德國卡塞爾大學以模擬方法驗證發泡射出之局部抽芯技術

客戶簡介
卡塞爾大學成立於1971年,是德國著名的公立大學,重點領域是技術與環境科學,教育與社會研究。(來源: https://www.uni-kassel.de/uni/en)

大綱

本專案主要探討發泡射出製程的抽芯技術。相較於標準抽芯製程,本案例的產品只在局部膨脹,因此氣泡的形成被限縮於特定區域。膨脹區和非膨脹區的產品結構形成,受到邊界條件和製程參數設定的影響,交互作用非常複雜。利用Moldex3D發泡射出成型模組可以觀察到結構成型的過程,並據此調整製程參數,獲得理想的抽芯產品。

挑戰

  • 材料、製程設定、幾何邊界條件等因素之間的複雜交互作用,都會影響到抽芯結果
  • 無法觀察到發泡過程中的實際狀況

解決方案

透過Moldex3D模擬發泡射出成型的抽芯狀況,來預測模腔內的發泡行為,藉此調整適當的製程參數,以獲得理想的抽芯結果

效益

  • 發泡射出成型的局部抽芯技術有更深入了解
  • 可視化氣泡形成過程
  • 成功以模擬技術進行定性實驗驗證 

案例研究

卡塞爾大學利用Moldex3D能深入分析發泡射出產品結構形成的完整過程。Moldex3D支援抽芯製程邊界條件設定,能幫助預測在充填和保壓階段中,不同時間點的氣泡尺寸、氣泡密度和產品密度。軟體中的感應節點對於記錄膨脹和非膨脹區域中壓力和氣泡大小的關聯,也有很大的幫助。
氣泡最初於充填階段形成,但在體積膨脹引發的第二次發泡前,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測,從中可看出當抽芯完成後,氣泡會膨脹得較大。而圖二的模擬則顯示,氣泡越大,氣泡密度越小。

圖一 充填和保壓階段(體積膨脹前)以及充填完畢後(體積膨脹後)的氣泡大小

圖二 充填和保壓階段(體積膨脹前)以及充填完畢後(體積膨脹後)的氣泡密度

圖三顯示產品密度的變化。膨脹區域的氣泡形成會使該區的產品密度大減,而非膨脹區域的產品密度則仍然與未發泡材料的密度相近。

圖三 充填和保壓階段(體積膨脹前)的產品密度以及充填結束後(體積膨脹後)的產品密度

Moldex3D軟體中的感應節點是非常實用的功能,讓使用者可清楚洞察模腔內的發泡行為(圖四)。

圖四 膨脹區域A (SN5)及非膨脹區域B (SN7)感應節點上的壓力和氣泡尺寸之XY曲線

透過模擬分析,能夠清楚調查發泡射出成型抽芯技術的效果。因此包括SCF含量(發泡劑含量)、膨脹率(抽芯距離)、延遲時間、保壓壓力和保壓時間等參數的變,都能夠掌握。

圖五是不同製程設定的模擬結果,以SCF含量(發泡劑含量)與實際產品結構的關聯為例,模擬和實驗結果都顯示,SCF含量越多,氣泡就越小。實驗數據也證明了Moldex3D預測的準確性。

圖五 SCF含量與氣泡大小的關聯

結果

透過Moldex3D的協助,卡塞爾大學對發泡射出成型的局部抽芯技術能有更深入的了解,藉由可視化了解氣泡形成過程,並成功以Moldex3D模擬及驗證定性實驗。


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