大綱

CIS（影像接觸式感光器，Contact Image Sensor）是掃描機結構中的一項重要組件。光寶科技發現，CIS支架與玻璃組裝后，在產品的運送過程中，殘余應力釋放會導致CIS支架變形，進而造成與玻璃脫膠問題。為解決此問題，光寶科技借助模流分析軟件Moldex3D Advanced解決方案和FEA接口功能模塊，以及結構分析軟件LS-DYNA，找出制程中產生的殘余應力對產品變形的影響。經改良射出制程之后，光寶科技成功在預期時間內制造出零缺陷產品。

挑戰

? 長條形產品容易產生流動不平衡現象

? 變形范圍為須控制在水平方向0.4mm以內、垂直方向0.8mm以內

? CIS支架變形將導致產品脫膠

解決方案

藉由Moldex3D FEA接口功能整合LS-DYNA，光寶科技無須支出試模成本，即完成進澆位置及成型條件優化，成功降低產品翹曲量。

效益

? 解決了流動不平衡問題

? X軸變形量減少了50% (由0.34mm降低至0.17mm)

? 解決產品脫膠問題

? 達到產品質量高精度

案例研究

掃描機的CIS支架通常需要高精密度，為達到此目標，光寶科技結合Moldex3D和LS-DYNA來改善CIS支架的尺寸穩定度，并確保成型后的產品變形量在容忍范圍內。

圖一 掃描機CIS支架(紅框處)

光寶科技以Moldex3D Advanced解決方案針對產品原始設計，仿真傳統射出制程的成型條件。結果顯示產品有局部流動不平衡和體積收縮的問題，存在變形風險。在充填至99.9%的階段時，未充填區域的充填時間比已充填區域還要慢了0.7秒(圖二)。原始設計的澆口數量使壓力集中在進澆口附近，導致過高的體積收縮率(圖三)。在冷卻階段，高度收縮的區域可能會產生氣孔或凹痕生。由于本案例的產品對外觀精度要求極高，因此翹曲變形成為亟需解決的問題。

圖二 充填99.9%時的流動波前

圖三 原始設計橫切面的體積收縮情形

為了將流動不平衡降低，并改善翹曲問題，光寶科技變更了澆口設計：移除了最中心的澆口(圖四)，外側的澆口也向外移動40mm。根據Moldex3D的模擬結果(圖五)，變更后的設計可有效改善翹曲位移情形。

圖四 設計變更模型

圖五 設計變更后的X軸變形

接下來，光寶科技以實驗驗證模擬結果。如圖六所示，模擬分析及實驗結果都指出原始設計有明顯變形。相較之下，設計變更后的產品(圖七)則沒有明顯的收縮區域，翹曲問題已獲得大幅改善。經由實驗證明，Moldex3D的模擬結果與實際試模高度吻合。

圖六 原始設計的實際試模(左)與仿真結果(右)產品變形狀況比較

圖七 設計變更后的實際試模(左)與仿真結果(右)產品變形狀況比較

Moldex3D可以將模流分析結果對應到結構分析軟件中，再進行產品組裝的結構分析。光寶科技以LS-DYNA進行結構分析，便可以線性彈性分析組裝過程引起的變形和應力殘留(圖八)。原始設計中，CIS支架變形會對玻璃結構施加壓縮力，導致玻璃脫膠。優化設計后，將可減少約75%的殘余應力。

圖八 玻璃結構與CIS支架組裝后，原始設計(左)與設計變更(右)的應力變化比較

結果

藉由Moldex3D與LS-DYNA的結合，可以準確預測產品的翹曲情形。Moldex3D FEA接口功能模塊將模流分析獲得的纖維配向、熱機械性質、殘余應力等分析信息輸出到LS-DYNA，讓結構分析可以完整考慮射出制程中產生的材料屬性變化，而得到更可靠的分析結果。光寶科技因此成功在兼顧成本效率的情形下，生產出高質量產品，并對于塑料產品設計和制造更具信心。