摘要
- 我們介紹了三種減少產品製造中資源使用的策略：
1.減少材料使用量
2. 節省生產工序
3. 材料廢棄物再利用 - 通過形狀優化、多部件集成和產品小型化等技術，可以減少用於生產產品的材料體積。我們提供了一個使用樹脂 CAE 技術優化產品形狀的實際案例研究。
- 通過節省與任務相關的加工步驟（例如裝配和塗漆）盡可能地簡化生產過程可以降低人工成本（人員成本），減少能源消耗，並最大限度地減少材料損失。我們展示了案例研究示例，其中選擇了材料以實現易於組裝的產品形狀或節省了繪畫的需要。
- 可以收集生產過程中產生的樹脂材料廢料並進行精細研磨，以產生一種可重複使用的樹脂物質，稱為再生料，可以將其與一定濃度的“原始”樹脂混合，以減少樹脂的總體使用量。我們提供具有良好熱穩定性的材料，非常適合用作再研磨材料。
減少產品製造中的資源使用
近年來，“循環經濟”和“到 2050 年碳中和”等口號越來越普遍，這讓許多製造工程師和生產工藝設計師絞盡腦汁制定可持續製造戰略，以減少對環境的影響。
以更環保的方式製造產品的一種策略就是減少資源使用。這不是一個新想法——事實上，不久前，它被奉為廣為流傳的口號“減少、再利用、回收”的三個勸告中的第一個。下面我們將討論減少產品製造中資源使用的三種策略。
減少資源使用的三種策略：
- 減少材料使用量：
應用形狀優化和小型化技術來減輕產品重量（即，用於生產每個產品的材料體積）。減少組件數量以減少整體材料使用量。 - 從生產過程中節省步驟：
減少元件數量；採用集成的單體架構；設計產品形狀以簡化組裝過程，從而減少組裝產品所需的加工步驟。使用好的外觀材料，節省塗裝步驟。 - 再利用材料廢料：
以前被丟棄的材料碎片被重新用作再研磨材料，以減少整體材料使用量。
減少材料體積，節省加工步驟
我們日常生活中使用的產品——從家用電器到汽車——由許多部件組成，它們的生產過程非常複雜，涉及從部件成型到產品組裝和塗裝的許多步驟。
將加工步驟的數量減少到最低限度可以減少人工成本（人員成本），節省後處理步驟的能源，並最大限度地減少構成材料的損失。減少製造過程中資源使用的其他方法包括使用更少量的樹脂來生產每種產品，以及節省油漆。
(1) 減少材料用量
A. 減少組件數量並應用形狀優化和小型化來減少用於生產每個產品的樹脂量
通過優化產品的外形，有可能減少部件的數量——例如，通過採用單片集成架構來代替多個部件的組裝——並減少產品的尺寸和重量。樹脂材料的計算機輔助工程 (CAE) 是確定產品設計最佳形狀的強大工具。
B.選擇不需要油漆的材料
選擇具有耐候性和良好表面的材料，或無需塗漆即可呈現金屬色的材料，可以在生產過程中節省塗漆步驟，並減少電鍍材料和溶劑的使用。這也有助於通過節省處理步驟來推進下面第 (2) 項的目標。
(2) 節省加工步驟
A. 設計產品形狀以簡化裝配流程
與金屬相比，工程塑料具有更大的形狀靈活性，可以優化產品設計以最大限度地簡化組裝。易於組裝的產品不僅可以節省生產過程中的組裝步驟，還可以避免使用某些螺釘和螺栓，有助於減少資源使用。
B. 選擇具有良好成型性能的材料以節省後處理步驟
一些產品製造過程需要二次加工步驟，例如去除毛刺或退火以修復翹曲或應變。選擇不易變形或形成毛刺的材料可以省去此類後處理步驟。
再利用材料廢料
使用樹脂材料的製造過程往往會產生澆口和流道等材料廢料，這些廢料會堆積在生產現場。當這些樹脂廢料被收集起來，細磨，並進行成型和成型時，它們被稱為再研磨。一般而言，只要再研磨材料沒有表現出相關物理性能的任何退化，就可以將其以一定濃度混合到新樹脂（稱為“原始”樹脂）中。 （不用說，再研磨材料不能在所有情況下使用，一般來說，再研磨材料是否可以有效地重複使用的問題在很大程度上取決於具體情況。）
有效利用回收料（否則會被丟棄的材料）有助於減少製造特定產品所需的樹脂總量。
減少資源使用的三種策略
旭化成的推薦方案（一）
減少組件數量並節省工藝步驟
SunForce™改性 PPE 泡沫珠為產品設計提供了更大的靈活性
SunForce™將只有泡沫才能提供的優異性能（重量輕和隔熱）與阻燃性 （UL-94 V-0）、尺寸穩定性以及形成薄壁產品的能力相結合。SunForce™是一種泡沫材料，其功能遠遠超出了傳統泡沫的能力。這種材料在加工過程中的尺寸變化非常小，成型性能幾乎與典型的注塑成型材料相當，非常適合在結構體和設備底盤等應用中無憂使用，在這些應用中，高尺寸穩定性至關重要。
SunForce™還具有PPE樹脂的獨特優勢，特別是相對於其他樹脂材料的線膨脹係數低，並且相對不受溫度波動的影響。
SunForce™是通過在工具中填充珠子並施加蒸汽來誘導這些珠子膨脹，從而產生熱粘合而生產的。因此，與在高溫高壓下將樹脂注入模具的注塑成型相比，SunForce™工藝往往會在成品中產生最小的翹曲和縮痕，即使對於壁厚隨空間變化的產品也是如此。這樣就無需施加形狀約束（例如統一的壁厚要求），從而在設計產品時提供更大的靈活性。
利用這種靈活性——例如，通過製造形狀符合基板或線束的模塑產品——在某些情況下，可以在組裝組件包時省去使用螺釘或螺栓將組件固定到位的需要，從而簡化生產過程。
- 提供有關SunForce™的更多信息
金屬色 POM 材料可節省塗漆步驟，從而降低成本並減少對環境的影響
聚甲醛 (POM) 具有優異的機械性能、滑動性能和耐化學性，被用於許多結構部件和內部部件。
旭化成的TENAC-C™ ZM413 POM 樹脂是金屬色 POM 共聚物，其物理性能和耐候性與標準耐候等級相當。該材料還符合各種汽車OEM法規，限制用於汽車內飾的材料揮發性有機化合物（VOC）的排放。
賦予產品金屬飾面的典型方法包括在基礎樹脂表面塗漆或電鍍。然而，由於需要多個處理步驟，這種方法成本高昂，並且具有通過在各個階段使用溶劑污染環境的額外缺點。我們建議選擇TENAC™-C ZM413，它可以通過省略生產過程中的噴漆步驟來節省這些缺點。
- 有關金屬色 POM 樹脂 TENAC™-C ZM413 的詳細資訊，請參見此處。
通過將金屬替換為塑料來減輕重量，並通過使用樹脂 CAE 優化零件設計
旭化成擁有專為樹脂分析的“ CAE技术”。
下圖顯示了一個分析示例，展示瞭如何使用CAE技术。在這種情況下，
原始產品（最左邊的圖像）由鋼製成，由多個組件組成。我們用了
CAE 技術執行拓撲優化分析（中間圖像），得出最終設計方案，其中產品由樹脂而不是鋼製成（右圖），與原始產品相比重量減輕了 80% 以上設計。
在這種情況下，利用旭化成的樹脂 CAE 技術，設計師可以在既定的設計空間內確定最有效的材料分佈，並受制於與產品所處場景相關的結構限制以及負載和約束條件。預計會被使用。
此外，拓撲優化分析產生的形狀非常靈活；在這裡描述的案例研究中，這種自由——連同執行分析的工程師的技能和經驗——產生了一種創新的注塑成型設計，具有完全新穎的形狀，不同於任何現有設計，實際上超越了任何現有設計的限制範例。進一步的調查揭示了所提議設計的多餘區域；節省這些進一步簡化了產品的形狀，最終成功地減少了組件的數量並顯著減輕了最終產品的重量。
案例研究：用無需噴漆或電鍍的高強度、美觀的聚酰胺替代金屬鉸鏈
主要用於門的鉸鏈必須是高強度部件，因此通常由壓鑄金屬製成。然而，製作有吸引力的鉸鏈通常需要通過電鍍進行裝飾——這一過程會產生含有金屬離子的廢水，處理這些廢水會對環境造成嚴重影響。
旭化成 的 LEONA™ SG 系列聚酰胺樹脂不僅滿足鉸鏈所需的所有性能要求，而且無需噴漆或電鍍即可生產出極具吸引力的最終產品，從而減輕整體重量並減少浪費，從而減少製造過程對環境的影響。
案例研究：用於氣壓調節器的底盤，用高強度聚酰胺代替金屬可節省後處理步驟並生產出重量更輕的產品，從而減少與運輸相關的能源消耗
氣壓調節器是許多產品製造場所安裝的關鍵部件。由於封裝這些儀器的底槃體必須具有高強度，所以它們通常由金屬製成。另一方面，由於調節器結合了細粒度流動路徑網絡來控制氣流，因此它們的生產消耗大量能量並導致嚴重的材料損失。從金屬轉向 Asahi Kasei 的高強度 雷LEONA™ S 系列樹脂節省了後處理步驟，有助於簡化生產流程。
此外，由於氣壓調節器被運往世界各地的客戶，通過用樹脂代替金屬實現的產品重量減輕顯著降低了與運輸相關的能源消耗。
旭化成的推薦方案（二）
再利用產品廢料
XYRON™改性 PPE 樹脂非常適合再研磨
XYRON™ 改性 PPE 樹脂具有優異的熱穩定性和耐水解性，並且在用作回收料時物理性能的下降最小，因此比其他樹脂更容易重複使用。該材料還擁有所有工程塑料中比重最低的材料；其重量輕有助於減少製造中使用的材料體積。
通過使用改性 PPE 樹脂製造產品並重複使用製造現場產生的澆口、流道和其他廢物來利用這些特性，可以減少材料總用量並最大限度地減少對環境的影響。
注意：在產品外觀很重要的情況下，由於使用重複使用的材料而導致的雜質污染會產生缺陷，從而導致產品缺乏吸引力。避免這種情況需要仔細優化重複使用材料的百分比；作為粗略的指導，我們建議考慮 20% 或以下的百分比。
我們想與您談談旭化成的可持續發展解決方案。請聯繫我們提出問題和索取樣品。我們期待您的回音！
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