路之總位移比較 108
圖3.9.28異型水路型式比較 (a)異型水路型式二之母模仁 (b)異型水路型式三之母模仁 109

表目錄
表2.3.1共射成型操作條件設定 15
表2.3.2單射成型操作條件設定 15
表2.3.3共射成型機規格表 16
表2.3.4 OHD-10油溫機規格表 17
表3.4.1產品平均厚度與水路管徑對照表 45
表3.7.1不同網格尺寸建構之網格總數及所須之計算時間 57
表3.7.2射出成型操作條件 60
表3.7.3不同異型水路之射出成型操作條件 66
表3.8.1桀陞油溫機規格 69
表3.8.2桀陞水溫機規格 70
表3.9.1傳統與異型水路尺寸量測結果 91
表3.9.2異型水路型式二之變形量與平整度 110
表3.9.3異型水路型式三之變形量與平整度 110
表3.9.4異型水路型式二與三之變形量與平整度比較 110
表3.9.5異型水路型式二之尺寸變化量 111
表3.9.6異型水路型式三之尺寸變化量 111
表3.9.7異型水路型式二與三之尺寸變化量比較 111

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