三年一次的日本東京國際橡塑膠大展, 剛剛於日本東京海濱幕張國際展館舉辦結束(2017.10.24——10.28), 這是全球第三大國際橡塑膠展覽, 僅次於三年一次的德國橡塑膠(K show)大展以及中國舉辦的Chinaplas.
經過三天的詳細觀察, 東莞理工學院機械工程學院/長安先進位造學院副教授, ACMT 材料科學技術委員會主任委員/粉末注射成形委員會副主任委員, 中國粉末注射成形聯盟(PIMA-CN)輪值主席邱耀弘博士 (Dr. Q)歸結出有三個重要的看點:
1.橡塑膠業結合物聯網(IoT, Internet of Thing)與工業4.0的進度
2.模具與裝備的升級改進
3.汽車結構以塑代鋼的趨勢
本文將透過Dr. Q的眼睛深入觀察, 並以淺出易懂的文字和圖案配合呈現給各位看倌, 也讓沒有機會參觀的一睹為快, 讓已參加的則再次回味.
ACMT參訪團的日本工廠深度體驗 – 猶如進到家門裡的參訪
為了讓團員有貼近的臨場感受, 我們安排了會前訪問, 深入兩家日本最強的設備工廠 – 代表傳統勁旅的住友(SUMITOMO)重機千業工廠, 以及年輕新秀的蘇比克(SODICK)神奈川工廠. 以下為總結這兩家工廠的特色陳述.
住友重機 – 注重細節的傳統勁旅
住友重機的注射機事業起步較早, 最早可追溯到50年前的1966年, 製造技術則是由歐洲的瑞士Nestal品牌轉移(目前Nestal已經被克勞斯馬菲, KM所併購), 雖然住友比起日本注射機雙雄: 日鋼(JSW)與日精(NESSEI)起碼慢了15年, 但是憑藉住友重機在銅礦開採的三百年家業下傳承的刻苦向上精神, 很快的成為日本名揚世界的注射機名牌.
果然, 細節出眾的日本工廠立刻給予團員特別的感受, 參訪團近50人就有至少20為接待人員, 從參觀用的一次性鞋套和安全帽內的一次性紙帽防髒, 陳舊的工廠卻井然有序, 所有能夠上工的人員名單與技術專長的標示, 以及每個廠區用最經濟的鋼管和木板所組合的工具車, 我們都可以感受到細節的顯現.
蘇比克 – 勇於創造的年輕新秀
進到蘇比克工廠, 接待人員依舊有20人以上之外, 能夠說中文的中, 台兩地分公司人員也都在場, 最令Dr. Q感受到震撼的是幾句標語: '自己製造世上沒有的東西 ', '支撐製造業進步的機械, '以新技術支撐製造業的未來 '. 廣大明亮的展示廳, 擺設了各種創新的設備以及用這些設備加工完成的極限產品, SODICK最具代表性的莫過於注射成形採用V-Line方式, 這種注射與加教分離的方法, 改變傳統注射成形, 也突破了當時注射機群雄殺戮中突圍獲勝的設計, 足以證明蘇比克擁有令人驚豔的創造力. 如圖(2), 分離功能使得加膠過程可以更順利不造成太多的摩擦, 螺杆沒有火箭頭而僅少磨損提升壽命, 材料剪切時間縮短且不致造成過度摩擦, 注射活塞壽命長等種種的優勢, 令人讚歎蘇比克的創意和實踐.
ACMT參訪團的IPF現場參觀 - 綜合心得
基於服務我們廣大的讀者(ACMT會員有每日現場隔日補遺報告), 還有其他產業相似平台和學校, 特別再從會員補遺報告中挑出以較重要的項目來到這裡跟大家分享.
1.橡塑膠業結合物聯網(IoT)與工業4.0的進度
在去年的德國展就已經看到了模具上有二維條形碼, 每個產品已經能夠查學到生產資訊;而在IPF的展攤, 萬物互聯的要求促使注射機旁紛紛架起了自動貼附條形碼機, 而且條形碼的序號是唯一的, 那麼更小的零件要如何做到帶有序號的條形碼呢?
利用印刷噴滴的錯位原理使每一張噴滴不可能相同, 利用噴墨方式記錄噴墨的映像(墨滴點數, 顏色, 噴點區域等等), 經過特定掃描器甚至是使用智能手機相機掃描, 就能追蹤到產品.
2.模具與裝備的升級改進
說到模具的技術提升莫過於金屬3D列印用來製造塑膠模具, 其中可以把隨形水路系統作進去(Conformal cooling system)模組內部, 如圖(4), 除了做到以往做不到的曲折迂迴的水路外, 也把水路由圓形斷面改成扁形斷面而減少水流無效冷卻面積, 並減少了水路佔有空間和體積, 使模具結構更堅固.
眾家列印技術又屬OPM-SODICK的CNC加工複合3D列印技術最為領先, OPM研究所原本只是一間小小的實驗室, 由森本社長領軍把金屬3D列印做到極致, 也就導致最後由SODICK出價把OPM實驗室的技術買下, 修成正果. OPM的CNC加工複合3D印表機的特色在於:
n精修起跳由第五層開始(每層為0.2mm, 五層0.2mmⅹ5 = 1mm), 最多不要超過5層, 最少可以3層, 以避免高速的CNC銑刀切削量過大;
n精修刀的切削料建議小於0.1mm, 以延長刀具壽命;
n為了防止刀具跳動, OPM精修過程會吸除輪廓旁的粉末, 精修後再補粉做為支撐. 如圖(5)所示, 這是OPM的專利特色;
n過程的煙塵都被保護氣氛的氣流快速帶走, 防止汙染粉末, 使用過的殘餘粉末必須經過篩分, 不可直接重複使用.
另外, 我們也看到了快速換料(注友射出機)系統和纖維前置炮筒加入系統(多家), 由於添加物(色粉, 纖維, 礦石等)加入採用前置於炮筒, 增加一個光學檢測器反饋可以知道膠料是否夠均勻, 可以在不降溫的狀態下切換添加物, 這是會場上注射技術的一個亮點, 利用這樣的機構改變, 過去換色換料最令操作員頭痛的作業, 獲得了大幅度的改善, 只要基本原料不變, 添加物是可以任意改變的.
我們還看到了膠粒不經烘烤, 直接注射的改進設備, 日本油機公司的改良設計使得某些材料可以不需要經過烘烤就開始注射, 原理很簡單, 就是設計一隻組和兩段加壓的螺杆和改良的炮筒, 原料定量控制下落經第一段加壓向前擠壓, 然後經過一段鬆弛空間, 前一段受熱的膠粒中水蒸氣便得以釋放而從炮筒中段泄氣閥排出, 然後再經正常加壓劑量而完成注射.
我們也發現現場有幾個大汽車外殼, 日本複合材料研發中心(ICC, Innovation Composition Center)集結所有日本國內所有開發碳纖維材料的公司一起集思廣益, 為了就是要把下一世代輕量化汽車製造出來, 佔地大且吸引眾人目光. 眾所周知的碳纖維強化塑膠(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polymer)以及碳纖維強化熱可塑塑膠(Carbon Fiber Reinforced Thermo-Plastic), 從過去必須採用一層層貼附後真空灌注到可用噴塗, 可注射成形的方法不斷提升其製造效率, 以因應產能和產量的需求.
結論
我們要省思, 為何日本可以創造?而我們不行?紙上談兵恐怕是我國人最常看到的, 披掛上陣卻少之又少, 投入資金, 動手開幹, 相信這才是追上日本超趕世界一流的最大能耐.