- 客戶： 高雄應用科技大學
- 地區：台灣
- 產業： 教育
- 解決方案：Moldex3D Advanced；MCM
(來源: www.kuas.edu.tw)
大綱
塑膠厚件產品的射出成型問題層出不窮，表面凹陷、噴流痕、真空泡等都是常見的瑕疵。此外由於厚件的溫度傳遞效果差，而需要較長的冷卻時間，嚴重影響生產效率。本案例研究一厚度達12mm的塑膠光學鏡片產品，利用分層多次射出的概念將成品以B-A-B的形式進行射出成型，藉由Moldex3D多材質射出成型(MCM)模組來分析A 層與B層的厚度改變對冷卻時間及光學性質的影響，期望能藉此找到最佳的各層厚度組合，達到高品質光學產品並縮短製造週期。
挑戰
- 找到最佳的厚度組合，以縮短冷卻時間
- 透明度、殘留應力等光學條件都達到較佳的結果
解決方案
使用Moldex3D 多材質射出成型(MCM)模組設計產品最適當的各層厚度，期望縮短冷卻時間
效益
- 冷卻時間成功縮短50-60%
- 凹陷量減少了85%
- 設計變更後消除了大部分的殘留應力，並與Moldex3D預測結果符合
案例研究
本案例產品為厚度達12mm的光學鏡片產品(圖一)，希望藉由分層多次射出製程，調整該產品的各層厚度比例，以達到較佳的光學品質並縮短冷卻時間。原始設計面臨了冷卻時間過長的問題，根據Moldex3D的模擬，要將產品冷卻到頂出溫度，整整需要384秒。此外Moldex3D翹曲分析中也偵測到嚴重的凹痕，是厚件散熱不佳所導致。
圖一 本案例的12mm厚件光學鏡片
為解決此問題，高應大團隊導入了多材質射出成型製程。第一射產生厚件的中間層(A層)，第二射則產生上下兩層(B層)，以完成此厚件產品(圖二)。接下來要面對的問題是：每一射所產出的厚度應如何定義？高應大團隊於是提出了4項設計變更，並透過Moldex3D一一模擬驗證，以觀察不同厚度組合的冷卻時間差異。根據Moldex3D冷卻分析結果，中間層6mm和上下兩層各3mm的產品設計，可以達到最短的冷卻時間─172秒，比原本的冷卻時間縮短了55%(圖三)。
圖二 產品的中間和上下層是由兩次射出產生
圖三 設計修改後，冷卻時間由384秒降為172秒
原始設計的殘留應力量測結果，與Moldex3D光彈條紋分析結果一致(圖四)。接下來進行產品的凹痕及透明度等光學性質的檢驗，檢驗結果(圖五)顯示，凹陷量有顯著的改善，並隨著產品上下層的厚度呈等比例變化。而設變的透明度也與原始設計不相上下。
圖四 原始設計的殘留應力量測與Moldex3D光彈條紋分析趨勢相符
圖五 凹陷量及透明度量測結果
結果
Moldex3D預測厚件光學產品冷卻時間和相關光學性質的能力，對於改善光學鏡片設計品質有很大的助益。從殘留應力量測的結果也可發現Moldex3D模擬結果是可靠且貼近真實的。高應大藉由Moldex3D找到優化的產品分層厚度組合、縮短了高達55%的冷卻時間，也獲得良好的光學品質。