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应用Moldex3D实验设计法分析降低隐形眼镜壳模翘曲变形

(2018-04-25 15:59:03)

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客户简介
ntust
  • 客户:国立台湾科技大学
  • 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」。(数据源: www-e.ntust.edu.tw )

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。 

optimize-molding-parameters-to-improve-part-warpage-through-moldex3d-doe-module-1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)。

optimize-molding-parameters-to-improve-part-warpage-through-moldex3d-doe-module-2-ch图二 使用Moldex3D DOE模块仿真分析之设定
optimize-molding-parameters-to-improve-part-warpage-through-moldex3d-doe-module-3-ch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。 

optimize-molding-parameters-to-improve-part-warpage-through-moldex3d-doe-module-3-ch2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)。 

optimize-molding-parameters-to-improve-part-warpage-through-moldex3d-doe-module-4图五 原始设计:存在充填不平衡问题
optimize-molding-parameters-to-improve-part-warpage-through-moldex3d-doe-module-5图六 设计变更:将前弧处浇口加大
optimize-molding-parameters-to-improve-part-warpage-through-moldex3d-doe-module-6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%。

optimize-molding-parameters-to-improve-part-warpage-through-moldex3d-doe-module-7-ch表一 原始设计和实验法设计翘曲变形量结果比对表
optimize-molding-parameters-to-improve-part-warpage-through-moldex3d-doe-module-8-ch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。

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