CNC 製作多孔模具及液態矽膠模具 (LSR Mould) 所需技術

醫療零件的 多孔模具 與 液態矽膠（LSR, Liquid Silicone Rubber）模具 在 CNC 製作上要求非常高，因為涉及 精度、表面品質與特殊結構。以下是主要需要的技術：

🔧 CNC 製作多孔模具所需技術

高精度微細加工 (Micro-Machining)
- 多孔結構孔徑可能在微米等級，需要使用小刀具或放電加工 (EDM) 輔助。
高速銑削 (High-Speed Milling)
- 減少刀具負載，提升加工表面品質，避免孔壁毛邊。
五軸聯動加工 (5-Axis CNC)
- 對於複雜多孔幾何，需要多角度切削，避免重複裝夾誤差。
電火花加工 (EDM/微細EDM)
- 特別適合微小深孔、異形孔，傳統刀具難以達成時使用。
拋光與表面處理
- 孔洞內壁需平滑，避免在醫療應用中殘留雜質。

🔧 CNC 製作液態矽膠模具 (LSR Mould) 所需技術

精密型腔加工 (Precision Cavity Machining)
- 模具型腔需達到極高光潔度 (Ra < 0.2 μm)，確保 LSR 成型表面平滑。
溫控結構加工 (Thermal Control Features)
- LSR 模具需要精準的加熱/冷卻通道，CNC 必須能加工複雜的水路或溫控結構。
高硬度鋼加工
- 模具材料多為不鏽鋼或高硬度鋼，需具備硬銑削能力。
五軸與深腔加工
- 便於加工複雜曲面與深型腔，避免干涉。
模具配合精度 (Mould Alignment Accuracy)
- 模具合模需達到微米級精度，否則液態矽膠會溢膠。

🏭 CNC 製作醫療零件模具技術需求 | CNC Technical Requirements for Medical Moulds

1️⃣ 多孔模具 (Porous Mould)

技術需求 (中文)	Technical Requirement (English)	適用產業 / 應用案例 (中文)	Applicable Industries / Use Cases (English)
高精度微細加工，適合微米級孔徑	High-precision micro-machining, suitable for micron-level holes	微流體晶片、生物醫學檢測元件	Microfluidic chips, biomedical testing components
高速銑削，減少刀具負載並提升孔壁品質	High-speed milling to reduce tool load and improve hole wall quality	醫療過濾器、多孔植入物	Medical filters, porous implants
五軸聯動加工，確保複雜幾何加工精度	5-axis machining for accurate processing of complex geometries	定制化醫療器械、通道式模具	Customized medical devices, channel-type moulds
微細電火花加工 (EDM) 製作深孔/異形孔	Micro-EDM for deep holes and special-shaped holes	微孔噴頭、藥液控制閥	Micro-nozzles, drug delivery valves
拋光與表面處理，避免孔壁毛邊與殘留	Polishing and surface finishing to avoid burrs and residues	醫療耗材 (如導管、透析濾芯)	Medical consumables (e.g., catheters, dialysis filters)

2️⃣ 液態矽膠模具 (Liquid Silicone Rubber, LSR Mould)

技術需求 (中文)	Technical Requirement (English)	適用產業 / 應用案例 (中文)	Applicable Industries / Use Cases (English)
精密型腔加工，達到高光潔度 (Ra < 0.2 μm)	Precision cavity machining with high surface finish (Ra < 0.2 μm)	醫療級矽膠植入物、手術輔助器具	Medical-grade silicone implants, surgical aids
加工溫控結構，如冷卻水路與加熱通道	Machining thermal control features such as cooling channels and heating paths	大批量醫療耗材模具 (如針管、矽膠墊圈)	High-volume medical consumable moulds (e.g., syringe parts, silicone gaskets)
高硬度鋼加工能力 (硬銑削技術)	Capability for hard steel machining (hard milling technology)	高壽命醫療模具	Long-life medical moulds
五軸深腔加工，適合複雜曲面	5-axis deep cavity machining for complex curved surfaces	人體工學醫療器材、複雜矽膠零件	Ergonomic medical equipment, complex silicone parts
高精度合模配合，避免液態矽膠溢膠	High mould alignment accuracy to prevent LSR leakage	密封件、呼吸器零件、輸液接頭	Seals, respirator parts, infusion connectors

多孔模具 — 對「微細銑削 + EDM + 拋光」的詳細說明

下面把三個關鍵步驟（微細銑削 / 微細 EDM / 拋光 / 以及檢測）拆解成原理、工具/設備、關鍵參數、常見問題與對策，並給出實務上的流程建議，方便直接放進製程規範或技術交底。

一、整體製程流程（建議）

設計階段（DFM）：確認孔徑、孔徑公差、孔深/長徑比、出膠/排氣、內表面可達性。
粗加工（傳統銑削）以去除大部分料。
微細銑削（micro-milling）：加工微細幾何、銳角與型腔細節。
小孔/深孔微孔EDM（hole-drill EDM / micro-EDM）：當直徑過小或材料過硬時使用。
去毛刺 & 內孔整修（如必要使用 AFM / 振動超聲拋光等）。
精拋光（手拋 / 金剛布 / 鑽石拋光 / 超聲拋光 / 電解拋光 / mirror-EDM texturing）以達到所需 Ra。
檢測（光學型面儀、白光干涉、CMM、顯微鏡測量等）。
清潔、去離子水沖洗、烘乾、包裝（醫療件需無塵/無油）。

二、微細銑削（Micro-milling）

原理與用途
用極小徑端銑刀（micro end mills）直接切削微小特徵與型腔，適合形狀自由度高、表面要求高但孔徑在刀具可達範圍內的情況。

工具與設備重點

小徑刀具：常見 0.05 mm ~ 3 mm 範圍的微型端銑刀；刀具材質以超細粒徑硬質合金或微粒合金（micro-grain carbide）為主。
高速主軸：數萬 RPM（數十k RPM）以維持切削線速度。
高剛性主機、低振動夾具、最小化刀具伸出（overhang）以降低崩刀風險。
刀具刀柄/夾頭需高精度（低跳動），以維持刀具耐久與尺寸穩定。

常用策略 / 參數原則

小切深、淺切削寬度（step-over 小），多道過程完成（粗—半精—精）以降低刀具負荷。
使用高進給小齒厚（chip thickness）策略、避震刀路（trochoidal）與 climb milling 可改善刀具壽命與表面。
冷卻/潤滑：MQL 或弱量切削液，避免大量冷卻液沖刷導致刀具震盪；但也視材料與刀具而定。

可達表面品質與限制

微細銑削在良好剛性與銳利刀刃條件下，可達到「次微米級」的表面粗糙度，但實際數值受刀具徑向誤差、主軸跳動、刀具磨耗等影響。
當孔徑非常小（例如 <0.08–0.1 mm）或長徑比很大時，刀具剛性與加工可行性會迅速下降，這時改用 EDM 更穩定。 SAMHO MDPI

三、微細 EDM（Micro-EDM / Small-hole EDM）

原理與用途
利用放電火花在導電材料上「燒蝕」形成微小孔或複雜異形微特徵，特別適合硬材料（工具鋼、鈷鉻、硬質合金等）與非常小直徑/高長徑比孔洞。

優點

能在高硬度材料上加工微孔（典型可達 ~0.065 mm 等級的小孔直徑），且可製作高長徑比深孔。
電極（銅、碳化銅、CuW 等）可加工到非常細的形狀，再以放電轉印到型腔。 xometry.com Sodick Inc.

設備/工藝重點

小孔 EDM（hole-drilling EDM）：使用管狀電極或細電極，搭配有效排屑/沖洗系統以維持穩定放電。
Sinker EDM（形穴 EDM）：用電極直接成形複雜腔體，之後以細放電或精放電改善表面。
電極設計需考慮電極磨損（wear compensation）、沖刷通道與電極冷卻。
放電參數：粗放電—快速去料；精放電—降低能量、提高表面光潔度與減少 recast。

缺點／注意點

會產生 recast layer（白層）與微小熱影響區；若表面品質要求非常高，需後續拋光或化學/電化學處理移除 recast。
速度較慢、成本較高；對於高量產單價敏感。

四、拋光與內孔精整（Polishing & Internal finishing）

目的：消除毛邊、去除 EDM recast、降低 Ra、避免流體/生物相容性問題（對醫療件尤其重要）。

常見方法

手工／機械拋光：油石、鑽石布輪、羊毛輪等，適合外表面與可接近區域。
鏡面 EDM（Mirror EDM）或鏡面放電紋理：用高精度電極拋光型腔表面，能得到低 Ra。
超聲波拋光（Ultrasonic polishing）：用超聲振動＋研磨漿料進行細部拋光，對深腔與細孔有效。 team-mfg.com First Mold
磨料流動加工（Abrasive Flow Machining, AFM / Extrude Honing）：以含磨料的高黏度媒介「沖刷」內孔與複雜通道，均勻去除並可有效移除 EDM 白層，對內通道拋光非常實用。 Extrude Hone AFM PMC
電化學拋光 / 化學蝕刻：可用於某些不鏽鋼材質以移除微米級表面層與消除應力集中。

表面粗糙度（範例）

針對高等級矽膠模（LSR），通常設計目標是 Ra ≤ 0.2 μm 或更好（視產品要求而定）；達成此等級常需鏡面拋光或專業拋光流程。 UPMOLD Fictiv

五、檢測與量測（Metrology）

常用儀器/方法

白光干涉儀 / 光學輪廓儀（3D optical profiler）：非接觸式，量測微米/次微米等級的表面粗糙度與形貌。
光學量測顯微鏡 / 視覺測量系統（OGP 等）：放大觀察孔口、孔徑與缺陷。
CMM（接觸式）：量測整體幾何、公差（但對非常小孔與易變形薄壁件有限制）。
專用微型探頭 / 非接觸光纖測頭：對微小孔進行內徑輪廓掃描。 Accu-Mold CMM Web Portal

實務要點

內孔表面與微孔常需放大檢視（100x–400x）或使用干涉儀以確認 Ra 與殘留顆粒。
量測流程應列入製程驗證（IQ/OQ/PQ）— 對醫療件尤為重要。

六、常見問題與對策（快速參考）

刀具崩刃／斷裂：縮短刀具伸出、降低切削深度、使用更短、更剛性的刀柄、提高主軸剛性。
振動/颤動造成表面差：改善夾具剛性、平衡刀具、使用避震刀路與降低切削參數。
EDM recast / 白層：使用精放電參數、後續 AFM 或超聲/化學拋光去除。 Extrude Hone AFM team-mfg.com
內孔無法直接拋光：採用 AFM、超聲流體拋光或設計可拆式模具分模來改善可達性。
清潔/殘留油脂或研磨膠：採用超音波清洗 + 去離子水沖洗 +烘乾/滅菌流程；醫療件需建立潔淨驗證程序。
尺寸穩定性（合模後溢膠、封膠不良）：提高合模精度、控制溫度、檢查合模面粗糙度與配合公差。

七、實用建議與範例規格（供製程規範引用）

微孔尺寸範圍：若孔徑 ≥ 0.1 mm 且長徑比 < ~3–5，可優先考慮微細銑削；若孔徑 < 0.08–0.1 mm 或長徑比高，建議採用微孔 EDM。
孔徑容差：微孔通常為數 μm（micron）等級公差；小孔時容差可落在 ±5–±50 μm 範圍，視尺寸而定（請在技術圖中明確標注）。
表面粗糙度目標：一般模具常見 Ra 0.2 μm（高級）或 Ra 0.4–1.0 μm（一般），LSR/鏡面部位建議 Ra ≤ 0.2 μm。 UPMOLD Fictiv
驗收項目：孔徑、孔徑位置、公差、Ra、是否有毛邊、EDM 白層殘留、清潔度（顆粒/油脂）等。

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