發泡成型仿真的案例
培訓計劃丨Altair 五月培訓及網絡研討會計劃
講師：李健 Altair 高級技術工程師
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Inspire? PolyFoam發泡成型仿真及應用網絡研討會
05月23日 丨10:00-11:30
1.介紹Inspire PolyFoam軟件的基本功能和界面；
2.展示如何使用PolyFoam進行發泡成型仿真；
3.介紹發泡成型仿真在不同應用中的實際案例。
講師：漆偉 Altair 制造工藝仿真技術專家
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Altair AI和CAE結合最新方法及應用案例網絡研討會
05月30日 丨10:00-11:30
1.Altair 最新AI+CAE解決方案與應用案例；
2.基于幾何深度學習方法的無參云圖預測工具physicsAI新功能。
講師：張晨 Altair 高級技術經理
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關于 Altair 澳汰爾
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展開 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 物理發泡注塑成型
物理發泡注塑成型
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
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
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 Moldex3D模流分析之PU化學發泡成型
圖一 有無使用重力作用之模流分析結果差異
圖二 不同逃氣間隙將影響流動行為
圖三 使用不同水濃度，影響氣體發泡反應速度
透過Moldex3D PU化學發泡模塊的3D聚氨酯化學發泡制程仿真，讓使用者可藉由充填/熟化的分析，更容易評估適合的生產條件。同時PU化學發泡成型模塊提供智能的精靈工具和后處理器，可以提早診斷潛在缺陷以進行設計修改，有效縮短上市時程。
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 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。
展開 
應用FLOW-3D模擬IFM發泡金屬 壓鑄成型
同一個催化劑放置位置，搭配不同的柱塞推動速度，其分布狀況也會不同
發泡金屬鑄件截面狀況
High Pressure Integral Foam moulding
Fig6. 制程說明
實驗模具尺寸及規格
Fig7. FLOW-3D 模擬充型
不同的鑄件厚度其催化劑的分布狀況
接續的研究主題
1. 催化劑的尺寸與形狀對于充型后催化劑的分布影響
2. 催化劑的數量對于發泡的影響
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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展開 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！
