塑料模流分析的案例
【產業新聞】科盛科技新品發表會十月登場 揭開拓展全球競爭力關鍵決勝點
新竹，臺灣 2014年9月18日─全球塑料模流分析解決方案領導品牌科盛科技(Moldex3D)將于10月2日(四)假臺北遠東通訊園區，與計算機輔助成型技術交流協會(ACMT)共同舉辦《Moldex3D R13.0產品發表會X CAE模具成型技術研討會》；活動將以臺北(10月2日)為首站，陸續將在東莞(10月17日)和昆山(10月22日)巡回亮相。本活動將圍繞三大主軸：「前瞻趨勢」、「創新科技」及「實踐案例」，說明Moldex3D塑料射出成型解決方案是如何成為設計到制造流程中的關鍵決勝點。
「全球制造業版圖正進行遷徙，電子、汽車及消費性產品的生產重心逐漸移轉至新興亞洲市場，在競爭激烈的情勢下，企業必須重新思考如何創新產品設計與制造方法，才能成功布局全球市場」科盛科技總經理楊文禮指出?！竿高^新版Moldex3D塑料模流分析解決方案，企業將具備解決關鍵成型問題的能力，以挾帶成本及質量雙重優勢的產品，進攻國際市場。」
會中將展示備受矚目的Moldex3D R13最新塑料射出成型模擬技術，包含：高效能異型水路輔助設計、CAD/CAE無縫整合模擬、長短纖塑料應用、壓縮成型、模座變形分析…等新穎模擬成型技術，呈現「
設計效率」、「設計可靠度」、「設計協作」以及「使用者經驗」四大特點。還將首次公開揭露Moldex3D協助企業因應全球產業趨勢的實戰成果，涵蓋推動汽車產業輕量化以及光學電子業走向高精密化?；顒右蔡貏e邀請到多家標竿企業現身經驗分享，如何應用Moldex3D塑料模流分析解決方案不斷創新精進，在競爭激烈的全球市場站穩腳步，搶占市場先機。
去年發表會吸引百位業界菁英共襄盛舉，包含：鴻海工業、緯創資通、仁寶計算機、臺達電子、Panasonic、捷安特、光寶科技、東陽實業、工研院、上銀科技、ACER、廣達計算機、Garmin、光陽工業、奇菱科技…等。
展開 Moldex3D模流分析之塑料材料的廣泛應用
針對熱固材料，Moldex3D透過分析塑料流動的行為(包含黏度變化及固化時間)，提供材料供貨商更高效率的解決方案來優化其配方并節約成本。此外，透過材料的特征來量化如固化所引發的體積收縮，并且此技術可以應用在改變化學制劑、仿真、產品設計以及各種成型條件上。
Moldex3D模流分析之塑料成型云端大數據管理平臺
塑料成型產業中，利用CAE模流分析軟件驗證及優化產品設計已行之有年；然而在各家公司的CAE團隊作業中，通常除了模流分析之外，也會同時運用其他品牌的CAE分析軟件，例如結構分析或其他制程分析軟件等。在同時使用多品牌分析軟件的情況下，常發生軟件彼此間的文件格式不相同、應用程序操作接口流程也不一致等問題，導致數據管理、分享和備份不易等，并增加額外的管理成本。
針對這些問題，Moldex3D專為塑料成型打造的云端大數據管理平臺─iSLM，提供了整合其他CAE分析軟件結果顯示的平臺，用戶不需開啟CAE應用程序，也能在iSLM管理及檢視其他CAE分析軟件的分析結果(圖一)。
iSLM 3rd Party CAE 工具支持了第三方的CAE分析結果上傳，可以將不同CAE軟件的分析結果文件匯入iSLM的數據庫中，除了能更完整的收集數據，也可促進數據共享、交換的便利性(圖一)。
圖一 iSLM可與第三方CAE合作伙伴共享數據
要使用此工具，就必須先將原CAE檔案轉換為.vtu格式(ParaView軟件支持的公開文件格式)；接著把這些產出的.vtu檔案個別上傳至iSLM平臺上。如此一來，就能在iSLM中建立第三方CAE項目信息，并于任一項目中檢視相關分析結果和數據數據。
在分析結果部分，iSLM也提供3D檢視平臺(3D Viewer)，供使用者操作及觀察(圖二)。此平臺除了可自動匯入該項目的3D圖檔外，也能放大縮小、旋轉模型，以更全面且細部地檢視模型。上方工具欄則提供最大值/最小值的檢視，以及局部放大及量測距離等功能；右方還有色條可對照顏色審視相關的數值信息。此外在右上方的下拉式選單中也有多種結果項目供點擊查看，包含位移量和產品瑕疵等。
展開 Moldex3D模流分析之多元化的塑料件設計與制程
圖六 利用CAE模流軟件：幫助進行模具澆口位置優化驗證
圖七 (a) CAE軟件成功幫助預測出使用40 ％皮層料為生產此對象的最佳比例，此時較堅硬的核心層料穿透皮層料之現象會發生在0.07秒; (b) 穿透現象發生后，該耳掛鉤部結構件轉換為僅使用較硬的PP材料，來提供更好的強度以符合產品強度要求
結論
多材質射出成型（MCM）在現今的塑料產業中應用相當廣泛。然而，由于MCM制程復雜性和多材料物理機制，以傳統的單一射出成型的經驗法則來推敲MCM制程，將遭遇許多困難，無法有效提供關鍵成形條件進行優化或設計變更，造成產品質量瑕疵問題。然而透過CAE模擬分析技術，不論是包覆射出成型(Overmolding)或是共射成型(co-injection molding)，都可提供有效的產品設計驗證、澆口位置優化，可行的核心層料比例預測(包括預測是否會發生核心層料穿透皮層料的現象)，并考慮材料之間的相互作用影響，成功預測產品收縮和翹曲率來改善的產品質量的利器。
參考文獻
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2. Multi-material Technology, Battenfeld.
3. Web source https://www.engelmachinery.com
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6. V. Goodship and J.C. Love, Multi-Material Injection Molding (2002).
7. R.
展開 
Moldex3D模流分析之利用Digimat來建立纖維強化塑料
簡介
本文將教導使用者如何利用Digimat來建立纖維強化塑料的材料模型。解釋多尺度建模背后的概念，并說明如何操作 Moldex3D Digimat-MS 。
摘要 (Overview)
本文的目的是利用 Moldex3D Digimat-MS 與結構分析軟件，進行一產品受外力下的應力與變形的分析。此產品是彈塑性的玻璃纖維復合材料。 我們會藉由Digimat-MS來說明從Digimat到結構分析軟件的整個分析流程。本文中所示范的流程，包括如何選取所需要的材料性質，以及如何將模流分析中所得到的纖維排向，映像到結構分析模型。在 Digimat 中，材料性質可從 實驗數據、材料供貨商 或 Digimat-MX 中建立取得。在本文中，我們將從 Digimat-MX 中獲得材料性質。
Digimat-MS 的分析，可以由 3 個簡單的步驟來達成：
1.設定結構分析模型。
2.從 Digimat 中，建立結構分析所需的材料性質。
3.由 Moldex3D 取得射出成型制程的纖維排向。
必要的資料
使用 Digimat-MS 之前，必須要有下列的數據：
?模流分析的網格信息與纖維排向的張量分布
?此案例的有限元素模型，且已經設定靜力或動力分析方法，等向性材料性質，以及邊界條件。
什么是Digimat-MS
Digimat-MS 是一個非常強大的整合軟件，能夠消除不同物理場問題，在模擬分析過程中的阻礙。例如，將模流分析的結果傳遞給結構分析模型，讓用戶再進行顯式或隱式的結構分析。簡言之， Digimat-MS 在導入射出成型制程所引起的材料的微觀效應后，使得多尺度材料與結構分析，成為一種具有整合性、精確且有效率的方法。
展開 Moldex3D模流分析之塑料射出成型方案
Moldex3D 產品概覽
Moldex3D是塑料射出成型產業中的計算機輔助工程領導產品。 Moldex3D擁有一流的分析技術，可協助客戶模擬更廣泛的射出成型應用范圍，來優化產品設計和可制造性，以達到縮短上市時間并提高的產品投資回報率。
特色
? CAD嵌入式前處理
? 高級自動3D網格引擎
? 高解析三維網格技術
? 高效能平行運算
Moldex3D 網格
Moldex3D 網格支持各種不同的網格類型，包括 2D 三邊形及四邊形網格、3D四面體、棱柱體、六面體、voxel (brick)和金字塔型網格。Moldex3D 網格提供多種主流網格方法：純三邊形表面、以四面體為主的表面網格；純四面體網格、邊界層網格、純voxel網格、混合式實體網格及中間面簡化網格。客戶可從中選擇符合自己的特殊模擬需求來建立網格模型。
優勢
? 具有強大的網格劃分技術的前處理工具與支持不同的網格元素型態，以提高實體網格產生效率
? 可以產生純三邊形網格與四邊形為主的表面網格
? 支持自動四面體、邊界層網格、混合實體網格，與voxel型態實體網格
? 可以產生高質量的三維實體網格
? 提供自動檢核與自動修復工具以確保網格質量的分析準確性
? 以下為Moldex3D 網格支持的網格輸/入輸出格式
展開 Moldex3D模流分析之塑料成型云端大數據管理平臺
塑料成型產業中，利用CAE模流分析軟件驗證及優化產品設計已行之有年；然而在各家公司的CAE團隊作業中，通常除了模流分析之外，也會同時運用其他品牌的CAE分析軟件，例如結構分析或其他制程分析軟件等。在同時使用多品牌分析軟件的情況下，常發生軟件彼此間的文件格式不相同、應用程序操作接口流程也不一致等問題，導致數據管理、分享和備份不易等，并增加額外的管理成本。
針對這些問題，Moldex3D專為塑料成型打造的云端大數據管理平臺─iSLM，提供了整合其他CAE分析軟件結果顯示的平臺，用戶不需開啟CAE應用程序，也能在iSLM管理及檢視其他CAE分析軟件的分析結果(圖一)。
iSLM 3rd Party CAE 工具支持了第三方的CAE分析結果上傳，可以將不同CAE軟件的分析結果文件匯入iSLM的數據庫中，除了能更完整的收集數據，也可促進數據共享、交換的便利性(圖一)。
圖一 iSLM可與第三方CAE合作伙伴共享數據
要使用此工具，就必須先將原CAE檔案轉換為.vtu格式(ParaView軟件支持的公開文件格式)；接著把這些產出的.vtu檔案個別上傳至iSLM平臺上。如此一來，就能在iSLM中建立第三方CAE項目信息，并于任一項目中檢視相關分析結果和數據數據。
在分析結果部分，iSLM也提供3D檢視平臺(3D Viewer)，供使用者操作及觀察(圖二)。此平臺除了可自動匯入該項目的3D圖檔外，也能放大縮小、旋轉模型，以更全面且細部地檢視模型。上方工具欄則提供最大值/最小值的檢視，以及局部放大及量測距離等功能；右方還有色條可對照顏色審視相關的數值信息。此外在右上方的下拉式選單中也有多種結果項目供點擊查看，包含位移量和產品瑕疵等。
圖二 3D檢視平臺
除了分析結果的3D檢視之外，用戶也可特別標示產品特征或分析結果的關鍵數據。
展開 Moldex3D模流分析之體積收縮率、密度、塑料流動波前溫度
然后與流動波前溫度結果整合，檢查遲滯是否是因塑料熔體的溫度過低。
遲滯的一般解決方式，可參閱流動波前時間章節。
因高溫導致材料劣化
熔體溫度超出溫度范圍（可保持材料聚合物結構完整性）時會發生材料劣化。
Moldex3D模流分析之讓塑料制品同時滿足輕量化和產品強度需求
由于產業設備的塑料結構件產品，大多經CNC多道加工方式制造，往往需要較長加工時程和較高加工成本，且產生更多加工廢料。因此本研究選用尼龍66作為成型材料，玻璃纖維為補強材料，并以塑料射出成型技術取代CNC加工，讓產品同時具備功能性、強度及輕量化。
挑戰
產品機械性質
產品收縮
產品真圓度
解決方案
逢甲大學團隊為了確認產品結構強度是否滿足需求，利用Moldex3D模流分析，預測纖維補強和材料改質對產品體積收縮的影響。透過仿真發現，材料改質能有效改善產品收縮。另一方面，逢甲大學團隊也利用Moldex3D進行產品孔徑真圓度預測，并用實驗進行驗證。結果顯示，孔徑收縮的實驗結果和模擬結果高度相符，成功改善產品收縮，并滿足輕量及強度需求。
效益
改善收縮22%
重量減輕12%，達成輕量化目標
滿足結構強度
案例研究
滑塊擋板是吹瓶機中用以連接滑塊軸承并傳送瓶胚的重要零件(圖一)。本案例計劃以塑料射出成型來取代原先的CNC銑床加工，并透過Moldex3D進行流動行為、纖維排向、產品收縮等現象的預測，期望能藉此降低產品的制造成本，并達到輕量化目標。修改后的產品設計如圖二所示。
圖一 本案例之滑塊擋板
圖二 修改后的創新產品設計(a: 2D設計；b: 3D設計)
為了解產品成型過程中可能產生的問題，逢甲大學團隊比對了試片的Moldex3D分析與實驗結果，并將研究結果應用于實際的產品開發和制造。圖三為產品試片尺寸示意圖，因其圓孔設計用于連結滑塊軸承，故孔徑真圓度相當重要。澆口位置包括接近圓孔與遠離圓孔等設計(如圖四所示)；接下來將觀察澆口位置對孔徑真圓度與收縮特性之影響。
展開 Moldex3D模流分析之提升纖維增強熱塑性塑料模擬精度
科盛科技秉持著貼近客戶、提供專業在地化的服務精神，積極擴展全球銷售與服務網絡，成為全世界最專業的CAE模流分析軟件供貨商，解決用戶在產品開發上的障礙，協助排除設計問題，優化設計方案，縮短開發時程，提高產品投資報酬率。如需獲得更多科盛科技相關的信息，請參閱Moldex3D 官網 。
Moldex3D模流分析之透視壓縮制程塑料流動行為達到預填料最佳配置
Moldex3D壓縮模塊新增了可視化功能，讓用戶可透視塑料粒子在模穴中的流動行為，以獲取塑料流動平衡性及預填料區體積等信息。如此一來，就能藉此決定最佳的預填料區大小及配置，避免潛在的成型問題。以下將介紹Moldex3D壓縮模塊可視化功能設定步驟，以及分析結果判讀。
步驟1：開啟項目內的計算參數窗口，在充填/保壓接口中勾選粒子追蹤字段。
步驟2：完成充填/壓縮分析后，開啟流動結果中的預填料區ID，顯示粒子追蹤的分析結果。使用者可以選擇用點或線條方式來表現流動行為。
粒子追蹤功能展示
1.此長條產品幾何含有一個壓縮區間與兩個預填料區(如下圖)。
2.分析后在流動/保壓結果中，選擇預填料區ID，可以看到兩種不同顏色(分別代表從兩處預填料區流入的塑料粒子)所顯示的粒子流動行為。由下圖可看出流動行為相當不平衡，使用者可考慮移動預填料位置來改善此情形。
3.修改預填料位置后，再次進行分析。發現壓縮充填的流動變得更加平衡，代表可得到較好的壓力分布，進而改善翹曲變形問題。
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Moldex3D模流分析之Erteco利用Moldex3D驗證碳纖維膠帶助于強化塑料船只螺槳轂結構
圖三 采用EET的模擬案例(原始設定)
圖四 調高模溫和料溫后的EET的模擬案例
Moldex3D的分析結果指出，提高模溫和保壓壓力，可協助有效預防產品收縮，而避免膠帶從母體滑落。原因是高模溫和保壓壓力會稍微拉長產品脆弱處在保壓階段波前溫度高于熔膠溫度的時間，使膠帶和高分子聚合物完美結合。
結果
Moldex3D幫助Erteco的工程師檢視塑件質量問題，并在更短的時間內針對問題進行快速的修正，達到成本效益。后續Erteco也可藉Moldex3D做進一步的分析，優化新的制程條件并改善生產質量。
Moldex3D模流分析之DONGHEE透過Moldex3D設計出更好的汽車件產品
DONGHEE藉由Moldex3D塑料射出模流分析軟件提升汽車件質量，在這個案例中，DONGHEE透過Moldex3D模流分析結果，進行澆口設計修正并改善了因汽車邊框的縫合線引起的裂痕問題。
挑戰
汽車天窗橫梁有一處極易發生斷裂，為了徹底解決該問題發生，DONGHEE需要確認會發生斷裂的位置并進行改善。以往這類型的問題會透過結構分析進而了解結構脆弱的部份，然而，結構分析無法將縫合線的影響列入考慮，射出成型過程中的重要特性可能因此被忽略。
解決方案
在Moldex3D Advanced模流分析解決方案的協助下，DONGHEE能順利辨識產品件的問題區塊，藉助提前驗證以及優化設計來有效降低試誤，改善質量。
案例分析
原始設計為兩個澆口的設計，縫合線出現在極易斷裂的部分。待實行Moldex3D模流分析之后，DONGHEE另外也發現縫合線的地方也出現氣孔，可能會影響產品的硬度并導致斷裂。再檢視兩個澆口設計的纖維排向后，分析結果顯示會產生縫合線并導致結構脆弱。
因此，另外又提出三個澆口的設計變更，優化后的仿真分析結果顯示縫合線位置已消失，且經過檢視氣孔以及纖維排向后，發現原裂痕位置的強度已獲得改善。透過Moldex3D進行不同澆口設計檢驗，DONGHEE成功利用改變澆口數量和位置來改善產品結構強度。
原始設計- 兩個澆口的模流分析結果
優化設計- 三個澆口的模流分析結果
原始設計：縫合線位置(藍色圓圈處)引起裂痕問題優化設計：縫合線位置消失且產品件強度獲得改善
透過這個案例發現，若沒有將射出成型過程納入結構分析考慮時(請見以下Case 1)，分析結果將會與實際現場情形有所落差，因此，將射出成型過程的影響納入結構分析考慮是有必要的。
展開 Moldex3D模流分析之快速范例教學
執行分析
回到主頁簽，計算參數與分析順序都自動使用默認值，故開始分析也被啟用表示可以進行分析。此時點選分析順序開啟下拉選單并設定分析順序 (充填分析 & 保壓分析 –F P)，可以在項目樹下的分析順序確認。目前為止必要的設定皆已設定完成，點選開始分析提交目前的分析作業給求解器。Studio會啟動Moldex3D 計算管理員組織現有的提交作業，可以透過點選每一個分析項目開啟并檢視分析紀錄與求解進度。
5. 后處理
檢視分析結果
所有分析工作皆完成后，在項目樹形圖下的結果分枝中，會出現新增的項目可供檢視。單擊結果項目可呈現分析結果于顯示窗口中，雙擊欲檢視的結果項目(充填–流動波前時間與保壓–壓力)可開啟結果判讀工具，該工具提供結果簡介、統計信息與統計圖。
產生報告
于主頁簽中，點選報告以開啟報告精靈并點選開始即可以預設的偏好設定產生投影片簡報。當執行進度顯示已完成時，點擊下方新生成的圖標即可開啟投影片檔案與儲存位置(默認的儲存位置為項目路徑下新增組別時程序自動建立的Report文件夾)，該文件夾中亦包含報告產生時所截圖的影像。
6. 十五分鐘快速上手Moldex3D Studio
新版Moldex3D 在Studio平臺上實現了一站式仿真流程，大幅強化了用戶和模型之間的互動。本教學影片帶你快速了解使用Moldex3D Studio進行塑料射出模流分析的基本操作流程！.
展開 Moldex3D模流分析之API讓模流分析自動化
在進行設計比較或計算機試模時，我們需要建立許多模擬分析組別；在模擬完成后，也需要進行模擬結果的后處理，這其中就會有很多重復性的軟件操作，例如：分析組別的建立、成型參數的調整、分析結果的取得等。若CAE軟件有提供API，CAE工程師便可將原先重復的接口操作、以及耗時費力的人工數據搜集與比較，改為透過API對應的功能函式建立自動化執行的程序，加速完成工作任務。目前Moldex3D Studio在模擬組別的建立及分析結果的探查都有提供相關的API。
此外，透過API的整合應用，也可將CAE模流分析流程整合至自行開發的平臺，簡化原先使用CAE軟件所需要執行的接口操作，讓團隊成員都可透過簡化后的接口進行CAE仿真分析及結果解讀。這樣的作法不僅能減少團隊成員適應不同軟件的時間成本，也能自行定義符合公司產品需求的仿真工作流程，讓成員能在標準化流程中運用CAE模流分析的仿真結果，達到提升產品質量的目的。
圖二 API整合應用示意圖
總結
對于個人或小編制的CAE軟件用戶而言，API能將重復性動作撰寫成可重復執行的程序。即使應用情境有些微差異，也可以靠參數化的方式，讓程序保留一定的彈性。所以即使在前期會需要投入時間進行自動化程序開發，卻可帶來可觀的生產效益。
對于需要利用CAE模流分析技術的組織或企業而言，可能不是每個成員都具備CAE軟件使用的能力；但透過API的整合應用，便有機會取各家軟件所長，打造一個最適合自家工作流程的標準化接口，讓Moldex3D的模流分析技術為每一位成員所用。
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