射出成型模擬的案例
Moldex3D模流分析之射出成型模擬中的考慮料管壓縮
在射出成型實務和模流分析比對過程中，最關鍵的執行步驟便是需要盡可能讓模流分析輸入數據和真實世界射出過程的條件一致，其中愈顯重要的就是射出機臺作動的模型建構。傳統射出成型模擬將螺桿的運動轉化為單純施加在熔膠上的速度與壓力，過度簡化了塑料的流動行為，并無完整考慮料管內部高溫且具壓縮性的明顯變化(包括黏度及PvT)。因此，若充填與保壓階段的模擬能考慮螺桿在料筒內的動態，將可以更好的描述熔體動態行為，并產生更準確的射出壓力預測。以下將說明如何在Moldex3D模擬中納入料管壓縮的影響。
料管壓縮造成的流率變化
操作流程
限制條件
前處理：
1.在Moldex3D 2020中，僅支持在Rhino中使用Moldex3D Mesh生成3D料管壓縮網格 (Studio 2021將會支持噴嘴區精靈)。
2.噴嘴區域建議生成六面體(Hexa)網格。
3.僅支援匹配網格(Matching Mesh)。
4.冷卻分析僅支持標準冷卻分析，不支持快速冷卻分析。
專案：
1.僅支持在Moldex3D Studio中設定與分析。
2.僅支持射出成型制程且使用機臺模式。
3.3D料管壓縮區的仿真尚不支持顯示冷卻分析之結果。
步驟1：Moldex3D Mesh屬性設定
以下屬性是3D料管壓縮的基本需求：
1.“Nozzle Zone”實體網格
2. "Moving Inlet" 表面網格
3.
展開 【Moldex3D制程解決方案】-為什么使用共射出成型模擬
為什么使用共射出成型模擬?
共射出成型制程具有皮層料和核心料的結構；先將皮層料注入模穴中，接著為核心料，最后再補上皮層料包復核心料，因此產品的外觀可以使用不同材料得到變化。共射出成型制程此特色被廣泛用在粉碎和回收塑料上，將回收的塑料再用于第二射的核心塑料使用，對環境和成本帶來許多效益。此外，該制程能夠以高沖擊塑料作為核心材料提升產品強度和效能。除此之外，建造一個需要熱澆道系統、控制閥門和兩個料筒的共射出成型機臺遠比傳統射出成型機臺的成本還要高，所以對機械性質的影響來說，如何決定最佳的皮層料和核心料比例，并有效追蹤模穴內每個時間和位置下的分布情形是現今主要面臨的挑戰。Moldex3D提供強大的成型解決方案，使用者能夠掌握制程中的關鍵特性，如材料分布，在制程優化和節省開發成本上創造更多競爭優勢。
挑戰
? 優化兩種材料性質交互作用后的機械特性
? 決定最佳的皮層料和核心料分布比例
? 避免吹穿發生，維持產品表面質量
? 優化皮層料到核心料的整體充填比例
Moldex3D解決方案
? 可視化在吹穿前皮層料與核心料的流動行為
? 預測吹穿區附近核心層的穿透情形
? 針對吹穿效應改善幾何厚度及成型條件
? 考慮皮層和核心層之間的溫度不均與壓力變化
? 預測高溫及高壓下潛在的缺陷位置
應用產品
? 3C電子
? 汽車
? 醫療
? 消費性產品
Moldex3D建議產品
? Moldex3D Professional Package
? Moldex3D Advanced Package
展開 Moldex3D模流分析金屬脫蠟精密鑄造之共射射出成型
為什么使用共射出成型模擬?
共射出成型制程具有皮層料和核心料的結構；先將皮層料注入模穴中，接著為核心料，最后再補上皮層料包復核心料，因此產品的外觀可以使用不同材料得到變化。共射出成型制程此特色被廣泛用在粉碎和回收塑料上，將回收的塑料再用于第二射的核心塑料使用，對環境和成本帶來許多效益。此外，該制程能夠以高沖擊塑料作為核心材料提升產品強度和效能。除此之外，建造一個需要熱澆道系統、控制閥門和兩個料筒的共射出成型機臺遠比傳統射出成型機臺的成本還要高，所以對機械性質的影響來說，如何決定最佳的皮層料和核心料比例，并有效追蹤模穴內每個時間和位置下的分布情形是現今主要面臨的挑戰。
Moldex3D提供強大的成型解決方案，使用者能夠掌握制程中的關鍵特性，如材料分布，在制程優化和節省開發成本上創造更多競爭優勢。
挑戰
? 優化兩種材料性質交互作用后的機械特性
? 決定最佳的皮層料和核心料分布比例
? 避免吹穿發生，維持產品表面質量
? 優化皮層料到核心料的整體充填比例
Moldex3D 解決方案
? 可視化在吹穿前皮層料與核心料的流動行為
? 預測吹穿區附近核心層的穿透情形
? 針對吹穿效應改善幾何厚度及成型條件
? 考慮皮層和核心層之間的溫度不均與壓力變化
? 預測高溫及高壓下潛在的缺陷位置
應用產業
? 3C電子
? 汽車
? 醫療
? 消費性產品
展開 Moldex3D模流分析金屬脫蠟精密鑄造之氣體輔助射出成型
為什么使用氣體輔助射出成型模擬?
氣體輔助射出成型 (GAIM) 是在充填階段將氣體引入模穴內的過程，利用壓縮氣體來作為保壓媒介，確保厚件的尺寸穩定性和增加其機械強度，減少因壓力變化和殘留應力產生的翹曲及凹痕。在氣體輔助射出成型制程中，塑料產品開發者可有效降低射壓和節省原料，兼顧節能和產品輕量化的優勢。但是氣體和熔膠鮮明的物理性質差異，卻使得穩定導入氣體成為制程中的一大挑戰。
Moldex3D GAIM 提供仿真氣體從進澆位置或其他進氣口進入模穴，真實三維技術可讓使用者檢視每一階段中，氣體在模穴內流動的情形，有利于優化模具設計和成型條件。完整模擬復雜的制程，準確完成設計驗證和優化，成功縮減開發時程和降低生產成本。
挑戰
? 檢視任一模穴截面在不同時間點的氣體穿透度和空心率
? 優化成型條件，如氣體射出時間、延遲時間、氣體進口、溢流區…等等
? 多種氣體輔助射出成型方法，如: 短射、全射和其他溢流制程
? 完整仿真制程周期，讓用戶能清楚熟悉每個制程階段和提前檢驗產品缺陷，如: 縫合線、流痕以及其他尺寸不穩定性
Moldex3D 解決方案
? 可視化任一截面的氣體穿透度及空心率
? 定義適當的成型參數，包含進氣時間、進氣點等
? 模擬各樣的氣體輔助射出成型方式，例如短射、溢流等方式
? 仿真完整的制程， 提前得知產品的缺陷，例如縫合線、流痕及其他可能導致尺寸差異的問題
應用產業
? 汽車
? 電子
? 醫療
? 消費性產品
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Moldex3D模流分析之SABIC透過先進黏度數據 改善射出成型壓力預測
結論
本文詳細描述SABIC利用系統化的射出成型模擬方法。實驗與CAE模擬之間取得一致性的關鍵，在于準確量測材料行為和重要制程參數(包括射出速度、熔膠溫度等)，以及樹脂流動路徑的完整建模。在模流分析中，開發出可呈現真實條件的FE模型至關重要。透過此方法，驗證結果顯示射出成型仿真可建構出良好的相關性，以預測壓力峰值。這些效益讓設計團隊可以在塑件、模具和制程開發時能做出自信的決策。
身為全球領先的塑料供貨商，SABIC能提供先進的材料數據，包括對于獲得準確預測不可或缺的D3黏度系數等，幫助客戶加速開發流程、減少重工，并將開發成本降到最低。
展開 Moldex3D模流分析之氣體輔助射出成型與水輔助射出成型模擬教程
氣體／水輔助射出成型簡介
氣體輔助射出成型（GAIM）與水輔助射出成型（WAIM）發展于1970年代以改善產品的表面質量，減少翹曲、成型周期、鎖模力、材料／成本，以及減輕產品重量。其成形過程先將熔膠射入模穴中，待其部分充滿模穴后，再將壓縮的氣體／水通過熱噴嘴射入模穴中(氮氣是常用的氣體)。在氣體/水射出階段時，氣體傾向流入肉厚較厚之區域(阻力較小)使產品中心形成中空。當成型制程完成之后，就會產生重量輕的中空產品。
氣體／水輔助射出成型制程不僅能節省材料／成本，還能減少產品缺陷。由于氣體/水能有效傳遞壓力，提升保壓效果，因此能解決深受保壓階段影響的產品缺陷，包含翹曲與凹痕。此外，因熔膠的使用量較少，也能縮短冷卻時間；因此，氣體輔助射出成型制程所需的成型周期比傳統射出成型更短。
氣體／水輔助射出成型具有許多優點，能克服生產厚度不均的產品之難題。然而，加工條件控制產品質量，制造商所考慮的問題，包含滲透長度、掏空比、翹曲及滲透行為等，可使用CAE分析工具，預見制程問題，減少試誤法消耗的大量時間，進而降低生產成本。
Moldex3D 氣體／水輔助射出成型模塊功能導覽
Moldex3D氣體／水輔助射出成型模塊能仿真氣體／水輔助射出成型制程的動態過程，包含塑料熔膠充填階段與氣體／水充填、保壓階段。澆口位置的設計、流道系統與氣體信道的配置以及塑件肉厚皆能使用此模塊完成，更進一步，能偵測可能產生的成型缺陷，例如：(a) 短射，(b) 不理想的縫合線位置，(c) 包封，(d) 流動不平衡／皮層比，(e) 氣體／水滲透或氣體吹穿，(f) 氣體散射分布。此外Moldex3D氣體／水輔助射出成型模塊也有優化加工條件，包含充填時間、延遲時間、氣體射出時間、轉換點、熔膠溫度、射壓及氣體壓力多段設定之功能。
展開 Moldex3D模流分析之纖維強化復材件射出模擬
此流程整合Material Designer (處理材料特性)、Injection Molding Data (匯入射出成型模擬重要結果項)與 Ansys Mechanical (設定有限元素分析模型)。詳細信息可參閱 Ansys 提供有關于復合材料的文件。
Moldex3D模流分析之怎樣有效評估模溫機
圖四 模溫機幫浦流量與壓力關系
從射出成型模擬找出模溫機需求
在射出成型模擬之中進行水管分析，可以取得每根水管的流量與壓力差。水管的總流量代表模溫機必須提供的流量；而水管之中的最大壓力差，代表模溫機必須提供的最小壓力。評估時我們將水管總流量及最大壓力差的坐標位置，標在模溫機流量與壓力關系圖中。這個坐標位置如果落在模溫機流量與壓力關系線之下，代表模溫機可以提供足夠流量及壓力；這個坐標位置如果落在關系線之上，代表模溫機無法提供足夠流量及壓力(圖五)。Moldex3D最新發布的R17版本中已可提供冷卻水管的流量、壓降以及模具散熱的數據，藉由應用幫浦性能曲線，也可進一步評估模溫機的性能是否足夠。
圖五 模溫機可負載區域
仿真注意事項
在射出成型模擬過程之中，往往使用大流量作為理想水管條件；如果換算模溫機需求，將會得到一個很大量值。所以如果想要精確換算，最好參考自家模溫機流量規格，作為水管邊界條件值，避免預估過大。 除了流量壓力之外，模溫機冷卻與加熱能力也是評估模溫機的參數。仿真過程中，用戶可以查閱水管的熱負載量值，比對模溫機規格書內的冷卻與加熱能力，只要模溫機冷卻能力大于仿真水管的熱負載量值，或是模溫機加熱能力大于仿真水管的負數熱負載值，就可以視為符合需求。Moldex3D提供查閱功能，用戶可在CSV檔取得整理過后的需求信息(圖六)。模擬技術可為使用者提供一定的參考值，在實務上評估模溫機有很大的幫助。
圖六 Moldex3D水管壓力、流量及冷卻能力需求
展開 Moldex3D模流分析之氣體輔助射出成型與水輔助射出成型模組
氣體／水輔助射出成型簡介
氣體輔助射出成型（GAIM）與水輔助射出成型（WAIM）發展于1970年代以改善產品的表面質量，減少翹曲、成型周期、鎖模力、材料／成本，以及減輕產品重量。其成形過程先將熔膠射入模穴中，待其部分充滿模穴后，再將壓縮的氣體／水通過熱噴嘴射入模穴中(氮氣是常用的氣體)。在氣體/水射出階段時，氣體傾向流入肉厚較厚之區域(阻力較小)使產品中心形成中空。當成型制程完成之后，就會產生重量輕的中空產品。
氣體／水輔助射出成型制程不僅能節省材料／成本，還能減少產品缺陷。由于氣體/水能有效傳遞壓力，提升保壓效果，因此能解決深受保壓階段影響的產品缺陷，包含翹曲與凹痕。此外，因熔膠的使用量較少，也能縮短冷卻時間；因此，氣體輔助射出成型制程所需的成型周期比傳統射出成型更短。
氣體／水輔助射出成型具有許多優點，能克服生產厚度不均的產品之難題。然而，加工條件控制產品質量，制造商所考慮的問題，包含滲透長度、掏空比、翹曲及滲透行為等，可使用CAE分析工具，預見制程問題，減少試誤法消耗的大量時間，進而降低生產成本。
Moldex3D氣體／水輔助射出成型模塊功能導覽
Moldex3D氣體／水輔助射出成型模塊能仿真氣體／水輔助射出成型制程的動態過程，包含塑料熔膠充填階段與氣體／水充填、保壓階段。澆口位置的設計、流道系統與氣體信道的配置以及塑件肉厚皆能使用此模塊完成，更進一步，能偵測可能產生的成型缺陷，例如：(a) 短射，(b) 不理想的縫合線位置，(c) 包封，(d) 流動不平衡／皮層比，(e) 氣體／水滲透或氣體吹穿，(f) 氣體散射分布。此外Moldex3D氣體／水輔助射出成型模塊也有優化加工條件，包含充填時間、延遲時間、氣體射出時間、轉換點、熔膠溫度、射壓及氣體壓力多段設定之功能。
展開 Moldex3D模流分析之射出壓縮成型模擬教程之后處理
一般而言，射出壓縮成型加在盤狀表面與厚度的均勻壓力相同，CD盤的體積收縮與下圖所示的幾乎相同。
3. 檢視翹曲的屬性
在計算之后，在Studio工作區中選擇組別 (Run) > 分析結果 (Result) > 翹曲 (Warpage) > 總位移量 (Total displacement)，將會顯示翹曲結果。一般而言，射出壓縮成型的盤狀塑件的位移量將會比傳統射出成型的更小，也會得到更均勻的平面。
4. 壓縮力歷史曲線
如果分析模式選擇射出壓縮成型，可在分析結束后觀看壓縮力的在壓縮歷程中的完整數據。
展開 Moldex3D模流分析之考慮完整要素于分層射出的光學件成型模擬
塑料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。
分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。Moldex3D光學分析支持預測多材質射出A-B層在成型過程產生的流動殘留應力與熱殘留應力，并提供最終產品的條紋級數與光彈條紋。利用Moldex3D進行多材質射出的光學分析
?第一射(A層)分析
步驟1: 為第一射仿真準備模型及分析組別
首先在Moldex3D Studio準備好第一射的射出成型分析組別，選擇的材料文件必須具有光學性質頁簽，包含無配向之折射率、流動導致應力光學系數、和熱導致應力光學系數等參數。
步驟2: 為第一射模擬設置計算參數及分析計算
在計算參數的黏彈/光學頁簽中，勾選 預測流動殘留應力在流動 / 保壓階段 和 預測流動殘留應力在冷卻階段 。確認完所有的分析設定后，將組別送出計算。待計算完成后在流動、保壓和冷卻分析均會輸出流動誘導殘留應力的結果項。
?第二射(B層)分析
-步驟3: 為第二射仿真準備模型及分析組別
接著為第二射準備新的分析組別，模型包含產品(B層)和嵌件(A層)。與第一射分析相同，用戶必須選擇具有光學性質的產品與嵌件材料文件，且嵌件的幾何和材料必須與第一射相符。
-步驟4: 為第二射模擬設置多材質射出之光學件分析
分析順序設定中，選擇瞬時分析加上光學分析，確保光學分析可以完整考慮流動導致應力和熱導致應力的效應。
展開 
Moldex3D模流分析之射出壓縮成型模擬教程之分析過程
第三步，選擇射出壓縮成型。
2. 制程設定
分析參數設定
在充填／保壓（Filling/Packing）設定（如下圖），勾選噴嘴關閉（Nozzle is shut off）的選項，即可關閉噴嘴的功能。此設定能跳過保壓階段，避免壓縮時熔膠回流。
在壓縮 (Compression) 設定
四項主要設定：壓縮設定、壓縮切換、壓縮速率設定及壓縮力設定。請參閱下一節的詳細范例。
壓縮設定：設定壓縮距離（mm）與壓縮時間（sec）。一般而言，壓縮距離是塑件厚度的20-30%。
壓縮切換：設定壓縮階段啟動時的時間。啟動時間可依充填時間（sec）或充填體積（%）的選項決定。
壓縮切換通常設定為模穴充填的80-95%。請參閱下圖。
壓縮速率設定：設定最大壓縮速率（mm/sec）。而且在壓縮速率多段設定（Compression Speed Profile）的對話框中，壓縮速率（mm/sec或%）的多段設定能透過壓縮時間或壓縮距離的功能繪制。
壓縮力設定：設定最大壓縮力（tf），并在壓縮力的對話框中設定壓縮力多段設定（Compression Force Profile）的適用功能。同樣地，壓縮力（tf或%）多段設定能透過壓縮時間或壓縮距離的功能繪制。
3. 計算參數設定
在計算參數設定中，可壓縮流動 (Compressible flow) 為必要開啟項目，即使在客制化 (Customize) 設定中也不能取消。
4. 執行分析
這些設定完成后即可進行分析。返回Moldex3D Studio，點擊分析順序（Analysis sequence）并選擇完整分析(Full Analysis－CF/PCW)，以執行射出壓縮成型分析。
展開 Moldex3D模流分析之如何以模擬流體輔助射出成型的回沖制程
氣體/水輔助射出成型（GAIM/WAIM）有助提高產品質量，還可達到節省材料、成本及減輕產品重量目的而被廣泛運用。在氣體/水體射出階段時，氣體傾向流入肉厚較厚之區域(阻力較小)使產品中心形成中空。當成型制程完成之后，就會產生重量輕的中空產品。此制程依據流體注入的時間點，可分成短射法與滿射法。
滿射回沖(Push-back)制程為從另一側注入氣體/水體，將熔膠推至噴嘴處。利用回沖技術，就不需設置溢流區，且可以再利用回沖的塑料，如此即可顯著減少塑料的浪費。回沖制程也有助于避免一般GAIM/WAIM會產生的流痕等成型瑕疵。
Moldex3D GAIM/WAIM功能支持回沖制程仿真，以設計熔膠與輔助流體的進口，使得掏空(Core-out)效果優化。Moldex3D能幫助使用者在早期設計時間評估潛在的成型瑕疵，同時避免輔助流體過度回沖到料管的風險。以下步驟將說明如何在GAIM/WAIM模擬中納入回沖制程。
Step 1：于Moldex3D Studio中建立一個GAIM項目(若輔助流體是水，則改為WAIM)并匯入適合回沖制程的模型(MFE)，包含至少兩個進口，分別為給氣體與熔膠(通常是在不同側)。選擇熔膠與氣體的進口及塑件材料，Moldex3D就會自動建立預設的加工條件與計算參數。
Step 2：點擊主頁簽上的加工條件(Process)來呼叫加工條件精靈。在充填/保壓設定頁簽，指定適合的充填、保壓和氣體設定，以選擇熔膠與氣體要何時及如何通過進口到模穴中(類似一般IM仿真流程)。
注意：回沖制程是在滿射法時利用的技術，因此須確認氣體進入模穴時已經幾乎已注滿熔膠了。
Step 3：在熔膠進口的保壓設定區塊，將回沖設定(Push-back)欄改為是(Yes)來啟用回沖制程模擬。
展開 Moldex3D模流分析之射出壓縮成型模擬教程之簡介及前處理
射出壓縮成型簡介
射出壓縮成型（ICM）的制程同時結合射出成型與壓縮成型的技術。在制程中，模具不會完全關閉，鎖模機制會在熔膠射出時開始運作，然后模具才會漸漸關閉。在制程結束時，透過鎖模力完全關閉模具并形成產品的形狀。
一般而言，位置控制模式與壓力控制模式常被用于控制模具位置。在下圖中，位置控制模式在熔膠射出前，公母模具之間需要一定距離。當一射所需的熔膠量完全充填模穴時，模具將會啟動關閉直到完全關閉。不同于位置控制模式，如果使用壓力控制模式，模具將在射出啟動時開始逐漸關閉。當鎖模力等于模穴內部壓力時，模具將無法持續關閉，此時需要增加鎖模力使模具達到完全關閉為止。
射出壓縮成型制程的主要優點，能在充填過程時，用較低的射出壓力增加尺寸穩定性。因此，在模穴內均勻分布的壓力將使產品的良率更好，并能改善殘留應力、翹曲與體積變化及雙折射效應等問題。
射出壓縮成型制程通常用于光學組件與薄件產品，例如：鏡片、醫療器材、移動電話、筆電等。
Moldex3D 射出壓縮成型模塊功能導 覽
Moldex3D射出壓縮成型模塊能仿真三維射出壓縮成型制程。匯入Moldex3D Mesh的前處理檔案之后，能在Moldex3D射出壓縮成型模塊中設定壓縮面。此外，Moldex3D射出壓縮成型模塊具有與傳統射出成型相似的便利精靈功能，協助用戶設定壓縮制程的參數進行計算，并提供充填、冷卻及翹曲分析的分析結果。
射出壓縮成型模塊的限制
Moldex3D射出壓縮成型模塊只支持solid網格模型，且壓縮區域的網格在Moldex3D Mesh中須設定為射出壓縮面。使用射壓縮模塊也需要較高的實體網格質量，只有hybrid與hexa網格類型適用于模擬分析。
注意：射出壓縮成型模塊不支持純tetra與pyramid網格。
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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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