MuCell 微發泡成型技術：輕量化與永續製造的最佳解決方案

MuCell技術廣泛應用於汽車、電子、醫療、運動器材及綠色製造領域，在輕量化與減碳排的趨勢下，成為環保與高效製造技術的重要突破。特別是在交通與自行車產業，MuCell技術提供輕量化解決方案，減少塑膠使用並提升產品強度與耐用性，進一步降低碳足跡。

MuCell 技術概述

MuCell (Microcellular Injection Molding) 微細發泡射出成型技術由麻省理工學院 (MIT) 的 Nam P. Suh 教授及其研究團隊於 1980 年代開發，並在 1990 年代推動商業化。MuCell技術的核心在於利用超臨界流體 (SCF, Supercritical Fluid)技術，將二氧化碳(CO₂)或氮氣(N₂)注入熔融塑料中，形成均勻微孔結構，藉此達成減少材料使用、降低產品重量，並提升產品性能與加工效率。

MuCell 技術的發展歷程

1980年代 - 概念形成與初步研究

- 麻省理工學院的研究團隊開發了一種超臨界流體技術，將二氧化碳(CO₂)或氮氣(N₂)作為物理發泡劑引入熔融的聚合物中，形成均勻的微孔結構。
- 這項技術的初衷是減少材料使用量，同時改善產品機械性能，如尺寸穩定性和翹曲控制。

1990年代 - 工業應用與專利技術

- MIT的研究成果促成了MuCell技術的商業化，並成立了Trexel, Inc.公司，專門負責推動這項技術的應用與設備開發。
- Trexel公司開始將MuCell技術導入汽車、電子、醫療器材等產業，並申請了多項專利，涵蓋發泡氣體控制、模具設計與射出成型流程優化。

2000年代後 - 全球推廣與技術優化

- 隨著技術的成熟，MuCell逐漸被歐洲與亞洲市場接受，特別是在汽車輕量化(減少燃油消耗)和環保節能(減少塑料使用)的需求驅動下，許多企業開始採用這項技術。
- 針對不同的應用需求，MuCell技術進一步發展，如：
  - 高精度發泡控制(用於3C產品與精密工業)
  - 結合結構發泡技術(Hybrid Foaming)提升材料剛性與強度

近年 - 智能化與可持續發展

- - MuCell技術已整合至智能製造(如工業4.0)，透過數據監控與自動化控制提升製程穩定性。
  - MuCell技術開發不再是以減少塑料使用，維持零件剛性為主要訴求，在產品應用面上開發出更多的可能性，極致輕量化高回彈的鞋中底、降噪、隔音、保冷的工業用品與仿生醫療應用等。
  - 許多企業結合MuCell技術與可回收塑料，進一步提升環保效益，例如使用生物基塑料或再生材料來減少碳足跡。

圖：MuCell鞋底應用

作為亞洲的射出成型設備製造先驅，富強鑫（FCS）早在 2015 年便率先投入 MuCell 微發泡技術的研發與整合。透過自主機型開發與全球服務網絡，FCS 不僅成功協助客戶在輕量化與減碳方面取得顯著成果，更逐步將這項技術推廣至汽車、包裝、家電及運動用品等多元產業。

MuCell 的成型步驟

MuCell 技術的射出成型過程與傳統射出成型相比，多了一個超臨界流體的注入步驟，具體步驟如下：

- Step 1：塑料熔融，熱塑性塑料(如 PP、ABS、PC 等)在射出機內被加熱熔融，形成高溫熔體。
- Step 2：SCF 注入，在高壓環境下，將微量的 CO₂ 或 N₂ 注入料管塑料熔體中，形成均勻的氣體飽和熔體。
- Step 3：射出成型，將氣體飽和的塑料熔體注入模具中。因為壓力降低，氣體從塑料中釋放，形成微小氣泡，塑件內部結構變得更輕、更均勻。
- Step 4：冷卻與脫模，塑料冷卻定型後，微孔結構保持穩定，形成輕量化、高強度的發泡塑料製品。

MuCell 的環保與節能效益

MuCell(微細發泡射出成型)技術透過減少材料使用、降低能耗、提高生產效率、輕量化設計與回收塑料應用，顯著降低能源消耗與碳排放，符合現代企業對永續發展與碳中和的需求。

減少材料使用 → 降低塑料製造碳排

- 傳統塑膠射出成型需要大量原生塑料，而 MuCell 透過微細發泡可減少 10%~20% 的塑料用量。
- 塑料製造的碳排放：
  - 原生 PP、ABS、PC 生產時，每 1 公斤產生 2.5~6 公斤 CO₂。
  - MuCell 減少 5~20% 塑料用量，相當於每噸塑料減少 125~1,200 公斤 CO₂。
- 假設某工廠每年使用 1,000 噸塑膠，應用 MuCell 可減少 200 噸塑膠，相當於減少 250~1,200 噸 CO₂，等同於種植 11,000~55,000 棵樹 (每棵樹每年吸收約 22 公斤 CO₂)。

降低射出壓力與機台能耗 → 減少製造階段的碳排放

- 傳統射出成型 vs. MuCell
  - 傳統射出成型需要高壓填充模具，而 MuCell 減少填充壓力約 30%~50%，因此射出機的能耗降低 10%~40%。
  - 射出機的電力消耗約佔塑膠工廠總能耗的 60%，發電過程中的碳排放約為 0.5 公斤 CO₂/kWh (視電力來源而定)。
- 如果一家工廠原本每年消耗 1,000 萬 kWh 電力，透過 MuCell 減少 20% 能耗，則可減少約 1,000 噸 CO₂ 排放，相當於 91,000 棵樹的吸碳量。

縮短生產時間 → 提高生產效率，進一步降低碳排

- MuCell 可縮短冷卻與保壓時間 15%~50%，意味著：
  - 單位時間內產量增加，工廠可在相同能耗下生產更多產品，碳排量相對降低。
  - 降低設備待機與運行時間，減少額外的能源浪費。
- 假設射出機的生產效率提升 20%，同樣的產量可減少 20% 的電力消耗，碳排放同步降低。

減輕產品重量 → 減少運輸碳足跡

- 汽車產業應用
  - MuCell 可讓汽車內部零件減重 10%~30% (如儀表板、座椅骨架、門板)。
  - 每減少 100 公斤車重，燃油車每公里 CO₂ 排放可減少約 8~10 克，電動車的能耗也會降低。
  - 假設一輛車減重 5%~20%，使用 10 萬輛車，每年可減少 250~1,000 公噸 CO₂，相當於種植 22,500~90,000 棵樹。
- 電子產品 & 包裝材料
  - 減輕塑膠外殼與包裝重量，使物流運輸過程中的油耗降低，減少溫室氣體排放。

汽車風道板

汽車車燈殼

掃地機外殼

結合回收塑料 (PCR) → 進一步降低碳足跡

- 原生塑料 vs. 回收塑料碳排放比較
  - 原生塑料 (PP、ABS、PC) 每 1 公斤產生 2.5~6 公斤 CO₂。
  - 回收塑料 (PCR) 每 1 公斤產生 1~2 公斤 CO₂，比原生塑料降低 50%~80%。
- 假設 MuCell 減少 30% 塑料使用，並使用 50% 回收塑料，則：
  - 1,000 噸塑料的碳排放可從 5,000 噸 CO₂ 降至 1,500 噸 CO₂，減少約 70%。
  - 相當於種植 318,000 棵樹的碳吸收量 (每棵樹每年吸收 22 公斤 CO₂)。
  - MuCell 改善回收塑料的應用：
    - 增強機械性能，解決回收料剛性不足問題。
    - 降低射出溫度與壓力，減少回收料的熱降解問題，提高可加工性。

MuCell 不僅減少原生塑料的使用，還能提升回收塑料的可用性，擴大環保材料的應用範圍。

MuCell 技術的整體減碳效益

影響範疇	碳排減少的效果
減少塑料使用	10%～20% 減少原料消耗，降低塑膠製造碳排
降低射出能耗	10%～40% 減少電力消耗，降低工廠碳排
提高生產效率	15%～50% 縮短生產時間，減少運行碳排
輕量化設計	10%～30% 減輕產品重量，降低運輸碳排
回收料替代原生塑料	50%～80% 減少原料製造碳排
降低報廢與次品率	10%～50% 減少塑膠廢料與廢棄處理碳排

以富強鑫為例，自2015年導入MuCell 技術以來，目前已在 LM 二板式、FA油壓式、SA外曲肘式、CT-e 全電式、FB 多組分雙色等系列機型成功應用並完成整合驗證，累計交付逾三十套MuCell 系統。這些機台應用於半導體、汽機車零件、民生用品與運動鞋材等領域，不僅節省 10–20% 的原料與能耗，更有效縮短週期，讓客戶在產能、成本與 ESG 減碳三方面同時受惠。

交通器材與自行車產業中 MuCell 技術的應用實例

MuCell 技術可預期廣泛應用於自行車、電動滑板車、機車與運動器材，其核心目標可指向減輕重量、提高強度、降低生產能耗，從而達到節能減碳的效果。

自行車產業應用 MuCell 技術。目標：減少碳纖維與鋁合金零件的塑膠輔助結構重量，提高整體能效。

MuCell 在自行車的應用：