目錄
在追求零缺陷、短循環與可追溯生產的時代，射出成型早已不再只是「關注螺桿前端壓力」或「控制射出速度」這麼簡單。熔體在模穴中的實際壓力與溫度曲線，才是真正決定填充完整度、結晶速率與內應力分佈的第一手資料。將壓力感測器與溫度感測器直接嵌入模具，並與射出機控制器連線，即可於每次成型週期即時監控關鍵參數，並透過閉迴路演算法自動微調保壓與冷卻時間，讓尺寸變異縮小 30% 以上，良率提升至 98% 以上。本文將從感測器原理、嵌入設計、即時校正到預測維護，完整解析這項關鍵技術，並提供可查表的參考數據與應用案例。
感測器原理:從壓電效應到薄膜熱電偶
壓力感測器多採壓電石英或壓電陶瓷元件，利用外力使晶格產生電荷；輸出訊號可在 1 µs 內反映 0–200 MPa 的動態壓力波動，特別適合高速充填的薄壁 LCP 或 PEEK。溫度量測則常用 Type K 熱電偶或薄膜 RTD；前者反應快且可承受 500 °C，高玻纖或含填料材料亦不易磨損，後者在 0.1 °C 解析度時能精準捕捉結晶溫域。兩者若透過差動放大器並行取樣，可重建「壓力-溫度相位圖」，用以校正 P-v-T 模型並預估最終收縮率。
感測器佈局與模具設計:熱與壓力的平衡
實務上，感測點愈接近質量集中區，數據愈能代表內部凝固行為。建議以下佈局策略：
- 在澆口後 3–5 mm 處設一組「澆口壓力/溫度感測對」，即時判斷填充完成點與 V/P 切換時機。
- 在熔合線或厚薄交接處加裝第二組感測對，用來監控取向應力與局部冷卻差異。
- 使用 M6 × 1 或 M8 × 1 標準螺紋座，感測器前端與型腔表面齊平；若壁厚不足 1.2 mm，可改用 2 mm 壓電薄片與 0.5 mm 厚膜熱電偶，避免削弱模腔強度。
- 對高鏡面或光學產品，可在背對成型面的嵌件內側置入感測器，以免留下凹點。
即時監控與參數校正:閉迴路調控保壓與冷卻
當系統偵測到澆口壓力高於 120 MPa、溫度仍高於玻纖化轉溫度 (Tg) 時，即延長第一段保壓 0.2 s；若熔合線區壓力低於 40 MPa，系統則自動增加射出速率 5% 於下一循環。藉由機台控制器 (例如 OPC UA + Euromap 77) 每 10 ms 接收並運算 P-T 曲線，循環時間僅增加 0.1 s，卻能把厚 1 mm LCP 連接器的翹曲由 0.12 mm 壓到 0.05 mm。此外，透過統計製程監控 (SPC) 對壓力峰值與冷卻梯度建立 3σ 警戒線，一旦數據超出立即警示並暫停模具，減少批次性不良流出。
故障偵測與預測維護
長期記錄「壓力峰值位置-時間」與「冷卻斜率」可識別模穴磨損、澆口阻塞或冷卻通道水垢。工廠實證顯示：當澆口壓力波形微弱地遲滯 0.05 s，往往對應澆口區積炭 > 15 µm；若冷卻斜率在同一週期內下降 8% 以上，約 3 天後就可能出現局部銀絲或短射。藉由機器學習模型將感測曲線映射到特定故障模式，可在真正報警前 12 小時發出維護提醒，模具壽命平均延長 18%。
| 感測器類型 | 量測範圍 | 典型解析度 | 反應時間 | 適用樹脂 | 嵌入深度 (mm) | 設計注意 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 壓電石英 (M8) | 0–200 MPa | 0.5 MPa | 1 µs | LCP, PEEK | ≥ 3.0 | 避免剪力集中 |
| 薄片壓電 (Ø4) | 0–100 MPa | 0.2 MPa | 2 µs | ABS, PC | ≥ 1.0 | 須加陶瓷墊片 |
| Type K 熱電偶 | −50–500 °C | 0.5 °C | 20 ms | 通用 | ≥ 1.5 | 線材耐磨 |
| 薄膜 RTD (Pt1000) | −40–250 °C | 0.1 °C | 30 ms | 高溫填充料 | ≥ 0.8 | EMI 屏蔽 |
模具內置壓力與溫度感測器是射出成型邁向智慧製造的跳板。透過正確的感測器選型與佈局，可即時捕捉熔體在型腔內的真實行為，並以閉迴路控制演算法主動修正保壓與冷卻，最終把翹曲、短射與變色等缺陷埋藏於萌芽階段。更重要的是，長期累積的 P-T 大數據不僅能驅動預測性維護，更能建立企業專屬的材料-製程-品質知識庫，讓品質管控從「反應式」躍升為「預測式」。總而言之，只要把「即時感測 + 智能調控 + 數據整合」三件事做到位，就能在高效量產與高品質要求之間，找到最佳平衡點。
