產品表面處理工藝

DFM評估報告之產品表面處理工藝

CMF是設計中的專業名詞,CMF是Color-Material-Finishing的縮寫,也就是顏色、材料、表面處理的概括。 CMF簡單來說就是產品表面表現形式,其中的表面處理在基體材料表面上人工形成一層與基體的機械、物理和化學性能不同的表層的工藝方法。產品表面處理工藝的目的是滿足產品的耐蝕性、耐磨性、裝飾或其他特種功能要求。

1. 產品表面處理工藝

消費類電子產品由於融合了電腦(Computer)、資訊與通信(Communication)、消費(Consumer)三大領域的特點,往往又被稱為3C產品、數位產品或資訊化家電產品。盡管消費類電子產品在不同發展水準的國家以及在同一國家的不同發展階段都有不同的內涵,但其中內容清晰、容易讓人理解的是將消費電子產品界定為顯示、影像、移動三大類的傳統做法。顯示類產品包括平板彩電、筆記型電腦等;影像類產品包括數碼相機、印表機、拍照手機等;移動類產品包括手機、PDA、MP3播放機等。雖然目前消費類電子產品更多地集中在與視頻和音訊相關的產品上,但從發展趨勢看,電冰箱、洗衣機、微波爐等也將會發展成為消費類電子產品,並構成智慧家電的組成部分。作為消費者,我們往往對Sony Panasonic Canon Nokia MOTO APPLE等國際著名公司的產品所吸引:造型獨特,外觀別致,工藝精湛。

以下是電子產業最常見的外觀表面製程(圖1) (圖2),如果你從事3C電子產品,尤其是手機跟筆電產品並且有10年以上的工作經驗,基本上以下會有一半以上的製程都讓你玩過。下面就金屬、塑料等多種產品表面處理工藝做分類介紹說明。

2. 塗層

(1) 噴漆(spray painting)

是藉助於壓縮空氣將液態塗料(俗稱油漆)分散成漆霧微粒粘附在被塗物表面。

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▲ <<<參考影片>>>

● 自動噴塗線Automatic Painting Line

(2) 噴粉(Powder coating)

噴粉正確的叫法是靜電粉末噴塗,將粉末塗料通過高壓靜電設備充電,在電場的作用下,將塗料噴塗到工件的表面,粉末會被均勻地吸附在工件表面,形成粉狀的塗層;而粉狀塗層經過高溫烘烤後流平固化,塑料顆粒會融化成一層緻密的效果各異的保護塗層;牢牢附著在工件表面,漆膜呈現平光或啞光效果。

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▲ <<<參考影片>>>

● 噴漆與噴塑有什麼區別

● 國麗實業導電塑膠噴粉末塗料

3. 鍍層

(1) PVD(Physical Vapor Deposition)

PVD鍍膜(Physical Vapor Deposition)(離子鍍膜)技術,其具體原理是在真空條件下,採用低氣壓、大電流的電弧放電技術,利用氣體放電使靶材蒸鍍並使被蒸物與氣體都產生電離,利用電子的加速作用,使被蒸鍍物及其反物沉積在工件上。

PVD鍍膜技的應用主要分為兩大類:裝飾鍍膜和工具鍍膜。裝飾鍍膜的目的主要是為了改善工件的外觀耐用性能和色澤不同的要求使工件更耐磨耐腐性延長其使用壽命;另方面主要應用五金行業的各種領域,如門窗五金、工具、衛浴五金等行業。工具鍍的目的主要是為了提高工件的表面硬度和耐磨性,降低表面的摩擦系數,提高工件的使用壽命;另方面主要應用在各種刀剪、切削刀具(如铣刀、刨刀、鑽刀、切割刀 等等)、各種五金工具(如螺絲刀、鉗子等)、各種模具等產品中。

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▲ <<<參考影片>>>

● PVD COATING PROCESS

● 真空濺鍍-鍍膜

(2) CVD(Chemical Vapor Deposition)

除了半導體的應用外,主要的應用是在薄膜上面,以包裝材的應用較多,其中燙金所使用的薄膜就是用這樣的製程製作。

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▲ <<<參考影片>>>

● 精密塗佈-真空蒸鍍技術

https://www.youtube.com/watch?v=sRcZpQv-f5U

(3) 化學鍍(水電鍍)/電鍍(Electroless plating/ Electroplating)

化學鍍(水電鍍)﹕是在指在無電流通過(無外界動力)時借助還原劑在同一溶液中發生氧化還原反應,從而使金屬離子還原沉積在陰極表面的一種鍍覆方法。
最常見的應用就是塑膠產品,因為塑膠是不導電的,所以需要做一層導電金屬膜(化學鎳),這一個工序又稱為預鍍,這樣才能進行後面的電鍍工藝,否則不導電無法電鍍。

電鍍﹕是指金屬在電解過程中利用電子流的作用下,使鍍液中金屬陽離子還原成金屬單質而沉積在陰極鍍件表面的過程。

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▲ <<<參考影片>>>

● 塑膠不通電,為何也能做電鍍?這是什麼原理

● 塑膠紐釦變身金屬質感!ABS塑膠鈕扣的電鍍過程

● 電鍍

(4) 陽極處理(Anodizing)

一般鋁合金很容易氧化,氧化層雖有一定鈍化作用,但長期曝露之結果,氧化層仍會剝落,喪失保護作用,因此陽極處理的目的即利用其易氧化之特性,藉電化學方法控制氧化層之生成,以防止鋁材進一步氧化,同時增加表面的機械性質。另一目的是,藉不同化成反應,產生各種色澤(發色)增進美觀。

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▲ <<<參考影片>>>

● 什麼是陽極氧化?怎麼樣可以獲得不同顏色的陽極氧化?

https://www.youtube.com/watch?v=f4pYGYD8MqM

● 鋁合金硬質陽極氧化是如何操作實現的?

4. 印刷

(1) 網版印刷 (絲印/Screen print)

網版印刷在中國大陸被稱為絲網印刷,是印刷紋路透空如孔的印刷方式,
將油墨加在一張有細孔的網目,油墨穿過細孔印到置於其下的物品上,不需印刷的部位則佈滿乳劑使印料無法穿透。
網版印刷是一種多用途的印刷,可在各種材料上印刷,例如衣服、陶瓷、茶具、電器、大型看板、電路板、塑膠外殼,金屬及高科技相關產品等。
以下為網版印刷的相關影片。

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▲ <<<參考影片>>>

● 什麼是網版印刷 what is screen printing

● 薄膜網版印刷

(2) 水轉印 (Water Transfer Printing)

水轉印又可稱為曲面披覆轉印,就名稱而言,就是可以在凹凸不平的物體或表面上進行轉印,進而達到一種美化表面處理的一項技術。
目前可用的範圍非常廣泛,例如汽車內裝飾板、機車面板、眼鏡、電器用品、塑膠類、陶瓷類、金屬等等多項材質的表面處理。

轉印原理其實很簡單,將一張有圖案的水溶性的樹脂轉印膜,放在水面上,利用水的壓力和添加一些轉印的溶劑,使需轉印的圖案藉由水的壓力,順勢包覆住需轉印的物件表面,進而達成美化表面的作用。

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▲ <<<參考影片>>>

● 汽機車使用表面處理水轉印技術

● 水轉印

(3) 熱轉印 (Heat Transfer Printing)

熱轉印是透過高溫、高壓的方式,將轉印紙上的墨料快速印到承印物的技術。

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▲ <<<參考影片>>>

● 熱轉印是什麼?2分鐘簡單介紹熱轉印技術!

● 熱轉印跟UV直噴的差別在哪?3大重點一次搞懂!

(4) 移印 (Pad Printing)

移印是凹版印刷的一種,將油墨覆蓋在鋼版上,使用刀片將平面上之油墨刮除,印刷的圖案即是凹陷留下油墨的部份,再用膠頭將油墨沾起,轉印在素材上,可在各種材料上印刷,例如塑膠外殼,金屬及高科技相關產品等,跟網印比較起來移印較適合小面積,細線條,凹凸面上印刷,移印的墨厚較網印來的薄許多。

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▲ <<<參考影片>>>

● 什麼是移印,壓一下圖案就上去了

● 移印-代工印刷【球型手把】

5. 覆膜

(1) 燙金 (Hot Foil Stamping)

燙金又稱燙印,是一種印刷裝飾工藝。將金屬印版加熱,施箔置於印刷品上壓印出金色文字或圖案。是利用熱壓轉移的原理,將電化鋁中的鋁層轉印到承印物表面以形成特殊的金屬效果,因燙金使用的主要材料是電化鋁箔,因此燙金也叫電化鋁燙印。

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▲ <<<參考影片>>>

● PP材質移印機用刀環盒燙金

● 平板燙金工藝

(2) IMD (In Mold Decoration,IMD)

模內裝飾技術(In Mold Decoration,IMD),包含了IMF,IML,IMR這三個製程,其相關說明可參考以下的資料及影片說明。

▲ <<<參考資料>>>

● IMD模內裝飾製程工藝

▲ <<<參考影片>>>

● IMD模內裝飾製程工藝

(3) OMD(In-Mold Decoration)

就是「模外裝飾」的簡稱,也稱「高壓轉印」。
將圖紋印刷於透明薄膜後,採用高/中/低壓+真空轉印直接將圖紋轉印或披覆於塑膠外殼( 金屬或碳玻纖或曲面玻璃)。也就是利用「薄膜印刷+高壓轉印」來完成「OMD產品」。

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▲ <<<參考影片>>>

● OMD:Out Mold Decoration

● OMD工法

● ナビタス株式会社

(4) TOM(Three demission overlay method)

TOM(Three demission overlay method)的設備主體為一密閉腔體,並由一裝飾薄膜將密閉腔體分隔為兩個獨立氣室,在成型前先將兩個氣室進行分別抽真空再進行加熱、預拉伸、加壓、冷卻等程式,因為整個成型過程均在一密閉空間進行,因此不易受到外在環境的影響,尤其是溫度的變化,因此可大幅提升制程的穩定度,以達到提高定位精度的目的;再者採用預拉伸可提升薄膜的延伸量,使薄膜能順利包覆至塑件的內部,塑件的收邊經過裁切後因為收邊在塑件內部,因此不會有斷差的產生,進而得到一高品質的薄膜裝飾塑件。

▲ <<<參考資料>>>—->TBD

▲ <<<參考影片>>>

● TOM NGF+English+ver

● TOM-NGF

● TOM-Laser Trimming Machine

● いわきの「加飾フィルム成形」

6. 去除材料

(1) 雷雕(Laser Engraving)

雷射雕刻是利用電壓或電流通過光學的共振腔,經由活性的介質激發而造成一個狹窄光束,其光束可以經過反射鏡片被高度精確的聚焦於一個小點上,使得雕刻物品表面氣化或熔化,經由數個點而組合成字或圖形的標示。

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▲ <<<參考影片>>>

● 金屬雷雕-銅杯Finecause

● 汽車按鍵透光雷雕

(2) 拋光(Polishing)

拋光是使用物理機械或化學藥品降低物體表面粗糙度的工藝,拋光後的工件表面光滑具有良好的反射效果。工件拋光後會減少厚度並容易劃傷,必須使用細絲絨布或專用清洗劑清潔表面。

▲ <<<參考資料>>>

● SPI標準及拋光工藝

● 模具拋光的方法及檢驗規範

▲ <<<參考影片>>>

● SPI標準及拋光工藝

● 模具拋光的方法及檢驗規範

(3) 噴砂(sandblasting)

噴砂(珠擊法)是針對素材表面進行的一種破壞性的加工方式,利用細小的研磨砂材顆粒對素材表面衝擊,讓表面產生像顆粒化般的凹陷使之形成霧面或侵蝕面,而達到除金銹、去毛刺、去氧化層、應力處理、摩擦系數調整、精密度調整、高附著力、美化、霧化、消光等等,其用途運用廣泛。

▲ <<<參考資料>>>—->TBD

▲ <<<參考影片>>>

● 噴砂,噴丸,拋丸到底有什麼區別?

● 盡力觀察室 | 噴砂機是什麼?

(4) 咬 花

常見的咬花形式有化學咬花和雷射咬花以及VDI放電紋這三種,其相關說明可參考以下的資料及影片說明。

▲ <<<參考資料>>>

● 咬花的種類及應用

▲ <<<參考影片>>>

● 咬花的種類及應用

7. 免噴塗材料

免噴塗是在塑膠原料(PP、ABS、AS、PC等)中通過熔融共混的方式加入具有不同顯示效果的:金屬粉、珠光粉、陶瓷粉、高光色粉等,使其自帶特殊色彩效果,其中最具代表性的就是Dyson吸塵器在這方面的材料應用(圖3)。

▲ <<<參考資料>>>—->TBD

▲ <<<參考影片>>>—->TBD

8. 總結

對於有一定射出經驗的人來說,射出塑件的報價價格可以被經驗規律掌握,而且市場上也有塑件估價等一系列的教學課程(圖4)。這些課程能為你提供一個相對準確的計價方法,使得你在面對報價時有著更多的把握。

但是各位就很少見到有在教你做產品製程報價的課程,特別是那些涉及複雜工序的製程。這種製程在產品良率好的情況下,利潤都很好。但相對的,如果遇到良率不理想的案子,那就是就真的在做辛酸的。除非你本身就在這個產業中工作,否則對於外人來說,進行此類製程的成本估算會很難計算。

一旦討論到有關於製程的DFM,所需投入的檢討時間會遠超過一般塑膠件,因為這需要對材料、產品結構設計等方面進行深入確認。如果對這個製程並不夠熟悉,那就應該盡早與廠商進行溝通檢討。在報價階段,就應該盡量將材料、結構設計等因素詳細確認清楚,避免在接手案件並開始進行時,才發現很多事都是在做白工。

☆ 其他參考資料及文章

● 產品表面處理工藝文章及資料

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