Moldex3D模流分析之帮助多材质光学塑件缩短55%的时间

大纲

塑料厚件产品的射出成型问题层出不穷，表面凹陷、喷流痕、真空泡等都是常见的瑕疵。此外由于厚件的温度传递效果差，而需要较长的冷却时间，严重影响生产效率。本案例研究一厚度达12mm的塑料光学镜片产品，利用分层多次射出的概念将成品以B-A-B的形式进行射出成型，藉由Moldex3D多材质射出成型(MCM)模块来分析A 层与B层的厚度改变对冷却时间及光学性质的影响，期望能藉此找到最佳的各层厚度组合，达到高质量光学产品并缩短制造周期。

挑战

• 找到最佳的厚度组合，以缩短冷却时间

• 透明度、残留应力等光学条件都达到较佳的结果

解决方案

使用Moldex3D 多材质射出成型(MCM)模块设计产品最适当的各层厚度，期望缩短冷却时间

效益

• 冷却时间成功缩短50-60%

• 凹陷量减少了85%

• 设计变更后消除了大部分的残留应力，并与Moldex3D预测结果符合

案例研究

本案例产品为厚度达12mm的光学镜片产品(图一)，希望藉由分层多次射出制程，调整该产品的各层厚度比例，以达到较佳的光学质量并缩短冷却时间。原始设计面临了冷却时间过长的问题，根据Moldex3D的仿真，要将产品冷却到顶出温度，整整需要384秒。此外Moldex3D翘曲分析中也侦测到严重的凹痕，是厚件散热不佳所导致。

图一 本案例的12mm厚件光学镜片

为解决此问题，高应大团队导入了多材质射出成型制程。第一射产生厚件的中间层(A层)，第二射则产生上下两层(B层)，以完成此厚件产品(图二)。接下来要面对的问题是：每一射所产出的厚度应如何定义？高应大团队于是提出了4项设计变更，并透过Moldex3D一一模拟验证，以观察不同厚度组合的冷却时间差异。根据Moldex3D冷却分析结果，中间层6mm和上下两层各3mm的产品设计，可以达到最短的冷却时间─172秒，比原本的冷却时间缩短了55%(图三)。

图二 产品的中间和上下层是由两次射出产生

图三 设计修改后，冷却时间由384秒降为172秒

原始设计的残留应力量测结果，与Moldex3D光弹条纹分析结果一致(图四)。接下来进行产品的凹痕及透明度等光学性质的检验，检验结果(图五)显示，凹陷量有显著的改善，并随着产品上下层的厚度呈等比例变化。而设变的透明度也与原始设计不相上下。

图四 原始设计的残留应力量测与Moldex3D光弹条纹分析趋势相符

图五 凹陷量及透明度量测结果

结果

Moldex3D预测厚件光学产品冷却时间和相关光学性质的能力，对于改善光学镜片设计质量有很大的帮助。从残留应力量测的结果也可发现Moldex3D模拟结果是可靠且贴近真实的。高应大藉由Moldex3D找到优化的产品分层厚度组合、缩短了高达55%的冷却时间，也获得良好的光学质量。