当模流遇上结构分析 缩短设计和真实制造的距离

K哥

传统射出成型工艺已被广泛使用于各种塑料制品，然而随着轻量化与复合材料的兴起，若要促成产业升级，就必须要有更新颖的成型技术。包括行动通讯装置的手机外壳；汽车产业的汽车门、仪表板；半导体产业的IC芯片和基板；电子产业的连接器等，对这样的技术都有迫切需求。因此新的复合式成型技术「MuCell®微细发泡」就在这样的背景下诞生。

MuCell®工艺能塑料制品达到轻量化的成效。首先将高分子材料与超临界流体以高压注入模具中，当模内压力开始降低时，混合在高分子内部的气体便快速产生，并生成均匀细致的微孔结构，而减轻产品重量。相较于传统射出成型技术，MuCell®制品几乎没有成品缩水的问题，大幅提升了产品尺寸精度。除此之外，MuCell®制品的微孔结构，在达到轻量化的同时，仍可满足产品所需的结构强度，是促使产业升级的一大助力。

MuCell®工艺使用者往往要在成品轻量化与满足基本的结构强度之间作取舍，因此需要大量试误经验才能得到兼具轻量化与结构强度的最佳成品。为了帮助使用者减少试模成本与更深入预测分析MuCell®工艺复杂的制程， Moldex3D多尺度耦合分析技术，能将成型过程高分子材料微孔结构的尺寸与密度等材料微观性质，输出给Digimat与Converse复合材料结构分析软件做计算。藉由微观力学分析，可取得最正确的材料性质(如发泡产品的微孔结构等)，从而实现对MuCell®成型结构性能的准确预测。

本文接下来介绍Moldex3D微观力学界面如何将MuCell®发泡的材料特性分析结果，导入Digimat接口进行结构性能分析。

如下图所示，在Digimat-MF中建立多尺度耦合分析的材料檔， Analysis Type选择Mechanical，并使用Mori-Tanaka Model计算微孔结构的材料特性。

接下来使用者可透过Moldex3D Micromechanics Interface勾选欲输出的材料属性与残留应力等预测结果(请见下图)，再将预测结果数据输出给Digimat结构分析软件进行多尺度耦合分析。

然后在Digimat-CAE中导入Digimat-MF中创建的材料模型，选择Marc有限元模型为求解器，导入映像后的微孔结构结果文件。(如下图所示)

Moldex3D模流分析所预测出此MuCell®制程中发泡不均匀导致的结构刚度不对称，最后可透过结构分析运算所得到的整体变形结果清楚呈现(如下图左)。

左图): 考虑发泡不均匀的结构分析结果，   可看到结构刚度不对称情形	(右图): 未考虑发泡不均匀的结构分析结果

在射出成型产品生命周期管理(PLM)中，射出成型分析(injection molding analysis)及产品结构分析(structure analysis)都须要专业能量去掌握与执行射出成型制程的影响，但这部分在过去却是常受到忽略的。这种过于理想的设计产品，经产品结构分析后的结果，往往容易误导产品的真实特性。

实际上，射出成型制程将会有许多不同参数之组合，进而引导许多材料与产品特性变异，此等变异将导致产品结构分析产生许多不同结果。为有效考虑各项制程所引导许多材料与产品特性变异，Moldex3D已成功开发Moldex3D微观力学接口模块，以进行模流与结构整合性分析。Moldex3D微观力学接口是一个整合射出成型以及结构分析的接口程序，它结合了Digimat，Converse等结构软件，可有效串联射出成型模流分析(Moldex3D)及产品结构分析(Digimat，Converse)。以此方式将制程引导之材料与产品特性变异，传送至产品结构分析，将使PLM更加务实与真切。