Edited by Jessie Chen, Intern at Technical Support Team, Moldex3D
- Customer: MGS Mfg. Group Inc.
- Country: U. S. A.
- Industry: Toolmaker
- Solution: Moldex3D Professional Package, 3D Coolant CFD, Designer BLM
- View PDF Version
MGS ก่อตั้งโดย Mark G. Sellers ในปี 1982 ในฐานะที่เป็นแหล่งเดียวที่ได้รับการพิสูจน์แล้วของความเชี่ยวชาญด้านการผลิตและความรับผิดชอบในหลากหลายอุตสาหกรรม พวกเขานำเสนอโซลูชันแบบบูรณาการแบบกำหนดเองที่ขับเคลื่อนประสิทธิภาพและการเติบโตของธุรกิจ ทีมวิศวกรรมชั้นยอดของ MGS และเทคโนโลยีขั้นสูงได้รับแรงผลักดันจากทัศนคติ “ทำมันให้สำเร็จ” และจิตวิญญาณของผู้ประกอบการแห่งนวัตกรรม (Source)
บทสรุป
การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความแตกต่างระหว่าง Moldex3D ที่มีและไม่มีฟีเจอร์ 3D coolant CFD ที่เปิดใช้งานเพื่อค้นหาสภาพแวดล้อมที่ตรงกับ “ความเสมือนจริง” และ “ความเป็นจริง” MGS สร้างอุปกรณ์ระบายความร้อนที่แตกต่างกันสามแบบและเปรียบเทียบกับการทดลองและการจำลอง การทดลองดำเนินการโดยใช้การออกแบบวัสดุสามแบบพร้อมประสิทธิภาพการทำความเย็นที่แตกต่างกัน พินทองแดง ไอโซบาร์ และฟองสบู่ พวกเขาใช้ Moldex3D เพื่อเปรียบเทียบการออกแบบการระบายความร้อนทั้งสามนี้ในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงกับค่าการทดลอง
ความท้าทาย
การคาดการณ์ถึงศักยภาพของปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการขึ้นรูปอย่างแม่นยำในการออกแบบชิ้นส่วนใดๆ ถือเป็นเรื่องท้าทาย ในหลายกรณี การคาดคะเนเวลาเย็นที่ต้องการเป็นสิ่งสำคัญยิ่งต่อความสำเร็จโดยรวมของโครงการ การออกแบบการระบายความร้อนทางวิศวกรรมซึ่งต่างจากการออกแบบการระบายความร้อนมาตรฐานจะเพิ่มต้นทุนเครื่องมือ แต่สามารถสร้างผลกำไรได้สูง การคาดคะเนเวลาการหล่อเย็นอย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความสามารถในการทำกำไร คุณภาพ และการปรับต้นทุนเครื่องมือเมื่อเห็นว่าการระบายความร้อนทางวิศวกรรมมีความเหมาะสม
โซลูชั่น
- ใช้ BLM เพื่อสร้าง Solid mesh ของส่วนประกอบทั้งหมดเพื่อเข้าถึง“real world”
- ใช้ CFD โมดูลเพื่อให้เข้ากับสถานการณ์ “real world”
ประโยชน์
- การออกแบบ Bubbler ที่มีการไหลแบบปั่นป่วนมีข้อผิดพลาด 2.9% เมื่อเทียบกับข้อมูลจริง
- การออกแบบ Isobar ที่มีการไหลแบบปั่นป่วนมีข้อผิดพลาด 4.0% เมื่อเทียบกับข้อมูลจริง
- การออกแบบทองแดงที่มีการไหลแบบปั่นป่วนมีข้อผิดพลาด 8.4% เมื่อเทียบกับข้อมูลจริง
- การออกแบบเหล็กที่มีการไหลแบบลามิเนตมีข้อผิดพลาด 2.2% เมื่อเทียบกับข้อมูลจริง
กรณีศึกษา
MGS ได้ออกแบบฟิกซ์เจอร์ระบายความร้อนที่แตกต่างกันสามแบบ ทำการทดลองกับการทำความเย็นของพินทองแดง ไอโซบาร์ และบับเลอร์ จากนั้นจึงเปรียบเทียบผลการจำลองกับค่าการทดลอง ขั้นแรก ใช้บอร์ด CFD ในการทดลองจริงเพื่อวัดอัตราการทำความเย็น อุณหภูมิ และความดัน ดังแสดงในรูปที่ 1 เราจะเห็นไดอะแกรมการกำหนดค่าการออกแบบการระบายความร้อนที่จำลองขึ้นของบอร์ด CFD รูปที่ 2 คือฟิกซ์เจอร์ที่มีวิธีการทำความเย็นตามหลักวิศวกรรมสามวิธี โครงสร้างอุปกรณ์ทำความเย็นประกอบด้วยโลหะพิมพ์ 3 มิติ เหล็กกล้าเครื่องมือ และ SLA ฟิกซ์เจอร์ทำความเย็นใช้ตัวทำความร้อนแบบคาร์ทริดจ์เพื่อจ่ายความร้อนให้กับฟิกซ์เจอร์ และใช้เทอร์โมคัปเปิลเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของบล็อกความร้อน
 |
 |
รูปที่ 1 แผนผังการทดลองและการจำลองของบอร์ด CFD
 |
 |
รูปที่ 2 แผนผังการออกแบบและการจำลองการระบายความร้อน
ดังที่แสดงในรูปที่ 3 เราจะเห็นการออกแบบการระบายความร้อนที่แตกต่างกันสามแบบและแบบแผนการทดสอบวงจรน้ำหล่อเย็นสำหรับการประมวลผลแม่พิมพ์โลหะ ซึ่งระบายความร้อนด้วยไอโซบาร์ พินทองแดง และบับเบิ้ลตามลำดับ การตั้งค่าจะถูกจำลองและวิเคราะห์ผ่านเงื่อนไขการทดลอง.
รูปที่ 3 การออกแบบการระบายความร้อนที่แตกต่างกันสามแบบและแผนผังการระบายความร้อนของแม่พิมพ์
จากผลการทดลอง ทีมงานได้เปรียบเทียบประสิทธิภาพการทำความเย็นของการออกแบบการทำความเย็นที่แตกต่างกันห้าแบบ (แผ่นเคลือบเหล็ก เหล็กแผ่นปั่นป่วน ไอโซบาร์ พินทองแดง และบับเบิ้ล) จาก198ºF ถึง 80ºF ดังแสดงในรูปที่ 4 จะเห็นได้ว่าการออกแบบ bubbler แนวสีส้มนั้นมีประสิทธิภาพการระบายความร้อนดีกว่ารุ่นอื่นๆ ใช้เวลาเพียง 654 วินาทีในการทำให้เย็นลงถึง 80 องศาฟาเรนไฮต์ วิธีการไหลแบบลามินาร์โดยใช้ระบบทำความเย็นแบบเดิมมีประสิทธิภาพการทำความเย็นที่แย่ที่สุด ใช้เวลา 1796 วินาทีในการทำให้เย็นลงเป็น80ºF
การทดลองและการทดสอบการจำลองด้านบนเปรียบเทียบการออกแบบการระบายความร้อนที่แตกต่างกันห้าแบบ รวมถึงความแตกต่างระหว่างค่าทดลองที่มีหรือไม่มีการเปิดใช้งานคุณสมบัติ 3D Coolant CFD จากตารางที่ 1 เราจะเห็นว่าเปิดใช้งานการวิเคราะห์การระบายความร้อนด้วยการจำลอง CFD (ช่วงสีเขียว) มีความแม่นยำมากกว่าไม่มี CFD (ช่วงสีแดง) ดังนั้นผลลัพธ์ของการคำนวณ 3D CFD จึงสอดคล้องกับการทดลองและข้อผิดพลาดระหว่าง ผลการจำลองและเป้าหมายการทดลองอยู่ในระยะประมาณ 10%
รูปที่ 4 ผลลัพธ์ของการออกแบบการระบายความร้อนที่แตกต่างกัน
ตารางที่ 1 ข้อมูลการจำลองและการทดลอง
ผลลัพธ์
โปรเจ็กต์นี้วิเคราะห์การออกแบบการระบายความร้อนที่แตกต่างกันสามแบบและเปรียบเทียบการจำลองกับการทดลอง การออกแบบระบบระบายความร้อนด้วยฟองอากาศเป็นการออกแบบที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดและสามารถนำไปใช้ในโลกแห่งความเป็นจริงได้ ผลลัพธ์ของโครงการนี้คือการเปรียบเทียบว่าการวิเคราะห์ CFD สารหล่อเย็น 3 มิติมีประโยชน์หรือไม่ ในการทดลอง มีการเปรียบเทียบการออกแบบห้าแบบและข้อผิดพลาดของข้อมูลของสี่แบบนั้นต่ำกว่า 10% เห็นได้ชัดว่าการจำลองการวิเคราะห์การระบายความร้อนโดยใช้ CFD ของสารหล่อเย็น 3 มิตินั้นแม่นยำกว่าการไม่ใช้ CFD ของสารหล่อเย็น 3 มิติอย่างมาก อย่างไรก็ตาม หากไม่ได้ใช้การวิเคราะห์แบบจำลอง 3D ของสารหล่อเย็น CFD การจำลองและข้อผิดพลาดจากการทดลองของการออกแบบการระบายความร้อนทั้งห้าแบบจะอยู่ที่ 30% ถึง 55% ดังนั้น การใช้ Moldex3D ร่วมกับการวิเคราะห์ 3D Coolant CFD สามารถช่วยให้ได้ผลลัพธ์การวิเคราะห์การระบายความร้อนที่แม่นยำที่สุด