大綱

多材質射出成型(MCM)雖已在產業應用數十載，但由于其復雜的材料和制程特性，導致產品的研發流程非常不容易控管。本案例中，云科大團隊研究由包覆射出成型拓展至共射出成型，以找出翹曲變形的物理機制。在多材質包覆成型制程中，不均勻的體積收縮、積熱和散熱等因素，可能造成內凹或外擴等不同方向的翹曲，因此必須要加以控制翹曲量。另外在共射成型中，翹曲情形受到核心料穿透距離影響甚巨。若核心料穿透距離大于臨界值，就能夠大幅改善翹曲情形。藉由Moldex3D模流分析軟件的幫助，云科大成功優化制程條件，并解決了翹曲問題，有助于未來多材質共射成型的研究。

挑戰

• 控制共射出制程的塑料性質、核心料/皮層料比例和制程參數

• 翹曲問題

• 產品尺寸精度控制

解決方案

透過Moldex3D共射出模塊找出核心料/皮層比率和制程參數，成功控制核心料穿透和翹曲現象

效益

• 改善翹曲量53%

• 減少試模時間和成本

案例研究

本項目目標主要為研究造成翹曲現象的物理機制，改善產品翹曲。為了能夠對共射出成型制程有更深入的研究，云科大團隊決定使用Moldex3D軟件。本案例的產品幾何模型、流道系統和產品尺寸如圖一所示。圖二說明翹曲的變化趨勢：S0是產品設計的原始長度；在Corner A，當S1<S0時，成品呈現內凹現象；在Corner B，當S2<S0，成品也是內凹。S2-S1則是呈現產品的翹曲趨勢。

圖一 產品幾何尺寸

圖二 內凹及外擴定義：(1) 在Corner A，當S1<S0時，成品呈現內凹現象；(2)在Corner B，當S2<S0，成品也是內凹

藉由研究發現，翹曲改善情形與核心料穿透距離有關。如圖三所示，當核心料穿過紅色對角線后，亦即當核心料比率超過20%(中央核心穿透距離超過36 mm)，翹曲就能顯著改善。因此云科大進行了以下的設計變更：(1)調整核心料比率；(2)降低塑料溫度；(3)降低第一射的流率。

圖三 關鍵穿透距離(即澆口至對角線的距離)

透過Moldex3D的模擬驗證，云科大借著提高核心料/皮層料比率，最后成功將產品翹曲從0.792降低至0.378 mm，改善52.7%(圖四)。

圖四 不同核心料比率和控制因素下的S2-S1翹曲結果

結果

Moldex3D共射出模擬結果，讓云科大團隊能夠有效預測共射成型中的核心料穿透行為，順利解決成型問題。實驗結果也證明Moldex3D的預測具有相當高的準確性(圖五)。這項成果對云科大未來的研究計劃有很大的幫助。未來在嘗試使用不同塑料材料的皮層料和核心料，以達到多功能復合結構成品時，也預計導入Moldex3D進行研究。

圖五 產品的熔膠流動波前模擬結果，與實際試模結果相符