产品设计与涂装制程报告.ppt

1,產品設計與塗裝製程考量,報告人:楊永吉 英業達上海有限公司 研發處機構部,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. U V 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or UV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- 1.0 m/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0.6-0.8 m/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。