發泡射出成型簡介 (FIM)

自1980年代早期由麻省理工學院（MIT）的Dr. Nam Suh與協力者發明發泡批次加工技術后，發泡技術便大量應用于發泡制程中。而發泡技術在往復螺桿式射出成型機臺的應用，則在1998年由Trexel與Engel創建。

關于此技術，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）－ 當熔膠通過噴嘴射入模穴內時，因急速的壓力降而形成大量的成核點。

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

(4)成形（Shaping）－ 最終塑件會在模具內固化而成形。

下圖簡述了發泡技術的基礎概念。在整體塑件中，如何控制熱力學不穩定的狀態（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重要的議題。

注意：MuCell?是Trexel, Inc. 的注冊商標。

發泡射出成型的必要步驟圖解

Moldex3D發泡射出成型模塊功能導覽

Moldex3D發泡射出成型模塊能協助產品設計師仿真微細發泡射出成型制程，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量密度分布及氣泡尺寸分布等分析結果，透過模擬此項復雜的制程，使用者能更有效率得到最佳加工參數，并預防設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式模具）的特殊發泡射出成型技術的模擬。抽芯技術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，抽芯技術在公模側被推回之前會100%充填模穴。

注意：Moldex3D發泡射出成型模塊支持Solid與eDesign網格模型。

1. 前處理 (Pre-processing)

Moldex3D發泡射出成型模塊只支持Solid網格項目。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：產生網格模型。

步驟3：建立新組別。

步驟4：執行分析。

以下將列出特定步驟的操作說明。

網格產生之抽芯技術 (Core-back)

抽芯（Core-back）技術如下：

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

2. 開始分析 (Prepare Analysis)

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，選擇發泡射出成型（Foam Injection Molding）分析。

2. 建立新組別

l 加工精靈 (Process Setting)

項目設定 (Project Settings)

在項目設定（Project Settings）的標簽：

可于Moldex3D加工精靈的窗口進行制程設定。

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

射出機設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據庫（Add to User Bank）并將所選的機臺加入至用戶數據庫中。如果默認的機臺信息不是適合的使用設定，點擊以修改其詳細信息。

l 充填／保壓 (Filling / Packing)

其設定步驟與傳統射出成型的完全相同。請參閱前述的充填／保壓設定步驟。

l 發泡 (Foaming Settings)

應詳細輸入兩項發泡設定的信息：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）設定。

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

點擊化學發泡劑，則可以詳細輸入化學發泡劑之劑量，每項設定說明如下

CBA劑量總數：欲輸入之CBA劑量（wt %），于此設定。

反應產生總氣體量：每克的CBA完全反應后產生的總氣體量 （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吸收熱分解反應中的熱能，主要釋放反應產生的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，主要釋放由反應產生的N₂，常見的放熱CBA是偶氮甲酰胺。

點擊進階設定 (Advanced Setting)，發泡進階設定的對話框將會跳出，以設定發泡成型的持續時間（Duration time）。

關于冷卻分析的設定，請參閱傳統射出成型的手冊說明。

2. 計算參數 (Computation Parameter)

在計算參數的充填／保壓（Flow/Pack）標簽中，點擊進階選項（Advanced Options for filling/packing solver）以輸入更詳細的發泡模擬參數，包含氣體類型、氣泡成長模型、材料特性及成核參數。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）的預設熔解度為4e-011[mol/cm³ Pa]，而N2/ABS的預設熔解度為1.6e-011 [mol/cm³ Pa]。但對于CO2與Others氣體而言，預設熔解度皆為1.15e-010 [mol/cm³ Pa]。另外，亦可手動輸入預設之外的氣體－塑料組合的材料特性與參數。

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，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、氣體溶解度參數及表面張力。成核參數則包含修正系數f0與氣泡生成門坎（Jt）。

在計算參數的充填／保壓（Flow/Pack）標簽中，點擊進階選項，將會顯示數據編輯。

注意：射出時間 = 充填時間+保壓時間；發泡持續時間=冷卻時間(默認值)

這些設定完成后即可進行分析。返回 Moldex3D Studio，點擊瞬時分析－Ct F P Ct W 儲存后并選擇開始分析（Run now）。將會出現工作監控器，顯示實時的計算狀態。