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聚氨酯發泡模擬技術大進化

2019-03-21 02-科技新知 201706

聚氨酯泡沫塑料 
汽車產業常用的熱固性塑料材料之一，其多孔、低密度且高強度的特性，非常適合作為製造汽車零配件的材料，因此受到廣泛應用。
最常見的應用包括汽車座椅、 引擎蓋內零件和內飾件等。聚氨酯具有成型性佳、重量輕及使用壽命長等優點，且比其他的熱固性材料更容易轉換為原始單體，同時因為熱固性的特點，也能夠耐高溫而不易熔融。

儘管聚氨酯擁有上述優點，但聚氨酯泡沫塑料的加工過程中，仍會面臨許多挑戰。在實務上，泡沫的位置並不容易觀察和掌握；
同時在發泡過程中，溢流區域會產生 許多聚氨酯廢料，必須設法減少和回收。為解決上述問題，可利用CAE模擬技術事先了解充填過程中的模內動態行為，並藉此優化產品設計。
為了得到更全面的發泡成型分析結果，Moldex3D在即將發行的Moldex3D R15版本中，不但將原有的熱塑性材料之微細發泡成型(MCIM)分析功能，擴充至熱固性材料，更可進一步模擬發泡動力學。
透過聚氨酯發泡模擬分析， 用戶就能夠了解製造過程中，塑料在充填和發泡階段的動態行為。
以下是聚氨酯泡沫塑料製程的案例說明(圖一)。設定模 溫為60 oC，入口塑料的溫度為30 oC。塑料剛開始會

受到重力影響而開始充填，當充填到模穴的四分之一時 入口不再進料，並藉由發泡膨脹充滿模穴。在此過程中聚氨脂會因化學反應釋出二氧化碳，
熔膠的黏度也會因 交聯反應而提高。而其導致的放熱效應，也會使模內溫度增高，進一步使二氧化碳在相對高溫的狀況下不斷釋入熔膠中，直到模穴內充滿聚氨脂泡沫為止。
透過Moldex3D針對聚氨酯發泡新推出的仿真功能，用 戶對熱固性塑料在充填和發泡階段的動態行能夠為有全 盤的了解。此外，Moldex3D所提供的深入分析，也可 幫助使用者避免重複試誤的過程，以省下可觀的時間和生產成本。

模流分析師的角色轉移
模流分析最早僅被運用於診斷塑膠產品設計，協助解決生產問題；如今已進化至被工業界廣泛運用於進行產品與模具開發前期的設計、驗證與優化，
在大多數企業的設計生產流程中扮演不可或缺的角色。這段演變的過程中，全3D的產品與模具設計CAD軟體的普遍應用當居首功，而自動化的網格產生工具更是功不可沒。
早期分析人員往往需要花費數小時甚至數日的時間處理模型、 建立網格，才能開始展開分析工作。現在有了全自動 的eDesign與BLM (Boundary Layer Mesh)網格產生技術，已可​​實現單鍵生成網格，
甚至修改產品時同步更 新網格的理想。因此標準的模流分析工作已逐漸從專業CAE分析師轉移到模具設計師，甚至更上游的產品設 計師身上。產品設計與模具設計師也已習慣倚賴模流分析軟體來決定澆口位置、平衡流道設計、優化水路配置、解決翹曲問題等等。
 

 
許多公司甚至已著手將模流分析核心嵌入公司內部的設計導引平台，實現每件 產品均經過模流分析自動檢驗射壓上限、收縮量與翹曲變形量的設計品管理想。
同時配合內部私有雲的電 腦叢集平行運算，大幅縮減計算時間，提升反應速度。 
為了協助使用者節省大量時間並且獲得最適合模流分 析的3D流道網格，Moldex3D R15.0的版本發展了新 一代的自動化高品質流道網格建構技術。
新的流道網 格技術可自動生成高解析的六面體網格，提供用戶多 種節點類型來連結線性流道交界，真實反映流道的原 始幾何形狀，有助於進一步縮短計算時間並提升模擬 精準度。■