MuCell 微发泡成型技术：轻量化与永续制造的最佳解决方案

MuCell技术广泛应用于汽车、电子、医疗、运动器材及绿色制造领域，在轻量化与减碳排的趋势下，成为环保与高效制造技术的重要突破。特别是在交通与自行车产业，MuCell技术提供轻量化解决方案，减少塑胶使用并提升产品强度与耐用性，进一步降低碳足迹。

MuCell技术概述

MuCell (Microcellular Injection Molding) 微细发泡注塑成型技术由麻省理工学院(MIT) 的Nam P. Suh 教授及其研究团队于1980 年代开发，并在1990 年代推动商业化。 MuCell技术的核心在于利用超临界流体(SCF, Supercritical Fluid)技术，将二氧化碳(CO₂)或氮气(N₂)注入熔融塑料中，形成均匀微孔结构，借此达成减少材料使用、降低产品重量，并提升产品性能与加工效率。

MuCell 技术的发展历程

1980年代-概念形成与初步研究

- 麻省理工学院的研究团队开发了一种超临界流体技术，将二氧化碳(CO₂)或氮气(N₂)作为物理发泡剂引入熔融的聚合物中，形成均匀的微孔结构。
- 这项技术的初衷是减少材料使用量，同时改善产品机械性能，如尺寸稳定性和翘曲控制。

1990年代-工业应用与专利技术

- MIT的研究成果促成了MuCell技术的商业化，并成立了Trexel, Inc.公司，专门负责推动这项技术的应用与设备开发。
- Trexel公司开始将MuCell技术导入汽车、电子、医疗器材等产业，并申请了多项专利，涵盖发泡气体控制、模具设计与注塑成型流程优化。

2000年代后-全球推广与技术优化

- 随着技术的成熟，MuCell逐渐被欧洲与亚洲市场接受，特别是在汽车轻量化(减少燃油消耗)和环保节能(减少塑料使用)的需求驱动下，许多企业开始采用这项技术。
- 针对不同的应用需求，MuCell技术进一步发展，如：
  - 高精度发泡控制(用于3C产品与精密工业)
  - 结合结构发泡技术(Hybrid Foaming)提升材料刚性与强度

近年-智能化与可持续发展

- - MuCell技术已整合至智能制造(如工业4.0)，透过数据监控与自动化控制提升制程稳定性。
  - MuCell技术开发不再是以减少塑料使用，维持零件刚性为主要诉求，在产品应用面上开发出更多的可能性，极致轻量化高回弹的鞋中底、降噪、隔音、保冷的工业用品与仿生医疗应用等。
  - 许多企业结合MuCell技术与可回收塑料，进一步提升环保效益，例如使用生物基塑料或再生材料来减少碳足迹。

图：MuCell鞋底应用

作为亚洲的注塑成型设备制造先驱，富强鑫（FCS）早在2015 年便率先投入MuCell 微发泡技术的研发与整合。透过自主机型开发与全球服务网络，FCS 不仅成功协助客户在轻量化与减碳方面取得显著成果，更逐步将这项技术推广至汽车、包装、家电及运动用品等多元产业。

MuCell 的成型步骤

MuCell 技术的注塑成型过程与传统注塑成型相比，多了一个超临界流体的注入步骤，具体步骤如下：

- Step 1：塑料熔融，热塑性塑料(如PP、ABS、PC 等)在注塑机内被加热熔融，形成高温熔体。
- Step 2：SCF 注入，在高压环境下，将微量的CO₂ 或N₂ 注入料管塑料熔体中，形成均匀的气体饱和熔体。
- Step 3：注塑成型，将气体饱和的塑料熔体注入模具中。因为压力降低，气体从塑料中释放，形成微小气泡，塑件内部结构变得更轻、更均匀。
- Step 4：冷却与脱模，塑料冷却定型后，微孔结构保持稳定，形成轻量化、高强度的发泡塑料制品。

MuCell的环保与节能效益

MuCell(微细发泡注塑成型)技术透过减少材料使用、降低能耗、提高生产效率、轻量化设计与回收塑料应用，显著降低能源消耗与碳排放，符合现代企业对永续发展与碳中和的需求。

减少材料使用→降低塑料制造碳排

- 传统塑胶注塑成型需要大量原生塑料，而MuCell 透过微细发泡可减少10%~20% 的塑料用量。
- 塑料制造的碳排放：
  - 原生PP、ABS、PC 生产时，每1 公斤产生2.5~6 公斤CO₂。
  - MuCell 减少5~20% 塑料用量，相当于每吨塑料减少125~1,200 公斤CO₂。
- 假设某工厂每年使用1,000 吨塑胶，应用MuCell 可减少200 吨塑胶，相当于减少250~1,200 吨CO₂，等同于种植11,000~55,000 棵树(每棵树每年吸收约22 公斤CO₂)。

降低注塑压力与机台能耗→减少制造阶段的碳排放

- 传统注塑成型vs. MuCell
  - 传统注塑成型需要高压填充模具，而MuCell 减少填充压力约30%~50%，因此注塑机的能耗降低10%~40%。
  - 注塑机的电力消耗约占塑胶工厂总能耗的60%，发电过程中的碳排放约为0.5 公斤CO₂/kWh (视电力来源而定)。
- 如果一家工厂原本每年消耗1,000 万kWh 电力，透过MuCell 减少20% 能耗，则可减少约1,000 吨CO₂ 排放，相当于91,000 棵树的吸碳量。

缩短生产时间→提高生产效率，进一步降低碳排

- MuCell 可缩短冷却与保压时间15%~50%，意味着：
  - 单位时间内产量增加，工厂可在相同能耗下生产更多产品，碳排量相对降低。
  - 降低设备待机与运行时间，减少额外的能源浪费。
- 假设注塑机的生产效率提升20%，同样的产量可减少20% 的电力消耗，碳排放同步降低。

减轻产品重量→减少运输碳足迹

- 汽车产业应用
  - MuCell 可让汽车内部零件减重10%~30% (如仪表板、座椅骨架、门板)。
  - 每减少100 公斤车重，燃油车每公里CO₂ 排放可减少约8~10 克，电动车的能耗也会降低。
  - 假设一辆车减重5%~20%，使用10 万辆车，每年可减少250~1,000 公吨CO₂，相当于种植22,500~90,000 棵树。
- 电子产品& 包装材料
  - 减轻塑胶外壳与包装重量，使物流运输过程中的油耗降低，减少温室气体排放。

汽车风道板

汽车车灯壳

扫地机外壳

结合回收塑料( PCR) →进一步降低碳足迹

- 原生塑料vs. 回收塑料碳排放比较
  - 原生塑料(PP、ABS、PC) 每1 公斤产生2.5~6 公斤CO₂。
  - 回收塑料(PCR) 每1 公斤产生1~2 公斤CO₂，比原生塑料降低50%~80%。
- 假设MuCell 减少30% 塑料使用，并使用50% 回收塑料，则：
  - 1,000 吨塑料的碳排放可从5,000 吨CO₂ 降至1,500 吨CO₂，减少约70%。
  - 相当于种植318,000 棵树的碳吸收量(每棵树每年吸收22 公斤CO₂)。
  - MuCell 改善回收塑料的应用：
    - 增强机械性能，解决回收料刚性不足问题。
    - 降低注塑温度与压力，减少回收料的热降解问题，提高可加工性。

MuCell 不仅减少原生塑料的使用，还能提升回收塑料的可用性，扩大环保材料的应用范围。

MuCell 技术的整体减碳效益

影响范畴	碳排减少的效果
减少塑料使用	10%～20% 减少原料消耗，降低塑胶制造碳排
降低注塑能耗	10%～40% 减少电力消耗，降低工厂碳排
提高生产效率	15%～50% 缩短生产时间，减少运行碳排
轻量化设计	10%～30% 减轻产品重量，降低运输碳排
回收料替代原生塑料	50%～80% 减少原料制造碳排
降低报废与次品率	10%～50% 减少塑胶废料与废弃处理碳排

以富强鑫为例，自2015年导入MuCell 技术以来，目前已在LM 二板式、FA油压式、SA外曲肘式、CT-e 全电式、FB 多组分双色等系列机型成功应用并完成整合验证，累计交付逾三十套MuCell 系统。这些机台应用于半导体、汽机车零件、民生用品与运动鞋材等领域，不仅节省10–20% 的原料与能耗，更有效缩短周期，让客户在产能、成本与ESG 减碳三方面同时受惠。

交通器材与自行车产业中MuCell技术的应用实例

MuCell 技术可预期广泛应用于自行车、电动滑板车、机车与运动器材，其核心目标可指向减轻重量、提高强度、降低生产能耗，从而达到节能减碳的效果。

自行车产业应用MuCell 技术。目标：减少碳纤维与铝合金零件的塑胶辅助结构重量，提高整体能效。

MuCell在自行车的应用：