大綱

為了開發(fā)新穎的微細發(fā)泡抽芯制程，生產(chǎn)出更高質(zhì)量且省料的產(chǎn)品，京都大學團隊改良傳統(tǒng)微細發(fā)泡射出成型制程(MuCell?)，調(diào)整了抽芯技術(shù)的部分，觀察該制程參數(shù)對氣泡形態(tài)及最終產(chǎn)品的影響。他們并借助Moldex3D模流分析技術(shù)進行實驗驗證，以Moldex3D MuCell?模擬發(fā)泡制程中難以預測的物理現(xiàn)象，并透過分析進行參數(shù)優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

研究目標

• 以模擬工具左證新制程的實驗結(jié)果

• 改善抽芯技術(shù)的實驗設(shè)計

解決方案

利用Moldex3D模擬MuCell?抽芯制程，從微觀角度了解其氣泡形態(tài)(包括氣泡大小及密度)及產(chǎn)品密度

效益

• 具備發(fā)泡行為預測能力

• 優(yōu)化制程參數(shù)，提升生產(chǎn)質(zhì)量

案例研究

為了生產(chǎn)比傳統(tǒng)發(fā)泡制程膨脹率高的產(chǎn)品，京都大學團隊設(shè)計了新穎的微細發(fā)泡制程。在新的制程中，當模穴充填完成后，經(jīng)過一段延遲時間，會將后側(cè)的模壁拉開一部分，以提供空間讓產(chǎn)品發(fā)泡膨脹。經(jīng)過這項調(diào)整，該抽芯制程將可產(chǎn)出更厚、密度更小的產(chǎn)品，達到省料目的。京都大學團隊首先進行新制程的實驗，并利用Moldex3D MuCell?模塊來驗證其實驗結(jié)果。

本案例研究目的為了解MuCell?抽芯距離、氣體濃度、延遲時間等制程參數(shù)對于氣泡形態(tài)(如氣泡大小及密度)的影響。因此京都大學學者利用Moldex3D微細發(fā)泡解決方案模擬抽芯技術(shù)(圖一)，并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行比較，以驗證模流分析軟件的準確性，以利未來實際應用。

圖一 本案例中所使用的幾何模型

根據(jù)Moldex3D MuCell?模塊的分析結(jié)果，學者可觀察到抽芯距離、氣體濃度及延遲時間等三項制程參數(shù)的影響。首先是抽芯距離的觀察：當抽芯距離越大時，產(chǎn)品的密度會越小(圖二)。當抽芯距離從0mm增加至8mm時，產(chǎn)品密度會減少30%，也就是重量會減輕30%。

圖二 三種抽芯距離(a)2mm、(b)4mm、(c)8mm之下所導致的產(chǎn)品密度分析結(jié)果。
從圖中可看出，抽芯距離越大，產(chǎn)品密度越小

接下來觀察氣體濃度。分析結(jié)果顯示，當氣體濃度越高時，成核速度(即氣泡產(chǎn)生的速度)越快，氣泡的密度就越大(圖三左)，造成最終產(chǎn)出的氣泡直徑越小(圖三右)。最后觀察延遲時間，當塑料分子固化程度越高時，塑料黏度就越高，導致抽芯制程完成后，最終產(chǎn)生的氣泡變小或甚至沒有氣泡。如圖四(左)所示，當延遲時間大于10秒時，氣泡密度便急遽降低；圖四(右)則顯示，當延遲時間大于7秒時，產(chǎn)品幾乎沒有任何氣泡產(chǎn)生。

完成模流分析后，京都大學團隊對照分析結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)。從圖三及圖四可發(fā)現(xiàn)，二者結(jié)果高度吻合。

 圖三 氣泡密度與氣體濃度對照圖(左)及氣泡直徑與氣體濃度對照圖(右)。二者皆顯示模流分析結(jié)果與實驗結(jié)果相符合

圖四 氣泡密度與延遲時間對照圖(左)及氣泡直徑與延遲時間對照圖(右)。二者皆顯示模流分析結(jié)果與實驗結(jié)果相符合

結(jié)果

京都大學團隊透過Moldex3D模流分析，清楚觀察到各項制程參數(shù)對微細發(fā)泡制程的氣泡形態(tài)和產(chǎn)品密度的影響。經(jīng)比較Moldex3D分析結(jié)果和實驗結(jié)果，兩者十分接近(表一)。這些珍貴的分析數(shù)據(jù)將可進一步應用在預測發(fā)泡行為及產(chǎn)品機械性質(zhì)。盡管在實際生產(chǎn)中，氣泡形態(tài)可能更復雜或難以預測，模流分析仍是較經(jīng)濟的工具，協(xié)助提供更真實的氣泡結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果，確保產(chǎn)品質(zhì)量。