研發三階段：用實驗機築起你的技術護城河

2004 年，某個知名公司秘密啟動一個研發案，耗時兩年半、燒了 1.5 億美元，2007 年由該公司執行長發表這項新產品，他開場時說：「每隔一段時間，就會出現一個革命性的產品，改變一切。」這個產品就是全球皆知的 iPhone，事實上 iPhone 並非第一個推出觸控手機的公司，真正讓 iPhone 改變手機產業生態以及保持市場領先定位的原因在於把硬體（手機）、軟體（App Store）、服務整合成完整生態，建立屬於自己的商業護城河。

iphone整合生態鏈, 建立起自己的技術護城河與市場地位

同樣的，在不同領域中，研發是建立護城河的基礎門檻也是起點，有了研發團隊再配合其他團隊，才能推進新技術或新商品進入市場，真正建立起屬於自己的護城河。研發總是需要投入相當的時間與金錢成本，還得經過反覆的測試實驗與驗證，才能真正邁向商品化，驗證不能光憑理論與想像，必須要模擬實際情境，實驗機設備成為研發單位的最佳利器，研發不同階段會有不同的核心目標，就可能需要不同設備用於實驗與測試，確保建立起強而有力的技術護城河

What 甚麼 — 這個階段主要是可能性評估，這個配方比例、這個材料是否能夠符合需求？有哪些設備可以達成預期結果？

How 如何做 — 以模擬量產為前提，主要在確認製程條件該如何達到最佳值？哪些製程條件的修改會影響結果？

Yield 良率 — 主要確認以往實驗數據中，哪些為主要關鍵數據，哪些設備與操作方式可適用，將這些軟硬體數據整合為資料庫，維持穩定良率。

正因為每個公司研發進度所處的階段不同，所以「實驗機」並沒有一個明確的定義，而是根據使用者所處的階段來選擇相對應的設備。以押出實驗機來說，有大部分比例是用於測試配方與材料，所以實驗線配置的押出模具設計就會跟用於量產模具的設計有不同的思維。

量產用的押出模具所處理的配方基本上都是固定的塑料，僅有些微的比例調整，所以以塑料物性為基礎設計流道，就會比實驗機用的押出模具來的單純。當實驗機被用於測試材料配方時，實驗機用的模具通常具有幾個特性：

• 處理多種物性差異大的塑料，比如：PP / PET / PC / TPU 等

• 模具寬度通常介於 100mm–500mm

以 PP / PET / PC / TPU 來看，這幾種塑料物性從 MI 到工作溫度都差異甚大，就算單純只處理 PP 塑料，MI 值就可能從 1 到 40，這些流速差異直接影響流道降壓，要達到平均分佈就是個大難題。量產模具是固定流道設計，光是配方的比例調整或換個物性相近的塑料，就可能出現邊緣流速過快或中間堆積的問題；量產產線時，操作團隊還可以試著讓配方優化，但實驗機模具必須設計成「對各種物性都能有基本水準的分佈」——這個目標與流道本身設計邏輯就是矛盾的，這就是為什麼實驗機模具設計有其難度的原因。

量產模具平均寬度大約 1000–3000mm 之間，流道設計有足夠的緩衝距離讓壓力在抵達模唇口前趨於平衡，但實驗機模具 100–500mm 的寬度，代表從入口到出口的路徑極短，用來平衡壓力的空間極小，透過模擬分析會因為不同物性產生多種流道設計，這時候就得仰賴設計單位的經驗值整合模流分析結果，精確地控制流道每個截面的幾何設計。同時小模具也提高加工難度，容錯範圍小，公差反而比量產模具更加嚴格。

(左)實驗機押出模具從設計到加工的困難度不亞於量產用模具(右)

實驗機模具因為要同時掌握多種材料的流變特性以及流道幾何之間的對應關係，這些知識很難透過單純採購設備取得，必須透過長期與不同客戶及不同配方累積的設計經驗，所以市場上有許多模具製造商，卻少有能夠提供實驗機模具的製造商，有的機械廠因為找不到合作的製造商只好自行製作。從這個現象就可以看出實驗機模具設計製作的難度，如果以商業角度來看，自然是多數製造商不願花時間著墨的項目。

相對來說，願意提供實驗機設備的製造商在市場上也不多，因為機械廠的專業就是根據產品來做相對應的各單元機設計與整合，但當材料與配方都沒有明確方向時，要設計能夠適用多數塑料的設備，也是具有一定困難度。因此對於某些學術單位來說，針對這種初階段的研發，可能架設主機螺桿與模具，先確認材料，方向確定之後才會引進模擬實驗機。

實驗機模具和設備因為有困難度,願意著墨的製造商不多

所謂的模擬實驗機通常是在研發第二階段適用，收集必要的製程條件參數、打樣驗證、配方微調或者是小批量生產使用。因為這個階段等同於為建立量產規模暖身，所以通常有確認的主要配方，但仍可能有些許比例上調整。與前一階段單純測試可行性最大的差異是：很多客戶會在這個階段製作樣品，然後進行測試與驗證——這些都是因應商品上市的必要程序，測試與驗證都符合後就會逐步建立製程參數資料庫，做為日後量產時維持基本良率的基礎。通常模擬實驗機規格都會接近量產設備規格。

實務上多數人願意投入資金購買模擬實驗機，特別是生產成本高的產品，如：光學類產品、塗佈類產品，而且這樣的實驗機還可用來做小批量生產，所以會有些客戶當作是進入市場前測水溫，如果反應良好市場規模浮現，就會著手規劃量產產線投資。

以塗佈為例，塗佈的研發路徑變數更多——塗料配方、塗佈方式、基材特性、塗佈速度、乾燥條件，任何一個環節沒驗清楚，量產就會出問題。這也就是塗佈實驗機需求逐年增加的原因。對於某些研發單位來說，在尚未建構模擬量產機規格前，也會透過有實驗室與設備的廠商進行實驗測試，不管在哪個階段的研發，若是能有對於實務製程熟悉的人員參與、提供經驗與建議，往往能夠快速掌握方向節省時間，但並非每個能提供實驗環境的設備商都有具製程經驗的人員協助。

研發階段的測試與實驗,如果有製程人員參與, 可以提供協助縮短時間

延伸閱讀：研發單位與工程師的救星—平面塗佈實驗機

模擬實驗機的建立考量與量產機設置考量同樣重要，不同於初期實驗機設置以配方材料可行性為主，模擬實驗機的參數條件需要有明確的量產參考依據。就像實驗機用的押出模具 300mm 無法真實反映出量產模具 1500mm 的真實分佈狀況（因為流道設計有明顯差異），套用在塗佈也是相同——許多桌上型塗佈實驗機只是用來作為材料配方測試，並無法真正模擬量產製程。

A4大小的桌上型塗佈實驗機主要測試配方能否匹配基材

模擬實驗機最大的兩個功能就是打樣與製程參數建立，因此量產機該有的設備規格，都會在模擬實驗機上出現。以捲對捲塗佈機來說，曾有客戶要求只配置狹縫式模具塗佈，因為期望塗佈品質精密均勻；但這忽略了實驗階段最常發生的困境——不確定哪種塗佈方式最適合配方與基材。

如果只鎖定一種塗佈方式，一旦發現不合適就得重新調整配方，萬一配方調整還是無法解決，就形成重新採購設備的局面，一來一往大幅延長研發週期。因此，採用多功能塗佈座才是正確的實驗設計邏輯——目的不是「一機多用」，而是讓工程師在相同製程條件下快速切換塗佈方式做比較，控制變因、保留選擇權。

多功能塗佈座包含狹縫式模具、逗號輪以及微凹輪，三者覆蓋的製程區間剛好不重疊：狹縫對應高精度薄層、逗號輪對應高黏度厚塗、微凹輪對應極薄塗量。這樣的配置帶來三個優勢：一是在實驗階段讓工程師快速切換塗佈結果做比較，有利於日後製程設計與產品設計考量；二是可用於多種不同領域塗佈製程，擴充生產者未來可生產製程相近的產品線；三是讓生產單位根據不同塗佈方式與製程計算成本效益，找出最適合量產的方式與參數。這些比對數據，就是你的製程知識資產——也是護城河的一部分。

模擬量產塗佈實驗機通常建議搭配多功能塗佈座,讓實驗與日後量產更具彈性運用

延伸閱讀：從原理到應用：全面解析狹縫式塗佈模具