模流分析应用射出压缩成型提高车灯透镜品质案例

■巨隆工业 / 张金泉 总经理(转载自ACMT电子技术月刊）

前言

光学元件如玻璃、塑胶球面与非球面镜片等的应用范围非常广泛，从与日常生活密切相关的物品到先端技术制品，如眼镜、相机、手机……等，都可见到相关光学元件的应用。尤其是在现今这个情报化发展中的社会，要想达成大量且高速的情报传输手段，高精度的光学元件更是不可欠缺的一环。

然而产品对于光学元件品质与精度的要求非常严格，需同时满足「形」与「光」，两者缺一不可。其中「形」代表对于尺寸精度的要求，当尺寸精度无法满足原先设计时，不单影响到尺寸的组装，也将影响到原始设计上光学性质的需求；而「光」则代表在成型之后，因其光学元件内部的密度、应力等特性在分布上的不均匀性，导致光学元件因折射与光弹条纹上的差异而无法达到原始设计上所想达到的理想光学性质。

案例分享

目前光学成型技术正处於成长的阶段，还有许多可发展的空间。对此，作者将在下文中借由光学模具设计的案例，针对光学模具的设计与成型优化为各位读者进行说明。

案例成型问题
本次案例的产品为车灯透镜，过去是使用玻璃材质，由于节能减碳、车辆轻量化趋势，以及产能等因素，近来开始使用塑胶材质。车灯透镜的肉厚，通常较一般塑胶产品厚，此案例最厚区域约20mm，塑胶材料为热涨冷缩性质，在传统射出成型过程当中，高温熔融塑胶射入模穴内，经过冷却收缩后，较厚区域会收缩较大。靠近浇口与远离浇口区域，因压力分布差异，而产生收缩差异，进而导致形变问题。也由于传统射出过程中，分子链被拉伸而可能导致残留应力的问题，形变与残留应力问题将影响产品的光折射路径与亮度。

解决方案说明
此案例期望透过射出压缩成型方式，改善产品的形变与残留应力问题，射出压缩成型是结合了传统射出成型与压缩成型两种制程，在充填初始阶段，公母模不完全闭合，而是保留一部分间距，当塑胶射入模具内达到一定体积时，锁模机构将模具完全闭合，透过闭合的机制，压缩模穴表面让熔胶进入模穴，完成充填。另外，调整模具机构设计，可以只针对重点区域局部压缩模穴表面，称为射出模内压缩制程。

透过Moldex3D 之模流分析，可明显比较出传统射出成型与射出模内压缩成型两者制程对于形变以及残留应力之影响。

图1：射出成型之底部位移

图2：射出模内压缩之底部位移

结果与讨论

1. 由产品形变探讨：图1 与图2 为射出成型与射出模内压缩成型之底部翘曲变形，由于射出模内压缩的体积收缩率较小与较均匀，因此底部位移0.1mm，小于射出成型之底部位移0.27mm，其位移降低62%。
2. 由光学性质探讨：光程差越大，光学品质越差，射出模内压缩最大总和光程差约2 微米，小于射出成型之3 微米，改善率33%（如图4、图5 所示）。总和光弹条纹黑色线条越密集，表示残留应力越大，光学品质越差，射出成型黑色线条较射出模内压缩密集（如图6、图7 所示）。
3. 经由上述两点可知，此案例射出模内压缩可以改善射出成型产品形变与提升光学品质。

■本篇文章由张金泉顾问与科盛科技共同撰写。（图３至图７之相关图例，请参下页）

图3：分別为射出成型（左）与射出模内压缩（右）之体积收缩率剖面与统计图

图4：射出成型之总和光程差  

 图5：射出模内压缩之总和光程差                            

图6：射出成型之总和光弹条纹

图7：射出模内压缩之总和光弹条纹

---

未经同意，请勿转载