材料與加工 授課者：郭鶴琳 班級：工設四日二A -102下 103/03/31

成型技術 超塑性成型 陶瓷壓塑成型 陶瓷注漿 第07週

超塑性成型 這種新發展的成型技術用類似熱塑成型的原理來生產板金件：金屬板材加熱後以空氣壓力加壓成型。這種製程依賴特殊級數的金鈦鎂材料的超塑性。 第07週

超塑性成型 什麼是金屬超塑性成型？ 超塑性成型有主要四種技術：腔內，發泡，背壓，隔膜成型。在所有四種製程中金屬薄板進料到机台上，夾持後加熱至介於攝氏450至500度。溫度取決於金屬薄板的材質和厚度。發泡成型和熱塑成型的方法類似。第一階段熱金屬薄片被吹成泡泡狀並將模具升至模腔內。 第二階段將空氣壓力反向使泡泡狀的金屬薄片附在模具表面。這種製程最適用於深且複雜的工件。由於發泡成型將材料平均延展，因此壁厚相當均勻。 第一階段：預熱之金屬板進料並吹氣 第二階段：施真空 第07週

超塑性成型 Notes for Designers 給設計師的提醒 品質 和熱塑成型的方法類似，金屬薄板的一側沒有接觸到模具因此具有最好的表面品質。使用相容性的材料呈現良好的抗蝕性，機械強度和表面品質。 材料 超塑性金屬可應用在此製程包括：鋁，鎂，鈦合金。最常用的鋁薄板材質包括5083，2004和7475。 一般應用 超塑性成型的應用實例在航太，汽車，建築，火車，電子和家俱產品都可發現 成本與生產速度 雖然模具成本和金屬沖壓模比較相對低很多但仍取決於成品的大小尺寸及複雜度。生產週期快，通常約5-10分鐘。 環境衝擊 殘料和下腳料可以回收生產新的金屬鋁板或其他鋁製品。在製程中加熱模具和金屬薄板需耗許多熱量。 第07週

超塑性成型 特殊案例研究 Biomega MN01自行車 從1970年超塑性金屬製程的概念開始，由於超塑性金屬成型可以以一張金屬材料板產出複雜的3D形狀，因此對汽車，航太，營建和鐵道工業有很大的影響。近來像設計師Marc Newson開始探索使用這種技術應用在消費性產品的可能性，如腳踏車。 第07週

超塑性成型 特殊案例研究 超塑性鋁樣品 測試中超塑性鋁合金拉伸為原長度數倍都不斷裂。相對於普通標準材料在拉伸時容易斷裂 第07週

超塑性成型 超塑性成型應用於西門子Desiro火車外觀如CAD彩現圖所示(圖一)。 服役中產品，如(圖一 下)所示 Case Study 案例研究 超塑性成型應用西門子Desiro火車外觀 提供廠商 Superform Aluminum www.superform-aluminium.com 超塑性成型應用於西門子Desiro火車外觀如CAD彩現圖所示(圖一)。 服役中產品，如(圖一 下)所示 (圖一) (圖一 下) 第07週

超塑性成型 製作程序如下： 1)將鋁薄板進料至模具上(圖二、三)。這個超塑性成型的製程週期約50分鐘。 Case Study 案例研究 超塑性成型應用西門子Desiro火車外觀 提供廠商 Superform Aluminum www.superform-aluminium.com 製作程序如下： 1)將鋁薄板進料至模具上(圖二、三)。這個超塑性成型的製程週期約50分鐘。 2)工件脫模後以支架結構支撐並以CNC修剪(圖四)。 3)火車前面是由兩半所組成，兩半是以特殊設計的夾具夾持並以氬弧焊(TIG)的方法焊接。 圖四 圖二 圖三 圖五 第07週

超塑性成型 延伸 案例研究 (圖一) 第07週

超塑性成型 延伸 案例研究 阿麗亞娜5型火箭燃料箱 第07週

陶瓷壓塑成型 陶瓷壓模是一種以永久性模具生產許多個複製陶瓷件的一種技術。軟陶土在灰泥模中受高壓下使陶土塑形並乾燥陶土。這種量產方式用來生產廚房及餐桌用品，包括壺，杯，碗，盤，碟。 第07週

陶瓷壓塑成型 什麼是陶瓷壓塑成型？ 這是一種以液壓動作生產工件的自動化製程。在第一階段，一定量的混合陶土進料到下模上。第二階段上下模以高壓閉合。在閉合期閒溫暖的灰泥模將陶土的濕氣排出以加速陶土硬化的過程。上下模模穴邊緣會密合以去除陶土件的溢料毛邊。壓模的過程很迅速一分鐘可達六個循環。 金屬鑄件 切斷緣 多孔性上模 充填陶土 液壓缸 多孔性下模 金屬鑄件 完成件取出並去邊 第一階段：開模，進料，取料 上模板 溢料毛邊 受壓餐具 下模板 第二階段：合模 第07週

陶瓷壓塑成型 Notes for Designers 給設計師的提醒 品質 高壓可確保良好的表面品質及微小細節以及最重要的一致性。收縮率大約在百分之八但取決於不同材料。 環境衝擊材料 所有的壓模回材都是在綠色階段因此可直接回收。產生陶器的過程中不會有有害的衍生物。然而其燒製過程對能量的消耗極高(高耗能)，因此通常會等窯內滿載後才會關爐，開始燒製過程。 一般應用 壓模量產方式用來生產包括餐具(如盤，碗，杯和碟，盤和其他餐具)，水槽和面盆，珠寶和磁磚。 成本與生產速度 模具成本中等，生產速度在一分六次左右。勞工費相對低。但手工操作如組合和裝飾會增加成本。 材料 陶土材料包括陶製的，粗陶，瓷器皆可壓製。 第07週

陶瓷壓塑成型 陶瓷壓製盤 壓製用模具可以適應多個小工件或一大件，如此例的餐盤。 陶件有足夠的自身支撐性，因此可以在壓製後立刻取出。 使用案例 陶瓷壓製盤 壓製用模具可以適應多個小工件或一大件，如此例的餐盤。 陶件有足夠的自身支撐性，因此可以在壓製後立刻取出。 和陶土注漿及拉胚相比，壓製因較一致且經受壓，因此比較不會翹曲。 壓製可應用在對稱形，橢圓形，方形，三角形及不規則形。浮雕和花紋可應用在壓製成品表面或底面。 第07週

陶瓷壓塑成型 Case Study 案例研究 兩件灰泥模會預熱(圖1)。定量的陶土置入下模穴(圖2) 後上下模合模(圖3)。 第07週 橢圓盤壓模Ram pressing oval dishes 提供廠商Hartley Greens & Co. (Leeds Pottery) 兩件灰泥模會預熱(圖1)。定量的陶土置入下模穴(圖2) 後上下模合模(圖3)。 (圖1) (圖3) (圖2) 第07週

陶瓷壓塑成型 Case Study 案例研究 橢圓盤壓模Ram pressing oval dishes 提供廠商Hartley Greens & Co. (Leeds Pottery) 合模的高壓迫使陶土在模穴生產生塑性流動並在模緣產生毛邊。合模後上下模緣會接觸並切除毛邊。開模後多餘的毛邊收集並重製(圖四)。最後以蒸氣壓力經多孔性泥灰模將陶件頂出(圖五)。 (圖4) (圖5) 第07週

陶瓷注漿 使用陶瓷注漿這種多用途的陶瓷技術可以生產中空均壁厚形狀的產品。用來量產製造大量的許多家用項目包括餐具及浴室配件。 第07週

陶瓷注漿 什麼是陶瓷注漿? 注漿由陶土，矽酸鹽，蘇打及水等混合而成。 於第一階段，將注漿充填入模具後靜置5到25分鐘。成品成型厚度取決於注漿充填後靜置之時間及環境溫度。 於第二階段，石膏模從注漿中吸出水份使陶土凝結並堆疊在模具表面上並形成陶殼。待達到理想厚度後倒出注漿。 液態聚乙烯溶膠 灌漿 模具定位點 沈積粘土(陶殼) 石膏模從灌漿吸收水份 第一階段充填灌漿 第二階段沈積陶土成型 第07週

陶瓷注漿 Notes for Designers 給設計師的提醒 品質 應用於注漿所用的材料通常相當易脆，並具多孔特性。這就表示這類材料並不是很堅固，且在受力下將會產生斷裂。石器和瓷器在這些力學特性上較陶器為佳。 環境衝擊材料 在注漿中有百分之15的廢料產生。大多數的廢料都可回收。在陶瓷成型的過程中沒有有害副產品產生。然而其燒製過程對能量的消耗極高(高耗能)，因此通常會等窯內滿載後才會關爐，開始燒製過程。 一般應用 廣泛的家用項目包括盆，燈，瓶，茶壺，罐，盤碗，雕像和其他浴室、廚房及餐桌上功能性和裝飾性物件。 成本與生產速度 模具成本低。由於需不同程度的技巧，勞工成本由中到高。人工成本是最大的費用也是決定生產成本的項目。 材料 陶瓷材料如陶器，陶瓦，粗陶器，搪瓷都可以注漿。 第07週

陶瓷注漿 特殊範例 裝飾和彩繪 裝飾，上色和彩繪是以轉印或上釉的方式施行。陶瓷是用上釉的方式以防水，上釉可以在各種陶瓷上封入色彩及彩繪圖。轉印的方式通常運用在使用手繪不經濟的精細及精準的圖案。例如(右圖)童用杯的字母A的圖案。 第07週

陶瓷注漿 特殊範例 陶坯燒成陶瓷 此方式的陶瓷生產需燒製兩次。陶坯在上釉前需燒烤以除去其中所有水氣。陶坯需在窯中燒烤超過8小時。然後最後一小時升溫至攝氏1125度，之後再慢慢冷卻。 第07週

陶瓷注漿 特殊範例 大件注漿碗 注漿製程可以用的生產範圍包括簡單和複雜立体形狀。簡單形狀可以在沒有組合過程即一次成型。 第07週

陶瓷注漿 Case Study 案例研究 每個模具充填陶漿至模具邊緣(圖一)。模具被靜置直到足夠的沈積厚度生成在模具內面上(圖二)。 陶瓷注漿瓶Slip casting the puzzle Jug 提供廠商 Hartley Greens & Co. (Leeds Pottery) www.hartleygreens.com 每個模具充填陶漿至模具邊緣(圖一)。模具被靜置直到足夠的沈積厚度生成在模具內面上(圖二)。 圖一 圖二 第07週

陶瓷注漿 Case Study 案例研究 脫模後陶件在下一製程前置留晾乾(圖三)。外部件以手工穿孔再將三件組合(圖四)。 陶胚燒烤後上釉，茶壺上釉燒烤達八小時。完成後的茶壺從窯中取出形成不透水而堅硬的材質(圖五)。 圖三 圖五 圖四 第07週

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