■高科大智慧射出成型產學聯盟 & 逢甲大學 / 陳建羽 副教授
前言
隨著射出成型技術逐步邁向智慧化，在射出成型過程整合感測技術以提供相關製程數據，隨即透過統計分析以解析感測數據與射出成型品質相關性，以達致線上品質監控目的[1-5]。近期更整合人工智慧演算技術，將所獲取感測資訊進行大數據分析及機械學習等，以期在成型過程可即時預測射出成品品質[6,7]，並及早為其變異作出決策，相關技術發展在近趨成熟之際解決日漸嚴峻的缺工問題。
然而，塑膠原料大量使用逐漸造成環境負擔，在近年隨著全球對永續發展和環境保護意識提高，塑膠射出成型產業正積極尋求綠色及環境永續的解決方案，今年5月於瑞士所舉辦國際高分子加工年會(PPS-38)亦聚焦回收再生塑料物性量測與分析、減碳技術及環境永續等議題進行探討，其中，回收再生塑料使用是重要量產減碳策略，亦是相對可行之環境汙染解決方案，同時提升環境永續發展[8,9]，然而，因回收再生塑料與新料之間的熔膠品質差異，導致射出量產成品品質不穩定及其與新料成品間的差異，是故如何有效整合近年所發展的智慧射出成技術，使其協助產業升級為低碳化射出成型品質監控技術，以期達致減碳/零碳量產之目標已成為致關重要的技術發展方向。
本文將簡介智慧化品質監控技術在回收再生塑料射出成型過程之應用，以克服其對量產射出成品品質影響，並實現射出成品品質一致性。
回收再生塑料/二次料對射出成品品質影響
回收再生塑料(recycled polymer)及二次料(regrind polymer)皆為新料(virgin polymer)歷經一次以上加工過程使用所產生的廢料，其中，品質相對較好且較不受汙染的一級回收塑料（來源如：生產後料骨、下料腳、不良品等）最受製造業者喜愛，亦是目前最常使用的回收料，然而，因其受加工歷程的溫度、壓力、剪切應力等因素影響，故相對新料在微觀分子鏈長度、分子量分布形態等略有差異，從而導致巨觀流變性質差異，因此使用回收再生塑料及二次料在射出成型過程會形成與新料不同的流動行為，從而導致不同射出成品品質表現（如：成品重量、收縮行為、尺寸精度、機械性質、光澤度等）。
感測資訊重要性
由於射出成型熔膠在模內流動行為彷若黑箱，而透過安裝於機台、流道或模穴內部感測器可量測射出成型歷程熔膠壓力、溫度及流速等變化，隨即透過高分子加工學理知識，將所得感測數據轉換為熔膠品質變異之估算，從而可分析射出成品品質變動以達致線上即時射出成品品質監測目的，其中，至關重要的第一哩路即因應射出成品品質分析需求而在感測曲線上所萃取不同感測品質特徵（圖1），除藉此可獲悉特定感測品質特徵所代表不同射出成品品質意義外，在回收料使用過程，亦可藉此觀察新料與回收料射出成型在品質表現的差異，以此作為後續智慧化技術發展之基礎。
智慧化品質監控技術在回收再生塑料射出成型過程之應用
智慧品質監控技術是近來在射出成型領域最為重要技術發展方向，其有效克服因熔膠品質差異所致射出成型品質變異，並達致成品品質一致性；就回收料使用而言，智慧品質監控技術更為提升品質重要的解決方案之一，在回收料射出成型過程，透過感測資訊分析回收料熔膠品質變化，進而透過即時的製程參數調整實現量產品質一致性，以此克服回收料所致品質變異問題，並使智慧化品質監控技術發揮極致工藝表現。
智慧品質變異預警系統
基於上述智慧品質監控系統，在獲悉感測品質指標與射出成品品質間相關性後，進而可定義量產成品品質之規格及控制上下限，以作為品質異常之報警閥值，一旦在量產過程偵測到射出成品品質超出控制線即自動發出警報以提醒生產管理者進行及時處置，如此即可避免不良品重複生產以減少廢品產生。
數據分析和人工智慧結合
相對智慧品質監控系統，人工智慧技術在射出成型應用仍處開發階段，但可預期地針對射出成型特定目的或需求可透過機械學習或深度學習等方式，對射出成型所收集的數據進行分析，從中獲悉數據特徵與預先指定任務間之規則或相關性，從而實現不同的智慧射出成型技術；就目前技術發展進程而言，多半透過感測數據上所萃取之品質特徵與射出成品品質進行類神經網路模型訓練，並將訓練完成之模型應用於量產過程進行品質預測。
資料庫建立與追蹤
在射出成型過程，除了透過感測數據進行線上即時品質監控及品質預測等目的外，每一模次感測數據及曲線是代表射出成品品質表現，換言之，透過量產過程所蒐集批次成型曲線是足以代表該批成品品質差異最好的方法，並可連同成品相關檢測數據作為生產履歷以提供使用者參考；另一方面，對量產過程感測數據的持續收集與整理可建置完整產品品質資料庫，記錄回收再生塑料的不同批次間使用、相應成品品質表現及製程參數和品質控制措施等，這有助於追蹤和分析成品品質變異原因，並根據歷史數據進行改進，進而提高產品品質一致性。
結語
PPS國際研討會舉辦迄今已38年，是高分子科研領域年度重要盛事，會議議題亦指出未來技術發展趨勢，換言之，其可視為高分子科學與技術發展之風向球。由本屆議題內容歸納可知回收再生/二次料使用是未來促進零碳排永續塑膠射出成型發展重要一環，如何以感測技術結合高分子領域學理知識發展獨具特色之減碳生產技術至關重要，換言之，在因應相關減碳量產需求所需智慧化品質檢測、監控及預測等技術發展過程，基於高分子領域知識以判讀感測曲線所代表在射出成型過程熔膠流動行為之物理意涵，進而萃取相關感測品質特徵以發展射出成品品質檢測、監控及預測等技術將是實踐低碳量產並具備更高品質及生產效率之永續目標。
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