發(fā)泡射出成型
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
發(fā)泡射出成型的視頻教程
CAE在物理發(fā)泡射出成型中是如何應(yīng)用的呢？
氣泡結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品尺寸評估 Mucell+抽芯應(yīng)用 反壓成型 氣體反壓和變模溫效應(yīng)
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發(fā)泡射出成型的實(shí)例教程
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(jī)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(xiàng)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(diǎn)。
(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(xì)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(jì)師仿真微細(xì)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(xiàng)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(jì)時間時的制程困難。
Moldex3D也提供抽芯（或稱可膨脹模具或機(jī)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.
展開 ■ 逢甲大學(xué) / 彭信舒 副教授 & 黃柏維 博士
(轉(zhuǎn)載自繁體版ACMT電子技術(shù)月刊No.079)
前言
塑膠發(fā)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(jìn)行塑膠發(fā)泡產(chǎn)品成型。其中，「塑膠發(fā)泡射出」是一種一次性成型方法，具備高生產(chǎn)效率以及穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量之優(yōu)點(diǎn)且適用于形狀復(fù)雜、尺寸要求嚴(yán)格的發(fā)泡塑膠制品；除此之外，也是目前業(yè)界用以生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)泡產(chǎn)品的主要方法之一。在輕量化和環(huán)保目標(biāo)意識的推動下，企業(yè)除了選擇替代材料或采用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)外，還必須考慮材料對環(huán)境的不利影響。有鑒于物理發(fā)泡技術(shù)日趨成熟，通過調(diào)整工藝參數(shù)可以達(dá)到理想的效果，有機(jī)會取代化學(xué)發(fā)泡工藝。因此，「塑膠發(fā)泡射出成型」已成為備受關(guān)注的重要應(yīng)用技術(shù)。
近年來，有許多關(guān)于具氣泡結(jié)構(gòu)之塑膠發(fā)泡射出成型研究論文與技術(shù)報(bào)告出現(xiàn)，其目的是利用各種發(fā)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(chǎn)品的重量達(dá)到原料減量與輕量化之產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并且在產(chǎn)品頂出后能得到較佳之產(chǎn)品質(zhì)量（包含：改善翹曲變形、改善收縮與凹陷……等缺陷），同時達(dá)到縮短成型周期、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)率之目標(biāo)。為了提高以及加速塑膠發(fā)泡射出成型技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，氣泡大小、氣泡分布、氣泡密度等相關(guān)特性掌握，已成為業(yè)者在產(chǎn)品開發(fā)階段必須考量的重要因子。
展開 后處理
如要檢視發(fā)泡射出成型模塊的分析結(jié)果，在窗口中展示流域分布圖標(biāo)?；静襟E如下：
步驟1：從Studio工作區(qū)中選擇適合的項(xiàng)目：
•選擇想要的組別。
•在分析結(jié)果（Result）中選擇想要的結(jié)果。
•選擇特定的結(jié)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(biāo)，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(jié)果，在Studio樹狀目錄中選擇組別（Run） > 分析結(jié)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(jié)果顯示如下。
2. 檢視充填／保壓階段的屬性
Moldex3D發(fā)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(jié)果能從對應(yīng)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(fā)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(shù)量密度1/cm3）的信息可在充填／保壓結(jié)束時檢視，如下圖所示，在Studio工作區(qū)中選擇組別（Run） > 分析結(jié)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(jié)果，點(diǎn)擊結(jié)果剖面功能（Slicing function）以顯示模型內(nèi)部區(qū)域的結(jié)果。
用結(jié)果切片功能顯示塑件內(nèi)部的氣泡尺寸與氣泡密度。
4.
展開 大綱
本項(xiàng)目主要探討發(fā)泡射出制程的抽芯技術(shù)。相較于標(biāo)準(zhǔn)抽芯制程，本案例的產(chǎn)品只在局部膨脹，因此氣泡的形成被限縮于特定區(qū)域。膨脹區(qū)和非膨脹區(qū)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形成，受到邊界條件和制程參數(shù)設(shè)定的影響，交互作用非常復(fù)雜。利用Moldex3D發(fā)泡射出成型模塊可以觀察到結(jié)構(gòu)成型的過程，并據(jù)此調(diào)整制程參數(shù)，獲得理想的抽芯產(chǎn)品。
挑戰(zhàn)
材料、制程設(shè)定、幾何邊界條件等因素之間的復(fù)雜交互作用，都會影響到抽芯結(jié)果
無法觀察到發(fā)泡過程中的實(shí)際狀況
解決方案
透過Moldex3D模擬發(fā)泡射出成型的抽芯狀況，來預(yù)測模腔內(nèi)的發(fā)泡行為，藉此調(diào)整適當(dāng)?shù)闹瞥虆?shù)，以獲得理想的抽芯結(jié)果
效益
發(fā)泡射出成型的局部抽芯技術(shù)有更深入了解
可視化氣泡形成過程
成功以模擬技術(shù)進(jìn)行定性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
案例研究
卡塞爾大學(xué)利用Moldex3D能深入分析發(fā)泡射出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形成的完整過程。Moldex3D支持抽芯制程邊界條件設(shè)定，能幫助預(yù)測在充填和保壓階段中，不同時間點(diǎn)的氣泡尺寸、氣泡密度和產(chǎn)品密度。軟件中的感應(yīng)節(jié)點(diǎn)對于記錄膨脹和非膨脹區(qū)域中壓力和氣泡大小的關(guān)聯(lián)，也有很大的幫助。
氣泡最初于充填階段形成，但在體積膨脹引發(fā)的第二次發(fā)泡前，就受到保壓壓力影響而消失了。圖一為本案例中的氣泡尺寸預(yù)測，從中可看出當(dāng)抽芯完成后，氣泡會膨脹得較大。而圖二的仿真則顯示，氣泡越大，氣泡密度越小。
圖一 充填和保壓階段(體積膨脹前)以及充填完畢后(體積膨脹后)的氣泡大小
圖二 充填和保壓階段(體積膨脹前)以及充填完畢后(體積膨脹后)的氣泡密度
圖三顯示產(chǎn)品密度的變化。膨脹區(qū)域的氣泡形成會使該區(qū)的產(chǎn)品密度大減，而非膨脹區(qū)域的產(chǎn)品密度則仍然與未發(fā)泡材料的密度相近。
展開 大綱
現(xiàn)今鞋業(yè)市場之趨勢走向結(jié)構(gòu)輕量化，逢甲大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)透過Moldex3D的發(fā)泡模組（FIM），來探討含氣泡之可回收成型材料（SEBS彈性體）在充填過程中澆口配置的影響及成型壓力的變化。通過模擬和實(shí)驗(yàn)的整合，不但驗(yàn)證了澆口位置與和厚度變化對泡沫結(jié)構(gòu)和分布的影響，最終結(jié)果也顯示采用發(fā)泡射出成型，可替代發(fā)泡劑減輕10%產(chǎn)品重量。
挑戰(zhàn)
? 研究澆口設(shè)計(jì)對熔膠流動和成型品質(zhì)的影響
? 克服產(chǎn)品在傳統(tǒng)成型過程中可能產(chǎn)生的表面缺陷
? 預(yù)測氣泡結(jié)構(gòu)的成長并減少材料的使用量
解決方案
針對本案例之鞋墊產(chǎn)品，以SEBS彈性體做為材料不但可回收及再利用，滿足綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)需求，同時也減輕產(chǎn)品重量及克服產(chǎn)品表面收縮的缺陷。而為了分析不同澆口設(shè)計(jì)和產(chǎn)品厚度不均勻?qū)α鲃有袨楹桶l(fā)泡特性影響，因此采用Moldex3D進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和模擬。
效益
? 模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度吻合，達(dá)成虛實(shí)整合
? 產(chǎn)品重量減輕10%以達(dá)到產(chǎn)品輕量化
? 實(shí)現(xiàn)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)品輕量化和了解FIM制程
案例研究
在傳統(tǒng)制鞋產(chǎn)業(yè)中，鞋墊通常由塑膠和化學(xué)發(fā)泡劑倒入模具中制成，制造與材料成本較高。而隨著產(chǎn)品輕量化和綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢，藉由添加混合氣體的發(fā)泡射出成型（FIM）可同時減少產(chǎn)品的用料和重量。逢甲研究團(tuán)隊(duì)利用SEBS彈性體進(jìn)行研究，目的是找出適合的澆口位置及優(yōu)化氣泡分布，并驗(yàn)證模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖 1 為一具有六澆口的現(xiàn)成模座，以此為樣品建立了產(chǎn)品的3D模型和邊界層網(wǎng)格，并利用Moldex3D觀察產(chǎn)品的流動行為和發(fā)泡特性。
圖1 鞋墊模座及產(chǎn)品
分析結(jié)果顯示不同澆口位置會導(dǎo)致澆口壓力、模穴壓力和氣泡大小的變化（如圖2和圖3所示），當(dāng)塑膠從厚處區(qū)域注入時，由于產(chǎn)品厚度隨著流動方向減少，澆口壓力和模穴壓力會在充填結(jié)束時增加，因此模穴里的高壓將限制氣泡的生長。
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發(fā)泡射出成型的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
發(fā)泡射出成型的最新內(nèi)容
Moldex3D發(fā)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(jié)果能從對應(yīng)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。
Moldex3D發(fā)泡射出成型模塊能協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計(jì)師仿真微細(xì)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(xiàng)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(jì)時間時的制程困難。
Moldex3D也提供抽芯（或稱可膨脹模具或機(jī)構(gòu)式模具）的特殊發(fā)泡射出成型技術(shù)的模擬。
通過模擬和實(shí)驗(yàn)的整合，不但驗(yàn)證了澆口位置與和厚度變化對泡沫結(jié)構(gòu)和分布的影響，最終結(jié)果也顯示采用發(fā)泡射出成型，可替代發(fā)泡劑減輕10%產(chǎn)品重量。
為什么使用發(fā)泡射出成型模擬?
發(fā)泡射出成型如微細(xì)發(fā)泡及化學(xué)發(fā)泡劑(CBA)制程，適用于具有復(fù)雜幾何和良好尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)品的大量生產(chǎn)，被廣泛用于汽車、電子產(chǎn)品、建筑、戶外產(chǎn)品等多種應(yīng)用領(lǐng)域。
在發(fā)泡制程中的超臨界流體(SCF)通常是使用N2或CO2兩種氣體與聚合物熔體混合在一起，產(chǎn)生單相聚合物/氣體溶質(zhì)，注入到模穴內(nèi)，最后在產(chǎn)品中形成氣泡。
通過模擬和實(shí)驗(yàn)的整合，不但驗(yàn)證了澆口位置與和厚度變化對泡沫結(jié)構(gòu)和分布的影響，最終結(jié)果也顯示采用發(fā)泡射出成型，可替代發(fā)泡劑減輕10%產(chǎn)品重量。
發(fā)泡射出成型的必要步驟圖解
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(jì)師仿真微細(xì)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(xiàng)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(jì)時間時的制程困難。
■ 健行科技大學(xué) / 黃世欣 教授
(轉(zhuǎn)載自繁體版ACMT電子技術(shù)月刊No.079)
前言
產(chǎn)品輕薄短小是科技進(jìn)步下，消費(fèi)者的普遍需求，想當(dāng)初1990年代，Motorola推出第一臺行動電話，一臺好像是磚塊那么大又重，如今手機(jī)已經(jīng)是手掌那么大了。也經(jīng)由科技的進(jìn)步，高性能工程的漸進(jìn)推出，慢慢在取代金屬件，例如：PEEK這種塑料，可耐高溫且尺寸穩(wěn)定性不錯，可用于半導(dǎo)體業(yè)的晶圓盒，中原大學(xué)已有
因此，「塑膠發(fā)泡射出成型」已成為備受關(guān)注的重要應(yīng)用技術(shù)。
下列是從 Moldex3D 輸出至非線性材料建模軟件時所支持的文件格式：
Digimat
?縫合線 (*.nwd) (Weld line)
?纖維配向 (*.o2d) (Fiber Orientation)
?應(yīng)力分析模塊(*.s2d) (Stress)
?溫度(*.t2d) (Temperature)
?微細(xì)發(fā)泡射出成型模塊(*.n2d) (MuCell?)
膨脹頁簽 (Expansion Tab for FIM)
膨脹標(biāo)簽只有在設(shè)定移動邊界的發(fā)泡射出成型 (Foaming Injection Molding, FIM) 項(xiàng)目才可使用，在此標(biāo)簽下可設(shè)定：
?膨脹設(shè)定：指定膨脹長度與膨脹時間。
?膨脹切換：指定膨脹開始的時間點(diǎn)，利用已經(jīng)過的充填時間或者是已充填體積。
