大綱

近年來隨著綠色環保意識高漲，制造業更重視節能省料、縮短成型周期。由于產業設備的塑料結構件產品，大多經CNC多道加工方式制造，往往需要較長加工時程和較高加工成本，且產生更多加工廢料。因此本研究選用尼龍66作為成型材料，玻璃纖維為補強材料，并以塑料射出成型技術取代CNC加工，讓產品同時具備功能性、強度及輕量化。

挑戰

• 產品機械性質

• 產品收縮

• 產品真圓度

解決方案

逢甲大學團隊為了確認產品結構強度是否滿足需求，利用Moldex3D模流分析，預測纖維補強和材料改質對產品體積收縮的影響。透過仿真發現，材料改質能有效改善產品收縮。另一方面，逢甲大學團隊也利用Moldex3D進行產品孔徑真圓度預測，并用實驗進行驗證。結果顯示，孔徑收縮的實驗結果和模擬結果高度相符，成功改善產品收縮，并滿足輕量及強度需求。

效益

• 改善收縮22%

• 重量減輕12%，達成輕量化目標

• 滿足結構強度

案例研究

滑塊擋板是吹瓶機中用以連接滑塊軸承并傳送瓶胚的重要零件(圖一)。本案例計劃以塑料射出成型來取代原先的CNC銑床加工，并透過Moldex3D進行流動行為、纖維排向、產品收縮等現象的預測，期望能藉此降低產品的制造成本，并達到輕量化目標。修改后的產品設計如圖二所示。

圖一 本案例之滑塊擋板

圖二 修改后的創新產品設計(a: 2D設計；b: 3D設計)

為了解產品成型過程中可能產生的問題，逢甲大學團隊比對了試片的Moldex3D分析與實驗結果，并將研究結果應用于實際的產品開發和制造。圖三為產品試片尺寸示意圖，因其圓孔設計用于連結滑塊軸承，故孔徑真圓度相當重要。澆口位置包括接近圓孔與遠離圓孔等設計(如圖四所示)；接下來將觀察澆口位置對孔徑真圓度與收縮特性之影響。

圖三 具圓孔設計的試片

圖四 不同澆口位置設計

為了確認產品結構強度是否滿足需求，透過Moldex3D預測產品在纖維補強后對的體積收縮和真圓度，結果顯示仿真結果與實驗相符(圖五)。

圖五 Moldex3D仿真與實驗的產品體積收縮比較

結果

透過Moldex3D的協助，逢甲大學團隊成功讓產品減輕超過12%的重量，達到輕量化目標(圖六)，并發現纖維補強可使產品達到所需的結構強度。此外也使產品收縮改善22%，確保孔徑真圓度。

圖六 產品重量比較