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模流分析(Moldex3D)應用於模具設計之分享

主講 人: 陳偉仁

單 位: 財團法人金屬工業研究發展中心

精微成形研發處 模具與精微加工組

電 話:07-3513121 ext.3536

E-mail:walker@mail.mirdc.org.tw

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報告大網

•射出成型概述

•模流分析概述

•非傳統射出成型簡介

•模流分析案例討論與分享

•結論

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射出成型概述

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射出成型技術應用範圍

航太工業/汽車工業/通訊器材/電子業/家電業/文具業/五金業/玩具業/醫療器材/家用品業/光學用品/容器製造…等。

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射出成型技術應用範圍

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射出成型技術應用範圍

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影響射出成型的要素

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射出成型各階段說明

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成型週期 (Cycle Time)

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射出成型機五大部分

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成型周邊設備

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射出成型品

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塑膠模具

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模具的構造

模座 (Mold Base)

型腔 (Cavity)

流道系統 (Runner System)

冷卻系統 (Cooling System)

頂出系統 (Ejection System)

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模穴數

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多模穴模具

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最佳模穴數

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收縮率 (Shrinkage)

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模流分析概述

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電腦輔助工程(CAE, Computer-Aided Engineering)

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什麼是模流分析？

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傳統式新產品開發流程

CAE同步產品開發流程

CAE

為什麼需要模流分析？

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應用範圍

電腦週邊Computer

汽機車業Automobile

家電產品

Electric appliance

連接器Connect

光電產品optoelectronic appliance

通訊器材

communication

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應用項目

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應用項目

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射出成型問題與不良

短射 (Short Shot) 發赤 (Blush) 毛邊 (Flash)

包風 (Air Trap) 條紋 (Streak)熔接線 (Weld Line)

噴射流 (Jetting) 流痕 (Flow Mark) 凹陷 (Sink Mark)

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非傳統射出成型簡介

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薄殼射出成型(Thin-Wall Injection Molding)

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薄殼射出成型(Thin-Wall Injection Molding)

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薄殼成型常見問題

射速過高，保壓切換不易，常形成溢料

料溫過高，材料容易產生裂解

殘留映力容易形成

保壓的均勻性不易達成

尺寸的精密度控制不易

產品容易翹曲變形

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射出機需求

高射出速度 (300mm/s 以上)

高射出壓力

小型料管

高反應切換 (加/減速的轉換)

高機台剛性

高精度控制

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模具要求

良好的冷卻系統

高模具剛性 (避免變形)

良好的排氣設計

適當的澆口設計

較高的模具製作精度

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氣體輔助射出成型(Gas-Assisted Injection Molding)

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(1)

(2)

(3)

部分熔膠充填(70~98%)

氣體輔助充填

氣體輔助保壓

氣體輔助射出成型(Gas-Assisted Injection Molding)

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氣體輔助射出成型(Gas-Assisted Injection Molding)

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氣體輔助射出設備

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常用的氣道截面形狀

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氣體輔助射出成型具備的優勢

低射壓、低鎖模力

壓力分佈均勻、收縮均勻

殘留應力低、不易翹曲

消除凹陷

省塑料

縮短厚件成型時間

可使設計剛性提高

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氣體輔助射出成型的困難點

成品的外觀問題

氣道附近的光影

表面流痕

浮纖

低壓成型對於須高保壓成品不利於應用

量產時不穩定性

氣體輔助設備及射出機之不穩定性

氣針堵塞

對料溫、模溫、模穴尺寸精度及操作環境敏感

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雙色射出成型

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模具成型技術

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模具成型技術

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模具旋轉機構

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三成份射出成型

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三射射出成型

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嵌入成型 (Insert Molding)

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模內塗裝射出成型(IMD, In Mold Decoration)

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模內塗裝射出成型(IMD, In Mold Decoration)

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模內塗裝射出成型(IMD, In Mold Decoration)

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模內塗裝射出成型(IMD, In Mold Decoration)

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模內塗裝成型系統

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模流分析案例討論與分享

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光學元件模流分析案例分享一—DVD 讀取頭

分析運用軟體—Moldex 3D特色:三維實體分析運算時間:2~3小時

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DVD 讀取頭分析結果

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厚度1.0材質PMMA

直條式微溝環狀式微溝

光學元件模流分析案例分享二—Fresnel Lens

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網格概況

微結構處網格局部細微化

運算時間:7~8小時

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Fresnel Lens分析結果

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未使用集光透鏡電流：2.08mA使用集光透鏡電流：2.86mA*發電效率增加約35~40%*

未使用集光透鏡 使用集光透鏡

Fresnel Lens實測結果

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光學元件模流分析案例分享三—2.5吋導光版

流動波前30%

流動波前95%流動波前75%

流動波前50%

模穴壓力分佈

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光學元件模流分析案例分享四—8.3吋太陽能集光片

流動波前動畫 翹曲分析/總位移量動畫 光學分析 / 總合光彈條紋

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原始設計翹曲分析 / 齒型變形情形

量測位置

紅色為齒型設計值黑色為齒型變形值

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光學元件模流分析案例分享五—半導體晶圓承載cassette

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以分析結果來看，無短射現象會發生，而結合線位置落於非結構直接承載力量處，亦非結構上應立較大處，故設計結果為預期，包風位置將設計排氣孔以避免不良，收縮及翹曲將藉由射出成形參數來做優化。

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金屬中心光學元件開發能量

模仁尺寸：150 X 150 X 13 mm(約8.3吋)模仁微結構深度：0.0221~1.0884mm模仁微結構夾角：54.67~90.15度固定Pitch：1mm模仁表面粗糙度≦Ra0.02μm

模仁尺寸：φ 12 X 15mm模仁微結構深度：Constant=0.1mm模仁微結構夾角：72~82度模仁微結構Pitch：0.624~1.716mm模仁表面粗糙度≦Ra0.02μm

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Y半徑= 66.5mmY圓錐常數= -7.1895X半徑= 86.5mmX圓錐常數= -0.5

雙曲面鏡片模仁

金屬中心光學元件開發能量(續)

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結論

一、台灣精微加工能力已逐漸趕上日德等先進國家，但產品設計能力及CAE分析能力仍遙遙落後，若能提升將可擺脫長期低毛利代工產業之趨勢。

二、模流分析軟體為先期協助模具設計及預估射出成形缺陷之利器，良好的運用將可減少修模及try error次數，產品設計及模具設計人員應多加利用此利器。

三、行動電話、LED照明、新世代車燈、集光型太陽能鏡片、藍光DVD、多焦視力矯正鏡片、3D TV等具未來爆發性發展之產品，為台灣未來具利基之發展產業。

四、金屬中心多年來耕耘光學元件之加工及成形，並結合學界共同服務產業進行高值化產品開發，竭誠歡迎將您的問題或困難告知我們，一同帶動產業的發展。

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