大綱

Alfred Kärcher SE & Co. KG 每年制造數以百萬計的塑料制結構組件。盡管翹曲對組件的功能性及外觀極為重要，但成本效益卻取決于制造所需成型機的周期時間及尺寸。我們利用 Moldex3D 提出仿真工作流程，將上述目標完全自動化及優化。此工作流程的優點是能將組件幾何、制程條件及模具設計同時參數化，讓我們得以在從組件開發到制作模具，乃至最終量產的環節中，將整體設計和制程納入考慮。

挑戰

1、幾何設計、模具設計和制程條件的優化

2、組件質量及生產成本

3、完整仿真流程的自動化

解決方案

利用Moldex3D API進行自動化仿真流程

效益

1、找出翹曲、充填行為及周期時間的整體最佳值

2、全自動化模擬

3、減少開發時間

案例研究

本案例目標為解決電池槽產品的翹曲問題。此產品組件有三項質量要求：1.筆直的裝配面、2.筆直的電池滑軌及3.螺絲圓頂位置，如圖一。為了找出最佳的解決方案，Alfred Kärcher團隊首先進行不同的變量設定，再以Moldex3D加以驗證。其變量設定步驟如下：

圖一 產品原始設計及主要的質量要求

步驟1：產品設計變更

Alfred Kärcher團隊總共進行了38種幾何相關的非獨立參數變更，包括現有的肋條設計更改、以及新增肋條等(圖二)。

圖二 幾何優化參數

步驟2：模具設計變更

本案例僅改變了澆口位置(圖三a)。

 

步驟3：參數條件變更

共進行了14種制程相關的參數變更，包括充填時間、保壓時間、熔膠溫度、切換時間、冷卻液溫度(圖三b)和冷卻時間等。

圖三 (a)澆口位置變更；(b)冷卻液溫度變更

完成參數變更后，透過Moldex3D API來做驗證(圖四)，采用單臺12核心的計算機進行了200次的模擬，計算時間不到一周；藉由同步執行多個模擬工作，可進一步縮短模擬時間。

圖四 Moldex3D API示意圖

為了獲得優化后的個別響應值，該團隊在感興趣的區域加入感測節點，在32個位置進行翹曲探測，并透過五組均方根進行優化(圖五)。

圖五 進行翹曲優化的區域

Alfred Kärcher團隊選擇了其中兩種優化方向來觀察翹曲和成型周期結果。若特別針對翹曲優化，則可顯著降低翹曲量，并將成型周期維持在可接受的水平(圖六)。若將優化重點放在成型周期上，則不但可縮減成型時間，還能大幅減少翹曲(圖七)。同時并發現Moldex3D的仿真結果與實際產品高度相符(圖八)。

圖六 原始設計與設計變更比較(著重翹曲優化)

圖七 原始設計與設計變更比較(著重成型周期優化)

圖八 模擬結果之驗證

Moldex3D提供極佳的自動化及客制化仿真流程，在單一流程中就可完成產品幾何、模具設計和成型制程的修改，并獲得可靠且誤差很小的模擬結果。

結果

本案例中，Alfred Kärcher透過Moldex3D API的模擬，成功減少70%的翹曲，并縮短了成型時間。Moldex3D API 將仿真流程自動化，讓用戶無須執行任何輸入就能執行完整模擬。另外也整合其他功能，用 CAD 系統自動建立及更改組件幾何。透過此軟件，還可更改組件幾何及與模具設計和成型過程有關的多項參數，并針對翹曲、充填行為、周期時間及其他目標指針找出整體最佳值，大幅縮短開發時間。