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   2004 年 11 月 8 日,在台灣區總代理 泓崴科技的協助下,世界頂尖流體動力學( CFD ) 模擬軟體 FLOW-3D ®首次在台舉辦用戶大會。 FLOW SCIENCE 總裁 Thomas S. Jensen 以及副總裁 John L. Ditter 親自來台,介紹 FLOW-3D ®即將於 2005 年年初推出的 V9.0 版。另外同時邀請到國立海洋大學機械與機電工程學系系主任 莊水旺教授、更興股份有限公司許富淵博士、工研院光電所的陳錦泰經理及邱慶龍博士、中興工程顧問股份有限公司水利工程部的的龔誠山博士等多位專家,介紹 Flow3D® 在鑄造、噴墨印表頭設計、以及水利工程等的相關應用。


圖 2 、 Flow3D 台灣第一屆使用者大會 會場狀況
資料來源:泓崴科技

圖 1 、 Flow3D 台灣第一屆使用者大會 會場狀況
資料來源:泓崴科技

由於 FLOW-3D ® 在台灣應用最廣泛的應用領域,就是鑄造領域。更興股份有限公司許富淵博士,以多個實際案例,說明 FLOW-3D ®在鑄造方面的應用。首先,是一個以重力鑄造成形的鋁合金輪圈。鑄造的參數如下:
模具溫度: 400 ℃
澆注溫度: 720 ℃
澆注速度: 0.9 m/sec (約 50mm 高)
模擬出來的結果,如圖 3 至圖 8 所示。


圖 3

圖 4

圖 5

圖 6

圖 7

圖 8

資料來源:更興股份有限公司

圖中紅色的區域,代表金屬熔液溫度較高的區域,而藍色區域,則是代表金屬熔液溫度較低的區域。在整個充填過程中,可以從圖 4 以及圖 5 中,看到原本應該屬於高溫的金屬熔液的前緣,出現了藍色的區域,這表示在該處出現了提早冷卻的現象,對該處的外觀會造成明顯的影響。另外,從圖 6 至圖 8 的變化中,可以看到同樣的結果。藍色區域可能會發生氧化膜覆蓋的現象,如果產品對於外觀要求較高,這樣的結果會比較難以接受。

下圖 中,為引擎活塞的圖面,以及傾斜鑄造之 3D 模具示意圖。


傾斜式鑄造引擎活塞之模具示意圖
資料來源:更興股份有限公司


傾斜式鑄造,使將熔融金屬放置在模具下方半月形區域,鑄造過程中,整副模具會旋轉 180 度,金屬會順著半月形區域的 R 角設計流入模穴,充填成形。許博士在提出鑄造方案後,以 FLOW-3D ® 進行了驗證,如圖 11 至圖 16 。 利用動畫顯示,可以看出半月形區域的設計是否能夠讓金屬熔液順利的充填模穴。


圖 11

圖 12

圖 13

圖 14

圖 15

圖 16

資料來源:更興工程股份有限公司


第三個案例,則是以冷室壓鑄方式,進行轉向軸的模具充填模擬。 FLOW-3D ®在鑄造方面,有一個對使用者來說非常方便的功能,就是追蹤氧化膜的分佈( Oxide films defect tracking )。
由於壓鑄過程中,金屬表面的氧化膜可能會隨著壓鑄過程,混入模穴中,造成成品表面的缺陷。而 FLOW-3D ®的氧化膜追蹤功能,可以幫助使用者確認其模具設計有沒有問題。圖 17 到圖 22 中,紅色的區域表示氧化膜發生的位置。如果成形後紅色區域發生在成品表面,表示表面會有氧化膜痕跡的缺陷,如果在成品內部,則表示該區域可能有捲氣造成的氣孔問題。


圖 17

圖 18

圖 19

圖 20

圖 21

圖 22

資料來源:更興工程股份有限公司


除了鑄造領域, FLOW-3D ®優秀的 VOF 工法以及對自由液面的真實模擬,使其成為微機電領域應用的佼佼者。
工研院光電所的陳錦泰經理以及邱慶龍博士,則是以工研院光電所目前在噴墨印表頭的設計開發,說明 FLOW-3D ®在開發過程中的實際應用。
噴墨頭的設計方式有兩大類, Continuous 以及 Impulse 兩種設計。


圖 23 、 Continuous 以及 Impulse 兩種噴墨頭設計
資料來源:工研院光電所

利用 Impulse 產生墨滴的方式以及應用的廠商,可分為下列三大群組:
•  Piezo : Epson 、 Xaar 、 Hitachi 、 Spectra 、 Tektronix
•  Thermal Bubble : Canon 、 HP 、 Xerox 、 Lexmark 、 Olivetti
•  Electrostatic : Panasonic 、 NEC

工研院光電所的研究方向,則是 Thermal Bubble 的開發。
Thermal Bubble 產生墨滴的技術如下

圖 24 、 Thermal Bubble Ink-Jet Technology
資料來源:工研院光電所

圖 25 、 Thermal Bubble 產生墨滴的流程
資料來源:工研院光電所

利用 FLOW-3D ®,可以完美的模擬墨滴噴出的過程,因此可以設計不同的墨滴產生機構,使設計開發的時間大幅縮短。
模擬結果如圖 26 至圖 31 。


圖 26

圖 27

圖 28

圖 29

圖 30

圖 31

資料來源:工研院光電所

中興工程顧問股份有限公司的龔誠山博士,則是說明中興工程顧問股份有限公司,如何搭配 FLOW-3D ®,來進行水利工程的設計。
圖 32 是一個水庫的 3D Model 圖檔。由於 FLOW-3D ®支援 3D 的 STL 格式,所以可以讓使用者以精確的模型進行水力分析。

圖 32 、發電水庫的水理計算模型
資料來源:中興工程顧問股份有限公司

圖 33 則是顯示 FLOW-3D ®如何以 Multi-Block 的網格設計,建立整個分析模型。

圖 33 、 FLOW-3D ®的 Multi-Block 網格設計
資料來源:中興工程顧問股份有限公司

圖 34 則是顯示水如何通過整個 3D 水庫模型的狀況。

圖 34 、整個水庫的模擬流動圖
資料來源:中興工程顧問股份有限公司


圖 35 、以流線方式顯示水庫流場模擬結果
資料來源:中興工程顧問股份有限公司


圖 36 、台北市基隆河中山橋段水理計算
資料來源:中興工程顧問股份有限公司


FlowScience 副總裁 John L. Ditter 也在本次使用者大會說,發表了即將於 2005 年初發表的 V9.0 版本,以及最新的平行處理版本 Flow3D/MP 。
V9.0 版最大的更新,在於『移動物體』 -  『 General Moving Obstacle 』功能的應用,同時可以設定物體衝量,由 FLOW-3D ®自行計算六個自由度的運動變化。 圖 37 至圖 42 ,則是利用新功能分析船隻的前進模擬。


圖 37

圖 38

圖 39

圖 40

圖 41

圖 42

資料來源: Flow Science

利用 GMO 功能,讓開發人員在利用軟體進行開發研究上有更大的設計彈性,多自由度的設計,讓設計人員可以真實模擬出許多流體流動的現象,如圖 43 至圖 46 ,利用自由度的控制,模擬 Valve 受到水壓的作動。 FLOW-3D ®可以真實模擬出水壓對於物體移動的影響。


圖 43

圖 44

圖 45

圖 46

資料來源: Flow Science


最後,泓崴科技蔡毓斌先生介紹了 FLOW-3D ®最新的平行處理器 MP 版本。
隨著個人電腦的效能大幅度的提升,以往許多只能在工作站上執行的程式,皆可輕而易舉地在個人 PC 上執行完成。儘管如此,當面對一個龐大的程式時,如果有一個有效率的執行環境,對於計算速度會有很大幫助。
PC Cluster 的概念被提出之後,大型的程式設計紛紛採用這種方式以提高效率。雖然每台 PC 個別的計算效率遠低於大型電腦,但是 PC Cluster 的整體效能卻可比擬大型電腦甚至超越大型電腦。目前平行運算所採用的傳輸標準為 MPI , FLOW-3D ®新提出的平行處理版本,可以讓使用者的工作效率大幅度提升,縮短程式執行所需要花費的時間。
目前 FLOW-3D ®的平行處理版本,是以 Linux 系統為執行環境。其軟體需求如下:
目前 Flow3D 的平行處理版本,是以 Linux 系統為執行環境。其軟體需求如下:
FLOW-3D®/MP
.Linux OS (RH7.3 以上的版本 )
. MPI/Pro®
根據 Flow Science 原廠測試,在五個處理器的平行運算下,執行效率平均可提升三倍以上。
目前泓崴科技正在建立第一套八個節點的 Flow3D/MP 系統,希望能夠提供客戶更好的服務,讓台灣地區用戶能夠在最短的時間內,享受與國外同步的高效率執行環境。

這次的 FLOW-3D ® 台灣第一屆用戶大會,在業界眾多朋友的參與下順利完成。而FLOW-3D ® 在土木水利工程、消防通風、鑄造、噴墨印表頭設計、鍍膜、船舶設計等領域的廣泛應用,讓使用者可以大幅縮短研究時間,提升所屬企業之競爭力 。
泓崴科技本著 提供最好的產品、持續不斷的教育訓練、以及快速有效的售後服務理念,使客戶能夠在最短時間內做到投資回收為宗旨,做為國內廠商最佳的合作伙伴。希望國內廠商能夠給予泓崴科技更多的鼓勵,我們會秉持更好的服務精神,與客戶共同努力,共同成長!


開幕致詞

演講會場

陳錦泰 經理 演說

演講會場

演講會場

休息廳

休息廳

休息廳

Dr. Thomas S.Jensen / 蘇嘉宏 董事長

Dr. John L.Ditter 演說

演講會場

演講會場

休息廳

休息廳

休息廳

Dr. Thomas S. Jensen / 龔誠山 博士

全體工作人員及FLOW SCIENCE合影

休息廳

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