材料與加工 授課者：郭鶴琳 班級：工設四日二A -101下 101/3/18.

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1 材料與加工 授課者：郭鶴琳 班級：工設四日二A -101下 101/3/18

2 成型技術 發泡成型 浸漬成型 高壓鑄造 第04週

3 發泡成型 聚氨酯樹脂(簡稱PUR)泡綿由PUR注入模具內經發泡反應成型，PUR泡綿觸感可以是柔軟與彈性的或是堅硬的，而成型的發泡組織可以是開放的或是封閉的，開放的發泡組織一般觸感較柔軟，始用於裁縫裝飾或被包覆後使用。 第04週

4 發泡成型 發泡成型製程 第04週 第3階段: 脫模後修整 原料A: 液態異氰酸鹽 原料B:液態 混料頭 鐵框架 第1階段: 進料 可分離模仁
進料口止塞 第2階段: 進料 上模昇起 模仁分離 成品脫模 第04週

5 發泡成型 什麼是發泡成型? 第一階段，PUR泡綿由兩種原料混合後反應成型，將聚醚多元醇(Polyol)與異氰酸酯(Isocyanate)適量置入混料頭內以高壓混合，接著將預先計算數量的上述混合液體低壓注入模具內，在模內的混合液體產生發熱化學反應。 第二階段，上述聚合物接著發泡膨脹填滿模穴，由於僅依靠液態聚合物發泡膨脹時壓力成型，所以模具在設計上必須能符合液態聚合物裝填所需，讓發泡時能均勻充滿整個模穴。 第三階段，發泡完整成品在5至15分鐘後退模(開模)。 第04週

6 發泡成型 什麼是發泡成型? 第一階段，PUR泡綿由兩種原料混合後反應成型，將聚醚多元醇(Polyol)與異氰酸酯(Isocyanate)適量置入混料頭內以高壓混合，接著將預先計算數量的上述混合液體低壓注入模具內，在模內的混合液體產生發熱化學反應。 第04週

7 發泡成型 什麼是發泡成型? 第二階段，上述聚合物接著發泡膨脹填滿模穴，由於僅依靠液態聚合物發泡膨脹時壓力成型，所以模具在設計上必須能符合液態聚合物裝填所需，讓發泡時能均勻充滿整個模穴。 第三階段，發泡完整成品在5至15分鐘後退模(開模)。 第04週

8 發泡成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 雖然發泡成型是一種低壓成型製程，然而，液態PUR仍能發泡復製具表面細節的產品，未來，在裁縫裝飾應用時其製作品質則取決於裁縫師的工藝水準。 材料 許多類型的塑膠均可利用發泡成型，在裁縫裝飾應用時常使用耐磨耗合成材料， 例如，尼龍(Nylon, Polyamide，簡稱PA)、聚酯樹脂(Polyester)、聚氨酯樹脂(Polyurethane PU) 、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，簡稱PVC)、聚丙烯(Polypropylene，簡稱PP)和其他耐磨耗合成纖維，通常，使用於裁縫裝飾的低磨耗材料包括皮革及棉布。 一般應用 使用於各種家用與商用家具類型，PUR泡綿也適合應用於鞋類例如鞋底的避震功能，及應用於玩具上以增進安全及觸感。 成本與生產速度 模具費用偏低至中等，成型速度佳，通常發泡成型模具每日可生產約50件成品，但是裁縫裝飾部份成本較高由於裁縫師的工藝水準所需人工費用。 環境衝擊 裁縫裝飾製作家具是許多製程的完成終點，以傳統沙發而論，將包含許多對環境 影響意涵各不相同的材料，例如，異氰酸酯在發泡成型中所釋出氣體是有害的。 第4週

9 發泡成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 雖然發泡成型是一種低壓成型製程，然而，液態PUR仍能發泡復製具表面細節的產品，之後，在裁縫裝飾應用時其製作品質則取決於裁縫師的工藝水準。 第4週

10 發泡成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
一般應用 使用於各種家用與商用家具類型，PUR泡綿也適合應用於鞋類例如鞋底的避震功能，及應用於玩具上以增進安全及觸感。 第4週

11 發泡成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
材料 許多類型的塑膠均可利用發泡成型，在裁縫裝飾應用時常使用耐磨耗合成材料， 例如，尼龍(Nylon, Polyamide，簡稱PA)、聚酯樹脂(Polyester)、聚氨酯樹脂(Polyurethane PU) 、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，簡稱PVC)、聚丙烯(Polypropylene，簡稱PP)和其他耐磨耗合成纖維，通常，使用於裁縫裝飾的低磨耗材料包括皮革及棉布。 第4週

12 發泡成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
成本與生產速度 模具費用偏低至中等，成型速度佳，通常發泡成型模具每日可生產約50件成品，但是裁縫裝飾部份成本較高由於裁縫師的工藝水準所需人工費用。 第4週

13 發泡成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
環境衝擊 以傳統沙發製作為例，因使用不相同的材料，其製造過程將包含許多對環境的影響，例如，製作椅墊之異氰酸酯在發泡成型中會釋出有害的氣體。 第4週

14 發泡成型 泡綿發泡反應 將適量聚醚多元醇(Polyol)與異氰酸酯(Isocyanate)置入塑膠袋內示範發泡化學反應過程。這兩種液態聚合物混合後反應發泡，形成質輕且具彈性的泡綿，這種成型反應是單向的，一旦成型反應完成便無法修改，除非經由機械加工的手段。 第04週

15 發泡成型 自成皮紋泡綿 聚氨酯樹脂(簡稱PUR)泡綿，可具有各種不同的密度、顏色及軟硬度，它可以非常柔軟具有彈性(支撐度A等級，由25至90度)或堅硬(支撐度D等級)，形成泡綿的細胞結構可以是開放或是封閉的，具有開放細胞結構的泡綿通常較柔軟，使用於需表面覆蓋的裁縫裝飾，而具有封閉細胞結構的泡綿通常具自成皮紋，例如，像具有仿皮革紋路的座椅握把(如下圖)。 第04週

16 發泡成型 Case Study 案例研究(-) 發泡成型Eye Chair
(圖1) (圖2) Case Study 案例研究(-) 發泡成型Eye Chair 提供廠商 Interfoam Eye Chair 以冷發泡製程成型，具有55公斤/立方米(3.4磅/立方呎)密度，泡綿部份由內部金屬結構支撐以包覆成型法發泡成型(如圖1)。 首先，模具整理後塗覆離型劑(如圖2)，鐵製插件置入模穴中環繞模仁後合模鎖固，兩種聚合物經混合後注入模內(如圖3)，發泡反應完成後開啟模具取出成品(如圖4)，再經修飾毛邊後成品完成準備組立及裁縫裝飾(請參考課本159頁)。 (圖3) (圖4) 第04週

17 發泡成型 Case Study 案例研究(二) 利用發泡剪裁成型於裁縫裝飾 提供廠商 Boss Design 案例研究顯示一張利用發泡剪裁成型技術於裁縫裝飾的Neo chair，椅子基本結構為曲木成型(如圖1)，而發泡剪裁成型後的泡綿再與其膠合(如圖2與3)，表面包覆材料經拉伸定位後利用釘槍固定於底層木質夾板上，座板與背板均依此工序完成後調整組立，以隱藏整張座椅內部生產工程的作業痕積。 (圖2) (圖1) (圖3) 第04週

18 發泡成型 Sona chair 一張利用泡綿當襯墊經裁縫裝飾完成的Sona chair(製程詳述如左頁)，由設計師保羅‧布魯克(Paul Brooks)設計，發泡成型在製作複雜及波浪造型的成品時較具成本效益。 泡綿種類 泡綿種類繁多，可以從柔軟到堅硬，具有開放細胞結構或封閉細胞結構，泡綿的密度、顏色及軟硬度均可針對應用的需求訂製生產。 (圖1) (圖2) 第04週

19 浸漬成型 這種低成本的製程能利用熱塑性塑膠，成型中空及片狀構造並具有彈性與半硬質材料特性，以一種塗覆製程而言，它能於金屬工件上累積「具厚度、色彩鮮艷、具絕緣性與保護性的塗層」。 第04週

20 浸漬成型 什麼是浸漬成型? 預熱金屬模具在浸漬成型前先塗布稀釋的矽膠溶劑當底層，料槽接著升起並將模具沉浸其內至滿足線標位置，當模具與料槽內塑膠溶膠接觸時，在模具表面聚合成聚氯乙烯(PVC)塗層皮膜，皮膜厚度迅速增加在60秒內可達2.5毫米(0.1英吋)，聚氯乙烯的聚合溫度為60攝氏度(140華氏度)，所以當模具冷卻時聚氯乙烯肉厚迅速增加而聚合反應減慢，一旦聚氯乙烯聚合完成便無法回復液態，所以無法直接回收。 工件架 金屬工件預熱 聚乙烯(PVC) 凝膠塗覆工件 液態聚乙烯溶膠 料槽 第04週

21 浸漬成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 浸漬成型能塗覆製作平滑無縫表面的成品，由於成型時僅依公模，所以沒有分模線、毛邊或其他相關的缺點，成品外觀(由於未與模具接觸)通常是具光澤亮面。 材料 聚氯乙烯是最常用於浸漬成型的塗覆材料，其他，如尼龍(Nylon)、矽膠(Silicone)、乳膠(Latex)與聚氨酯(Urethane)等，也在一些特殊需求場合被應用於浸漬成型。 一般應用 用於許多產業需求，包括汽車、採礦、航海、醫藥、航太與禮贈促銷品等產業，大約60%的浸漬成型應用於電氣絕緣包覆，其中，又以聚氯乙烯(PVC)具體高電氣絕緣材料特性，用最為廣泛。 成本與生產速度模具費用低工時短，若有效利用多倍數模具工時降低更為驚人。 環境衝擊 聚氯乙烯材料由於在製造與燃燒銷毀時，容易排放戴奧辛及有害人體有機複合物，所以在環境可靠度上近年來正接受密切調察。 第4週

22 浸漬成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 浸漬成型能塗覆製作平滑無縫表面的成品，由於成型時僅依公模，所以沒有分模線、毛邊或其他相關的缺點，成品外觀(由於未與模具接觸)通常是具光澤亮面。 第4週

23 浸漬成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
材料 聚氯乙烯是最常用於浸漬成型的塗覆材料，其他，如尼龍(Nylon)、矽膠(Silicone)、乳膠(Latex)與聚氨酯(Urethane)等，也在一些特殊需求場合被應用於浸漬成型。 第4週

24 浸漬成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
一般應用 用於許多產業需求，包括汽車、採礦、航海、醫藥、航太與禮贈促銷品等產業，大約60%的浸漬成型應用於電氣絕緣包覆，其中，又以聚氯乙烯(PVC)具體高電氣絕緣材料特性，用最為廣泛。 第4週

25 浸漬成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
成本與生產速度模具費用低工時短，若有效利用多倍數模具工時降低更為驚人。 第4週

26 浸漬成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
環境衝擊 聚氯乙烯材料由於在製造與燃燒銷毀時，容易排放戴奧辛及有害人體有機複合物，所以在環境可靠度上近年來正接受密切調察。 第4週

27 浸漬成型 產品特點 鮮艷的顏色 有許多色彩鮮豔的顏色可應用，成品也可以亮面、霧面或發泡表面處理質感完成，如聚氯乙烯(PVC)材質可具有透明、金屬、螢光及半透明等不同表面質感等級。 第04週

28 浸漬成型 Case Study 案例研究 浸漬成型彈性波紋管 提供廠商: Cove Industries 預熱鋁合金模具浸入稀釋的矽膠溶劑(如圖1)，模具被固定於裝有室溫聚氯乙烯塑膠溶膠(如圖2)的料槽之上，模具以穩定的速度浸入料槽，以確保具有黏性的液體不會包封空氣(如圖3)，約45秒後料槽降下讓浸漬完成工件露出(如圖4)，之後迅速翻轉工件(如圖5)並置入烤箱完整定型。成品內部表面為霧面(與模具表面接觸成型緣故)，而成品外部表面平滑且具光澤。 (圖2) (圖1) (圖3) (圖5) (圖4) 第04週

29 高壓鑄造 高壓鑄造為泛用性且成型非鐵類金屬件速度最快的一種程序。高壓鑄造使用高壓強制熔融金屬進入模具以產生精緻複雜的三維幾何件。壓鑄件在消費性產品、家俱和汽車工業中被廣泛的使用。 第04週

30 高壓鑄造 什麼是高壓鑄造? 在第一階段，熔融金屬被射出桿以高壓推入模穴。模穴維持高壓直到工件凝固。冷卻水管使模具降溫並加速模穴冷卻。
工件架 分模線 冷卻水道 工件頂出 液壓缸提供夾持力 頂針 聚乙烯(PVC) 凝膠塗覆工件 模板 流道系統 熔融金屬 模穴 射出缸 液態聚乙烯溶膠 射出桿 料槽 第1階段：金屬射出 第2階段：工件頂出 第04週

31 高壓鑄造 什麼是高壓鑄造? 在第二階段，當工件充分泠卻後(泠卻時間依工件大小，可能要幾秒到幾分鐘的時間) ，然後工件被頂出。高壓鑄造件由於在模具內能形成高表面品質，因此只需要很少的加工或表面修整。 工件架 分模線 冷卻水道 工件頂出 液壓缸提供夾持力 頂針 聚乙烯(PVC) 凝膠塗覆工件 模板 流道系統 熔融金屬 模穴 射出缸 液態聚乙烯溶膠 射出桿 料槽 第1階段：金屬射出 第2階段：工件頂出 第04週

32 高壓鑄造 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 壓鑄件具優良的表面。但由於金屬流動中產生紊流，造成鑄件中不可避免會產生孔隙及砂孔。但在產品工程設計階段可以加以控制。 材料 非鐵系金屬，包括鋁、鎂、鋅、銅、鉛和錫皆適用壓鑄。由於鋁和鎂的高強度對重量比的特性使得鋁和鎂壓鑄件廣泛的為消費性電子產品所應用。 一般應用 高壓鑄造主要用於生產大部分的金屬鑄件，應用於諸如汽車工業、大型家電、消費性電子、包裝、家俱、照明、珠寶和玩具。 成本與生產速度 模具和設備非常昂貴，因此這種製程只適合大量生產。自動化的壓鑄方式可使勞工費用降低。 環境衝擊 壓鑄工法必須耗用大量能源來熔化合金並維持在高溫以用於鑄造。 第4週

33 高壓鑄造 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 壓鑄件具優良的表面。但由於金屬流動中產生紊流，造成鑄件中不可避免會產生孔隙及砂孔。但在產品工程設計階段可以加以控制。 第4週

34 高壓鑄造 Notes for Designers 給設計師的提醒
材料 非鐵系金屬，包括鋁、鎂、鋅、銅、鉛和錫皆適用壓鑄。由於鋁和鎂的高強度對重量比的特性使得鋁和鎂壓鑄件廣泛的為消費性電子產品所應用。 第4週

35 高壓鑄造 Notes for Designers 給設計師的提醒
一般應用 高壓鑄造主要用於生產大部分的金屬鑄件，應用於諸如汽車工業、大型家電、消費性電子、包裝、家俱、照明、珠寶和玩具。 第4週

36 高壓鑄造 Notes for Designers 給設計師的提醒
成本與生產速度 模具和設備非常昂貴，因此這種製程只適合大量生產。自動化的壓鑄方式可使勞工費用降低。 第4週

37 高壓鑄造 Notes for Designers 給設計師的提醒
環境衝擊 壓鑄工法必須耗用大量能源來熔化合金並維持在高溫以用於鑄造。 第4週

38 高壓鑄造 產品特點 虛擬分析馬吉斯椅一號椅子強度分析圖中顯示結構彈應力。使用此類軟体是用來在製造模具前確認此產品的工程特性是正確的。
第04週

39 高壓鑄造 Case Study 案例研究 高壓鑄造馬吉斯椅一號(Magis Chair One) 馬吉斯公司(Magis 一號椅是由康斯坦丁葛契奇(Konstantin Grcic) 在2001年為馬吉斯公司所設計，並耗時三年才量產(圖1)。原料鋁包括回收料在熔爐中熔化（圖2）後，以坩鍋舀出倒入料管（圖3）後射入模穴。兩分鐘後將凝固的工件脫模並以機械手臂取出（圖4）。將此鑄件在水中冷卻後再將毛邊及流道系統移除（圖5）。 (圖1) (圖3) (圖2) (圖5) (圖4) 第04週

40 END 感謝您的聆聽!!