發(fā)泡射出成型簡介 (FIM)

自1980年代早期由麻省理工學(xué)院（MIT）的Dr. Nam Suh與協(xié)力者發(fā)明發(fā)泡批次加工技術(shù)后，發(fā)泡技術(shù)便大量應(yīng)用于發(fā)泡制程中。而發(fā)泡技術(shù)在往復(fù)螺桿式射出成型機臺的應(yīng)用，則在1998年由Trexel與Engel創(chuàng)建。

關(guān)于此技術(shù)，有四項步驟：

(1)氣體溶解（Gas dissolution）－ 超臨界流體（Supercritical fluid, SCF）射入料管，在高壓下與熔膠形成單相熔體。

(2)成核（Nucleation）－ 當(dāng)熔膠通過噴嘴射入模穴內(nèi)時，因急速的壓力降而形成大量的成核點。

(3)氣泡成長（Cell growth）－ 氣泡成長與合并發(fā)生在成型階段時。

(4)成形（Shaping）－ 最終塑件會在模具內(nèi)固化而成形。

下圖簡述了發(fā)泡技術(shù)的基礎(chǔ)概念。在整體塑件中，如何控制熱力學(xué)不穩(wěn)定的狀態(tài)（透過溫度與壓力變化）以得到良好且均勻的微細氣泡是相當(dāng)重要的議題。

注意：MuCell?是Trexel, Inc. 的注冊商標(biāo)。

Moldex3D發(fā)泡射出成型模塊功能導(dǎo)覽

Moldex3D發(fā)泡射出成型模塊能協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計師仿真微細發(fā)泡射出成型制程，同時，能模擬熔膠在射出過程中充填模穴時氣泡成核與成長的行為。該模塊提供了氣泡數(shù)量密度分布及氣泡尺寸分布等分析結(jié)果，透過模擬此項復(fù)雜的制程，使用者能更有效率得到最佳加工參數(shù)，并預(yù)防設(shè)計時間時的制程困難。

Moldex3D也提供抽芯（或稱可膨脹模具或機構(gòu)式模具）的特殊發(fā)泡射出成型技術(shù)的模擬。抽芯技術(shù)與射出壓縮成型相反，在射出成型過程中，取代在壓縮之前部分充填模穴，抽芯技術(shù)在公模側(cè)被推回之前會100%充填模穴。

注意：Moldex3D發(fā)泡射出成型模塊支持Solid與eDesign網(wǎng)格模型。

1. 前處理

Moldex3D發(fā)泡射出成型模塊只支持Solid網(wǎng)格項目。其前處理階段的步驟與基本模塊的相似：

步驟1：建立新項目。

步驟2：產(chǎn)生網(wǎng)格模型。

步驟3：建立新組別。

步驟4：執(zhí)行分析。

以下將列出特定步驟的操作說明。

網(wǎng)格產(chǎn)生之抽芯技術(shù) (Core-back)

抽芯（Core-back）技術(shù)如下：

針對抽芯分析，使用者能透過Moldex3D Mesh建立幾何模型。相關(guān)步驟信息可參閱射出壓縮成型的操作說明。移動表面（Moving Surface）需在建立模型的網(wǎng)格時進行設(shè)定。若設(shè)定了移動表面，將顯示在項目中。

2. 開始分析

以下將列出特定步驟的操作說明：

1.  建立新項目

第一步開啟Moldex3D Studio，選擇新增建立新項目，第二步按下確定。

在第三步，選擇發(fā)泡射出成型（Foam Injection Molding）分析。

 2.  建立新組別

1. 加工精靈

 項目設(shè)定 (Project Settings)

在項目設(shè)定（Project Settings）的標(biāo)簽：

可于Moldex3D加工精靈的窗口進行制程設(shè)定。

設(shè)定模式選擇CAE模式（CAE mode）或射出機臺設(shè)定界面1（由多段設(shè)定）（Machine mode 1 (by profile)）。如果選擇機臺模式1（依配置），機臺設(shè)定（Machine Settings）的下拉式選單將顯示更多細節(jié)，進行設(shè)定以提升模擬準(zhǔn)確度。在此案例中，將對射出機臺設(shè)定界面1（由多段設(shè)定）設(shè)定進行說明：

從射出機設(shè)定的下拉式選單中選擇新增（New）。

在Moldex3D射出機臺的列表中選擇一項機臺，點擊加入至自定義數(shù)據(jù)庫（Add to User Bank）并將所選的機臺加入至用戶數(shù)據(jù)庫中。如果默認的機臺信息不是適合的使用設(shè)定，點擊以修改其詳細信息。

 充填／保壓 (Filling / Packing)

其設(shè)定步驟與傳統(tǒng)射出成型的完全相同。請參閱前述的充填／保壓設(shè)定步驟。

 發(fā)泡 (Foaming Settings)

應(yīng)詳細輸入兩項發(fā)泡設(shè)定的信息：射出重量控制由體積百分比、射出體積、射出重量百分比與螺桿位置，每項設(shè)定的說明如下：

射出重量控制由：重量減少可依體積百分比（%）、射出體積（cm³）、射出重量百分比(%)或螺桿位置（mm）設(shè)定。

初始氣體濃度：初始氣體濃度可設(shè)定為氣體劑量總數(shù)（Gas dosage amount）（wt %）、氣體飽和壓力（Gas saturation pressure）（MPa）或化學(xué)發(fā)泡劑 (Chemical blowing agent) （wt %）。

點擊化學(xué)發(fā)泡劑，則可以詳細輸入化學(xué)發(fā)泡劑之劑量，每項設(shè)定說明如下

CBA劑量總數(shù)：欲輸入之CBA劑量（wt %），于此設(shè)定。

反應(yīng)產(chǎn)生總氣體量：每克的CBA完全反應(yīng)后產(chǎn)生的總氣體量 （cc/g）。

主要氣體(N2/CO2)含量：主要氣體中N₂/CO₂含量 （%）。

備注：有兩類的CBA，吸熱和放熱化合物。吸熱CBA吸收熱分解反應(yīng)中的熱能，主要釋放反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂，常見的吸熱CBA是碳酸氫鈉和碳酸氫鋅；另一種CBA是放熱化合物，主要釋放由反應(yīng)產(chǎn)生的N₂，常見的放熱CBA是偶氮甲酰胺。

點擊進階設(shè)定 (Advanced Setting)，發(fā)泡進階設(shè)定的對話框?qū)?，以設(shè)定發(fā)泡成型的持續(xù)時間（Duration time）。

關(guān)于冷卻分析的設(shè)定，請參閱傳統(tǒng)射出成型的手冊說明。

2. 計算參數(shù)

在計算參數(shù)的充填／保壓（Flow/Pack）標(biāo)簽中，點擊進階選項（Advanced Options for filling/packing solver）以輸入更詳細的發(fā)泡模擬參數(shù)，包含氣體類型、氣泡成長模型、材料特性及成核參數(shù)。用戶接口如下列所述。

使用者能選擇N2、CO2或Others作為氣體類型（Gas type）。Moldex3D提供N2于不同塑料的熔解度默認值。舉例來說，N2/PP（氣體／塑料）的預(yù)設(shè)熔解度為4e-011[mol/cm³ Pa]，而N2/ABS的預(yù)設(shè)熔解度為1.6e-011 [mol/cm³ Pa]。但對于CO2與Others氣體而言，預(yù)設(shè)熔解度皆為1.15e-010 [mol/cm³ Pa]。另外，亦可手動輸入預(yù)設(shè)之外的氣體－塑料組合的材料特性與參數(shù)。

Moldex3D支持多種氣泡成長模型，用戶能針對特定的氣體／塑料系統(tǒng)，從下拉式選單中選擇適用的模型。

注意：材料特性包含塑料分子重量、氣體擴散系數(shù)、氣體溶解度參數(shù)及表面張力。成核參數(shù)則包含修正系數(shù)f0與氣泡生成門坎（Jt）。

在計算參數(shù)的充填／保壓（Flow/Pack）標(biāo)簽中，點擊進階選項，將會顯示數(shù)據(jù)編輯。

注意：射出時間 = 充填時間+保壓時間；發(fā)泡持續(xù)時間=冷卻時間(默認值)

這些設(shè)定完成后即可進行分析。返回 Moldex3D Studio，點擊完整分析（Full analysis）－C/F/P/C/ W儲存后并選擇開始分析（Run now）。將會出現(xiàn)工作監(jiān)控器，顯示實時的計算狀態(tài)。