IMD（IMR、IML、INS、IMF）技術分析

ywwyl 2009-12-14

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IMD（IMR、IML、INS、IMF）技術分析

本文針對IMD的不同工藝，分別對IMR、IML、INS、IMF/AIM進行了詳細介紹，優缺點對比、技術說明、材料、工序制程、模具結構、注塑系統、實例分享等。

IMD，即In Mold Decoration，模內裝飾，主要應用在汽車塑膠零件、3C產業外觀塑件等。

IMD的分類：
IMR－Insert Molding by Roller-Film，日本送膜裝置專用卷裝film，將圖案與塑料結合的轉印方式。
IML－Insert Molding by Label，將標簽置入模內與塑料結合射出。
INS－Insert Thermoforming-film to Molding，將印好的film裁切后直接射出，或加熱成3D型，
嵌入模穴中與塑料結合射出。
IMF－Insert Molding by Sliced-film，與INS一樣，稱呼未統一。
AIM－德國Degussa集團之Rohm公司生產PMMA材料應用于IMD技術。

IMR VS IML（IMF、INS、AIM）

IMR技術說明：
有鑒于當前一些以多層次加工方法生產的作法不良率高，且無法應付多顏色需求，若采人工操作過程繁雜：
射出成型→ 包覆保護層→ 電鍍→ 噴漆→ 擦拭→上色(曲印) →
拆除保護層→ 黏貼貼附層

因此有必要尋求可降低生產成本的新工法。
1. 減少原有生產的流程,降低成本。
2. 減少不良率,降低生產成本。
3. 可更加提升外觀質感的工法。
4. 可達到更佳耐候條件的工法。
5. 可達到更佳環保的工法。

IMR箔膜：墊片基材依不同的模具表面曲度及擴張比率,
需選擇不同的基材以配合IMD工序。

IMR成型過程介紹

IMR模具結構介紹

模具兩邊均需加熱，注塑澆口應在定模邊安裝

IMR注塑系統

四個重要注塑系統組件：模內轉印箔、轉印箔定位器、注塑機邊料筒及射嘴、注塑模

IMR工序實例

光陽工廠logo：耐候測試達1000hr → OK
（臺灣精業開發企業股份有限公司制造）

KYMCO電動代步車METER（臺灣精業開發企業股份有限公司制造）

KYMCO 豪邁奔騰SR G4 125車系 (噴射ENG + 奈米噴漆)

KYMCO 豪邁奔騰SR G4 125車系 (陶缸+ 碟煞+ 奈米噴漆)

KYMCO V-LINK 125車系 (陶缸+ 碟煞+ 奈米噴漆)

KYMCO EASY 4U 100車系 (陶缸+ 碟煞+ 奈米噴漆)

IMR工序國外產品實例

CD播放器外殼

INS技術說明： 原本INS 是用來輔助一次成型注塑(IMD)，但隨著3D 立體面裝飾的需求，現今的INS 技術以
汽車工業來說深受歐洲大廠的親賴(雙B & AUDI)。

INS 就是把要裝飾的塑料部分放入立體的模具內，再把出來的成品放入另一模具中去射出成型。沒有任何薄膜科技
可以達到模內鑄造INS 的變形階段。

膠膜部分可被裝飾于物體的完整表面或是部分區域上。

INS工藝步驟：
一. INS薄膜→ 新科技的熱轉印薄膜材料。
二. 加熱成型的過程→ 用模具來使薄膜變成立體的形狀。可分別交叉使用或合并工程...完全視Case 條件而定。
三. 裁切成嵌片→ 把成型的INS薄膜成品邊緣切除。
四. 射出成型→ 放入射出機里射出成型(充足延展性和彈性是重要的)。

INS工藝的優點：
1. 每次可節省約20% 的射出料。
2. 是一種干燥且容易的裝飾品制作過程。
3. 只需要多出裁切和加熱成型的過程。
4. 可以容易且隨時地更改表面的裝飾圖案設計。
5. 可選擇數個射出點。
6. 因為薄膜表面的光澤(Hard Code) 所以，在射出后不用擦拭物品的表面。
7. 水份氣泡點和下陷的區域(縮水)都可以被覆蓋住。
8. 有良好的邊緣裝飾。
9. 設計的失真、缺陷，都可于射出前即可輕易辨識出。
10. 射出模具內的表面結構可明顯地顯示在INS薄膜上。

INS國內機車制品實例

一體成型局部INS 裝飾( 車燈部件) KYMCO 豪邁奔騰G3 125車系

其它裝飾效果：相同的模具，只須更換表層材料即可(為INS 的優點)

KYMCO 豪邁奔騰SR G4 125車系 (噴射ENG + 奈米噴漆) 及 (陶缸+ 碟煞+ 奈米噴漆)

IMD汽車界外觀件使用范圍

INS國外汽車制品實例

汽車中央面板：相同的模具，只須更換表層材料即可(為INS 的優點)

IMF技術說明：

有鑒于現有手機LENS外觀造型色澤均在背面，若造型稍有曲線時整體感覺無法隨曲率來做變化，外觀自然較微平坦無變化，今以印刷好之薄膜
直接來射出成型可達到多樣性之變化，且不會受限印刷之平面所限，也能同時解決曲率印刷之問題。

優點：
1. 每次可節省約10% 的射出料。
2. 是一種干燥且容易的裝飾品制作過程。
3. 視機種只需要多出截切和曲率大時預加熱成型的過程。
4. 可以容易且隨時地更改表面的裝飾圖案設計。
5. 可選擇數個射出點。
6. 選擇薄膜表面(Hard Coated)可增加表面耐磨性。
7. 水份氣泡點和下陷的區域(縮水)都可以被覆蓋住。
8. 有良好的邊緣裝飾。
9. 設計的失真、缺陷，都可于射出前即可輕易辨識出。
10. 射出模具內的表面結構可明顯地顯示在INS薄膜上。

IMF工藝步驟：

IMF基本步驟為薄膜印刷→薄膜成型→薄膜沖切→注塑，如下圖所示

IMF工藝是針對手機外殼的流行趨勢以及3D彩色圖案而開發的，整合了三種材料（薄膜、油墨、塑料），必須透過insert molding來進行。

IMF的表面硬度關系

IMF的另一種稱法是AIM (Acrylic Insert Molding)工藝，(Röhm羅姆公司稱)

彩色圖案以壓克力系列之油墨經由網版印刷(Screen Printing)繪制，再以擠塑成形所制造的PMMA薄膜(PLEXIGLAS®99524)上。
此薄膜及其圖案在注塑成形時經由IMF 印到PMMA 手機顯示屏幕或外殼(PLEXIGLAS® zk5BR 或zk5HF 塑料) 。

IMF薄膜的選擇：
Acrylic
用光學特性較好92%的PMMA薄膜。
Example：Röhm羅姆公司之PLEXIGLAS® 99524(0.175mm)

Polycarbonate
用光學特性88%的PC薄膜。
Example1：奇異(GE)之LEXAN® OQ92S或HP-92S(0.175mm)
Example2：拜耳(Makrofol®/Bayfol®)之DE-1-1

IMF常見薄膜（塑料）的比較

IMF印刷

網印會秀超過50種獨立可變花樣，卻歸納只有一個IMD部品，必須要控制它們！

－完全的印刷油墨，特別為銀或特殊效果。
－美工機器的狀態。
－合格的作業能力。
－足夠的制程參數控制。
－認知圖面、印刷和IMD制程間之相互影響。
結合為最大之產品穩定

網印IMD對于市場，適合于以下2種：
1、高技術產品標示之整合、庫存目錄技術、抗刮性
2、多變之產品，具有彈性產品優勢、多變的設計、中小型產品
IMF油墨的選擇：

－Pröll Noricryl® 090及097系列油墨
德國→Pröll生產Noricryl系列油墨
專為網印及轉印所設計的溶劑型AC油墨。
－Marabu Maramold® MACR 系列油墨
德國→美耐博Marabu生產
適合塑料制品制程有SR-057系列油墨。
－日本帝國IPS系列油墨
日本→帝國油墨制造株式會社(新豐印刷材料有限公司代理)。
具壓伸成型后加工耐熱性，PC油墨有IPS與INS系列油墨。

Pröll之HTR油墨對于塑料之附著性

不同的塑料比較

樹脂 Resin	樹脂溫度 Resin Temperature	附著性 Adhesion to HTR
PC	280 - 300 °C	++
PC/ABS	240 - 260 °C	+ (++)*
PMMA	220 - 260 °C	+
ABS	220 - 240 °C	- (+)*
PS	200 °C	- (-)*
PA	240 - 260 °C	- (+)*
TPU	190 - 200 °C	++

－溫度和化學特性是?Q定因素。
－Pröll油墨唔用性：
Noricryl → PMMA
Noriphan HTR → PC
Noriphan N2K → PC

調整印刷黏度(Viscosity) – 稀釋之選擇

選擇稀釋劑(thinner)去控制蒸發(evaporation)

HTR稀釋劑(thinner)可以被中和達到要的條件

干燥注意事項－干燥后之堆棧

最大輸送帶速度取決于稀釋劑的使用種類。
增進干燥：增加空氣循環或遞減輸送帶速度。

沖墨相對于塑料溫度之影響

沖墨相對于薄膜厚度之影響

IMF印刷注意問題：

－印刷前將薄膜裁切好之印刷面保護膜撕下，如有強化面與非強化面時要注意正反面之分，有強化之面較光滑。
－撕下之保護膜若屬靜電膜，撕下后不要再使用，以免靜電之產生附著造成后續加工之困擾。
－薄膜烘烤后遇冷會縮收，故第二次以后印刷完烘烤前堆放時要用壓條壓平薄膜，以免油墨碰觸到。
－油墨烘烤溫度、時間必須依特性達成，否則會有沖墨產生。
－烘烤后之薄膜溫度高靜電很高，存放時要防止落塵之附著，存放最好用靜電風扇吹可防止塵埃附著。
－窗口與印刷區防止素手觸摸，以免影響質量。
－印刷完成品檢查有無不良，有則劃記，于沖型后剔除之。
－若要不同塑料結合(如PC&AC)時，要使用貼合膠，貼合膠要夠量，注意網目使用不可太小，以免膠量不足降低附著性。
－貼合膠一般烘烤溫度不用很高，只要65℃約20~30min即可。
－油墨之選擇要能耐高溫，否則射出時高溫會造成油墨變形。
－網板張力要盡可能一致性，刮刀壓力亦要盡可能一致性，否則會有套位不準之問題產生。

IMF印刷張網

IMF打孔：利用CCD電腦自動定位系統

IMF打孔應注意的問題：

－打孔的目的在于后續加工時所要用到之定位PIN，故定位孔準確度要很高。
－打孔時之薄膜要平坦，可增加CCD光學辨視焦聚能力。
－CCD十字定位位置要在圓孔內。
－遇有打孔后毛邊時代表鉆頭已磨耗，最好換新的，以提高定位準確性。
－打孔之圖暗與印刷要搭配，最好選擇明暗對比較大之色系，以提高光學辨視能力。

薄膜的成型

冷彎
－高良率具有影像準確定位。
－減少治工具成本。
－減少油墨或薄膜基材之熱損失。
－治工具壽命較長。
－薄膜不需完全干燥。

熱彎?? Drying：
卷裝薄膜在熱彎前必須被干燥。
水份將造成水泡和不良產生。
可以使用熱風循環烤箱設定溫度在120℃，橫放或直放間距25mm，烘烤4個小時后即不須再重新干燥。
干燥時間以LEXAN為例：
0.25mm=15minutes。
0.38-0.51mm=20minutes。
0.64-0.76mm=30minutes。
長的烤箱應該最少四倍的彎曲狀量，如61x61cm彎曲狀將需求
244cm長之長隧道烤箱，上與下均要加熱。

例：Bayfol® Film Forming Process
Noriphan® HTR 印在薄膜(Makrofol®/Bayfol®) 上可以被彎伸趨近像沒有被印刷的薄膜一樣。
• Thermoforming - 加熱薄膜允許拉伸彎曲
• Mechanic Methods - 冷薄膜：較高壓力到油墨
• High Pressure - 稍微加溫薄膜，使適用高壓

成型模的設計
熱彎部品將一次性的從模具上被移出冷卻后進入尺寸內。
這縮收是可預見的，而且必須考慮計算模具尺寸以確保完成的部品是符合尺寸。
當完成的部品(film part)尺寸是很重要的(critical)時候，模具操作溫度相對必須被考慮。
以LEXAN film為例：表示之縮收比率約為0.5~0.9%(如：.005~.009 inches per inch)，依預彎處理參數。
去預估準確模具尺寸，這模具材質溫度擴展系數在操作溫度120℃時，必須從薄膜(film)縮收量中減去。

Draft Angles for Vacuum Forming

建議角深5~7度，是用來幫助部品從公模(male)離型的。
母模(female)需求角度較小(1~2度即可)。
為達到最大部品效能和促使適當厚度分布，所有模具角度必須最小半徑為1倍的材質厚度，越大半徑越好。
移入部品細節部份模具之所有層面真空疏展是被需求的。
以各式不同形狀之鐵塊形成小真空槽，每1/2＂(13mm)具有一個孔0.02＂(0.51mm)。
使用500或600grit金鋼砂紙磨光所有模具表面，以利真空抓緊。

IMF沖型注意問題：

－將打好定位孔之薄膜放入沖型模具定位PIN，沖出吾人所要之外型。
－沖型后將做記之不良品挑出報廢程序處理。
－沖型好之成品逐批放入夾鏈帶中轉移至下一站。
－沖型之成品注意有無很大之毛邊，有時表模具受傷，或使用壽命已屆。
－沖型后成品注意有無油污污染，隨時保持薄膜之潔凈。

射出機選擇：
IMD可以在一般的射出機上做。
在設備上之總射膠量和總投射區是兩個決定性考慮因素。
最佳結果典型代表為當總射膠量(cavities、plus、runners、sprues)等于設備總能力之30~80%。
非常小的射出在大的炮筒(barrel)機器可以建構不需長塑料存在會導致塑料變質(degradation)。
3~5噸合模壓力可提供每一方英寸的投射區（projected area)以避免部品(part)之毛邊(flashing)產生。
壁厚、模流長度和成型參數將代表決定實際的噸位需求。
大部份傳統炮管(barrels)和螺桿(screw)設計被使用于工程塑料也相容于IMD上。

合模壓力影響薄膜和部品厚度之關系

射出壓力影響薄膜和部品厚度之關系

IMF射出需注意的問題：

－射出前須將薄膜上之保護膜撕下，此時必須注意靜電之附著塵埃問題，加載薄膜入射出模具前要將靜電吹除后再裝載入，以免塵埃附著后被包入產品內造成外觀不良。
－由于靜電被消除后無法被附著于射出模具上，故采用立式射出機會較適合，如有定位PIN固定薄膜則臥式機亦可，為便于操作載薄膜，立式亦較為便利。
－撕薄膜時要穿戴手套，非印刷區不要去碰觸到。
－薄膜加載模穴前須先檢查薄膜是否有不良，有則剔除之。
－射出周遭環境決定良率之高低很大，故作業中隨時空檔必須不停去維持最佳的作業環境，以確保生產質量。
－射出進膠口如發現有沖墨產生，一般屬印刷油墨未完全干，應立即反應給印刷知悉改善。

IMF射出之膠口設計：

方法一

方法二

IMF膠口沖墨

膠道形式：隧道門 (tunnel gate)

反面注射射擊樹脂從模型與可移動邊和從背部分的面填補的固定邊那里完成。
注澆系統和膠道系統必須被在這條分別線以外延長到模具的可移動的邊，允許樹脂一貫流到薄膜的背面邊。

膠道形式：腰果門 (cashew gate)
當用IMD 技術使用熱多樣的系統或者直接的澆注系統時，反面頂出是合適的。
這個系統注射和頂出在模具的固定邊上發生。

膠道形式：膠道間接到膠口(indirect runner to gate approach)
任何可能的情況下使用單一膠口致薄膜起皺的潛能減到最小。
保持膠口面(land)長度盡可能短。
一扇沖擊的膠口能保證進來的流動避免乘噴射。
找到與膠道成直角的膠口使噴射減到最小

膠口形式：邊緣膠口(Edge gate)

薄膜延長越過促進始終如一的膠口區域流到薄膜正確的邊。

膠口形式：快閃膠口(Flash gate)

進膠口面平行進膠，面加大流動快，平均點熱效應小，時間短，對于熱沖擊可改善。
去膠口面大，加工困難度較高是一缺點。

膠口形式：扇形膠口（Fan gate）

扇形膠口可減少熱效應，入膠口可隨產品之尺寸適度修正大小，以符合外關質量。
一般側面進膠均采用此種方式較多。

膠口形式對沖墨(wash out)之影響

膠道形式：形狀之差異
越圓滑之膠道越不會產生模流打璇之情形，左側四方型是較差的形狀，右側較佳，如下圖：

NISSHA IMD 形狀檢查手冊－電話聽筒窗口組織

產品外圍形狀(Parting Line)－怎樣確定外圍分別線(PL)-
<測定值>

孔洞分別線(Hold Parting Line)- <測定值>

-槽溝形狀-
當汽相沈積適用于槽溝，金屬處理所引起很可能發生的微裂縫時。因此，0.2毫米的溝槽深度被建議。采用槽溝形式的以下的基本的數值。
槽溝深度：0.2mm，槽溝離形角度：110度，槽溝R：0.15mm , 底部面對長度：0.5mm

IMF機構設計（一）

當溝槽（美工線）需要蒸鍍時，將造成蒸鍍層金屬產生細微裂紋。因此, 溝槽深度建議0.2mm，溝槽斜度110°，溝槽R角為0.15mm，底面寬度為0.5mm，如圖所示。

IMF機構設計（二）

如在溝槽內有孔設計，總深度可增加達0.35mm（原來0.2mm），溝槽剖面孔外徑基準線溝槽深度0.2mm溝槽及孔縱剖面孔外徑基準線薄膜轉印面溝槽深度：最大0.2mm孔深度：0.15mm面位移0.15mm無孔設計之轉印面有孔設計之轉印面無孔設計的溝槽深度為0.2mm

IMF機構設計（三）

1.若使用PMMA或ABS且墻厚不足1.2mm時，使用Pin Gate會產生沖墨問題。
2.如果設計墻厚不足1.2mm時，為防止沖墨問題發生，可另設計一直徑φ4.0mm及高度0.15至0.3mm之圓頂為基底，再將澆口置于其上。此外，采用Pin Gate進澆方式一般將殘留1.0mm（Max.）的料頭。
3.澆道直徑一般設計為φ1.2mm

IMF機構設計（四）