- 客户：中原大学
- 地区：台湾
- 产业：教育
- 解决方案：Moldex3D Advanced / 纤维配向模块
大纲
要获得良好的拍照质量，光学相机镜头外壳必须达到适当的尺寸精度，包括真圆度等。本案例中的相机镜头外壳使用纤维强化材料所制造，其真圆度问题有待改善，必须从检验各项制程条件变化来着手，因此中原大学团队导入Moldex3D来进行优化制程设定。首先以Moldex3D进行流动和纤维分析，接着在翘曲分析结果中发现产品的真圆度不佳，此结果的准确度也透过实验验证。仿真结果显示，提高模温可改善真圆度；但添加玻璃纤维后， 纤维的排向会造成产品不均匀收缩，而导致真圆度变差。为了减少纤维对产品真圆度的影响，中原大学调整了纤维添加量、修改流道系统设计，并进行仿真验证。最后透过Moldex3D的模拟，找到了较佳的纤维量和流道设计，明显改善了产品真圆度。
挑战
- 相机镜头外壳真圆度不佳，会导致拍照图像变形
- 玻璃纤维无法如预期中的提高尺寸精度，反而使真圆度变差
解决方案
以Moldex3D探究制程条件的影响，并据此修改产品设计以改善真圆度
效益
- 了解各项制程条件如何影响产品真圆度
- 透过浇口位置的变更，改善了超过35%的真圆度
案例研究
本案例目的为找到较佳的制程条件组合，以改善相机镜头外壳产品(图一)的真圆度。在利用Moldex3D优化各项制程条件之后，中原大学团队必须找出塑料中玻璃纤维的较适合含量。
图一 本案例产品为相机镜头外壳
使用者可以透过Moldex3D评估不同的制程条件，达到产品设计优化，且不须耗费过多的人力和成本。本案例中，原本预期塑料中添加的玻璃纤维能够帮助降低产品收缩，达到较佳的真圆度。然而在实际情况中，添加纤维强化塑料常常无法提高尺寸精度，甚至可能造成反效果。Moldex3D仿真结果显示，产品的纤维排向呈现Z轴方向，会造成体积不均匀收缩，对真圆度也会产生不良影响。图二为Moldex3D的模拟分析与实验结果对照，二者呈现高度一致性，显示添加纤维会使真圆度变差。
图二 仿真和实验结果都显示纤维会使产品真圆度变差
表一为不同制程条件的验证结果，其中料温为290~310℃，模温100~150℃，射速30~90 mm/s。从表中可看出，料温和射速对于产品真圆度的影响不大，但提高模温则可有效改善椹圆度
表一 不同制程条件之模拟验证结果
图三显示纤维排向与塑料流动方向相同(Z轴方向)，此情形将导致产品不均匀收缩，且是真圆度数值过高的主要原因。
图三 纤维排向与塑料流动方向相同(Z轴方向)
为了改善流动平衡，中原大学团队改变了三个浇口位置设计(图四)，预期此设变可使产品的肉厚和肉薄处可同时充填完成，以改善产品真圆度。
图四 设计变更了三个浇口位置
设计变更之后，不论是使用PC原料或是PC+30% GF，真圆度都可改善35%以上，如表二所示。
表二 变更浇口设计后真圆度已改善
结果
藉由此案例研究，中原大学了解添加纤维并不会改善相机镜头外壳产品的真圆度。此外，本案例使用Moldex3D进行模拟，其分析结果与实验结果非常一致，因此计划在未来论文及工作上扩大Moldex3D的应用，持续改良产品流动不平衡的问题。