應用案例:整合Moldex3D模流分析與Isight參數最佳化工具

為了追求更高的產品品質,使用CAE工具是現今普遍的趨勢,而如何快速找出最佳參數組合進行CAE分析則是市場致勝的關鍵;特別是需要較長計算時間的精密CAE分析,如果能越快取得最佳參數趨勢,將可大幅縮短產品開發時程和降低成本。

Simulia Abaqus 旗下的 Isight 產品,是CAE參數最佳化軟體的領導品牌。Isight 可將多個分析模型和應用軟體結合在模擬流程中,探索設計空間,找出符合目標的最佳設計參數與條件。此外,Isight 還能夠在流程和自動化模擬之間進行參數化資料操作和映射,大大地提高了分析效率,減少人工誤差,並加速產品設計評估。

在Moldex3D真實三維模流分析中導入 Isight,將可大幅簡化人工判別多組參數組合的繁瑣流程。過去必須反覆調整設計參數後,方能再進行下一組分析,以接近優化目標;現在,設定優化目標與控制因子後,由 Isight 自動執行CAE疊代優化分析,即可獲得最佳設計參數組合。

Isight 能夠協助Moldex3D用戶更快找到合適成型參數,免去多次試誤所浪費的時間,降低修改模具設計的成本。尤其在有高精度需求的光學產品領域,將Moldex3D準確度高的強大分析功能與 Isight 結合,更能快速且有效達到產品優化。接下來以光學滑鼠透鏡為範例,說明 Isight 導入Moldex3D的效益:

光學滑鼠透鏡位於滑鼠底部,如圖一所示,主要是由稜光鏡和圓形透鏡共同組成,稜光鏡將發光二極管發射的光線折射至滑鼠底部,做為光線輸出。而圓形透鏡則相當於攝影機的鏡頭,它負責將反射圖像的光線聚焦到光學引擎底部的接收孔中,扮演光線輸入的角色。透鏡的品質會影響光線傳輸的精度,如果透鏡品質不佳,感應器就無法得到清晰影像,因此如何調配成形參數使透鏡成形的尺寸精度提高是這個案例主要課題。

a-case-study-on-identifying-optimal-design-parameters-with-moldex3d-and-isight-1圖一 光學滑鼠透鏡

圖二是一模八穴的光學滑鼠透鏡,為增加網格解析度並降低計算負擔採用1/4模型,選擇成形條件中的充填時間、保壓時間、料溫與最大保壓壓力做為控制因子,品質因子則是剪切應力分佈、最終總變形量和體積收縮率分佈,優化的目的是找出兼具最小剪切應力分佈、最小總變形量且避免過保壓的成形參數。

a-case-study-on-identifying-optimal-design-parameters-with-moldex3d-and-isight-2圖二 光學滑鼠透鏡與流道配置

剪切應力越小可避免殘留應力衍生出的雙折射問題,雙折射會使原本應該清晰的影像變得模糊;最小總變形量是避免成品外觀誤差造成像差問題。一般來說提高保壓時間與保壓壓力其實就能夠得到較小的總變形量,但會造成過保壓問題,也就是體縮率最小值會小於零,因此額外加上體縮率限制做為品質因子,避免過度保壓。

控制因子的離散設定如表一所示,一開始為了擴大參數趨勢的廣度,因此設定較大的參數間距進行最佳化,採用MOST最佳化演算法,最佳化的疊代歷程紀錄如圖三所示,Isight 根據Moldex3D起始組完成了後續20組的疊代即完成最佳化分析,評估出最佳的參數組別為第13組並以綠底顯示,該組的成形參數為: 充填1.5秒,料溫290℃,保壓壓力100MPa,保壓時間5秒,在表一以紅框顯示。

a-case-study-on-identifying-optimal-design-parameters-with-moldex3d-and-isight-3圖三 最佳化分析歷程紀錄
a-case-study-on-identifying-optimal-design-parameters-with-moldex3d-and-isight-4-ch表一 控制因子設置,紅框為最佳化成形參數

表二整理了最佳組與起始組的品質因子比較,結果顯示 Isight 所找出的最佳參數組能有效改善前面所設定的三項品質因子目標,尤其是最終總變形量這項改善了60%,同時減輕過保壓問題,圖五在相同尺度下顯示起始組與最佳組最終總變形量結果,可清楚比較最佳化後的透鏡變形量有顯著的改善,尤其是在中央圓形透鏡區域。

a-case-study-on-identifying-optimal-design-parameters-with-moldex3d-and-isight-5-ch表二 品質因子結果 
a-case-study-on-identifying-optimal-design-parameters-with-moldex3d-and-isight-6圖五 最終總變形量比較,左邊為起始組,右邊為最佳組

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