作品大綱

要達到期望的產品質量并符合公差需求，翹曲預測至關重要；對纖維強化塑料來說尤其如此。考慮材料黏彈性對于翹曲的影響，其重要性與應用程度也漸趨普及。在本研究中，Moldex3D用于研究黏彈性對翹曲分析的影響。藉由開發一種建立纖維強化塑料非等向性黏彈行為的方法，同時進行實驗驗證，利用含肋條的實驗模及3D掃描進行。結果顯示，正確的黏彈模型與量測方法對描述翹曲行為是不可或缺的。

挑戰

• 須開發一個可仿真產品翹曲并進行實驗驗證的系統

• 了解翹曲仿真中黏彈性的重要性

• 研究如何在實際產品中降低翹曲

解決方案

利用Moldex3D進行完整的瞬時分析，透過標準翹曲及含有黏彈的翹曲求解器獲得翹曲預測值，最后透過來自GOM GmbH的ATOS Triple Scan III 3D掃描來比對軟件的翹曲預測結果。

效益

• 引入黏彈后，產品最大翹曲量值預測正確性在不含纖材料上提升520%，在含纖材料上則提升78%

• 判別影響翹曲的重要因子

• 省下試誤法的開發成本

案例研究

本項目由曾在Moldex3D總部實習的博士生Philipp Siegfried Stelzer與奧地利的高分子產品工程學系(Institute of Polymer Product Engineering)的Major教授，以及德國Polyplastics Europe GmbH公司共同研究完成。

若要確保產品質量，正確的翹曲預測是必要的。為了準確模擬預測翹曲的趨勢和量值，則首先要先掌握材料特性。本項目目的即為驗證材料的黏彈性對于翹曲預測的影響。

在基準檢驗中使用兩種材料，包括純PBT熱塑性高分子材料，以及含30%短纖維的PBT。本項目包含原料的全面量測，以獲得材料的熱流變及機械性質，而這些皆為進行Moldex3D仿真時所必須的信息。接著進行動態機械熱分析(DMA)，利用Prony級數來擬合并產生黏彈性模型的校正主曲線。用于此測試的組件為一射出成型的肋條箱，并以ATOS Triple Scan III設備來進行3D掃描，驗證仿真結果。

模擬中以Moldex3D BLM網格來準備模型，冷澆道和冷卻水路皆依照實體來建造。同時在模型中放置21個量測節點，以驗證Z方向翹曲量值(圖一)。

圖一 測試組件的仿真模型

再來須以Moldex3D標準翹曲模塊來進行瞬時分析(Ct-F-P-Ct-W)，并用進階翹曲求解器來預測變形行為。首先使用標準翹曲求解器來模擬純PBT，由于未考慮黏彈性，因此無法準確預測出產品的翹曲趨勢。在改用納入黏彈性考慮的進階求解器之后，便成功捕捉到較實際的翹曲結果。另一方面，在纖維強化塑料的部分，標準求解器和和進階求解器皆可預測出準確的翹曲現象，原因是非等向性材料特性，使得流動產生的纖維配向，會主導翹曲行為(圖二)。然而從中也可看到，若考慮黏彈性，仍可顯著提高其Z方向變形絕對量值的準確性(圖三)。

圖二 纖維強化塑料的非等向性

圖三 兩種PBT材料的翹曲預測驗證結果

結果

透過此研究，證實在模擬中考慮材料的黏彈性，是至關重要的。Moldex3D在納入考慮黏彈性之后，不管是預測純塑料或纖維強化塑料，都能提升翹曲預測結果準確性。