应用Moldex3D实验设计法分析 降低隐形眼镜壳模翘曲变形

K哥

客户简介

国立台湾科技大学     国家：台湾     产业：教育     解决方案：Moldex3D Advanced & 专家分析模块 Expert

国立台湾科技大学，前身为国立台湾工业技术学院，自民国八十六年改名为国立台湾科技大学，是台湾第一所技职体系大学院校，亦为台湾最顶尖的科技大 学。目前设有工程、电资、管理、设计、人文社会、精诚荣誉及智慧财产学等七个学院。台科大建校之目的为因应中华民国经济与工业迅速发展之需求，以培养高级工程技术及管理人才为目标，同时建立完整之技术职业教育体系。该校曾入选教育部的「发展国际一流大学及顶尖研究中心计划」。

大纲铸模法是常见的隐形眼镜制作方法，透过射出成型技术制作隐形眼镜壳模的基弧与前弧(图一)，接着在二者之间灌入高分子化合物，固化而成隐形眼镜。由 于隐形眼镜壳模需要二次加工，尺寸精度要求高，收缩变形的容许范围也相当严苛。台科大学生利用实验室原有之隐形眼镜模具，导入Moldex3D模流软件， 藉由专家分析模块的实验设计法(DOE)，判别最佳成型参数，以此进行设计变更，成功改善产品翘曲变形问题。



图一 隐形眼镜壳模之基弧与前弧
挑战

• 尺寸收缩变形与翘曲
  

解决方案利用Moldex3D 专家分析模块找出最佳成型参数，改善产品收缩变形。

效益

• 减少试模时间与风险，降低人力成本。
  
• 改善产品翘曲变形达28%
  

案例研究本案例的产品为隐形眼镜壳模，因产品需要经过二次加工，尺寸精度尤为重要。为了要提升产品精度，首先，台科大团队透过Moldex3D专家分析模块进行DOE实验设计法分析，找出最佳成型参数组别，将质量因子设定为『最终总变形量』，再选择四个与收缩有关的控制因子，分别为：模具温度、熔胶温度、保压压力和冷却时间(图二)。透过软件分析各因子对隐形眼镜壳模变形的影响，得到最佳参数组别，并可得知得知B因子- 塑料温度为重要影响参数 (图三)。



图二 使用Moldex3DDOE模块仿真分析之设定

图三 因子响应图
除了利用Moldex3D进行DOE实验设计法分析取得最佳参数组合，台科大团队还利用Moldex3D的充填分析检视原始设计的问题点，并成功验 证软件的准确度。从图四对照图可以发现，Moldex3D模拟原始设计在不同充填阶段的充填情形，经比较后发现与实际射出结果高度相符。



图四 短射问题之模拟和实际射出对照表
透过Moldex3D充填分析可以了解，原始设计(图五)存在流动不平衡的问题。当充填至80%时，基弧已充填完成，但体积较大的前弧却充填不到一半。为改善流动平衡，台科大团队进行设计变更，将前弧处的浇口加大(图六)，并再次利用Moldex3D模拟变更后的设计，发现流动平衡已经获得改善。 (如图七所示)。



图五 原始设计：存在充填不平衡问题

图六 设计变更：将前弧处浇口加大

图七 设计变更后的充填情形
经由CAE模拟原始设计和实验法设计翘曲变形量，得到的结果如下(表一)。从该表可看出，加总实验设计法之最佳参数与模具设计改善后效果，可将翘曲改善率提升17.28%。

表一 原始设计和实验法设计翘曲变形量结果比对表

图八 设变前后的翘曲量变化
结果Moldex3D DOE 实验分析法协助台科大团队快速取得最佳成型参数组别，提供设计变更正确的方向成功降低变形量，避免投入过多的试误成本，快速达成产品设计与成型制程优化目标。