洞察壓縮成型製程找出最適參數
前言
壓縮成型主要應用在製造體積較大、較複雜的纖維強化 塑膠產品。主要使用的複合材料，包括兩大類：熱固性 的片狀預浸材(SMC)與塊狀模料(BMC)，以及熱塑性的玻璃纖維強化熱塑性片材(GMT)和長纖維強化熱塑性複 材( LFT)。由於這些材料具備良好的的機械特性、電學 特性和可成型性，且可同時可以兼顧成本效益和產品品 質，因此數十年來被廣泛應用於汽車和電子產業。
壓縮成型製程中，首先模具會快速地關閉，隨後透過擠 壓使復合材料開始流動，直到塑料填滿了整個模穴，成 型最終產品為止。材料會在受力之下流入尖角和肋條等 較難充填的區域。模穴中的局部壓力梯度，會造成流動 過程中有局部的速度差和纖維配向差異。壓縮過程中， 常會發生塑料從纖維中擠出的狀況，影響整體塑件的纖 維密度分佈。纖維配向的變化和纖維濃度會影響產品的 機械性質和表面品質。
除了熱的製程參數之外，流動也是影響塑件特性的一項 主要因素。對製造商來說，充分了解塑料流動行為並找 出最適合的製程參數，是非常重要的事，因為這攸關製 造時間和成本。
透過電腦輔助工程(CAE)模擬工具，製造商得以預測並 優化產品在成型過程中的模流、殘餘應力、材料特性、後處理收縮和翹曲等現象，成功降低昂貴的試誤成本 和時間。 Moldex3D 與 LS-DYNA 可結合來進行壓縮 成型製程分析，如此可同時利用Moldex3D在流體力 學以及LS-DYNA在固體力學上的模擬功能。在此整 合性的分析中，在固化階段是藉由LS-DYNA進行塑 料變形分析，尤其是針對薄片复材的變形模擬。
LS-DYNA 提 供 的 塑 料 變 形 結 果， 可 直 接 輸 入 Moldex3D成為初始條件，以進行後續的壓縮成型流 體階段分析。這個階段的分析非常重要，原因是流動 特徵、溫度和模內塑料固化等因素，對於最終產品的 纖維配向分佈及纖維濃度影響甚鉅。
以下為一壓縮成型模擬案例。原始的模溫和料溫分別 為100°C 和300°C，第一階段以LS-DYNA進行空氣 冷卻分析，接下來再進行考量重力因素的壓縮分析。 圖(a)和(b)分別呈現空氣冷卻分析後的溫度分佈，以 及考量重力分析的鋪覆溫度分佈。
鋪覆分析所獲得最終的塑料網格幾何和溫度分佈，輸 入Moldex3D之後可成為後續流動分析的初始條件。 分析過程所偵測到的流動波前及最終翹曲變形結果分 別如圖(c)、(d)所示。
綜上所述，Moldex3D 與 LS-DYNA 的整合，可讓生 產者對於壓縮成型製程有更全面的了解，並觀察到成 型過程中塑料的流動和變形行為。同時也可藉此CAE 工具來優化製程參數，包括合適的塑料體積和位置、 熱條件等，以省下昂貴的試誤成本和時間消耗。■
