产品设计与涂装制程报告.ppt

1 產品設計與塗裝製程考量 2003 7 4 2 報告內容 塗裝材料概述印刷材料概述塗膜面物性檢測機構設計與塗裝製程之考量問題探討與說明結論 3 由於近幾年N B外觀及塗裝顏色在搭配上朝向多樣化及生活化為訴求 塗裝顏色選擇及搭配上 已成為非常重要的一環 針對目前較為成熟及量產普遍化材料 特別做以下相關說明 4 導電塗料為金屬材料與樹脂攪拌混合而成之材料 經由塗裝製程可將不導電之塑膠材料轉變成導電性產品 作為防止EMI或EMC之材料 目前使用較為廣泛之種類有銅 銀銅 銀三種 因其導電性與成本上各有不同 選用種類上可能需視產品特性及需求規格 導電塗料在導電性優越 流程簡易 可在極短製程時間下完成加工動作 而多項材料種類 可視產品規格搭配 有效控制成本 1 1導電系列塗料 鎳 銅 銀銅 銀 1 塗裝材料概述 1 1 2 1 1 1 5 1 1 3因金屬原料比重較高 使用上極易造成塗料沉澱 在製程設備上需搭配穩定及精密的循環及供料系統 方可有效掌控品質1 1 4使用導電漆塗裝製程 其塗膜面在測試密著度會出現不同程度脫落現象 在程度上以銅導電漆較明顯 銀導電漆最輕微 由於原料粒徑愈大其緊密性愈差 原料中樹酯所含比例對電阻值有直接影響 在前二種因素限制下 材料本身調整空間已被設限 點狀脫落現象對產品可靠度無影響 一般檢驗方式以製作脫落程度樣品輔助檢驗判定 6 此系列塗料為早期使用於N B外觀塗裝上最為普遍之材料 分別有單液與雙液型二種系統 此系統加工成熟度很高 目前在使用上已漸被銀粉塗料取代 使用上不普遍 1 2一般素色系列塗料 1 2 1 7 1 3 1經由塗裝製程後塗膜面所呈現之金屬質感 顏色可隨不同性質產品及客戶需求而作多樣化調整 多變及多樣化的選擇 已成為目前運用最為廣泛之材料 普遍運用於3C相關資訊產品上 1 3 2此系列材料上 除顏色可隨客戶設定需求設定外 在銀粉粒徑 閃度上 亦有不同等級材料可作搭配 更提供客戶多樣化的選擇 1 3 3原料中的鋁粉粒徑愈小 塗膜面所顯示之金屬值感與閃度愈鮮亮 對在製程加工上難度也較高 是選用此材料前需考量 1 3銀粉色系列塗料 8 1 4彈性系列塗料 皮革漆 極佳的柔軟表面觸感及塗膜面優秀的耐擦傷 耐衝擊 耐磨性 耐化學品特性 對使用接觸頻繁材料上 極適合採用此系列材料用於外觀之塗裝 皮革漆塗料其材料特性在塗裝上 需於噴塗後作60度 30分之持續烘烤 塗膜層之特性才可達最佳狀況 故成型材料之耐變形溫度及結構強度 設計上需多加以考量 烘烤溫度及時間對成品可靠度有直接影響 此項製程控制顯是相當重要 皮革漆標準膜厚為30u以上 不良品修補需考量累積膜厚 在材料損耗LOSS上 將高於一般塗料塗裝製程 由於成本上比一般面漆明顯較高 目前使用此原料塗裝仍不普遍 1 4 1 1 4 2 1 4 3 9 1 5變色珍珠系列塗料 此系列塗料特色在於運用有色底漆塗裝於下層 再搭配半透明原料 珍珠粉 塗裝於上層 從不同視覺角度下 可呈現出顏色變化之特性 由於塗料本身遮蔽率極差 塗裝製程中塗膜厚度變異對顏色有相當程度之影響 也因此在顏色控制規格定義上 比其他系統塗料較為寬鬆 1 5 1 1 5 2 產品作變色珍珠塗裝設計時 成品外觀之掌控上須更為嚴謹 塗裝面以平面打光方式處理 呈現之顏色變化較咬花面理想 10 1 6 變色龍系列塗料 多色像 大幅度變化外觀設計為此系列塗料所強調之特色 此原料成本與一般材料有著極大差距 約30 40倍 目前使用此系列塗料以手機上塗裝較有使用之空間 完全基於原料成本之考量 目前在N B產品上極少選用 產品作變色龍塗裝設計時 塗裝面以平面打光方式處理呈現之顏色變化較咬花面為佳 1 6 1 1 6 2 11 1 7 全光澤系列塗料 塗膜面光澤度在80度以上 極佳之鮮豔性 外觀優美 有逐漸熱門化趨勢 塗裝製程方式有三種 直接作一塗或在有色塗膜層上加噴透明金油 直接以有色高光澤塗料作業 由於製程單純相對在成本與時效上較具競爭性 但也由於材料中有色料加入 原料流動性較差 造成塗膜面平坦性較差 表面橘皮現象也相對較為明顯 以調整塗料粘度可做些微改善 但須同時考慮降低粘度對遮蓋率影響程度 使用加噴透明金油方式塗裝 成本與加工時間上較高及長 但塗膜面因採二次塗裝 在耐摩擦之測試上較前製程優越 在外觀上鮮豔質感也較佳 另一種加工方式是在成型材料上直接塗裝透明金油 此方式在成型素材上須能嚴謹及有效控制 透明金油中並未含有任何色料 是無法遮蔽素材表面任何瑕疵 1 7 1 1 7 2 1 7 3 12 此系統塗料在塗膜面之耐摩擦 耐化學品 耐候性 等各項物性上測試上更較二液型塗料更具優秀之物理性 乾燥方式較一般傳統烘烤製程不同 需搭配特殊硬體設備 紫外線照射爐 以達反應乾燥條件 塗裝後不良品無法作修補重工動作 因塗膜面經反應硬化後 再塗會有密著不良脫漆之現象 1 8 UV系統塗料 13 油墨在使用上較為普遍有 a 單液型系統b 雙液型系統c UV系統 a b二種系統在N B機構外觀加工上 應用較為廣泛 而UV系統目前運用上仍以手機 PDA較為普遍 單液 雙液型油墨為藉由烘烤達到硬化乾燥 在耐磨擦特性上要求較佳 或塗膜面為彈性塗料製程下 須以雙液型或UV系統油墨作業 UV系統在印刷面之耐摩擦 耐化學品 耐候性 等各項物性上測試上皆有極優秀之效果 乾燥方式較一般傳統烘烤製程不同 需搭配特殊硬體設備 紫外線照射爐 以達反應乾燥條件 塗裝後不良品無法作修補重工動作 在成本上需考量 2 印刷材料概述 2 1 2 2 2 3 14 檢驗方式及規格視塗料系統 原料供應商區別而有所差異 單液型 檢驗時機須在烘烤50 60度 10 15分 再經自然乾燥約12hr或60度 30min強制乾燥後實施 一般檢測項目有a 密著度 百方格剝離測試 b 耐酒精c 表面硬度 雙液型 此系統塗料為反應型塗料 其乾燥條件需具初期乾燥與反應乾燥二項要件 一般硬化乾燥時間需七天 考慮產品生產週期極短下 需提前實施塗膜性能檢測時 應另行定義合理及適當之檢測規格 檢驗時機須在定義在烘烤60度 30min下 再經自然乾燥約24hr後實施 一般檢測項目有a 密著度 百方格剝離測試 b 耐酒精c 耐磨耗d 表面硬度e 色差 印刷 由於油墨原料本身具有高固成分 高黏度之特性 通常對耐摩擦 耐酒精 表面物性上無法與塗料相比 除特殊之雙液型系統orUV系統 除客戶有另行定義規格狀況外 測試項目僅作密著性部分 百方格剝離測試 3 塗膜面物性檢驗 15 4 1 材料選擇考量 基於塗料相異系統所得到之塗膜物性有極大差異 在產品初期規劃階段應作謹慎考量 目前低溫塗裝製程塗膜面硬度等級單液型塗料在F H 雙液型塗料在H 2H等級 但其製程初期乾燥時間與自然乾燥時間須超過72hr以上 方可達到H等級之硬度 相對從投入到所需之時間高於單液型塗料 雙液型塗料塗膜乾燥硬化後 具優良之耐化學品 耐候性 耐磨擦 極佳之表面硬度 影響塗膜硬度另一項重要考量為成型選用原料 底材硬度直接影響塗膜硬化成形之表面硬度 相同塗料噴塗在不同底材上 會得到不同之測試結果 以目前在資訊產品上使用較普遍之原料來區分 加碳纖及玻纖硬度較佳 其次是PC PC ABS ABS 對於低附加價值之產品可考慮使用單液型塗料作業 重工性佳 製程所需時間短 客戶要求規格相對較低 符合成本效益 4 機構設計與塗裝製程上考量 16 就塗膜面可靠度考量上 應避免塗裝面任何可能出現之銳角外觀 塗膜標準厚度約18 25u 雙液型 銳角部位塗料附著狀況遠低於平面附著 故在銳角部位之塗膜層可靠度 耐磨 附著度測試 會出現相當大的疑慮 雙色塗裝為目前相當廣泛使用之外觀設計 對於兩色交界設計與塗裝相互關係 分別提出以下建議 4 2 1 4 2 塗裝製程設計考量 4 2 2 17 以美工溝槽設計作區隔時 溝底噴漆 建議寬度為0 8 1 0m m 深度為0 4 0 6m m 由於塗裝溝槽會產生明顯氣流反彈現象 過深或太窄之設計將降低塗料附著率 a 18 以美工溝槽設計作區隔時 溝底不噴漆 建議寬度為0 8 1 0m m 深度為0 5 0 7m m 寬度較低直接降低模具崁入部位之強度 其次寬度大於0 8m m才能有效預留成型尺寸變化對模具產生無法崁入之變數 b 19 另外美工溝槽R角應以自然R為優先考量 R角愈大將會降低噴漆治具強度及壽命 此部分需作考量 使用治具B之遮蔽設計 在R角部位將無法達到理想品質 產生交界模糊 c 20 以高低落差方式設計作區隔時 溝底不噴漆 建議其落差為0 6 0 8m m 爲避免積漆 遮蔽方式只有一種選擇 d 21 22 溝槽內規格常較具爭議部位 因為對於加工成本及治具模具開模數有直接關聯 如何在噴漆治具開模前作檢討及定義 對順利導入量產有相當助益 對於噴塗模數與溝槽內噴漆請參考圖面 以上考量以塗裝模具製作精度達成率 塑膠成型尺寸作業空間及塗裝製程良率及把握度為主要前提 e 23 雙色塗裝製程可選擇顏色重疊與個別塗裝方式 此二種製程對成本較有直接關聯 作個別遮蔽治具塗裝在模具與加工費用明顯增加 而作雙色塗裝製程 若在塗料遮蔽率理想狀況下 重疊塗裝流程比較能符合成本效益 組裝功能上需預留塗裝膜厚 在量產階段任何追加遮蔽塗裝區域的變更都直接影響加工成本 塗膜厚度於設計初期應作一並考量 滑動部位及緊配合區域特別重要 塗膜厚度 雙液型面漆 正常塗裝單邊約為20u 不良品修補累計膜厚可能達45u 皮革漆修補累計膜厚達70u 單次塗裝30u 導電漆 銅 膜厚約40u 4 2 4 4 2 3 24 塗膜面光澤度設定以10 25度在製程控制及成品塗膜面物性測試結果 都有較佳之表現 低於10度之產品表面對耐刮傷表現較差 而由於會對瑕疵有加強顯現作用 故高於25度光澤之製程良率也將會相對下降 高光澤產品塗裝須受限於無塵環境作業 否則將無法有效提升良率就是因為有此考量 EMI設計以塗裝方式處理 上 下蓋 前 後蓋接觸面如藉由導電漆噴塗結合線達到導通性 結合面在不影響空間下 高度以2m m效果較佳 由於導電漆材料特性 對於接觸面若設計需塗裝時 需考慮裝配及維修拆卸時會因摩擦產生金屬粉粒脫落之現象 塗 A 設計較塗 B 設計適合量產製程 4 2 6 4 2 5 25 26 除此在整個塗裝面機構設計上應盡量減少轉折面及斷切面 boss根部設計上需加入凹槽時 應以斜角方式代替直角處理 否則會降低電阻傳送速度 若因此造成噴漆死角 極可能造成無法導通狀況 以塗裝方式作EMI處理製程 其低成本 開發週期短 加工製程所需時間較短 具有相當大之競爭性與彈性 27 對於模具結構 成型條件 不同塗裝製程之間 有相當影響程度與關聯 最明顯的就是在變型量與尺寸之變異上 除考慮各製程對素材影響程度 最重要的應是在量產前作完整之追蹤及紀錄 不同產品製程若以經驗去預估變數 而無藉由產品驗證時 將有其風險性存在 這部分對於最終產品品質相當重要且必須的步驟 由於生產時間短 成型製程後常欠缺足夠供材料穩定之時間 即進行後製程加工 常造成品質上 尺寸 變形量 極大的不確定性 此現象是目前非常普遍存在問題 值得重視 4 2 7 28 對於塗膜面噴塗完成後可加貼保護膠膜之時機 首先考慮之因素為塗裝原料系統 一般單液型於噴塗後經烘烤完成動作 再經自然乾燥4hr以上即可加貼 而二液型塗料因為屬於反應型塗料 先前曾提到除了初期乾燥時間外 尚需要反應乾燥時間 以塗料供應商建議為7天 如果無法提供足夠時間就貼上膠膜 就有淺在性的風險存在 由於保護膠膜本身膠質中含有不同比例溶劑 在與塗膜面長期接觸下 如塗膜面未完全乾燥 則必然產生化學反應而破壞塗膜層 對於塗膜面凸出異物也將會因加貼保護膠膜 在撕開後產生點狀脫落之現象 即使此缺點原屬可允收之規格內 也會因此製程而提高不良率 4 2 8 29 不同的塗裝顏色對印刷成品會有相當程度之影響 選擇油墨顏色時 需在正確塗裝顏色之材料上印刷 以確認最後成品之正確性 材料表面作咬花處理時 深度愈深對印刷品質影響愈大 超過0 2m m以上之表面如仍要求高品質之字體時 需考慮於印刷面加印一道透明油墨 達到降低咬花深度效果 增加一道製程也直接提高成本 印刷製程區分為網板印刷與移轉印刷 移印其主要設定為曲面工件 網板印刷無法達到之品質要求 印刷面如無足夠之作業空間 例如緊鄰凸出面或在凹陷區域作印刷 皆須以移印方式處理 兩種製程也有成本上差異 4 3 印刷製程設計考量 4 3 1 4 3 2 4 3 3 30 31 5 1 成型內應力集中 料痕陰影由於成型條件 模具結構 原料種種因素造成之內應力問題 一直是塗裝製程中常出現之問題 除了會在乾燥過程中對變形量造成極大之差異外 也常出現無法遮蔽過之模痕及陰影 目前在檢驗上除了全透明材料可藉由偏光板輔助 其餘非透明材料上無法由目視檢查出 對於塗裝面常出現之陰影 由於結構密度較為鬆散強度不足 塗料對素材咬合過程中造成過度性破壞 表面呈現凹凸不整狀態 5 2 素材表面氣泡 鏽斑 油污殘留材料殘留瓦斯氣或氣泡也常在塗裝完成後 造成局部密著不良之現象 成型後會在模具上留下污染物質 其程度需視原料特性 模具未定期作清潔動作時 會在素材表面留下鏽斑且呈現不定點及不同程度 塗料無法達到密著 在選擇原料上應以低污染為優先考量 成型過程中未適當使用脫模劑 是材料表面油污殘留最主要因素 檢驗中極難發現此隱藏之問題 如為透明狀況 對於塗料密著效果有相當負面影響 5 問題探討與說明 32 5 3 含纖原料浮纖及變形爲提高材料剛性及強度採用之添加GForCF材料 常出現表面浮纖之不良現象 在塗裝製程中是無法克服的問題 在使用此類原料上 需有效掌控成型條件 此類材料另一個常出現之問題就是變形度不穩定