大綱

塑料厚件產(chǎn)品的射出成型問題層出不窮，表面凹陷、噴流痕、真空泡等都是常見的瑕疵。此外由于厚件的溫度傳遞效果差，而需要較長的冷卻時間，嚴重影響生產(chǎn)效率。本案例研究一厚度達12mm的塑料光學鏡片產(chǎn)品，利用分層多次射出的概念將成品以B-A-B的形式進行射出成型，藉由Moldex3D多材質(zhì)射出成型(MCM)模塊來分析A 層與B層的厚度改變對冷卻時間及光學性質(zhì)的影響，期望能藉此找到最佳的各層厚度組合，達到高質(zhì)量光學產(chǎn)品并縮短制造周期。

挑戰(zhàn)

• 找到最佳的厚度組合，以縮短冷卻時間

• 透明度、殘留應力等光學條件都達到較佳的結果

解決方案

使用Moldex3D 多材質(zhì)射出成型(MCM)模塊設計產(chǎn)品最適當?shù)母鲗雍穸龋谕s短冷卻時間

效益

• 冷卻時間成功縮短50-60%

• 凹陷量減少了85%

• 設計變更后消除了大部分的殘留應力，并與Moldex3D預測結果符合

案例研究

本案例產(chǎn)品為厚度達12mm的光學鏡片產(chǎn)品(圖一)，希望藉由分層多次射出制程，調(diào)整該產(chǎn)品的各層厚度比例，以達到較佳的光學質(zhì)量并縮短冷卻時間。原始設計面臨了冷卻時間過長的問題，根據(jù)Moldex3D的仿真，要將產(chǎn)品冷卻到頂出溫度，整整需要384秒。此外Moldex3D翹曲分析中也偵測到嚴重的凹痕，是厚件散熱不佳所導致。

圖一 本案例的12mm厚件光學鏡片

為解決此問題，高應大團隊導入了多材質(zhì)射出成型制程。第一射產(chǎn)生厚件的中間層(A層)，第二射則產(chǎn)生上下兩層(B層)，以完成此厚件產(chǎn)品(圖二)。接下來要面對的問題是：每一射所產(chǎn)出的厚度應如何定義？高應大團隊于是提出了4項設計變更，并透過Moldex3D一一模擬驗證，以觀察不同厚度組合的冷卻時間差異。根據(jù)Moldex3D冷卻分析結果，中間層6mm和上下兩層各3mm的產(chǎn)品設計，可以達到最短的冷卻時間─172秒，比原本的冷卻時間縮短了55%(圖三)。

圖二 產(chǎn)品的中間和上下層是由兩次射出產(chǎn)生

圖三 設計修改后，冷卻時間由384秒降為172秒

原始設計的殘留應力量測結果，與Moldex3D光彈條紋分析結果一致(圖四)。接下來進行產(chǎn)品的凹痕及透明度等光學性質(zhì)的檢驗，檢驗結果(圖五)顯示，凹陷量有顯著的改善，并隨著產(chǎn)品上下層的厚度呈等比例變化。而設變的透明度也與原始設計不相上下。

圖四 原始設計的殘留應力量測與Moldex3D光彈條紋分析趨勢相符

圖五 凹陷量及透明度量測結果

結果

Moldex3D預測厚件光學產(chǎn)品冷卻時間和相關光學性質(zhì)的能力，對于改善光學鏡片設計質(zhì)量有很大的幫助。從殘留應力量測的結果也可發(fā)現(xiàn)Moldex3D模擬結果是可靠且貼近真實的。高應大藉由Moldex3D找到優(yōu)化的產(chǎn)品分層厚度組合、縮短了高達55%的冷卻時間，也獲得良好的光學質(zhì)量。