客戶簡介

• 客戶：Proplast
• 國家：義大利
• 產業：學術研究
• 解決方案：Moldex3D Advanced

Proplast在1988年成立於義大利的亞歷山德里亞，以支援企業在塑膠產業的發展為使命，服務範圍聚焦於應用研究、技術革新、招募產業優秀人才以及教育訓練等。2008年五月，Proplast為了提供塑膠產業專業的技術服務，成立了一間比過去還要大三倍、3500平方米的經營據點。

Proplast的經營活動在四個事業夥伴──拜耳、巴塞爾、Guala、M&G(Mossi & Ghisolfi)──的支持下展開，近年來也在塑膠產業鏈相關的企業組織、學術單位大力協助之下，有了相當顯著的成長。
(來源： www.proplast.it)

本專案由Proplast與Engel義大利分公司、Trexel和Onni-stamp共同合作研究

大綱

Proplast希望透過本專案了解MuCell^®製程，並運用此經驗做為未來協助客戶導入MuCell^®技術。此支援項目包括了MuCell^®產品設計、模具設計到模具試模與驗證等。為了能完成這具高度挑戰性且複雜的製程，Proplast藉由Moldex3D解決方案，幫助工程師順利掌控整體流程，達到產品與模具最優化設計，成功獲得所期望的試模結果、完成專案。

挑戰

本案例中最大的挑戰就是準確地預測出複雜的MuCell^®製程，以達到產品與製程條件最優化的目標。為進一步研究MuCell^®技術能帶來的改善，在本例中將進行以下四個項目的驗證工作：

• 凹痕
• 翹曲變形
• 氣泡大小預測和驗證
• 發泡密度預測和驗證

過程中每個階段的模擬分析皆以模流分析軟體Moldex3D來進行。

為深入評估、測量與比較MuCell^®製程結果，特別在產品幾何中加入上圖所述的設計特徵

解決方案

不論是傳統射出成型和MuCell^®微細發泡射出成型，Moldex3D都能夠進行模擬分析，Proplast藉此得以比較兩種製程的差異和分析結果。此外，藉由Moldex3D的模流分析技術，Proplast得以深入分析微細發泡射出成型製程的細部結構，包括氣泡大小、密度或分佈情形等。

產品設計

效益

Moldex3D為MuCell^®製程的各面向提供了完整全面的模擬分析。藉由Moldex3D，Proplast得以對MuCell^®製程有更深入的了解，達到產品和模具設計優化；更重要的是，Proplast因此有能力為客戶提供更具建設性的建議，並指導客戶如何有效運用MuCell^®技術。

Moldex3D MuCell^® 模擬分析包括了以下項目：

案例研究

MuCell^®射出成型模擬對於實際應用MuCell^®製程有相當大的幫助，可以在實際製造前便能偵測問題，避免錯誤，且能進一步了解MuCell^®技術帶來的效益。Moldex3D模流分析讓使用者能夠掌握以下MuCell^®技術的各個重要面向：

1. 凹痕

傳統射出成型(左圖)：有明顯的凹痕 MuCell^®(右圖)：沒有凹痕

試模結果證明，不論是傳統的射出成型或是MuCell^®製程，Moldex3D對於凹痕的預測都非常精確。從此案例中也可看出，MuCell^®技術可非常有效地防止凹痕產生。

2. 翹曲

傳統射出成型(左圖)的翹曲結果比MuCell^®(右圖)的嚴重

Moldex3D可成功預測出產品在傳統射出成型和MuCell^®中的角隅效應，並在產品實際製造前就可觀察出MuCell^®製程對於變形問題的改善。

不管是模擬結果或實際測量結果，都顯示出MuCell^®對變形問題有顯著改善。

3. 氣泡大小預測和驗證

由於產品品質和其機械強度必須仰賴氣泡的均勻分佈和適當大小，因此預測氣泡大小在MuCell^®製程中是非常重要的一環。若想在實際生產之前就能完成適當的產品設計，則必須了解MuCell^®在充填階段對產品不同區域的表現。本案例將重點放在以下三個區塊的驗證(如下圖所示)：1.澆口區域；2.流動中點區域；3.流動末端區域。目的是觀察氣泡在不同流長中的生成情形，並驗證軟體對氣泡大小預測的準確性。

區塊1-澆口區域:

受到澆口區域的高壓影響，氣泡還非常的小。經SEM證實，發現Moldex3D的模擬結果能良好預測出此情況。

區塊2-流動中點區域:

模流分析和SEM驗證都顯示出，隨著塑膠流動至離澆口較遠處，氣泡會逐漸成長。在此區，相較於產品厚度中心，表層的氣泡沒有足夠的時間增大，因此體積較小。

區塊3-流動末端區域:

氣泡在流動的時間逐漸成長，到達流動末端時，氣泡在產品中達到最大。此現象從模流分析和SEM驗證中都可觀察到，由於流動波前的壓力較小，不會限制住氣泡的增大，因而生成大氣泡。此外，氣泡大小也會因在此區位置的不同而有所變化。

 4. 氣泡密度預測和驗證

在MuCell^®製程中，除了氣泡大小之外，氣泡的密度也同樣重要。氣泡密度和氣泡大小互相競爭，當氣泡隨著流動距離而增大，占據較大的空間，氣泡密度便隨之降低。以下呈現的是模流分析和SEM驗證的比較結果。

區塊1-澆口區域:

在SEM驗證中，氣泡密度較難直接透過測量得到。但藉由比較模流分析和SEM驗證的結果，使用者仍可以了解到分析和實驗部分之間在密度上的關連性。
在澆口區域，當壓力大於飽和壓力時，氣泡並不會產生。當氣泡在該區域開始成長時，高壓將限制住氣泡的大小，使得氣泡(氣泡核)個別產生，而不會融合成一個大氣泡。在此區域，模流分析和SEM驗證都顯現出相同的結果。

區塊2-流動中點區域:

當塑膠繼續往前流動時，氣泡也會隨之增大。氣泡的體積越大，固定的空間內能容納越少的氣泡就越少，因此造成較小的氣泡密度。

區塊3-流動末端區域:

在流動末端區域，氣泡已生成得較完整且混合在一起，導致密度非常低，在SEM驗證當中只看得到非常少的氣泡。

結果

綜上所述，從此案例研究中可得到以下結論：

• 若想要將凹痕產生的可能性降到最低，MuCell^®會是最理想的技術。即使產品不符合傳統認知上的最佳產品設計(在遠離澆口處設計高肉厚區域、過高的肋條/壁厚比)，凹痕還是可以順利消除。
• 一般而言，MuCell^®技術可顯著地改善翹曲情形。
• 理論上，品質是否能改善，會受到氣泡在產品不同區域生成狀況的影響；而氣泡生成的情形，則決定於如流動距離、平均厚度等因素。在本案例研究中，我們可清楚看到氣泡生成和這些因素的關連性。

最重要的是，在Moldex3D的MuCell^®的模擬分析中，以上提到的各項關鍵都能夠非常準確地預測出來。有了Moldex3D，Proplast能夠對MuCell^®製程進行完整研究，找出最關鍵的效益，並成功幫助客戶利用MuCell^®技術達到產品外觀的最佳品質。

CAE分析技術的價值

Moldex3D為MuCell^®各項要素做出的模流分析提供了最佳的製程參數和整體成型品質(如避免重量減輕、體積收縮、凹痕、翹曲等)，並能對發泡的局部微孔結構進行更細部的觀察(如氣泡大小、密度和分佈等)。Proplast CAE經理安德烈‧羅米歐(Andrea Romeo)表示：「Proplast研究和評估的CAE分析方法，能精確且可靠地模擬出MuCell^®微細發泡射出成型製程，以及氣泡膨脹過程的品質和形態。」

羅米歐經理指出，透過Moldex3D以模擬為基礎的方法，可幫助Proplast藉由全程可視化且迅速、低成本的試驗方式，獲取大量有助於分析零件製造成果的資訊，如成型狀況、是否符合規格和要求，以及MuCell^®零件品質等。這些資訊同時也有助於評估投資效益、產能、生產成本、材料和能源消耗等經濟效益分析，「在此案例研究所提到的製程參數及MuCell^®的膨脹、輕量化效能、翹曲等情形，都可以在分析中被觀察到，並獲得良好且具一致性的預測。」