- ลูกค้า: Taiwan University of Science and Technology
- Region: Taiwan
- อุตสาหกรรมทางด้าน: การศึกษา
- ใช้งานด้าน: Moldex3D Advanced; Fiber Module, FEA Interface
บทสรุป
แม้ว่าความต้องการในการผลิตพลาสติกที่มีคุณสมบัติเบาจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่ความต้องการของความถูกต้องของรูปทรงและความแข็งแรงยังคงเป็นสิ่งที่จำเป็น ด้วยการเติมFiberเข้าไปในชิ้นงาน นอกจากจะช่วยลดการปล่อยคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพแล้ว ยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ได้อีกด้วย ในงานวิจัยนี้มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งไต้หวัน (Taiwan Tech) เลือกวัสดุที่สามารถย่อยสลายได้ ได้แก่ Poly Lactic Acid (PLA) เพื่อจำลองและตรวจสอบผลกระทบของการบิดงอและความเครียดของชิ้นงาน ที่มีผลมาจากการวางตัวของFiber
Challenges
- เพื่อหาว่าFiberสามารถเพิ่มความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ได้อย่างไร·
- ไม่มีวิธีทดสอบมาตรฐานและกระบวนการจำลองของ PLA
Solutions
ใช้ Moldex3D Advanced และ Fiber Module เพื่อสร้าง Mesh (รูปที่ 1) ทดสอบ convergence test (รูปที่ 2) และการจำลองการฉีดขึ้นรูปพลาสติก
Fig. 1 Mesh building in Moldex3D
Fig. 2 The element convergence test
ประโยชน์ที่ได้รับ
- เมื่อเทียบประสิทธิภาพจากความยาวของFiber Fiberชนิดยาวมีความต้านทานต่อการเปลี่ยนรูปและแรงดึงได้ดีกว่าชนิดสั้น
- การร่วมมือของ Moldex3D และ ANSYS ช่วยให้ได้การจำลองแบบสมบูรณ์และแม่นยำสำหรับวัสดุ PLA
- เพื่อหาว่าการเพิ่มFiber สามารถเพิ่มความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ได้
กรณีศึกษา
กรณีศึกษานี้เน้นการจำลองจากPLA PLAมีอัตราการตกผลึกที่ต่ำ ความแข็งแรงและความต้านทานต่อความร้อนต่ำ ดังนั้นทีม Taiwan Tech จึงวางแผนที่จะเพิ่มเส้นใยเพื่อปรับปรุง เริ่มแรกทีม Taiwan Tech ตรวจสอบผลการจำลองของ Moldex3D ผ่านการทดลองและพบรูปแบบการไหลที่สม่ำเสมอ (รูปที่ 3) จากนั้นจึงพยายามคาดการณ์ผลของเส้นใยระยะสั้นและยาวต่อความต้านทานการเสียรูปของผลิตภัณฑ์ และหาผลที่แตกต่างกันในสัดส่วนเส้นใยที่แตกต่างกัน สุดท้ายทีมงานได้ยืนยันผลจาก Moldex3D และ ANSYS ในการเปลี่ยนรูปและความเครียดของผลิตภัณฑ์
Fig. 3 Moldex3D simulation is verified consistent with the real case in filling pattern and sink mark
Taiwan Tech รู้ว่าการเพิ่มFiberสามารถเพิ่มความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ PLA อย่างไรก็ตามนักวิชาการยังคงขาดความรู้เกี่ยวกับสัดส่วนที่จะทำให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด รวมไปถึงชนิดของเส้นใยที่จะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพความแรงของชิ้นงานได้มากที่สุด ในการศึกษาครั้งนี้พบว่า Moldex3D สามารถจำลองทิศทางของเส้นใยได้อย่างถูกต้องในขั้นตอนการผลิต ผลการจำลองสามารถส่งออกจาก FEA Interface ใน Moldex3D ถึง ANSYS สำหรับการวิเคราะห์โครงสร้าง สามารถทำได้โดยง่าย
Taiwan Tech ได้เพิ่มเส้นใยใน PLA เพื่อเพิ่มความแข็งแรง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเส้นใยยาวมีความต้านทานต่อการเปลี่ยนรูปได้ดีกว่าชนิดสั้น (รูปที่ 4)
Fig. 4 Compared with short fiber, long fiber has better resistance to deformation
การเพิ่มเส้นใยจะช่วยลดการเสียรูป ในกรณีศึกษานี้เส้นใยปริมาณ 25% จะทำให้เกิดการเสียรูปที่ต่ำที่สุด (รูปที่ 5)
Fig.5 Displacement results of different fiber proportion
ต่อมา Taiwan Tech ใช้ ANSYS เพื่อตรวจสอบการวิเคราะห์การเสียรูปและความเครียดของ Moldex3D ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนรูปและความเค้นใน ANSYS เป็นไปในทางเดียวกับ Moldex3D (รูปที่ 6)
Fig. 6 Moldex3D and ANSYS verification of simulation results
ผลลัพธ์
จากการทดสอบด้วย Moldex3D ข้อมูลผลลัพธ์ของFiberที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงต่างๆ สามารถตรวจสอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการใช้ FEA ใน Moldex3D ผู้ใช้สามารถส่งออกผลการเรียงตัวของเส้นใย และเชื่อมต่อกับ ANSYS สำหรับการวิเคราะห์ FEA ได้โดยง่าย นี่ถือเป็นโซลูชันแบบครบวงจรที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้สำหรับการพิจารณากระบวนการผลิตในการคาดการณ์ของ FEA กรณีศึกษานี้ครอบคลุมไปถึงผู้ใช้งาน PLA ในอุตสาหกรรมอุปกรณ์ต่างๆ