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如何應用模流分析系統 3D TIMON 選用適當的成型材料

一、前言

產品開發人員在進行設計時,最頭痛的往往是選用材料。選用材料時,除了成本因素外,當然就是材料的特性能夠符合要求。而材料的特性,除了材料強度以及二次加工的難易度等考量外,最麻煩的就是流動性與收縮量。對於日後量產而言,開發人員希望能夠找到一支在生產時能夠非常穩定的料,而這包括流動性佳、收縮量容易控制等因素。

在本案中,客戶希望從三家材料商所提供的四支材料中,選擇一支適合的材料以製作現有的產品。而以下則是該客戶如何利用 3D TIMON 塑膠模流分析軟體進行材料選擇的步驟說明 。

二、分析流程

由於在開發產品時,尚未取得任何的成型條件表,因此以 3D TIMON 塑膠模流分析軟體內建之計算功能取得合理之充填時間。而保壓時間,則是根據現有之模具設計在決定澆口固化時間後,取得之最佳保壓時間。

由於四支材料的流動性差異不大,因此要考慮的重點將會放在產品外觀收縮等問題。

一般影響產品外觀收縮的因素有下列幾項:
一、塑膠種類。
二、產品形狀、尺寸、肉厚的設計。
三、模具結構、分模面的選擇、澆注系統設計、澆口形式及數量以及治具的使用。
四、成型條件(保壓時間、冷卻時間、塑料入口溫度、模具溫度)。

以下四張圖為四支材料之 PVT 資訊。
A 廠商提供料號 1 PVT 圖
B 廠商提供料號 PVT 圖

A 廠商提供料號 2PVT 圖
C 廠商提供料號 PVT 圖

3D TIMON 塑膠模流分析軟體分析結果中,判斷的關鍵將是比容分佈狀況。比容為密度之倒數,當成品表面比容差異值越大,表示成品表面的收縮越不均勻。在成型過程中,如果比容分佈均勻,表示在保壓階段時產品的各個區域都可以進行均勻保壓;如果比容差異過大,在保壓時就較不容易達到均勻保壓的效果,外觀上出現局部縮水或者是翹曲變形(產品局部區域體積收縮率差異過大)的機會就越大。 由下列圖組中可看到各料號在不同時間點的比容分佈差異

保壓結束瞬間比容分佈比較:
A廠商提供料號-1 Δ =0.07

B廠商提供料號 Δ =0.07

A廠商提供料號-2 Δ =0.07

C廠商提供料號 Δ =0.09

在冷卻結束拖模瞬間比容分佈比較:

A廠商提供料號-1 Δ =0.07

B廠商提供料號 Δ =0.07

A廠商提供料號-2 Δ =0.07

C廠商提供料號 Δ =0.09

從上列圖組中,可以很明顯的看到比容分佈的差異性。

保壓結束瞬間比容等高線分佈差異優劣排序

冷卻結束瞬間比容等高線分佈差異優劣排序

差異值 Δ

A 廠商 -1

2

2

0.07

B 廠商

3

3

0.07

A 廠商 -2

1

1

0.07

C 廠商

4

4

0.09

根據上述判斷, A 廠商 -2 的材料在比容分佈的差異上較低,在日後生產時較不容易出現局部縮水的現象,因此可以選用這支材料做為生產所需。

三、結論

模流分析軟體在產品開發的過程中應用得相當廣泛,而如何在短時間內完成報告更是重要。以本次案例為例,利用 3D TIMON 塑膠模流分析軟體完成 一組 Notebook 外殼的分析時間可在 30 分鐘內完成 (包含讀入 STL 圖檔 / 建立 3D Tetra Element / 3D 充填分析 / 3D 保壓分析) 。只有在這種合理的速度下,才有機會在目前越來越短的產品開發時程內達到於開模前進行分析驗證的要求。

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