多组分注塑成型工艺的介绍

忆困血馆闻

作者：Proe和Creo产品设计集

多组分注塑成型工艺

也叫多色注塑成型工艺，是指两种或两种以上颜色的材料或不同材料通过具有一个或一个以上的流道的模具注塑成型。最早是以双色注塑为代表，我们日常接触的也是以双色产品居多，比如我们每天早晚都在用的牙刷，其手柄，就是采用了双色注塑成型，手柄部分比较常用的材质为PP（硬胶）+TPE（软胶），TPE是与PP包胶相融最好的材料，包覆软胶是为了提高握感。

双色注塑材料之间的结合性

双色模具的工作原理

双色模通常有两副模具，一半装在双色模注塑机的定模固定板上，也就是有注塑浇口的一侧，另一半装在动模回转板上，即模具顶出的一侧。这两副模具的后模通常是完全一样的，而前模不一样。当第一种材料在第一模具注塑完毕后，注塑机定、动模打开，动模回转板带着两幅模具的后模部分旋转180°，此时第一模具后模的半成品不顶出，然后合模，进行第二种材料的注塑（这个过程中，第一种材料继续在第二模具注塑成半成品），保温冷却后，定、动模被打开，第一模具的动模后模的成品被顶出。这是一个成型周期的过程，每个成形周期内都会有一次半产品及一次成品产生。

多色注塑机的种类

根据注塑单元（副射台）的布置方式，双色注塑机的配置形式可分：
1. 双色注塑结构分为五类：P型（平行双射）、L型（直角双射）、V型（天侧双射）、W型（斜背式双射）、H型（对向双射）。
这几种类型的双色注塑机各有特点，用户需要根据自身需求来选择。其中，V型及L型在欧洲注塑机的应用较为广泛，而日本及国产机台则多数采用P型。再以双色机的五个形式为基础，可继续衍生出三色机及四色机的射出形式定义：
2. 三色注塑结构分为五类：直角三色-L型、天侧三色-V型、背式三色-LW型、背式三色-VW型，独立三色-LV型。
3. 四色注塑结构分为二类：平行四色-LV型、背式四色-LVW型。

P型-平行双射

L型-直角双射

V型-天侧双射

W型-斜背式双射

H型-对向双射

随著产品复杂度的提高，三色甚至四色的需求开始浮现。一般而言，三色机有两种类型，一种为两工位三色机（俗称假三色），另一种为三工位三色机（俗称真三色）。实际上，两者的区别不在于「真假」，而是根据产品结构设计（两副模具或三副模具）采用不同的转盘控制方式。
「两工位」顾名思义转盘旋转定位在两个位置，等同于双色机的180度转盘控制方式。换言之，两工位三色机的三组注塑单元中，有两组是同时注射在同一副模具，因此，产品中若有两组分的边界不相邻（可设计在同一副模具同时注塑），只需要两副模具来生产三组分产品，则适用两工位三色机。
「三工位」则不同，转盘旋转能定位在三个位置（120度）。换言之，三工位三色机的三组注塑单元中，分别注射在三副模具，因此，产品中若三组分的边界均相邻，则适用三工位三色机。
同样的，四色机也可区分为「两工位」及「多工位」四色机。从技术的角度而言，多工位转盘控制精度明显高于两工位，因此在机台的制作成本上也相对较高。所以，要根据产品结构需求选择最具效益的方案，比如以下三色U盘案例，选择多工位就显得有更高的性价比。

三色U盘案例

3C消费类电子产品在外观上不断追求极致：小巧、简洁、美观、防尘防水，但是这种对材料和工艺的需求，往往出现需求“打架”的情况，也就是说，在传统的设计或者制造上，很难同时满足多个需求，鱼和熊掌不可兼得。
所以，如何在这种小巧的外形空间下，产品需要体现出不同的颜色和质感搭配，同时要兼顾内部电子器件的防尘防水要求，成为了CMF和结构设计师一大课题。
传统的方式会将上述几个功能做成不同的塑料零件，再通过组装的方式装配在一起。
装配又会带来一系列难题，如何增加固定用的扣位结构，软硬胶怎样结合，如何隐藏装配结合线，如何实现电子部分密封防水，如何让logo字体更永久，如何减少装配的人手。。。。。
胶水？---不环保 丝印？---不耐磨 喷油？---掉漆。。。。。。
能不能用注塑机直接把三种塑料一次成型出来呢？

传统的卧式注塑工艺在解决此类产品方面遇到了越来越多的瓶颈。
1. 传统卧式双色机，射台位置固定，二射以外的射台只能布置在顶侧和横侧面（插入多射台布置方式）。进胶流道相互干涉。
2. 锁模区域内空间有限，又要完成旋转和后模更换，模具能布置模穴和行位的空间更加拥挤。
3. 模具水平开模，植入件需要特别设计固定结构，否则在重力作用下容易歪斜。
为此，多射植入注塑技术（MSIM）应运而生。
多射植入技术是结合了多物料注塑和模具，立式转盘注塑机，自动化取出与植入等等多学科融合的综合性技术。
针对解决如何在小空间通过注塑和植入的方法，将不同特性和功能的物料融合成型的问题。
可以将塑料（软/硬），硅胶（固体/液体），五金（结构/导体），电子芯片，在一个机器循环中完成，达到减少装配，增强粘结，提高气密性的目的。
还是以上面提到的三色U盘为例，说明其注塑的过程：

首先，植入U盘芯片（电子器件），然后
第一射，白色 PC ， 注塑单边白色底壳并形成底部字体，
第二射，绿色 PC， 注塑单边绿色底壳并形成另一半底部字体
第三射，蓝色TPU ，包裹上下底面，形成字体凹凸效果同时，产生柔软的手感。

三色U盘注塑过程

在多射植入注塑技术（MSIM）中，将采用三色六工位立式转盘注塑机，三前六后模具，一出二，人工放植和取件。全周期30秒 。产品出模后直接包装出货，不需其他装配等后工序。
多射植入注塑成型方案的优势：在于实现一体成型、多色造型、免去装配、实现多功能集成等。据了解，该工艺技术的关键在于立式注塑机的灵活运用，常见机型有单射六工位、双射四工位、三射六工位。其中多工位冷却可以缩短成型时间，提升产量，同时植入注塑、提取产品更为便捷，还可以实现自动化生产。

三色运动手环案例

随着智能手机和移动互联网的快速发展，越来越多的智能穿戴产品出现在了大众的视野范围内，这类产品越来越多需要小空间大集成的要求，在生产这类在小空间高度集成的产品时，如果使用传统注塑加工，模具水平开模植入件难以固定，压模风险存在，模内空间不足，对于多物料注塑更加困难。多射植入注塑工艺（MSIM™）作为一种新型生产技术，在小区域功能的精密注塑产品的生产商具有独特的优势。

注塑过程：在一号工位放置pin针，二号工位与一射前模结合注塑透明窗部件，三号工位与二射前模结合，注塑黑色遮光结构，四号工位与三射前模结合注塑彩色壳体，五号工位空气冷却，六号工位用于产品取出，所有工位均同时进行。

多射植入注塑（MSIM™）很适合生产此类手环底盖，将原有的六个工序合并为一个工序，使生产流程大大简化的同时，也节省了大量的物料转运，人员投入和不良品消耗等等成本，减少环境污染。

原有工序，零件之间需要设计固定结构或者通过辅料（密封圈、粘胶）才能满足防水要求，但密封圈的老化，点胶胶水的强度和稳定性都给防水性能增加了新的变数。现在，通过多色植入注塑工艺，把关键零件置于模具内一体成型，大大提高了防水级别，但是，此工艺由于需要多套模具，模具成本自然会有所增加，所以比较适合大批量、小型的产品。
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