結構發泡注塑成型的案例
想要學習低壓結構發泡注射成型（ME法），收藏這篇文章就夠了！
結構發泡注塑成型是比較新穎的注塑技術，已經發展了很多種結構發泡的注塑成型方法。如：單組分法，雙組分法；低壓法，中壓法，高壓法；還有以許多公司進行研究和試驗而命名的方法，如：BASF法、GE法等等。
結構發泡能制成壁厚在5mm以上或壁厚突變的制品，其制品是一種具有致密的連體發泡材料，其單位重量的強度和剛度比同種未發泡的材料高3~4倍，結構發泡制品不僅抗彎曲剛性高，可減少加強筋，消除壁厚產生的縮痕，而且制品的內部應力集中小，使用過程中不易產生大的變形，還具有機械加工性能好的特點。
這里著重介紹低壓結構發泡成型。
低壓結構發泡注塑又稱ME法，低壓結構發泡注塑方法通常采用化學發泡劑偶氮二甲酰胺或其它化學發泡劑。
結構發泡工藝的優點：
1、 普通注射成型中固有的縮痕問題在結構發泡成型中不存在，因為結構發泡壓實了所有表面；
2、 壁厚截面給予整體結構更好的剛性；
3、 低的注塑壓力使操作者可以同時在一臺機器上使用多套模具，這就使運轉周期被幾個零件平分，降低了成型費用 。
4、 節省材料
結構發泡工藝的缺點：
1、 常情況下，結構發泡最小壁厚為5mm，這樣即使降低密度，成型零件的質量也較大；
2、 成型周期長達3~6min；
3、 對于外觀要求高的地方，漩紋和不一致的表面光潔度需要進行整容加工；
4、 采用結構發泡工藝的低壓注射很難充滿精密結構的細小區域。
低壓結構發泡注塑機的特點：
1、 模板面積大，合模力比普通機低；
2、 注射裝置裝有止逆閥，因此可以使計量和發泡率穩定。
展開 物理發泡注塑成型
物理發泡注塑成型
物理發泡注塑成型常見缺陷解析
物理發泡注塑成型常見缺陷解析
物理發泡注塑成型模具設計全攻略！
模具設計師必看！物理發泡注塑成型模具設計全攻略！
從發泡射出探討塑膠材料輕量化之流動、發泡特性及結構強度之變化
■ 逢甲大學 / 彭信舒 副教授 & 黃柏維 博士
(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.079)
前言
塑膠發泡成型方式可透過熱壓成型、擠出成型和射出成型等方法來進行塑膠發泡產品成型。其中，「塑膠發泡射出」是一種一次性成型方法，具備高生產效率以及穩定產品質量之優點且適用于形狀復雜、尺寸要求嚴格的發泡塑膠制品；除此之外，也是目前業界用以生產結構發泡產品的主要方法之一。在輕量化和環保目標意識的推動下，企業除了選擇替代材料或采用新技術實現輕量化目標外，還必須考慮材料對環境的不利影響。有鑒于物理發泡技術日趨成熟，通過調整工藝參數可以達到理想的效果，有機會取代化學發泡工藝。因此，「塑膠發泡射出成型」已成為備受關注的重要應用技術。
近年來，有許多關于具氣泡結構之塑膠發泡射出成型研究論文與技術報告出現，其目的是利用各種發泡方式，使溶入氣體之熔融塑膠在射出充填過程中，透過氣泡成長，使原料的用量或產品的重量達到原料減量與輕量化之產品設計，并且在產品頂出后能得到較佳之產品質量（包含：改善翹曲變形、改善收縮與凹陷……等缺陷），同時達到縮短成型周期、降低生產成本、提高生產率之目標。為了提高以及加速塑膠發泡射出成型技術產業化應用，氣泡大小、氣泡分布、氣泡密度等相關特性掌握，已成為業者在產品開發階段必須考量的重要因子。
展開 塑料發泡成型技術介紹
塑料發泡成型技術介紹
微細物理發泡成型工藝
微細物理發泡成型工藝
Moldex3D模流分析之轉注成型的化學發泡
化學發泡成型概論
化學發泡成型（Chemical Foaming Molding, CFM）是藉由化學反應產生氣體而達成填滿模穴的成型工藝，聚氨酯(polyurethane, PU)發泡成型為化學發泡成型中最常見的一種。聚氨酯發泡體根據其機械性質可區分為硬質及軟質發泡體兩大類，硬質發泡體為施加載重后會破壞而不能回復者，軟質發泡體則為去除載重后會回復原形，并具可撓性與高彈性。聚氨酯發泡體可應用于汽車工業如儀表板、方向盤、座椅，冷凍工業如冰箱的隔熱層、保溫夾層，制鞋工業如鞋底，與醫療工業如病床床墊、手模等等。聚氨酯樹脂為主要為由含有OH基團的聚酯或聚醚類等多元醇(Polyol)與異氰酸酯 (Isocyanate) 反應而成，藉由此反應可使分子成長，并形成交聯的網狀結構。若原料加入水作為發泡劑，異氰酸酯則與水反應產生CO2并形成多孔隙之聚氨酯發泡體。藉由原料成分或比例配方的改變，可制造出具有不同密度的硬質或軟質聚氨酯發泡體。
聚氨酯發泡成型的基本制程為，將多元醇、異氰酸酯，與水等原料混合均勻后注入模穴。通常注入階段不會完全填滿，接著再藉由發泡膨脹填滿模穴剩余的空間。在此過程中聚氨酯會因化學發泡反應釋出二氧化碳氣體，聚氨酯的黏度也會因交聯反應的進行而不斷升高。同時化學反應導致的放熱效應也會使模內溫度增高，進一步使二氧化碳在相對高溫的狀況下不斷釋入于聚氨酯中，直到模穴內充滿聚氨酯泡沫或聚氨酯完全固化為止。
化學發泡成型制程的挑戰是如何使用較少的原料充滿模穴而不短射。如果注入的原料過少，同時若發泡量也不足或聚氨酯固化速率過快，就會造成短射。但如果注入的原料過多，雖然能充飽模穴但后續的發泡行為會產生大量廢料。藉由化學發泡成型模塊的仿真可以更準確地預測聚氨脂的充填行為與注入原料的優化。
展開 Moldex3D模流分析之PU化學發泡成型
化學發泡成型(Chemical Foaming Molding, CFM)是一種藉由化學反應產生氣體而填滿模穴的成型工藝；聚氨酯(polyurethane, PU)發泡成型則為化學發泡成型中常見的一種。聚氨酯發泡體具可撓性與高彈性，可應用于汽車工業如儀表板、方向盤、座椅；冷凍工業如冰箱的隔熱層、保溫夾層，制鞋工業如鞋底，以及醫療工業如病床床墊、手模等等。
聚氨酯發泡制程中的挑戰是短射現象。如果注入的原料過少，加上發泡量不足或固化速率過快，就會造成短射；但注入的原料過多，雖能充飽模穴，但后續的發泡行為就會產生大量廢料。
Moldex3D PU化學發泡模塊目前支持的聚氨酯發泡制程，透過CAE模擬考慮熔膠在模腔中的固化動力學 (Curing Kinetics)和發泡動力學(Foaming Kinetic)計算。透過聚氨酯發泡模擬分析，使用者能更準確地預測充填和發泡階段的動態行為，并且優化注塑條件與原料注入，改善產品設計。
在Moldex3D的發泡參數設定中，可以控制由熔膠與產生的氣體混合的總澆鑄之體積百分比、射出體積、射出量，決定射出的熔膠量。同時在進階設定中可控制發泡計算的結束時間，以及在分析結果中，使用者可選擇觀看特定的結果，例如：流動波前時間、密度、溫度、轉化率、發泡轉化率、氣泡尺寸大小、氣泡數目與密度，翹曲變形等。
此外有幾項重要因素也會影響發泡結果顯示的行為，包括重力、逃氣設定、不同水(發泡劑濃度)比率、是否使用發泡旋轉成型等。在重力作用下，低黏度PU發泡將會沿著模腔底部流動(圖一)；逃氣位置部分，逃氣間隙可排出空氣并使熔體流動暢通無阻，沒有排氣的區域則會產生壓縮空氣，提高熔膠流動阻力(圖二)；另外，水為主要的發泡劑，水的比率越高則發泡越快速，可縮短填充時間(圖三)。
展開 Moldex3D模流分析之化學發泡成型模塊分析
注：對于計算參數，充填設定步驟與傳統射出成型相同。
5. 后處理
如要檢視化學發泡成型模塊的分析結果，在窗口中展示流域分布圖標。基本步驟如下：
步驟1：從Studio工作區中選擇適合的項目：
•選擇想要的組別。
•在分析結果（Result）中選擇想要的結果。
•選擇特定的結果，例如：流動波前時間、密度、溫度、轉化率、發泡轉化率等。
步驟2：如下圖所示，從顯示工具欄中選擇圖標，在窗口中指定想要的模型特征與組件。下列為范例。
檢視充填階段時的流動波前時間
在后處理的階段，提供充填保壓與冷卻階段時的屬性。例如：為顯示組別1的流動波前時間結果，在Studio樹狀目錄中選擇組別（Run）> 分析結果（Result）> 充填分析（Filling）> 流動波前時間（Melt-front time）。不同充填百分比的結果顯示如下。
檢視充填階段時的多段結果
由于Moldex3D化學發泡成型模塊的充填分析到發泡結束時間；因此充填階段的結果可藉由選擇不同的多段時間點而得，如下圖所示。
化學發泡成型常見結果項
密度：由于發泡反應進行會放出大量氣體，因此隨著充填過程時間增加，密度會愈來愈輕。
溫度：由于發泡反應進行會大量放熱，因此隨著充填過程時間增加，溫度會增加，但若內部溫度高于模溫則溫度會從模壁進行散熱，如下圖切剖面結果。
轉化率：轉化率代表化學交聯反應的程度，轉化率愈高代表產品愈接近固化，溫度愈高轉化速率愈快。
發泡轉化率：發泡轉化率代表化學發泡反應的程度，發泡轉化率愈高代表愈多氣體產生，溫度愈高發泡轉化速率愈快。
展開 關于低發泡塑料注射成型技術的幾個問題
不同的低發泡塑料對模具溫度有不同要求，聚烯烴低發泡注射的塑件表面質量與模溫關系不大，而聚苯乙烯和ABS等低發泡注射成型的塑件表面質量受模溫影響較大。一般情況下，聚烯烴低發泡注射成型模溫可在30～40℃內選擇，聚苯乙烯和ABS低發泡注射成型模溫可在30～65℃內選擇。
低發泡注射成型壓力怎樣？
注射壓力對氣泡的形成、大小、分布等均有影響。注射壓力不大時，塑料熔體在澆注系統中流動時就有可能發泡，充模后成型的塑件內氣泡直徑大且不均勻；在較大的注射壓力作用時，熔體在澆注系統內不大可能發泡，所以充模后成型的塑件內氣泡直徑較小而分布也較均勻；
如果注射壓力過大，有可能大幅度影響發泡氣體的擴散，并最終影響發泡率。注射速度與注射壓力相輔相成，在低發泡注射成型中，一般都要求使用較大的注射速度以防止塑料熔體在澆注系統提前發泡。
在低壓發泡注射成型中，熔體充滿型腔后也需要一定的保壓作用，熔體在保壓作用下將會不斷地發生癟泡現象。
低發泡注射成型注射時間和冷卻定型時間怎樣？
低發泡注射成型中的注射時間概念與普通注射成型中的注射時間概念相同，一般為10s～20s，小的塑件最短甚至可取≤3s。
低發泡注射成型的冷卻定型時間較長，這是因為塑件外層組織結構緊密，內部為疏松泡孔，熱傳導性很差。如果冷卻定型時間不足而過早脫模，雖然表面已固化，但發泡劑仍有可能繼續在內部發生作用，這將會導致塑料制件變形，尺寸超差，因此，正確地選擇和控制冷卻定型的時間，是保證低發泡注射成型塑件質量的重要因素之一。
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Moldex3D模流分析之化學發泡成型模塊概論與建構
化學發泡成型概論
化學發泡成型（Chemical Foaming Molding, CFM）是藉由化學反應產生氣體而達成填滿模穴的成型工藝，聚氨酯(polyurethane, PU)發泡成型為化學發泡成型中最常見的一種。聚氨酯發泡體根據其機械性質可區分為硬質及軟質發泡體兩大類，硬質發泡體為施加載重后會破壞而不能回復者，軟質發泡體則為去除載重后會回復原形，并具可撓性與高彈性。聚氨酯發泡體可應用于汽車工業如儀表板、方向盤、座椅，冷凍工業如冰箱的隔熱層、保溫夾層，制鞋工業如鞋底，與醫療工業如病床床墊、手模等等。聚氨酯樹脂為主要為由含有OH基團的聚酯或聚醚類等多元醇(Polyol)與異氰酸酯 (Isocyanate) 反應而成，藉由此反應可使分子成長，并形成交聯的網狀結構。若原料加入水作為發泡劑，異氰酸酯則與水反應產生CO2并形成多孔隙之聚氨酯發泡體。藉由原料成分或比例配方的改變，可制造出具有不同密度的硬質或軟質聚氨酯發泡體。
聚氨酯發泡成型的基本制程為，將多元醇、異氰酸酯，與水等原料混合均勻后注入模穴。通常注入階段不會完全填滿，接著再藉由發泡膨脹填滿模穴剩余的空間。在此過程中聚氨酯會因化學發泡反應釋出二氧化碳氣體，聚氨酯的黏度也會因交聯反應的進行而不斷升高。同時化學反應導致的放熱效應也會使模內溫度增高，進一步使二氧化碳在相對高溫的狀況下不斷釋入于聚氨酯中，直到模穴內充滿聚氨酯泡沫或聚氨酯完全固化為止。
化學發泡成型制程的挑戰是如何使用較少的原料充滿模穴而不短射。如果注入的原料過少，同時若發泡量也不足或聚氨酯固化速率過快，就會造成短射。但如果注入的原料過多，雖然能充飽模穴但后續的發泡行為會產生大量廢料。藉由化學發泡成型模塊的仿真可以更準確地預測聚氨脂的充填行為與注入原料的優化。
展開 Moldex3D模流分析之發泡射出成型后處理
后處理
如要檢視發泡射出成型模塊的分析結果，在窗口中展示流域分布圖標。基本步驟如下：
步驟1：從Studio工作區中選擇適合的項目：
•選擇想要的組別。
•在分析結果（Result）中選擇想要的結果。
•選擇特定的結果，例如：流動波前時間、體積收縮或總位移量等。
步驟2：如下圖所示，從顯示工具欄中選擇圖標，在窗口中指定想要的模型特征與組件。下列為范例。
1. 檢視充填／保壓的流動波前時間
在后處理的階段，提供充填／保壓與冷卻階段時的屬性。例如：為顯示組別1的流動波前時間結果，在Studio樹狀目錄中選擇組別（Run） > 分析結果（Result） > 充填分析（Filling） > 流動波前時間（Melt-front time）。不同充填百分比的結果顯示如下。
2. 檢視充填／保壓階段的屬性
Moldex3D發泡射出成型模塊的充填分析包含保壓分析；因此，保壓階段的結果能從對應保壓階段的時間段檢視，例如：充填末端（EOF）或0.6秒，然后選擇想要的屬性，如下圖所示。
3. 發泡射出成型特性：氣泡尺寸、氣泡密度
氣泡尺寸（氣泡直徑μm）與氣泡密度（氣泡數量密度1/cm3）的信息可在充填／保壓結束時檢視，如下圖所示，在Studio工作區中選擇組別（Run） > 分析結果（Result） > 充填分析（Filling） > 氣泡尺寸（Cell size）／氣泡密度（Cell density）。氣泡尺寸與氣泡密度皆為三維結果，點擊結果剖面功能（Slicing function）以顯示模型內部區域的結果。
用結果切片功能顯示塑件內部的氣泡尺寸與氣泡密度。
4.
展開 應用FLOW-3D模擬IFM發泡金屬 壓鑄成型
Attar , A.Trepper , H.Wiehler, C.Koerner
WTM, INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF METALS
UNIVERSITY OF ERLANGEN-NUERNBERG
Integral foam moulding (IFM) 制程是一種新的鑄造制程，鑄件成品類似塑料發泡成品，表層為平滑金屬，中心則為發泡結構。塑料發泡制程在業界使用超過四十年，也證明了該制程可以簡化結構設計，降低制造成本，以及增加結構強度。換句話說，金屬發泡制程如果完善，該制程的優點（材料輕量化，降低材料成本）會有更廣的應用效果。
目前應用于金屬的 IFM 制程有兩類，一種是 Low pressure integral Foam Moulding , 另一類為 High pressure integral Foam Mouldin 。本文將以 FLOW-3D 作為數值模擬的工具，進行相關的模擬及研究，希望能夠找到影響該制程成形良窳之關鍵。
Low Pressure Integral Foam moulding
Fig1 制程說明
調整一：料管柱塞運動對于金屬鑄件的縮孔影響
A.? 原始設定（兩段設定）
Fig 2, FLOW-3D 模擬金屬流動狀況
鑄件截面縮孔
B. 修改設定（多段設定）
Fig3, FLOW-3D 模擬金屬流動狀況
鑄件截面縮孔
推動速度的調整
A. 原始設定
C.修正設定
調整二：催化劑擺放位置對于縮孔的影響
A. 催化劑放置于 A 處
Fig4, FLOW-3D 模擬金屬流動狀況
B.
展開 Moldex3D模流分析之發泡射出成型前處理與分析過程
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。
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。
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