摘要

首爾科大從2005年開始使用Moldex3D模擬結果來進行機械系統設計的實驗驗證，並針對這些驗證發表多篇論文，對於學術及工業界發展都帶來很大的影響。以下要介紹的成功案例是多篇研究結果之一，由首爾科大的Keun Park博士與LG Electronics模具技術中心共同合作，針對脈衝式模具溫度控制對冷卻效果的影響進行深入研究。首爾科大與LG Electronics皆利用Moldex3D模擬結果進行產品設計及製造優化。

挑戰

近年來製造業面臨如何製造出更薄、更輕、更高品質又兼具結構強度電子產品的挑戰。為了確保產品品質，在射出成型的過程中必須要提高模具溫度，以避免潛在問題如：縫合線或是殘餘應力。不過，提高模具溫度，雖然可以提升表面品質，冷卻與週期時間也相對地增加。因此，對於必需將生產效率和成本納入考量的模具設計者，如何同時兼顧模具溫度又能縮短冷卻時間，是一個很重要的課題。

解決方案

動態模具溫度控制就是用來解決此類問題，此研究建議在成型階段的之前和之後，應用脈衝式模具溫度控制來交替循環熱水和冷水，藉此提升產品品質和生產效率。在冷卻階段，模具溫度可以迅速獲得降低且不會影響週期時間。此研究也把加熱與冷卻效率這部份模擬結果與傳統的模具冷卻系統作比較。

案例研究

在此研究中，首爾科大利用Moldex3D精準的模擬能力來測量研究模具的暫態溫度。導入脈衝式模具溫度控制技術，並將導入後測量出的模具表面溫度結果拿來和傳統冷卻後的結果作比較。圖一表示的是使用脈衝式冷卻系統與傳統冷卻系統的比較結果。使用傳統冷卻技術時，在每個週期注入60°C的水，成型週期時間為21秒；另一方面，不同於傳統冷卻技術，脈衝式冷卻系統在0.5秒的充填階段期間，注入80°C的水，接著在後續的11.5秒中，將冷卻水溫降至40°C，最後，在9秒的冷卻與開模階段，注入80°C的水。

圖一  傳統冷卻系統與脈衝式冷卻系統的冷卻時間比較

Moldex3D暫態熱傳的3D模擬能力，能夠精確地預測在任何特地時間的溫度分佈。圖二與圖三分別表示使用傳統冷卻系統與脈衝式冷卻系統後，模具溫度分佈的變化。由圖可看出使用脈衝式冷卻方法，因為熱水和冷水循環交替，可以提高模具溫度，卻不會增加週期時間。

圖二  使用傳統冷卻系統冷卻後模具溫度分佈的變化(單位°C) 

圖三  使用脈衝式冷卻系統冷卻後模具溫度分佈的變化。(單位°C)

如圖四(a)所示，使用脈衝式冷卻系統可有效率地將成型週期縮減20秒左右，與傳統冷卻系統比較下，脈衝式冷卻系統的最高溫比傳統冷卻系統的最高溫高出3.2°C。而圖四(b)可看出使用脈衝式冷卻系統冷卻後的模具最低溫度比傳統冷卻系統冷卻過後的最低溫度少了7.3℃。

圖四(a)  總成型週期                  圖四(b)  最終成型週期

 結果

藉由Moldex3D暫態溫度分佈的3D模擬結果，使用者可以精確地預測變模溫技術帶來的影響，並且在開模前就避免成型中會發生的潛在問題。這個研究充分顯現加熱與冷卻的高效率性，且模擬的結果提供了實驗驗證一個快速有效的方法。首爾科大因為使用Moldex3D Advanced及solution add-on模組，使其能夠為不同的特殊製程例如: 壓縮成型及氣體輔助射出成型…等，進行實驗驗證。目前許多全球領先的學術機構都已使用Moldex3D，目的不僅只為了學術研究，也同時為了讓學子在學術上、經濟上與技術上都能持續提升競爭力。

*備註: 此文章於2012 International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology發表。