解決射出成型零件的壁厚問題
一個 2.8 mm ABS 外殼搭配 4.5 mm 凸柱底座，在 12,000 模次中因縮痕造成 38% 不良率，浪費約 11,400 美元的樹脂與機台工時，直到模具修改才止血。解法是改成 1.6 mm 中空凸柱配 1.7 mm 加強筋，將相鄰厚度比控制在 0.6× 以下，縮痕深度從 0.18 mm 降至 0.04 mm。
射出成型的壁厚不是 CAD 上的美學選擇，而是直接決定填充壓力、保壓效率、冷卻時間與頂出應力。與 FDM 3D 列印中壁厚僅是切片參數不同，射出壁厚與澆口位置、流道平衡及樹脂結晶動力學緊密耦合。標稱厚度偏差 0.5 mm 就可能讓週期翻倍，甚至完全無法充填。
本文以各樹脂家族的具體數值目標、縮痕預測表，以及量產模具驗證過的加強筋策略，取代籠統的 25% 變化規則。所有建議皆假設熱流道或冷流道系統，澆口設於最厚截面並朝較薄末端進料。
各樹脂的建議標稱壁厚
每種熱塑性塑料因熔體黏度與收縮率不同，可行壁厚區間各異。下表假設流動長度小於 150 mm 且為單穴試模；量產多穴模具為了平衡可能需要採用上限值。
| 樹脂 | 最小壁厚 (mm) | 典型 (mm) | 最大壁厚 (mm) | 收縮率 (%) |
|---|---|---|---|---|
| ABS | 2.0 | 2.5 | 3.5 | 0.4–0.7 |
| PC | 1.5 | 2.4 | 3.8 | 0.5–0.7 |
| PP | 0.8 | 1.5 | 2.5 | 1.5–2.5 |
| Nylon 6/6 | 1.5 | 2.0 | 3.0 | 1.0–2.0 |
| POM 賽鋼 | 2.0 | 2.8 | 4.0 | 1.8–2.5 |
| PEEK | 1.0 | 2.0 | 2.5 | 1.1–1.7 |
縮痕預測指標
當較厚的內部質量在表皮已凝固後仍繼續收縮，便會產生縮痕。開模前可用兩個比例預測風險：相鄰厚度比與肋條對壁厚比。將兩者控制在下表區間內，否則就要承擔外觀不良。
| 指標 | 安全 | 邊緣 | 高風險 | 高風險結果 |
|---|---|---|---|---|
| 相鄰厚度比 | ≤ 1.25× | 1.25–1.5× | > 1.5× | 可見縮痕 0.1–0.3 mm |
| 肋條對壁厚比 | ≤ 0.6× | 0.6–0.75× | > 0.75× | 肋條背面縮痕 |
| 凸柱對壁厚比 | ≤ 0.6×（中空） | 0.6–0.8× | > 0.8× 實心 | 縮痕加孔洞 |
| 澆口流向 | 厚→薄 | 相等 | 薄→厚 | 遲滯、短射 |
加強筋與抽芯策略
剛性來自幾何而非質量。1.5 mm 加強筋以 0.6× 壁厚比可使面板剛性增至三倍，重量增加卻不到 8%。凸柱必須中空化——實心凸柱在業界調查中是縮痕與孔洞缺陷前三大成因。
| 特徵 | 規則 | 原因 |
|---|---|---|
| 肋條厚度 | ≤ 0.6× 標稱壁 | 避免背面縮痕 |
| 肋條高度 | ≤ 3× 標稱壁 | 避免末端填充遲滯 |
| 肋條脫模角 | 每側 0.5–1.0° | 頂出不刮傷 |
| 肋條間距 | ≥ 2× 標稱壁 | 中間留冷卻通道 |
| 凸柱外徑 | 2× 內徑、中空 | 空心柱均勻收縮 |
| 凸柱根部圓角 | 0.25× 壁厚 | 應力釋放、無厚點 |
熔接線與流動匯流
壁厚直接影響流動前緣在孔洞、嵌件或肋條後方的融合品質。壁薄會讓前緣在重新融合前就冷卻，形成強度只有母材 30–70% 的熔接線。可將該處壁厚局部增加 10–15%、提高熔體溫度，或調整澆口讓匯流發生在非承力區。
差異冷卻造成的翹曲
翹曲是不均勻收縮的宏觀表現。當壁面一側冷卻比另一側快——因模面冷卻水溫差、不對稱肋條或厚度階差——零件會朝冷卻較慢的一側彎曲。在 120 mm 面板上 0.4 mm 的厚度階差，PP 可彎 1.5 mm、PC 約 0.8 mm。
修正以幾何優先於製程：肋條兩側壁厚需相等、肋條相對中性軸對稱配置、模具兩側冷卻水路平衡。製程參數（保壓、模溫差）只能掩蓋根本的幾何問題。
應用案例
PC/ABS 消費性電子外殼
一款 180 × 95 mm 筆電飾框採 2.4 mm 標稱壁，顯示模組貼合要求平面度 < 0.05 mm。初版設計凸柱底座 3.6 mm 緊鄰 2.4 mm 壁面（比值 1.5×），每個卡扣位置都出現縮痕，且翹曲 0.22 mm。
關鍵設計動作： 將凸柱中空化至 1.4 mm 壁厚並設 0.4 mm 圓角，加入 1.4 mm 加強筋（比值 0.58×），熱針點澆口調整為先進最厚截面。縮痕消除、翹曲降至 0.03 mm，因有效質量降低週期從 38 秒縮短至 29 秒。
玻纖尼龍汽車連接器本體
30% 玻纖 PA66 連接器，2.0 mm 標稱壁配 1.2 mm 整合式密封凸緣，在 200 次熱循環後凸緣熔接線出現裂紋。拉伸測試顯示熔接強度僅母材 42%。
工程師將凸緣加厚至 1.6 mm、在密封區外加 0.3 mm 壓潰肋條，並將澆口移動 8 mm，使熔接線落在非密封區。兩季內客退率下降 91%。
PEEK 醫療器材外殼
可重複使用手術器械外殼採植入級 PEEK 並保持 1.8 mm 標稱壁以控制成本（PEEK 每公斤 95 美元）。初版凸柱為 2.6 mm 以容納不鏽鋼螺紋嵌件，染料滲透檢測可見孔洞。
改用超音波壓入嵌件後，凸柱縮為 1.1 mm 中空（比值 0.61×），孔洞消失，每件節省 14 g PEEK——每模次省 1.33 美元、8,000 件共節省 10,640 美元。
建議與禁忌
| 建議 | 禁忌 |
|---|---|
| 相鄰厚度保持在標稱 1.25× 以內 | 從 2 mm 直接跳到 4 mm |
| 凸柱比值超過 0.6× 一律中空 | 壓入式嵌件使用實心凸柱 |
| 澆口設於最厚截面 | 澆口設於薄邊界朝厚輪轂進料 |
| 每面垂直壁加 0.5–1° 脫模角 | 外觀面留零脫模角 |
| 接合處用 0.25–0.5× 壁厚的圓角 | 內部使用 90° 銳角 |
| 壁厚變化 > 0.4 mm 一律跑 Moldflow | 憑直覺取代流動模擬 |
常見錯誤
| 錯誤 | 症狀 | 修正 |
|---|---|---|
| 實心凸柱與壁等厚 | 凸柱底縮痕加孔洞 | 抽芯至 0.6× 壁厚並加肋 |
| 肋條與壁等厚 | 肋條背面縮痕線 | 肋條降至 0.5–0.6× 壁 |
| 階差未漸變 | 階差處應力裂 | 以 3× 壁長距離漸變 |
| 澆口設於薄壁 | 短射、外觀面熔接線 | 改至厚截面進澆 |
| 皮紋面無脫模角 | 拉痕、頂出刮傷 | MT-11010 紋理需 1.5° |
| 厚薄對稱配置 | 翹曲/扭曲 > 0.5% | 厚度均化或加強筋 |
開模前檢查清單
CAD 釋放給模具廠之前，請依下列八點清單逐一檢查每個外部與內部特徵。任何未通過項目應觸發重新設計或正式工程例外文件，切勿讓問題進入鋼材階段。
- 標稱壁厚落在該樹脂建議區間內（參考樹脂表）
- 所有相鄰厚度比 ≤ 1.25×
- 所有凸柱皆抽芯，外徑 ≤ 0.6× 標稱壁
- 所有肋條 ≤ 0.6× 壁厚且高度 ≤ 3× 壁厚
- 澆口由厚進薄，且不穿越薄頸
- 所有垂直壁脫模角 ≥ 0.5°（皮紋面 1.5°+）
- Moldflow 確認熔接線位置避開外觀與承力區
- 冷卻水路布局檢查兩側熱量提取對稱
設計要點
射出成型的壁厚是系統變數——與澆口、肋條、凸柱、脫模角和冷卻緊密相連。把樹脂表當起始範圍、相鄰比控制在 1.25× 以下、超過 0.6× 的凸柱一律中空、澆口由厚進薄。CAD 階段的幾何紀律只花幾小時；忽略它則賠上數週的模具修改與五位數美元的不良成本。上述案例顯示，僅靠開模前的壁厚算術就能換來 30–90% 的不良下降與五位數美元的節省。