淺談IMD成型技術(shù)

黃繼亭

摘 要： 本文主要對(duì)模內(nèi)裝飾技術(shù)（IMD）的工藝特點(diǎn)、類(lèi)型及應(yīng)用范圍進(jìn)行了論述，并對(duì)IMD技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了剖析。同時(shí)結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)例，通過(guò)對(duì)實(shí)例中的IMD注射模具設(shè)計(jì)特點(diǎn)介紹，來(lái)較為深入具體的介紹IMD注射模具的設(shè)計(jì)制造技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 模內(nèi)裝飾技術(shù)；IMD注射模具；注射工藝

一、 前言

IMD（In-Mold Decoration）其中文名為模內(nèi)裝飾技術(shù)，又稱(chēng)免涂裝技術(shù)。IMD是目前國(guó)際上應(yīng)用流行較為廣泛的塑件表面裝飾技術(shù)，表面硬化透明薄膜，帶有印刷圖案，背面為注塑層，油墨中間，可使產(chǎn)品耐摩擦，防止表面被刮花，并可長(zhǎng)期保持顏色的鮮明不易退色。在其工藝過(guò)程中，將已印刷成型好的裝飾片材放入注塑模內(nèi)，然后將樹(shù)脂注射在成型片材的背面，使樹(shù)脂與片材合成一體。由于使用該技術(shù)的產(chǎn)品集裝飾性和功能性于一身，因此IMD技術(shù)已經(jīng)被大范圍地應(yīng)用于家電、LOGO銘板及汽車(chē)零件之塑料產(chǎn)品，特別是時(shí)尚的手機(jī)外殼及車(chē)輛儀表盤(pán)、門(mén)板、開(kāi)關(guān)、儀表前蓋和中央控制板，該技術(shù)的使用面還在拓展。有一些IMD成型的塑件具有類(lèi)似天鵝絨或羊皮的質(zhì)地，并有高光澤或低光澤度外觀(guān)可用于汽車(chē)駕駛室中的儀表板上。

二、 IMD的工藝類(lèi)型及原理

IMD 是作為一門(mén)新興的塑料成型工業(yè)技術(shù)，在其概念定義上較為多樣及寬泛，因此國(guó)際上對(duì) IMD 工藝的分類(lèi)并不統(tǒng)一，根據(jù)其不同的成型工藝特點(diǎn)，可以將 IMD 技術(shù)分為 IMR-Transfer （In Mold Release，模內(nèi)轉(zhuǎn)印） 、IML-Insert（Insert Molding by Label，模內(nèi)標(biāo)簽） 、 INS（Insert Thermoforming-film to Molding 模內(nèi)嵌片）等。

其中IMR技術(shù)裝飾的圖案被印刷在特制的裝飾薄膜上，在工業(yè)生產(chǎn)中通常使用送膜機(jī)將裝飾薄膜輸送至模具模腔的特定位置，在完成薄膜的定位要求之后進(jìn)行合模注塑，進(jìn)而形成產(chǎn)品。最終形成產(chǎn)品之后裝飾薄膜與制品表面分離，裝飾油墨形成的圖案被轉(zhuǎn)印在制品表面。IMR 的優(yōu)點(diǎn)有很多，由于采用了自動(dòng)送膜機(jī)，并且可以滿(mǎn)足薄膜的定位要求，因此自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)成本較低。同時(shí)，IMR 的缺點(diǎn)在于成型之后，薄膜與油墨圖案分離，印刷的圖案暴露 在外界環(huán)境之下，容易被磨損。

而IML 工藝非常顯著的特點(diǎn)是成型完成后，裝飾薄膜與產(chǎn)品表面不分離，而是結(jié)合為一體。這樣產(chǎn)品表面第一層是硬質(zhì)的透明薄膜，下一層才是油墨圖案。這樣可以有效的防止表面圖案的磨損，也可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持色彩的艷麗。IML 工藝的缺點(diǎn)在于新品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，表面嵌片容易產(chǎn)生脫落、變形。值得注意的是，國(guó)內(nèi)更多的人把IML作為IMD技術(shù)的集中代表，相比于IMR技術(shù)，IML 可做產(chǎn)品的范圍要比其寬廣的多。IML 既可以做很大拉伸或者說(shuō)三維的制件，又可以做平的或簡(jiǎn)單弧面的產(chǎn)品。而IMR基本上只能做平的或簡(jiǎn)單弧面的產(chǎn)品，如手機(jī)鏡片。IMR是在注塑的時(shí)候，把薄膜（未成形）合到模具當(dāng)中。如果是很立體的制件，薄膜與塑料根本不可能貼合得很好。因此，IML在未來(lái)的應(yīng)用前景更為讓人看好。

另外INS技術(shù)則是將印好的裝飾薄膜裁切后直接注塑，或加熱成型，使之符合零件表面的3D形狀，再嵌入模具中與塑料結(jié)合完成表面裝飾，該工藝能夠在一定程度上克服 IMR 和 IML 的缺點(diǎn)。因此，該技術(shù)在裝飾表面為 3D 形狀的產(chǎn)品上應(yīng)用較多。

三 、IMD技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

IMD技術(shù)自從其誕生以后就受到了廣泛的關(guān)注，并經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和應(yīng)用，也取得了一定的成果。從總體上來(lái)看，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于 IMD 技術(shù)的研究主要集中在裝飾薄膜的研究、專(zhuān)用模具的開(kāi)發(fā)和研究及注射工藝的研究。

IMD技術(shù)在70年代早期首先應(yīng)用到吹塑成型工藝中生產(chǎn)塑料瓶，70年代中期推廣應(yīng)用到注塑成型，并在70年代末開(kāi)始受到關(guān)注。80年代，通用公司在材料方面的創(chuàng)新把IML技術(shù)推廣應(yīng)用到手機(jī)領(lǐng)域，并逐步擴(kuò)散到PDA和其他一些電子產(chǎn)品。 歐洲在推廣應(yīng)用IMD技術(shù)中，走在世界的前列， 據(jù)預(yù)測(cè)在歐洲，85%—95%的食品包裝應(yīng)用都是采用IMD技術(shù)。美國(guó)從90年代中期開(kāi)始大量采用 IMD技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、通訊工具、 玩具等行業(yè)。 IMD技術(shù)在生產(chǎn)MP3/MP4、手機(jī)、家電控制 面板以及中等尺寸、相對(duì)較平的汽車(chē)內(nèi)外飾件等方面已經(jīng)獲得成功。現(xiàn)在，IMD技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到用于生產(chǎn)更大型的3D部件，如整個(gè)儀表盤(pán)、保險(xiǎn)杠、 托板、汽車(chē)頂蓋、甚至于汽車(chē)和卡車(chē)的外殼、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等。由于IMD技術(shù)可以節(jié)省大量的再加工費(fèi)用，因此對(duì)于汽車(chē)工業(yè)極具吸引力。

在國(guó)際上，新材料及新工藝不斷的被應(yīng)用到IMD 技術(shù)中.例如德國(guó)的Faurecia Interior Systems公司在模具內(nèi)噴灑一層聚氨酯軟接觸涂料，然后合模并注射聚氨酯泡沫，制成具有羽毛質(zhì)感的儀表板和車(chē)頂板，應(yīng)用于奔馳車(chē)上。墨西哥Visteon公司的 Carplastic工廠(chǎng)為本田Civic車(chē)型的儀表板熱成型了一種TPO表層，該表層后面是注射的PP料。德國(guó)的Webasto AG公司，采用GE公司的Lexan SLX 薄膜，并通過(guò)長(zhǎng)玻璃增強(qiáng)聚氨酯泡沫，成型通用歐 寶賽飛利車(chē)型的全景車(chē)頂。另外，IMD技術(shù)的自動(dòng)化也受到國(guó)外公司的重視。Mayco Plastic在制作IMD部件時(shí)優(yōu)先考慮自動(dòng)化的因素，根據(jù)應(yīng)用的復(fù)雜程度，該公司會(huì)使用 2到5個(gè)六軸機(jī)械手，通過(guò)機(jī)械手來(lái)抓取片材和移除成型產(chǎn)品，這樣一個(gè)人就可以輕松處理一疊片材，比較而言，一條噴涂線(xiàn)可能就需要3 0個(gè)人。為了在片材運(yùn)送過(guò)程中不損傷片材表面，部分公司在機(jī)械手上使用醛縮醇或氟化聚合物手指。

我國(guó)對(duì)于模內(nèi)裝飾技術(shù)的研究起步較晚，但隨著 IMD 技術(shù)的普及，也有越來(lái)越多的科研院校及高新企業(yè)投入了對(duì)模內(nèi)裝飾技術(shù)的研究。從目前科研院校研究狀況來(lái)看，國(guó)內(nèi)的研究也主要是對(duì)薄膜的特性測(cè)試和成型模具以及成型工藝參數(shù)的研究。從企業(yè)應(yīng)用角度來(lái)看，國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)IMD產(chǎn)品、且具有一定規(guī)模的企業(yè)較少，如深圳群達(dá)、珠海祥藝、惠州英美達(dá)等少數(shù)幾個(gè)公司，且以中小型、相對(duì)較平的產(chǎn)品為主，比如MP3，摩托車(chē)儀表盤(pán)、手機(jī)鍵盤(pán)和視窗鏡片等。由于在材料和工藝方面上的差距，目前國(guó)內(nèi)許多IMD原材料及產(chǎn)品仍然需要進(jìn)口，國(guó)內(nèi)IMD技術(shù)的應(yīng)用與國(guó)外先進(jìn)水平相比還存在著較大的差距。endprint

四、IMD注射模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及案例分析

在IMD成型技術(shù)中，要經(jīng)過(guò)薄膜模壓成型、模切廢邊和注射成型3個(gè)環(huán)節(jié)，才能得到最終制品，同時(shí)在整個(gè)IMD工藝中，要使用到3套模具，即預(yù)壓模具、裁剪模具和注射模具。因此在工藝工程中，其模設(shè)計(jì)的好壞與否將影響到整個(gè)成型工藝的成敗，尤其是注射模具設(shè)計(jì)的好壞將直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的成型質(zhì)量，在整個(gè)系統(tǒng)中最為重要。

目前IMD注射模具設(shè)計(jì)與制造在我國(guó)剛剛興起，還沒(méi)有形成完善的理論體系和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此本文主要結(jié)合作者自己在從事IMD模具設(shè)計(jì)時(shí)所積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合曾今所設(shè)計(jì)完成的并已成功投入使用的車(chē)用煙灰盒裝飾件IMD注射模具設(shè)計(jì)為例，分別從車(chē)用煙灰盒裝飾件IMD注射模具設(shè)計(jì)中所存在的問(wèn)題，及所采取的相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)注意的問(wèn)題等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)一步的剖析IMD成型技術(shù)的特點(diǎn)。

如圖1所示的產(chǎn)品為車(chē)用煙灰盒裝飾件，在塑件的結(jié)構(gòu)上要求外觀(guān)整潔美觀(guān)，不能有污點(diǎn)及微塵，表面不能有缺陷或縮影。該產(chǎn)品在制造過(guò)程中，薄膜成型模具的設(shè)計(jì)是模內(nèi)注射是否成功的關(guān)鍵，在相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上存在一定的難度。因此，在該模具的前期設(shè)計(jì)及試模過(guò)程中遇到了一系列的困難和問(wèn)題，主要問(wèn)題如下。

1）產(chǎn)品表面可看到筋位或壁厚變化的陰影。2）膜片上出現(xiàn)皺紋。3）部分制件在或注塑后表面出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂。4）膜片成型后和膜片初始狀態(tài)相比色差變化嚴(yán)重。

因此經(jīng)過(guò)后期的研究分析發(fā)現(xiàn)，之所以出現(xiàn)上述問(wèn)題主要原因有：產(chǎn)品整體壁厚太薄，

膜片過(guò)度拉伸，產(chǎn)品R角太小，同時(shí)產(chǎn)品部分形狀變化過(guò)于激烈等。基于產(chǎn)生相關(guān)問(wèn)題的原因，在該模具設(shè)計(jì)加工上進(jìn)行改進(jìn)的方法有：

1）針對(duì)產(chǎn)品表面可看到筋位或壁厚變化的陰影的問(wèn)題，采取增加整體壁厚（推薦3.0mm 以上），減少筋位厚度的方法進(jìn)行改進(jìn)；

2）對(duì)于膜片上出現(xiàn)皺紋的問(wèn)題，可以對(duì)注塑工藝進(jìn)行一定的優(yōu)化，盡量合理產(chǎn)品外形；

3）針對(duì)部分制件在或注塑后表面出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂的問(wèn)題，主要對(duì)產(chǎn)品的R角進(jìn)行修改，使得成型薄膜的圓角R要大于0.5mm以上，以免薄膜在成型過(guò)程中被拉破。同時(shí)要求成型的薄膜片不超出型腔的尺寸。

4）針對(duì)膜片成型后和膜片初始狀態(tài)相比色差變化嚴(yán)重的問(wèn)題，在滿(mǎn)足產(chǎn)品功能要求及客戶(hù)允許的情況下對(duì)產(chǎn)品的外形進(jìn)行優(yōu)化。

同時(shí)，在該塑件的沖裁模具的設(shè)計(jì)中，薄膜外形尺寸要與沖裁模具尺寸一樣大小，并且沖裁模具的尺寸也不能大于注射模具型腔尺寸。

另外，在注射生產(chǎn)過(guò)程中，要注意使薄膜貼在注射模具的型腔面上，不能有脫落、滑移。因此在注射模具的設(shè)計(jì)中，要設(shè)計(jì)輔助機(jī)構(gòu)。這所采取的改進(jìn)措施體現(xiàn)了IMD模具設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)注射模具設(shè)計(jì)上的不同之處，更體現(xiàn)了IMD成型工藝的特殊性。通過(guò)采用上述的相關(guān)措施，最終所設(shè)計(jì)制造出來(lái)的成型模具及塑件如圖2所示：

五 、結(jié)語(yǔ)

模內(nèi)注塑裝飾技術(shù)IMD作為一項(xiàng)較新的注射成型技術(shù)，在國(guó)內(nèi)越來(lái)越受到廣大生產(chǎn)企業(yè)的重視，這對(duì)大多傳統(tǒng)塑料成型技術(shù)行業(yè)提出了挑戰(zhàn)。因此只有牢牢把握住塑料成型技術(shù)發(fā)展的前沿，對(duì) IMD技術(shù)的工藝流程、發(fā)展歷程及技術(shù)特點(diǎn)有個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)，才能更好的進(jìn)行IMD技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)在未來(lái)的研究中，應(yīng)加大對(duì)IMD注射模具設(shè)計(jì)的研發(fā)和應(yīng)用、加速?lài)?guó)內(nèi)IMD注射模具的設(shè)計(jì)制造的標(biāo)準(zhǔn)化，并進(jìn)行IMD工藝的優(yōu)化，從而來(lái)提升我國(guó)的IMD整體技術(shù)水平。

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