剪切生熱的案例
Moldex3D模流分析之專業ISO17025認證實驗室優質的材料量測
圖片1：ISO17025證書和材料量測實驗室
彈性且客制化的量測方案
我們專業的材料人員和實驗室技術人員采用多種先進分析技術，為您提供詳盡的材料數據，包含流變特性、PVT、熱性質與機械性質，以及進階材料特性如結晶性和黏彈性等量測數據。我們深知材料性質對CAE質量的重要性，也明白每項項目都有其獨特性，無論您需要盡快取得數據或其他特定需求，我們能提供客制服務，打造符合您目標需求的量測方案。
Thermoplastic
Thermoset
利用數字分身校正量測數據
我們的實驗室開創一種數字分身技術來考慮黏度量測中發生的剪切生熱效應。為了準確測量流體的真實黏度，必需校正剪切生熱所引起的溫度上升，這對非牛頓流體而言尤其重要，因為其黏度會隨剪切率大幅變化。
圖片2：數字分身校正量測數據示意圖
圖片3：經數字分身校正量測數據，提高數據準確性
材料數據優化及成型性質機臺驗證
在Moldex3D成型技術研究中心，我們的射出機配備高精度模具以及多個溫度和壓力傳感器在模穴內，有助于驗證模擬分析中的材料特性，藉由比較模擬結果與從成型件上獲得的數據，我們可以驗證如黏度、熱傳導系數和收縮等材料特性，確保在模擬分析中所用的材料能準確地反應出實際材料特性。
圖片4：Moldex3D成型技術研究中心
展開 Moldex3D模流分析之四面體網格
如此一來，便可更準確模擬在模穴邊界由剪切生熱現象所導致的溫度升高。再者，亦可更加準確地預測填充、壓力曲線等的分析結果。三種網格生成法的詳細比較會于本章節結尾的表格中列出。
四面體網格自動生成和 CAE 溫度分布
BLM 和 CAE 溫度分布
不同網格生成法之間的比較
針對射出成型的 CAE 分析，塑件厚度方向之間的元素圖層數目非常重要，因為他決定著分析結果的分辨率。以厚度方向的溫度分布來當做范例。下圖顯示實際的厚度溫度分布。由于剪切生熱現象，模穴壁面附近的溫度會快速上升，且會在塑件的中央附近緩慢降溫。
較高的元素分辨率可讓仿真結果更接近實際結果。此外，建立的元素圖層越多，元素的分辨率越好。因此，擁有足夠的圖層數目是取得準確模擬結果的關鍵。
厚度方向之間的溫度分布
展開 Moldex3D模流分析之競流效應預測
功能
? 預測3D噴泉流現象，慣性現象，剪切生熱效應等等
? 預測縫合線/包封位置，除去或最小化此流動問題
? 預測射出壓力及評估鎖模力之需求
? 評估流道配置設計及類型，以達成流道平衡
? 優化澆口位置與大小，避免產生縫合線并達到充填平衡
? 優化充填階段的加工條件，如射出時間、熔膠溫度、螺桿速度數據…等等
? 支持模擬多穴模具(Multi-mold)或成套制品模具(Family-mold)的充填過程
? 支持模擬多材質射出成型(Multi-component Molding)，包含嵌入射出(Insert Molding)及多射依序射出成型(Multi-shot Sequential Molding)等。(以上模擬必須配備Moldex3D MCM 模塊 )
特色
表面缺陷預測
? 縫合線預測
? 包封預測
? 遲滯(Hesitation)或競流效應預測等
逃氣設定與澆口位置 (精靈模式)
? 從充填流動驗證逃氣設計可靠度
? 可以指定初始氣壓
? 單/多澆口快速建議適當位置
? 可指定使用澆口或非澆口的進膠區域
冷流道 & 熱流道
? 預測流道設計平衡性
? 預測剪切生熱效應
? 可評估閥門澆口開關的順序
多材質射出成型模塊 (MCM)
? 模擬嵌件成型及多射依序成型
? 預測不同材料的翹曲和冷卻
? 評估熱和纖維對嵌件的影響
? 檢測潛在的型芯偏移和重熔問題
? 支持正交材料計算
? 更多功能請參考MCM
展開 Moldex3D模流分析之遲滯(Hesitation)或競流效應預測
功能
? 預測3D噴泉流現象，慣性現象，剪切生熱效應等等
? 預測縫合線/包封位置，除去或最小化此流動問題
? 預測射出壓力及評估鎖模力之需求
? 評估流道配置設計及類型，以達成流道平衡
? 優化澆口位置與大小，避免產生縫合線并達到充填平衡
? 優化充填階段的加工條件，如射出時間、熔膠溫度、螺桿速度數據…等等
? 支持模擬多穴模具(Multi-mold)或成套制品模具(Family-mold)的充填過程
? 支持模擬多材質射出成型(Multi-component Molding)，包含嵌入射出(Insert Molding)及多射依序射出成型(Multi-shot Sequential Molding)等。(以上模擬必須配備Moldex3D MCM 模塊 )
特色
表面缺陷預測
? 縫合線預測
? 包封預測
? 遲滯(Hesitation)或競流效應預測等
逃氣設定與澆口位置 (精靈模式)
? 從充填流動驗證逃氣設計可靠度
? 可以指定初始氣壓
? 單/多澆口快速建議適當位置
? 可指定使用澆口或非澆口的進膠區域
冷流道 & 熱流道
? 預測流道設計平衡性
? 預測剪切生熱效應
? 可評估閥門澆口開關的順序
多材質射出成型模塊 (MCM)
? 模擬嵌件成型及多射依序成型
? 預測不同材料的翹曲和冷卻
? 評估熱和纖維對嵌件的影響
? 檢測潛在的型芯偏移和重熔問題
? 支持正交材料計算
? 更多功能請參考MCM
展開 
Moldex3D仿真分析之混合式網格 (Hybrid Mesh)
如此一來，便可更準確模擬在模穴邊界由剪切生熱現象所導致的溫度升高。再者，亦可更加準確地預測填充、壓力曲線等的分析結果。三種網格生成法的詳細比較會于本章節結尾的表格中列出。
四面體網格自動生成和 CAE 溫度分布
BLM 和 CAE 溫度分布
不同網格生成法之間的比較
針對射出成型的 CAE 分析，塑件厚度方向之間的元素圖層數目非常重要，因為他決定著分析結果的分辨率。以厚度方向的溫度分布來當做范例。下圖顯示實際的厚度溫度分布。由于剪切生熱現象，模穴壁面附近的溫度會快速上升，且會在塑件的中央附近緩慢降溫。
較高的元素分辨率可讓仿真結果更接近實際結果。此外，建立的元素圖層越多，元素的分辨率越好。因此，擁有足夠的圖層數目是取得準確模擬結果的關鍵。
厚度方向之間的溫度分布
展開 Moldex3D模流分析之筆電字鍵Family Mold開發與自動化導入
解決方案
Moldex3D Designer BLM在實體網格層數上能夠做有效的剪切生熱評估。
透過Moldex3D應用精準地控制流道直徑、配置以及生產所需的料溫、模溫。
效益
評估產品及模具設計的可行性
解決流動不平衡問題
解決外觀結合線問題
案例研究
目前筆記本電腦鍵盤的鍵位布局可以分為四大語系，分別為US、UK、BZ、JP等四種。以HP為例：紅色圈起處為各語系鍵位布局不同的地方。故一個機種的開發來說，不同大小的按鍵會需要開各式各樣不同穴數的模具套數來因應。如此將造成模具上的管理不便，需要多組人力去進行頻繁的上模、架模、下模、換模等。
其次后續的人工組裝需要相當多人力一顆一顆按壓組裝，這并不符合成本效益。故需結合成套制品模具(family mold)射出成型+自動化組裝來節約人力與機臺成本。
圖1 不同語系鍵盤按鍵尺寸差異(紅框處)
成套制品模具(family mold)需要精確的考慮剪切生熱造成的流動不平衡，且客戶要求使用不同材料進行生產，為了解決上述問題，模流分析勢必不可失的一環，模流分析不僅可以減少實際測試時產生的成本，更可以實現針對問題改善的設計變更驗證，大大降低模具開發及試模成本。
本研究藉由Moldex3D預測不同材料的流動情形，供設計者與生產者評估同一套模具是否套用不同材料的可行性；Moldex3D Designer BLM在實體網格層數上能夠做有效的剪切生熱評估，且可以精準的控制流道直徑、配置、以及生產所需要的料溫、模溫等做精準的預測，以避免成型上可能遇到的問題如流動不平衡、結合線問題。
展開 Moldex3D模流分析之Tetrahedral Mesh
如此一來，便可更準確模擬在模穴邊界由剪切生熱現象所導致的溫度升高。再者，亦可更加準確地預測填充、壓力曲線等的分析結果。三種網格生成法的詳細比較會于本章節結尾的表格中列出。
四面體網格自動生成和 CAE 溫度分布
BLM 和 CAE 溫度分布
不同網格生成法之間的比較
針對射出成型的 CAE 分析，塑件厚度方向之間的元素圖層數目非常重要，因為他決定著分析結果的分辨率。以厚度方向的溫度分布來當做范例。下圖顯示實際的厚度溫度分布。由于剪切生熱現象，模穴壁面附近的溫度會快速上升，且會在塑件的中央附近緩慢降溫。
較高的元素分辨率可讓仿真結果更接近實際結果。此外，建立的元素圖層越多，元素的分辨率越好。因此，擁有足夠的圖層數目是取得準確模擬結果的關鍵。
厚度方向之間的溫度分布
展開 Moldex3D模流分析之流動分析Flow
功能
? 預測3D噴泉流現象，慣性現象，剪切生熱效應等等
? 預測縫合線/包封位置，除去或最小化此流動問題
? 預測射出壓力及評估鎖模力之需求
? 評估流道配置設計及類型，以達成流道平衡
? 優化澆口位置與大小，避免產生縫合線并達到充填平衡
? 優化充填階段的加工條件，如射出時間、熔膠溫度、螺桿速度數據…等等
? 支持模擬多穴模具(Multi-mold)或成套制品模具(Family-mold)的充填過程
? 支持模擬多材質射出成型(Multi-component Molding)，包含嵌入射出(Insert Molding)及多射依序射出成型(Multi-shot Sequential Molding)等。(以上模擬必須配備Moldex3D MCM 模塊 )
特色
表面缺陷預測
? 縫合線預測
? 包封預測
? 遲滯(Hesitation)或競流效應預測等
逃氣設定與澆口位置 (精靈模式)
? 從充填流動驗證逃氣設計可靠度
? 可以指定初始氣壓
? 單/多澆口快速建議適當位置
? 可指定使用澆口或非澆口的進膠區域
冷流道 & 熱流道
? 預測流道設計平衡性
? 預測剪切生熱效應
? 可評估閥門澆口開關的順序
多材質射出成型模塊 (MCM)
? 模擬嵌件成型及多射依序成型
? 預測不同材料的翹曲和冷卻
? 評估熱和纖維對嵌件的影響
? 檢測潛在的型芯偏移和重熔問題
? 支持正交材料計算
? 更多功能請參考MCM
展開 Moldex3D模流分析之塑化模擬
可以評估加熱器的效率是否適合來材料進行塑化，同時避免可能的過熱降解。
-剪切率 – 近螺桿測/近料管側 (Shear Rate – Screw/Barrel)：剪切率過高會導致塑料分子被過度拉扯甚至過度的剪切生熱影響熔膠的質量，在螺桿側也可能導致塑料無法帶向噴嘴處滯留在螺桿表面。
-壓力(Pressure)：溝槽截面的壓力平均值沿螺桿通道的分布，而在螺桿前方近噴嘴側所形成的壓力稱之為背壓(Back Pressure)。當螺桿轉動之時，背壓會讓螺桿緩緩后退并將材料塑化帶往前方形成注塑計量。充分的背壓能夠讓熔膠充分混和性質均勻，但太多的話會影響計量效率。
-剪切應力 - 近螺桿測/近料管側 (Shear Stress – Screw/Barrel)：與剪切率結果項類似，剪切應力是由熔膠在料管中被塑化推進時的剪切行為衍生的應力項。
-固體床比例 (Solid Bed Ratio)：未熔解的塑料占整個螺桿通道的百分比，所以當值為0時代表塑料在被推著通過螺桿的給料、壓縮與計量段后已全都成液態，也代表塑化功能正常運作。
-相對未熔化比 (Relative Un-melted Ratio)：溝槽截面整體單位時間，流過的塑料中未熔化的比例，與固體床比例相同可用來檢測塑化能力。
此XY曲線表示了在特定螺桿位置兩齒之間性質的平均值沿溝槽深(高)度方向分布。X軸為結果數值的變化而Y軸為溝槽從螺桿至料管側的位置。
-溫度(Temperature)：塑料主要是被料管上的加熱片加熱但因為螺桿轉動時流動的剪切生熱又會更進一步升溫。 足夠的溫度能夠幫助材料塑化，但溫度太高則會導致塑料降解。
-剪切率(Shear Rate)：過高的剪切率可能會導致材料過過度拉扯或者因剪切而升溫進而影響塑料的質量。隨著溝槽中的位置不同，溫度與速度等性質也不同，而理所當然的剪切率也會變化。
展開 Moldex3D模流分析之Plasticizing
可以評估加熱器的效率是否適合來材料進行塑化，同時避免可能的過熱降解。
-剪切率 – 近螺桿測/近料管側 (Shear Rate – Screw/Barrel)：剪切率過高會導致塑料分子被過度拉扯甚至過度的剪切生熱影響熔膠的質量，在螺桿側也可能導致塑料無法帶向噴嘴處滯留在螺桿表面。
-壓力(Pressure)：溝槽截面的壓力平均值沿螺桿通道的分布，而在螺桿前方近噴嘴側所形成的壓力稱之為背壓(Back Pressure)。當螺桿轉動之時，背壓會讓螺桿緩緩后退并將材料塑化帶往前方形成注塑計量。充分的背壓能夠讓熔膠充分混和性質均勻，但太多的話會影響計量效率。
-剪切應力 - 近螺桿測/近料管側 (Shear Stress – Screw/Barrel)：與剪切率結果項類似，剪切應力是由熔膠在料管中被塑化推進時的剪切行為衍生的應力項。
-固體床比例 (Solid Bed Ratio)：未熔解的塑料占整個螺桿通道的百分比，所以當值為0時代表塑料在被推著通過螺桿的給料、壓縮與計量段后已全都成液態，也代表塑化功能正常運作。
-相對未熔化比 (Relative Un-melted Ratio)：溝槽截面整體單位時間，流過的塑料中未熔化的比例，與固體床比例相同可用來檢測塑化能力。
此XY曲線表示了在特定螺桿位置兩齒之間性質的平均值沿溝槽深(高)度方向分布。X軸為結果數值的變化而Y軸為溝槽從螺桿至料管側的位置。
-溫度(Temperature)：塑料主要是被料管上的加熱片加熱但因為螺桿轉動時流動的剪切生熱又會更進一步升溫。 足夠的溫度能夠幫助材料塑化，但溫度太高則會導致塑料降解。
-剪切率(Shear Rate)：過高的剪切率可能會導致材料過過度拉扯或者因剪切而升溫進而影響塑料的質量。隨著溝槽中的位置不同，溫度與速度等性質也不同，而理所當然的剪切率也會變化。
展開 Moldex3D模流分析之料管和噴嘴模擬
此外，隨著熔膠流至狹窄的噴嘴時，劇烈的剪切生熱將加熱材料。如圖二所示，原本料溫為190℃的材料在通過噴嘴時溫度上升到了195℃，噴嘴內壁也可看到一層較高溫的分布。位于料管后端的塑料有較長的距離會受到剪切生熱的影響，而當這些較高溫的塑料向前流動，從噴嘴進入模穴的塑料溫度就會隨著時間升高，如圖三。若沒有考慮來自料管與噴嘴的影響，則這些差異都將造成模擬與現實的差距。
圖二 料管與噴嘴溫度分布圖
圖三 噴嘴溫度隨時間分布圖
透過Moldex3D，使用者可以藉由建立Nozzle Zone來模擬真實螺桿壓動熔膠的行為。有了此項技術，材料的比容在料管中受到壓縮影響，進而影響射壓的現象即可被模擬呈現。由圖四可以看出，在進澆口處的流率由于材料壓縮的影響，明顯小于螺桿尖端處的流率。壓縮性越好的材料，兩處的流率差異會越明顯。正確的流率可以改善在模擬中模穴填飽時間及VP切換點過早的問題。由圖五可看出，進澆口與螺桿尖端間存在著約5MPa的壓力差。若不考慮料管與噴嘴，則此5MPa的壓力就無法呈現，模擬的射壓就會低于實際的射壓。
圖四 料管壓縮造成的流率變化
圖五 進澆口壓力與射出壓力
模擬與實驗的短射比較如圖六，在三個不同的行程下實驗與模擬都有很好的一致性。射壓的比較如圖七，實驗的壓力峰值為846 Bar，而模擬則為845 Bar，兩者已經非常接近。此案例的保壓切換點被設計在處于近乎滿模但又不至于因為過晚導致射壓沖高的位置，因此適合用來驗證模擬的精確度。由圖七(b)可以看出在到達VP切換點的瞬間，模擬的射壓沒有因為提早滿模而沖高，且與實驗值十分接近。證實材料在料管與噴嘴的流動確實對于其在模穴內的行為有不少的影響。
展開 
Moldex3D模流分析Mesh參考資料之三重網格生成法之間的差異
如此一來，便可更準確模擬在模穴邊界由剪切生熱現象所導致的溫度升高。再者，亦可更加準確地預測填充、壓力曲線等的分析結果。三種網格生成法的詳細比較會于本章節結尾的表格中列出。
四面體網格自動生成和 CAE 溫度分布
BLM 和 CAE 溫度分布
不同網格生成法之間的比較
射出成型 CAE 分析中的邊界層 (Boundary Layer in Injection Molding CAE Analysis)
針對射出成型的 CAE 分析，塑件厚度方向之間的元素圖層數目非常重要，因為他決定著分析結果的分辨率。以厚度方向的溫度分布來當做范例。下圖顯示實際的厚度溫度分布。由于剪切生熱現象，模穴壁面附近的溫度會快速上升，且會在塑件的中央附近緩慢降溫。
較高的元素分辨率可讓仿真結果更接近實際結果。此外，建立的元素圖層越多，元素的分辨率越好。因此，擁有足夠的圖層數目是取得準確模擬結果的關鍵。
厚度方向之間的溫度分布
網格品質定義 (Mesh Quality Definition)
網格品質概觀
一般而言，有四個評估實體網格質量的條件：展弦比 (Aspect Ratio)，歪斜率 (Skewness)，正交度 (Orthogonality) 和平滑度 (Smoothness)。展弦比是評估每一個元素質量的重要條件。而歪斜率、平滑度，以及正交度，會預測相同內面的兩個相鄰元素的質量。下方為品質定義。
三角形(元素)的展弦比(Aspect Ratio)
三角形的展弦比定義為 (2Ri)/Ro，Ri 是三角形內切圓的半徑；Ro 是三角形外接圓的半徑。三角形的展弦比介于 0 與 1 之間。展弦比越大表示三角形的質量越好。三角形若有零維度的區域，展弦比為 0。若是正三角形，展弦比 1。
展開 Moldex3D模流分析之如何在Studio中建立BLM網格
?撒點時的最小段數：需要依據屬性及位置確保不同的撒點段數：
?特殊制程的模擬需要更高的邊界層數
對于有纖維強化材料、高黏滯生熱、高剪切生熱或特殊制程模塊(Solution Add-Ons)，建議使用較高的邊界層數(由預設的3至最高的5)。
2、流道實體網格生成的限制
流道實體網格在Studio BLM下的限制基本與eDesign一樣，除了多了下面數項：
?不支持混合使用線定義流道與BREP (CAD)流道
?不支援STL流道
?不支持BREP (CAD)流道的對稱設置
Moldex3D模流分析之塑化、纖維
可以評估加熱器的效率是否適合來材料進行塑化銅是避免可能的過熱降解。
-剪切率 – 近螺桿測/近料管側 (Shear Rate – Screw/Barrel)：剪切率過高會導致塑料分子被過度拉扯甚至過度的剪切生熱影像熔膠的質量，在螺桿側也可能導致塑料無法帶向噴嘴處殘滯留在螺桿表面。
-壓力(Pressure)：溝槽截面的壓力平均值沿螺桿通道的分布，而在螺桿前方近噴嘴側所形成的壓力稱之為背壓(Back Pressure)。當螺桿轉動之時，背壓會讓螺桿緩緩后退并將材料塑化帶往前方形成注塑計量。充分的背壓能夠讓熔膠充分混和性質均勻，但太多的話會影響計量效率。
-剪切應力 - 近螺桿測/近料管側 (Shear Stress – Screw/Barrel)：與剪切率結果項類似，剪切應力是由熔膠在料管中被塑化推進時的剪切行為衍生的應力項。
-固體床比例 (Solid Bed Ratio)：未熔解的塑料占整個螺桿通道的百分比，所以當時值為0時代表塑料在被推著通過螺桿的給料、壓縮與計量段后已全都成液態，也代表塑化功能正常運作。
-相對未熔化比 (Relative Un-melted Ratio)：溝槽截面整體單位時間，流過的塑料中未熔化的比例，與固體床比例相同可用來檢測塑化能力。
2. 沿溝槽深度方向 (Profile Across Channel)
此XY曲線表示了在特定螺桿位置兩齒之間性質的平均值沿溝槽深(高)度方向分布。X軸為結果數值的變化而Y軸為溝槽從螺桿至料管側的位置。
-溫度(Temperature)：塑料主要是被料管上的加熱片加熱但因為螺桿轉動時流動的剪切生熱又會更進一步升溫。 足夠的溫度能夠幫助材料塑化，但溫度太高則會導致塑料降解。
展開 Moldex3D模流分析之塑化效應分析
特色
? 真實環境模擬：機臺響應、塑化效應、進階熱澆道
? 進階物理分析：應力與粘彈性
? 特殊應用： 光學分析與模內裝飾分析
功能
機臺響應
? 使用機器響應來最小化真實機器響應（電動/液壓）和模擬參數設定之間的差距。
? 機臺特性分析定是通過一系列的螺桿轉速和注射壓力實驗可以收集機器響應數據，然后傳輸到機器響應報告和數據文件（.mmip）以進行更準確的模擬。
? 更多信息請參考機臺特性分析服務
塑化效應分析
? 模擬塑化過程在料管內的行為，估計螺桿的塑化能力。預測固體床比率、塑化時間、溫度變化
? 提供更真實的澆口熔膠狀態，以實現更好的射出模擬。
進階熱澆道
? 穩態熱流道功能(HRS, hot runner steady)可快速預測熱流道的系統壓降、多模穴溫度分布、剪切生熱現象、熱嘴澆口出口流率，判斷家族式模穴流動平衡
? 進階熱流道(AHR)可仿真真實熱膠道系統，包括熱嘴、加熱線圈、襯套、分流板、閥針等組件，提供模具之動態溫度分布，預測熱流道系統在模座系統中的溫度控制與熱散溢等因素的的綜合表現，進而使模擬的熱流道的熔膠溫度更符合實際情境
? 支持閥針 (Pin Movement)建立：熱澆道閥式澆口進行時序控制(SVG, Sequence Valve Gate Control)技術的應用是相當普遍的，閥針的作動位置與速度控制對產品的質量與外觀有著顯著的提升，藉由動態閥針的仿真可以更深入的探討閥針作動與熔膠的交互影響。
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