研发三阶段：用实验机筑起你的技术护城河

2004 年，某个知名公司秘密启动一个研发案，耗时两年半、烧了 1.5 亿美元，2007 年由该公司执行长发表这项新产品，他开场时说：「每隔一段时间，就会出现一个革命性的产品，改变一切。」这个产品就是全球皆知的 iPhone，事实上 iPhone 并非第一个推出触控手机的公司，真正让 iPhone 改变手机产业生态以及保持市场领先定位的原因在于把硬件（手机）、软件（App Store）、服务整合成完整生态，建立属于自己的商业护城河。

iphone整合生态链, 建立起自己的技术护城河与市场地位

同样的，在不同领域中，研发是建立护城河的基础门坎也是起点，有了研发团队再配合其他团队，才能推进新技术或新商品进入市场，真正建立起属于自己的护城河。研发总是需要投入相当的时间与金钱成本，还得经过反复的测试实验与验证，才能真正迈向商品化，验证不能光凭理论与想象，必须要模拟实际情境，实验机设备成为研发单位的最佳利器，研发不同阶段会有不同的核心目标，就可能需要不同设备用于实验与测试，确保建立起强而有力的技术护城河。

What 甚么 — 这个阶段主要是可能性评估，这个配方比例、这个材料是否能够符合需求？有哪些设备可以达成预期结果？

How 如何做 — 以模拟量产为前提，主要在确认制程条件该如何达到最佳值？哪些制程条件的修改会影响结果？

Yield 良率 — 主要确认以往实验数据中，哪些为主要关键数据，哪些设备与操作方式可适用，将这些软硬件数据整合为数据库，维持稳定良率。

正因为每个公司研发进度所处的阶段不同，所以「实验机」并没有一个明确的定义，而是根据使用者所处的阶段来选择相对应的设备。以押出实验机来说，有大部分比例是用于测试配方与材料，所以实验线配置的押出模具设计就会跟用于量产模具的设计有不同的思维。

量产用的押出模具所处理的配方基本上都是固定的塑料，仅有些微的比例调整，所以以塑料物性为基础设计流道，就会比实验机用的押出模具来的单纯。当实验机被用于测试材料配方时，实验机用的模具通常具有几个特性：

• 处理多种物性差异大的塑料，比如：PP / PET / PC / TPU 等

• 模具宽度通常介于 100mm–500mm

以 PP / PET / PC / TPU 来看，这几种塑料物性从 MI 到工作温度都差异甚大，就算单纯只处理 PP 塑料，MI 值就可能从 1 到 40，这些流速差异直接影响流道降压，要达到平均分布就是个大难题。量产模具是固定流道设计，光是配方的比例调整或换个物性相近的塑料，就可能出现边缘流速过快或中间堆积的问题；量产产线时，操作团队还可以试着让配方优化，但实验机模具必须设计成「对各种物性都能有基本水平的分布」——这个目标与流道本身设计逻辑就是矛盾的，这就是为什么实验机模具设计有其难度的原因。

量产模具平均宽度大约 1000–3000mm 之间，流道设计有足够的缓冲距离让压力在抵达模唇口前趋于平衡，但实验机模具 100–500mm 的宽度，代表从入口到出口的路径极短，用来平衡压力的空间极小，透过模拟分析会因为不同物性产生多种流道设计，这时候就得仰赖设计单位的经验值整合模流分析结果，精确地控制流道每个截面的几何设计。同时小模具也提高加工难度，容错范围小，公差反而比量产模具更加严格。

(左)实验机押出模具从设计到加工的困难度不亚于量产用模具(右)

实验机模具因为要同时掌握多种材料的流变特性以及流道几何之间的对应关系，这些知识很难透过单纯采购设备取得，必须透过长期与不同客户及不同配方累积的设计经验，所以市场上有许多模具制造商，却少有能够提供实验机模具的制造商，有的机械厂因为找不到合作的制造商只好自行制作。从这个现象就可以看出实验机模具设计制作的难度，如果以商业角度来看，自然是多数制造商不愿花时间着墨的项目。

相对来说，愿意提供实验机设备的制造商在市场上也不多，因为机械厂的专业就是根据产品来做相对应的各单元机设计与整合，但当材料与配方都没有明确方向时，要设计能够适用多数塑料的设备，也是具有一定困难度。因此对于某些学术单位来说，针对这种初阶段的研发，可能架设主机螺杆与模具，先确认材料，方向确定之后才会引进模拟实验机。

实验机模具和设备因为有困难度,愿意着墨的制造商不多

所谓的模拟实验机通常是在研发第二阶段适用，收集必要的制程条件参数、打样验证、配方微调或者是小批量生产使用。因为这个阶段等同于为建立量产规模暖身，所以通常有确认的主要配方，但仍可能有些许比例上调整。与前一阶段单纯测试可行性最大的差异是：很多客户会在这个阶段制作样品，然后进行测试与验证——这些都是因应商品上市的必要程序，测试与验证都符合后就会逐步建立制程参数数据库，做为日后量产时维持基本良率的基础。通常仿真实验机规格都会接近量产设备规格。

实务上多数人愿意投入资金购买模拟实验机，特别是生产成本高的产品，如：光学类产品、涂布类产品，而且这样的实验机还可用来做小批量生产，所以会有些客户当作是进入市场前测水温，如果反应良好市场规模浮现，就会着手规划量产产线投资。

以涂布为例，涂布的研发路径变量更多——涂料配方、涂布方式、基材特性、涂布速度、干燥条件，任何一个环节没验清楚，量产就会出问题。这也就是涂布实验机需求逐年增加的原因。对于某些研发单位来说，在尚未建构仿真量产机规格前，也会透过有实验室与设备的厂商进行实验测试，不管在哪个阶段的研发，若是能有对于实务制程熟悉的人员参与、提供经验与建议，往往能够快速掌握方向节省时间，但并非每个能提供实验环境的设备商都有具制程经验的人员协助。

研发阶段的测试与实验,如果有制程人员参与, 可以提供协助缩短时间

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模拟实验机的建立考虑与量产机设置考虑同样重要，不同于初期实验机设置以配方材料可行性为主，模拟实验机的参数条件需要有明确的量产参考依据。就像实验机用的押出模具 300mm 无法真实反映出量产模具 1500mm 的真实分布状况（因为流道设计有明显差异），套用在涂布也是相同——许多桌上型涂布实验机只是用来作为材料配方测试，并无法真正模拟量产制程。

A4大小的桌上型涂布实验机主要测试配方能否匹配基材

仿真实验机最大的两个功能就是打样与制程参数建立，因此量产机该有的设备规格，都会在仿真实验机上出现。以卷对卷涂布机来说，曾有客户要求只配置狭缝式模具涂布，因为期望涂布质量精密均匀；但这忽略了实验阶段最常发生的困境——不确定哪种涂布方式最适合配方与基材。

如果只锁定一种涂布方式，一旦发现不合适就得重新调整配方，万一配方调整还是无法解决，就形成重新采购设备的局面，一来一往大幅延长研发周期。因此，采用多功能涂布座才是正确的实验设计逻辑——目的不是「一机多用」，而是让工程师在相同制程条件下快速切换涂布方式做比较，控制变因、保留选择权。

多功能涂布座包含狭缝式模具、逗号轮以及微凹轮，三者覆盖的制程区间刚好不重迭：狭缝对应高精度薄层、逗号轮对应高黏度厚涂、微凹轮对应极薄涂量。这样的配置带来三个优势：一是在实验阶段让工程师快速切换涂布结果做比较，有利于日后制程设计与产品设计考虑；二是可用于多种不同领域涂布制程，扩充生产者未来可生产制程相近的产品线；三是让生产单位根据不同涂布方式与制程计算成本效益，找出最适合量产的方式与参数。这些比对数据，就是你的制程知识资产——也是护城河的一部分。

模拟量产涂布实验机通常建议搭配多功能涂布座,让实验与日后量产更具弹性运用

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