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真實 3D 塑膠模流分析與 2.5D 塑膠模流分析之差異性

圖 1 、測試平板(變化肉厚 / 盲孔 / 通孔)

圖 1 為一肉厚為 3mm 之平板,平板上有四個厚度為 1mm 之盲孔,以及一個貫穿孔。另外有兩塊區域做了肉厚變化,圖 2 為半透明 3D 模型圖。

圖 2 、半透明 3D 模型圖

3D TIMON 塑膠模流分析軟體做 3D 充填分析進行測試,在平板上放置三個進澆點,其流動模式如圖 3 (動畫)。

圖 3 、 3D 充填模式

塑膠充填後之結合線位置,在 3D TIMON 塑膠模流分析軟體內可以從結合線會合角( Weld meeting angle )加以判斷。除了可以預測結合線的位置外,還可以評估結合線是否明顯(如圖 4 )。

圖 4 、結合線顯示( Weld meeting angle )

而圖 5 則是將該平板建立成 2.5D 的網格模型,圖中顏色定義為不同的肉厚。

圖 5 、 2.5D 模型(不同肉厚設定)

同樣擺放三個進澆點後,其 2.5D 模型之流動模式如圖 6 (動畫)。

圖 6 、 2.5D 充填模式

比對兩者之流動波前圖(以等高線形式顯示),可以發現兩者的充填模式會有些許差異,尤其是在漸變肉厚以及盲孔的位置(如圖 7 )。圖 8 則是這些差異區域的流動截面差異狀況。

圖 7 、 2.5D 與 3D 充填模式的差異(左圖: 2.5D / 右圖: 3D )

圖 8 、 2.5D 與 3D 充填模式的差異(左圖: 2.5D / 右圖: 3D )

之所以會有這種差異,主要是因為基本原理的不同。從原理上來看, 2.5D 的網格模型在加上肉厚定義後,其分析的模型應該是類似如圖 9 的方式,這也就是一般在做 2.5D 模流分析時,最痛苦的『建立中央面網格模型』工作。從中央面的技術來看,肉厚漸變或者是單側盲孔,在 2.5D 的模型上表示時會與真實的 3D 模型發生嚴重的誤差。使用者在浪費大量時間製作 2.5D 網格後,往往得到的分析結果仍然是錯誤的(因為建立的網格模型實際上與真實模型並不相同)。

圖 9 、 3D 簡化成 2.5D 網格模型之示意圖

再來比對翹曲變形量模擬。 3D 塑膠模流分析技術的最大優勢,在於計算翹曲變形時不會有分析模型與真實物件差異的問題。 Toray 在開發 3D TIMON 塑膠模流分析軟體的過程中,曾經以如圖 10 之平板做開模驗證比對,發現即使造型是如此簡單的一塊平板,在量測變形量以及模擬變形結果後,仍然會有如此大的差距,這也正是 Toray 在 1996 年領先全世界,在日本推出第一套商業版 3D 模流分析軟體 3D TIMON 之主要原因。

圖 10 、測試平板之外型(非中央面對稱之截面)

圖 11 、真實量測變形量尺寸與 3D / 2.5D 模擬結果之比對

在製品造型日漸複雜,以及開模時間要求縮短的壓力下,傳統的 2.5D 模流分析技術實際上已經不敷使用。如果使用者仍然是採用傳統的建立 2.5D 網格後,再開始進行分析,往往在浪費大量時間後,仍然無法得到合理的預測。在 3D 模流分析技術快速發展的今日,使用者應該在導入類似系統之前,以現場實際操作的方式評估操作一組 3D 模流分析流程所需要花費的時間,在日後導入系統時,才不會發生與實際操作上的大幅時間落差。

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