當產品設計師提出「這個卡扣座壁厚能做到0.8mm嗎？」時，許多模具廠的第一反應是搖頭。作為專業塑膠工廠，我們深知傳統塑膠射出成型通常建議壁厚在2-3mm，但在輕量化和成本優化的雙重壓力下，薄壁射出成型已經成為消費電子、3C產品內部機構件的標準工藝。一個筆電鍵盤支架，從1.5mm減薄到0.9mm，單件材料成本可降低35%以上，年產百萬件時節省可達百萬元。更重要的是，薄壁化能讓整機減重10-20g，這在競爭激烈的消費電子市場是關鍵優勢。
什麼是薄壁射出成型？
薄壁射出成型是指產品壁厚在0.5-1.5mm之間，且流長比（Flow Length to Thickness Ratio）超過150:1的高速射出成型技術。
與傳統射出成型相比，薄壁成型需要更高的射出速度（200-500mm/s vs 50-150mm/s）、更高的射出壓力（1200-1800bar vs 800-1200bar），以及更精密的模具設計。對於手機卡托、筆電卡扣、連接器外殼等小型機構件，薄壁技術是實現輕量化與成本平衡的最佳解。
典型壁厚範圍
小型機構件常見0.6-1.0mm，大型件可達1.2-1.5mm
射出速度要求
是傳統射出的2-5倍，確保塑料在固化前充滿模穴
流長比門檻
超過此比例即進入薄壁成型範疇，對材料流動性要求極高
薄壁成型的三大技術特徵
薄壁成型的優勢與挑戰
薄壁射出成型的全面評估
優點
- 材料成本降低30-50%：壁厚從1.8mm降至1.0mm，材料用量減少45%
- 週期時間縮短40-60%：薄壁冷卻快，從25秒縮短至12-15秒
- 產品重量減輕：同尺寸機構件重量降低35-50%，助力整機減重
- 生產效率提升：單模產能從140件/時提升至240-300件/時
- 環保永續：減少塑料用量，符合ESG減碳目標
- 開模力降低：薄壁產品投影面積相同但脫模阻力小，可用較小噸位機台
缺點
- 填充困難：流長比高，需要極高射速和壓力，稍有不慎就短射
- 翹曲風險：薄壁冷卻不均易變形，卡扣位置尤其明顯
- 強度挑戰：壁厚減少導致剛性下降，螺絲柱、卡扣易斷裂
- 模具成本增加15-30%：需要更高精度加工、更好的鋼材、更複雜的流道和排氣
- 製程窗口窄：參數容許範圍小（±5%），調機難度高，良率提升慢
- 設備要求高：需要高速高壓射出機、精密模溫機
筆電內部卡扣支架薄壁化實際案例
挑戰
原設計：壁厚1.5mm，單件重量12g，材料PC/ABS，成本$0.85/件，週期時間22秒
問題：
- 整機重量超標2%，影響輕薄化訴求
- 材料成本佔零件成本60%，利潤空間有限
- 6個卡扣位置需承受反覆插拔，不能因減薄而降低強度
- 產能受冷卻時間限制，旺季需外包
解決方案
導入薄壁成型技術：
- 主體壁厚優化至0.9mm（卡扣根部局部加厚至1.3mm）
- 改用高流動PC/ABS材料（MI=20 vs 原12）
- 模具改4點側澆口（原2點），流道平衡優化
- 射出速度提升至300mm/s，模溫提高至90°C
- 卡扣位置增設R0.5圓角過渡，避免應力集中
- 加強筋厚度控制在0.6mm（主壁厚的60%）
成果
- 單件重量降至7.5g（減重38%），材料成本$0.52/件
- 週期時間縮短至13秒（提速41%），產能提升69%
- 年節省材料成本26萬元，10個月回收模具改造費用
- 卡扣插拔測試3000次無斷裂，符合規格
- 整機貢獻減重4.5g（支架×1），達成客戶輕量化目標
關鍵技術要求
薄壁成型的成敗關鍵在於「塑料在固化前必須完整充滿模穴」。這需要設備、模具、材料三方面的精密配合。
高速射出系統
射出速度需達200-500mm/s，這是傳統射出的3-4倍。對於壁厚0.8mm的小型機構件，從澆口到末端流動時間僅0.3-0.5秒，射速不足會導致冷料斑或短射。設備需配備伺服馬達、高響應閥組，確保射速穩定性±2%以內。
關鍵參數：
- 射出速度：250-400mm/s（依壁厚調整）
- 射出壓力：1200-1800bar
- 鎖模力：噸數需足夠（投影面積×腔壓÷10）
精密模溫控制
薄壁件對模溫極度敏感，溫差±5°C就會影響填充和翹曲。模溫過低（<60°C）導致流動阻力大、短射；模溫過高（>100°C）導致冷卻時間長、變形。建議使用高精度模溫機，並在澆口附近加裝局部加熱模塊。
關鍵參數：
- 模溫範圍：70-95°C（PC/ABS）、50-70°C（PP）
- 溫控精度：±2°C（一般）、±1°C（高要求）
- 冷卻水路：距產品表面8-12mm，孔徑Ø10-12mm
流道與澆口設計
薄壁件的流道必須「短、粗、平衡」。主流道直徑建議8-12mm，分流道6-10mm，避免過長造成壓力損耗。澆口位置優先選擇產品最厚處，多點進膠可縮短流長。對於長條形機構件，建議採用側澆口或潛伏澆口，避免正面澆口痕影響組裝。
關鍵設計：
- 流道直徑：主流道8-12mm、分流道6-10mm
- 澆口形式：側澆口（推薦）、潛伏澆口、點澆口
- 澆口尺寸：厚度0.6-1.0mm（壁厚的70-100%）
- 進膠點數：流長>100mm建議多點進膠
高效排氣系統
高速填充會產生大量氣體，排氣不良導致困氣燒焦、表面氣泡。排氣槽深度建議0.02-0.03mm（PC/ABS），寬度3-5mm，位置設在流動末端和熔接線處。對於複雜腔型，可增設排氣銷或透氣鋼。
關鍵設計：
- 排氣槽深度：0.02-0.03mm（不可過深以免毛邊）
- 排氣槽寬度：3-5mm
- 排氣位置：流動末端、熔接線、深腔底部
- 特殊方案：排氣銷、透氣鋼、真空輔助
適用材料選擇
並非所有塑膠材料都適合薄壁成型。流動性（Melt Flow Index, MFI）是第一關鍵指標，建議MFI≥15g/10min（工程塑膠）或≥30g/10min（通用塑膠）。
| 材料 | 流動性(MFI) | 收縮率 | 薄壁極限 | 典型應用 | 優勢 | 限制 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PP | 30-80 | 1.5-2.0% | 0.5mm | 卡扣、扣件、薄壁盒 | 成本低、流動極佳、韌性好 | 剛性差、耐溫低(<100°C) |
| PC | 10-20 | 0.5-0.7% | 0.6mm | 透明件、高強度外殼 | 高強度、透明、耐衝擊 | 流動性中等、成本高、易刮傷 |
| ABS | 15-30 | 0.4-0.7% | 0.7mm | 外殼、支架、裝飾件 | 易加工、表面佳、易噴漆 | 耐溫低(<80°C)、戶外易老化 |
| PC/ABS | 12-25 | 0.5-0.6% | 0.7mm | 機構件、外殼、支架 | 綜合性能佳、易加工 | 價格較高、透明度低 |
| PA6 (尼龍6) | 20-40 | 1.0-1.5% | 0.6mm | 卡扣、齒輪、滑軌 | 高強度、耐磨、韌性佳 | 吸濕性高、尺寸變化大 |
| PA66 (尼龍66) | 15-35 | 1.5-2.0% | 0.7mm | 結構件、高溫卡扣 | 耐溫高(120°C)、機械強度優 | 流動性較PA6差、成本高 |
| POM (聚甲醛) | 8-25 | 2.0-3.5% | 0.8mm | 齒輪、軸承、滑動件 | 低摩擦、高剛性、尺寸穩定 | 收縮率大、薄壁易翹曲 |
| PBT | 25-50 | 1.5-2.0% | 0.6mm | 連接器、開關外殼 | 電性佳、耐化學、流動好 | 價格較高、吸濕性 |
| LCP (液晶高分子) | 200-500 | 0.1-0.3% | 0.3mm | 薄壁連接器、天線座 | 超高流動、超低收縮、超薄極限 | 成本極高(10-15倍)、各向異性 |
| PPS (聚苯硫醚) | 30-80 | 0.3-0.7% | 0.5mm | 高溫電子件、汽車感測器 | 耐高溫(200°C+)、耐化學 | 成本高、加工溫度高(320°C) |
| PC+GF | 8-15 | 0.2-0.4% | 1.0mm | 高強度結構件 | 強度提升50%、剛性佳 | 流動性差、磨損模具、表面粗糙 |
材料選擇的5大考量因素
LCP是薄壁成型的終極材料，MFI可達300-400（是PC/ABS的20倍），收縮率僅0.1-0.3%。
成本考量：LCP材料價格$30-50/kg（是PC/ABS的5-8倍），但可減薄30-50%，總成本可能持平。適合高單價、超薄壁、高精度產品。
PBT是連接器、開關外殼的常用材料，流動性佳且電性能優異。
薄壁應用：適合0.6-0.8mm連接器外殼，建議選用MFI≥35的高流動牌號。注意PBT吸濕後尺寸會膨脹0.1-0.2%，需乾燥後加工（80°C×4小時）。
材料成本與性能快速對比
| 材料 | 相對成本 | 薄壁難度 | 強度等級 | 推薦壁厚 | 最佳應用場景 |
|---|---|---|---|---|---|
| PP | $ | ⭐ 簡單 | ⭐⭐ | 0.5-0.8mm | 低成本卡扣、非結構件 |
| PC/ABS | $$ | ⭐⭐ 中等 | ⭐⭐⭐ | 0.7-1.0mm | 通用機構件、外殼 |
| PA6 | $$$ | ⭐⭐ 中等 | ⭐⭐⭐⭐ | 0.6-1.0mm | 高強度卡扣、齒輪 |
| PBT | $$$ | ⭐⭐ 中等 | ⭐⭐⭐ | 0.6-0.9mm | 連接器、電子外殼 |
| POM | $$$ | ⭐⭐⭐ 困難 | ⭐⭐⭐⭐ | 0.8-1.2mm | 齒輪、軸承（較厚應用） |
| LCP | $$$$$ | ⭐ 簡單 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 0.3-0.6mm | 超薄連接器、高精度件 |
| PPS | $$$$ | ⭐⭐⭐ 困難 | ⭐⭐⭐⭐ | 0.5-0.8mm | 高溫電子件（>150°C） |
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設計規範與DFM要點
薄壁成型的設計原則是「均勻壁厚、流動順暢、避免應力集中」。不符合DFM的設計會導致短射、翹曲、強度不足。
薄壁設計的6大黃金法則
薄壁設計常見錯誤對比
| 設計項目 | ❌ 錯誤設計 | ✅ 正確設計 | 改善效果 |
|---|---|---|---|
| 壁厚變化 | 1.0mm突變至0.5mm | 1.0mm漸變至0.7mm（過渡段20mm） | 消除短射、減少翹曲 |
| 加強筋 | 筋厚1.0mm（與主壁厚相同） | 筋厚0.6mm（主壁厚60%） | 消除縮痕、表面平整 |
| 轉角處理 | 直角90° | 圓角R0.5-0.8mm | 應力降低60%、不易斷裂 |
| 螺絲柱 | 外徑3.5mm/內徑M3/壁厚0.25mm | 外徑5.0mm/內徑M3/壁厚1.0mm | 強度提升3倍、不易裂 |
| 卡扣設計 | 根部直角、厚度0.8mm | 根部R0.8mm、厚度1.2mm | 插拔壽命從500次→3000次 |
| 拔模角 | 0.5°（薄壁易黏模） | 2°（深腔3°） | 脫模順暢、不拉傷 |
流長比（L/T Ratio）是薄壁成型最關鍵的設計指標，計算方式：
控制策略：①減小流動距離（改進膠點位置）、②增加壁厚（局部加厚至1.0-1.2mm）、③多點進膠（增加側澆口）、④提升材料流動性（選用高MFI材料）。
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製程參數優化
薄壁成型的參數調整遵循「高速、高壓、高溫、快冷」原則，且製程窗口極窄（±5%），需精密控制。
| 參數項目 | 傳統射出 | 薄壁射出 | 調整幅度 | 調整目的 |
|---|---|---|---|---|
| 射出速度 | 50-150mm/s | 200-500mm/s | +200-500% | 塑料固化前充滿模穴 |
| 射出壓力 | 800-1200bar | 1200-1900bar | +50-100% | 克服流動阻力 |
| 保壓壓力 | 射壓的50-70% | 射壓的60-80% | +10-20% | 補縮、減少縮痕 |
| 保壓時間 | 10-20秒 | 3-8秒 | -50-70% | 薄壁快速固化 |
| 冷卻時間 | 15-30秒 | 5-15秒 | -50-70% | 薄壁散熱快 |
| 模具溫度 | 依材料 | 提高20-40°C | +20-40°C | 降低流動阻力（依材料調整） |
| 料管溫度 | 依材料 | 提高20-40°C | +20-40°C | 提升流動性（依材料調整） |
| 背壓 | 依材料 | 適當提高 | 視材料而定 | 確保塑化均勻（依材料調整） |
薄壁調機的4階段策略
薄壁件的射速不是「越快越好」，而是需要「快→慢→快」的分段控制：
原理：起步快速讓熱料先進入模穴，中段減速降低剪切熱和流痕，末段加速確保流動末端（最容易短射的位置）完整填充。實際分段需根據產品形狀、流長比微調。
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結論
薄壁射出成型是實現輕量化與成本優化的關鍵技術，但絕非「把壁厚改薄」這麼簡單。成功的薄壁項目需要材料、模具、設備、參數四方面的精密配合。
薄壁成型成功的5大關鍵
- 從合理壁厚開始（1.0-1.2mm），累積經驗後再挑戰極限（0.6-0.8mm）
- 選對材料（高流動MFI≥20，低收縮<1.0%），LCP是超薄壁首選
- 優化設計（流長比≤200:1，圓角過渡，局部加厚功能位置）
- 精密模具（多點進膠、高效排氣、精密控溫±2°C）
- 嚴格調機（射速250mm/s+，射壓1500bar+，參數容許範圍±5%）
對於年產量10萬件以上的小型機構件，作為專業塑膠工廠，我們建議薄壁塑膠射出成型技術的投資回報期通常在6-12個月。但切記：薄壁不適合所有產品，對於功能複雜、強度要求高、或年產量<5萬件的產品，傳統壁厚（1.5-2.5mm）可能是更務實的選擇。在完美與務實之間找到平衡，才是最好的設計。