■ Moldex3D
前言
傳統射出成型工藝已被廣泛使用於各種塑膠製品，然而隨著輕量化與復合材料的興起，若要促成產業升級，就必須要有更新穎的成型技術。包括行動通訊裝置的手機外殼；汽車產業的汽車門、儀表板；半導體產業的IC晶片和基板；電子產業的連接器等，對這樣的技術都有迫切需求。因此新的複合式成型技術「MuCell® 微細發泡」就在這樣的背景下誕生。
MuCell® 工藝能塑膠製品達到輕量化的成效。首先將高分子材料與超臨界流體以高壓注入模具中，當模內壓力開始降低時，混合在高分子內部的氣體便快速產生，並生成均勻細緻的微孔結構，而減輕產品重量。相較於傳統射出成型技術，MuCell® 製品幾乎沒有成品縮水的問題，大幅提升了產品尺寸精度。除此之外，MuCell® 製品的微孔結構，在達到輕量化的同時，仍可滿足產品所需的結構強度，是促使產業升級的一大助力。
MuCell® 工藝使用者往往要在成品輕量化與滿足基本的結構強度之間作取捨，因此需要大量試誤經驗才能得到兼具輕量化與結構強度的最佳成品。為了幫助使用者減少試模成本與更深入預測分析MuCell® 工藝複雜的製程， Moldex3D 多尺度耦合分析技術，能將成型過程高分子材料微孔結構的尺寸與密度等材料微觀性質，輸出給Digimat 與Converse 複合材料結構分析軟體做計算。
藉由微觀力學分析，可取得最正確的材料性質( 如發泡產品的微孔結構等)，從而實現MuCell® 成型結構性能的準確預測。
本文接下來介紹Moldex3D 微觀力學介面如何將MuCell® 發泡的材料特性分析結果，導入Digimat 介面進行結構性能分析。如( 圖１) 所示，在Digimat-MF 中建立多尺度耦合分析的材料檔， Analysis Type選擇Mechanical，並使用Mori-Tanaka Model 計算微孔結構的材料特性。
接下來使用者可透過Moldex3D Micromechanics Interface 勾選欲輸出的材料屬性與殘留應力等預測結果( 請見圖２)，再將預測結果數據輸出給Digimat 結構分析軟體進行多尺度耦合分析。然後在Digimat-CAE 中導入Digimat-MF 中創建的材料模型，選擇Marc 有限元模型為求解器，導入映射後的微孔結構結果檔。 ( 如圖３所示)
Moldex3D 模流分析所預測出此MuCell® 製程中發泡不均勻導致的結構剛度不對稱，最後可透過結構分析運算所得到的整體變形結果清楚呈現( 如圖4)。在註塑成型產品生命週期管理(PLM) 中，射出成型分析(injection molding analysis) 及產品結構分析(structure analysis) 都須要專業能量去掌握與執行射出成型製程的影響，但這部分在過去卻是常受到忽略的。這種過於理想的設計產品，經產品結構分析後的結果，往往容易誤導產品的真實特性。
實際上，射出成型製程將會有許多不同參數之組合，進而引導許多材料與產品特性變異，此等變異將導致產品結構分析產生許多不同結果。為有效考量各項製程所引導許多材料與產品特性變異，Moldex3D 已成功開發Moldex3D 微觀力學介面模組，以進行模流與結構整合性分析。 Moldex3D 微觀力學介面是一個整合射出成型以及結構分析的介面程式，它結合了Digimat，Converse 等結構軟體，可有效串聯射出成型模流分析(Moldex3D) 及產品結構分析(Digimat Converse)。以此方式將製程引導之材料與產品特性變異，傳送至產品結構分析將使PLM 更加務實與真切。■
圖:Digimat-MF 中建立多尺度耦合分析的材料檔
圖4 左）: 考慮發泡不均勻的結構分析結果，可看到結構剛度不對稱情形（右） 未考慮發泡不均勻的結構分析結果
