- 客戶： 中原大學
- 國家：台灣
- 產業：教育
- 解決方案：Moldex3D Advanced / 纖維配向模組
大綱
要獲得良好的拍照品質，光學相機鏡頭外殼必須達到適當的尺寸精度，包括真圓度等。本案例中的相機鏡頭外殼使用纖維強化材料所製造，其真圓度問題有待改善，必須從檢驗各項製程條件變化來著手，因此中原大學團隊導入Moldex3D來進行優化製程設定。首先以Moldex3D進行流動和纖維分析，接著在翹曲分析結果中發現產品的真圓度不佳，此結果的準確度也透過實驗驗證。模擬結果顯示，提高模溫可改善真圓度；但添加玻璃纖維後， 纖維的排向會造成產品不均勻收縮，而導致真圓度變差。為了減少纖維對產品真圓度的影響，中原大學調整了纖維添加量、修改流道系統設計，並進行模擬驗證。最後透過Moldex3D的模擬，找到了最佳的纖維量和流道設計，明顯改善了產品真圓度。
挑戰
- 相機鏡頭外殼真圓度不佳，會導致拍照圖像變形
- 玻璃纖維無法如預期中的提高尺寸精度，反而使真圓度變差
解決方案
以Moldex3D探究製程條件的影響，並據此修改產品設計以改善真圓度
效益
- 了解各項製程條件如何影響產品真圓度
- 透過澆口位置的變更，改善了超過35%的真圓度
案例研究
本案例目的為找到最佳的製程條件組合，以改善相機鏡頭外殼產品(圖一)的真圓度。在利用Moldex3D優化各項製程條件之後，中原大學團隊必須找出塑料中玻璃纖維的最適合含量。
圖一 本案例產品為相機鏡頭外殼
使用者可以透過Moldex3D評估不同的製程條件，達到產品設計優化，且不須耗費過多的人力和成本。本案例中，原本預期塑料中添加的玻璃纖維能夠幫助降低產品收縮，達到較佳的真圓度。然而在實際情況中，添加纖維強化塑料常常無法提高尺寸精度，甚至可能造成反效果。Moldex3D模擬結果顯示，產品的纖維排向呈現Z軸方向，會造成體積不均勻收縮，對真圓度也會產生不良影響。圖二為Moldex3D的模擬分析與實驗結果對照，二者呈現高度一致性，顯示添加纖維會使真圓度變差。
圖二 模擬和實驗結果都顯示纖維會使產品真圓度變差
表一為不同製程條件的驗證結果，其中料溫為290~310℃，模溫100~150℃，射速30~90 mm/s。從表中可看出，料溫和射速對於產品真圓度的影響不大，但提高模溫則可有效改善椹圓度
表一 不同製程條件之模擬驗證結果
圖三顯示纖維排向與塑料流動方向相同(Z軸方向)，此情形將導致產品不均勻收縮，且是真圓度數值過高的主要原因。
圖三 纖維排向與塑料流動方向相同(Z軸方向)
為了改善流動平衡，中原大學團隊改變了三個澆口位置設計(圖四)，預期此設變可使產品的肉厚和肉薄處可同時充填完成，以改善產品真圓度。
圖四 設計變更了三個澆口位置
設計變更之後，不論是使用PC原料或是PC+30% GF，真圓度都可改善35%以上，如表二所示。
表二 變更澆口設計後真圓度已改善
結果
藉由此案例研究，中原大學了解添加纖維並不會改善相機鏡頭外殼產品的真圓度。此外，本案例使用Moldex3D進行模擬，其分析結果與實驗結果非常一致，因此計畫在未來論文及工作上擴大Moldex3D的應用，持續改良產品流動不平衡的問題。