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Moldex3D結合LS-DYNA 成功改善掃描機零件翹曲難題

in 成功故事 on 2016-05-04
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客戶簡介
liteon

光寶科技對於所有的產品線，矢志以全台第一大、全球前三大為各個事業單位發展的目標，目前排名全台與全球優勢地位的主力產品，包括：影像產品、機殼產品、電源產品、發光二極體（LED）等，在台灣市場地位數一數二，在全球市佔地位亦不容忽視。 (來源： https://www.liteon.com/ ) 

大綱

CIS（影像接觸式感光器，Contact Image Sensor）是掃描機結構中的一項重要元件。光寶科技發現，CIS支架與玻璃組裝後，在產品的運送過程中，殘餘應力釋放會導致CIS支架變形，進而造成與玻璃脫膠問題。為解決此問題，光寶科技借助模流分析軟體Moldex3D Advanced解決方案和FEA介面功能模組，以及結構分析軟體LS-DYNA，找出製程中產生的殘餘應力對產品變形的影響。經改良射出製程之後，光寶科技成功在預期時間內製造出零缺陷產品。

挑戰

  • 長條形產品容易產生流動不平衡現象
  • 變形範圍為須控制在水平方向0.4mm以內、垂直方向0.8mm以內
  • CIS支架變形將導致產品脫膠

解決方案

藉由Moldex3D FEA介面功能整合LS-DYNA，光寶科技無須支出試模成本，即完成進澆位置及成型條件優化，成功降低產品翹曲量。

效益

  • 解決了流動不平衡問題
  • X軸變形量減少了50% (由0.34mm降低至0.17mm)
  • 解決產品脫膠問題
  • 達到產品品質高精度

案例研究

掃描機的CIS支架通常需要高精密度，為達到此目標，光寶科技結合Moldex3D和LS-DYNA來改善CIS支架的尺寸穩定度，並確保成型後的產品變形量在容忍範圍內。

using-moldex3d-and-ls-dyna-to-reduce-warpage-in-an-injection-molded-scanner-part-1圖一 掃描機CIS支架(紅框處)

光寶科技以Moldex3D Advanced解決方案針對產品原始設計，模擬傳統射出製程的成型條件。結果顯示產品有局部流動不平衡和體積收縮的問題，存在變形風險。在充填至99.9%的階段時，未充填區域的充填時間比已充填區域還要慢了0.7秒(圖二)。原始設計的澆口數量使壓力集中在進澆口附近，導致過高的體積收縮率(圖三)。在冷卻階段，高度收縮的區域可能會產生氣孔或凹痕生。由於本案例的產品對外觀精度要求極高，因此翹曲變形成為亟需解決的問題。

using-moldex3d-and-ls-dyna-to-reduce-warpage-in-an-injection-molded-scanner-part-2圖二 充填99.9%時的流動波前
using-moldex3d-and-ls-dyna-to-reduce-warpage-in-an-injection-molded-scanner-part-3圖三 原始設計橫切面的體積收縮情形

為了將流動不平衡降到最低，並改善翹曲問題，光寶科技變更了澆口設計：移除了最中心的澆口(圖四)，外側的澆口也向外移動40mm。根據Moldex3D的模擬結果(圖五)，變更後的設計可有效改善翹曲位移情形。

using-moldex3d-and-ls-dyna-to-reduce-warpage-in-an-injection-molded-scanner-part-4圖四 設計變更模型
using-moldex3d-and-ls-dyna-to-reduce-warpage-in-an-injection-molded-scanner-part-5圖五 設計變更後的X軸變形

接下來，光寶科技以實驗驗證模擬結果。如圖六所示，模擬分析及實驗結果都指出原始設計有明顯變形。相較之下，設計變更後的產品(圖七)則沒有明顯的收縮區域，翹曲問題已獲得大幅改善。經由實驗證明，Moldex3D的模擬結果與實際試模高度吻合。

using-moldex3d-and-ls-dyna-to-reduce-warpage-in-an-injection-molded-scanner-part-6圖六 原始設計的實際試模(左)與模擬結果(右)產品變形狀況比較
using-moldex3d-and-ls-dyna-to-reduce-warpage-in-an-injection-molded-scanner-part-7圖七 設計變更後的實際試模(左)與模擬結果(右)產品變形狀況比較

Moldex3D可以將模流分析結果對應到結構分析軟體中，再進行產品組裝的結構分析。光寶科技以LS-DYNA進行結構分析，便可以線性彈性分析組裝過程引起的變形和應力殘留(圖八)。原始設計中，CIS支架變形會對玻璃結構施加壓縮力，導致玻璃脫膠。優化設計後，將可減少約75%的殘餘應力。

using-moldex3d-and-ls-dyna-to-reduce-warpage-in-an-injection-molded-scanner-part-8圖八 玻璃結構與CIS支架組裝後，原始設計(左)與設計變更(右)的應力變化比較

結果

藉由Moldex3D與LS-DYNA的結合，可以準確預測產品的翹曲情形。Moldex3D FEA介面功能模組將模流分析獲得的纖維配向、熱機械性質、殘餘應力等分析資訊輸出到LS-DYNA，讓結構分析可以完整考慮射出製程中產生的材料屬性變化，而得到更可靠的分析結果。光寶科技因此成功在兼顧成本效率的情形下，生產出高品質產品，並對於塑膠產品設計和製造更具信心。


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