Budoucnost v simulac�ch vst�ikov�n� plastov�ch d�l� � Moldex3D od spolo�nosti SimulPlast s. r. o.

Horké vtoky: unikátní nový modul verze 11 Moldex3D-Hot Runner umo��uje detailn� simulovat všechny typy a komponenty horkých rozvod� (topné spirály, torpéda, uzavírací jehly atd.). �ízením spínání topných spirál pomocí teplotních �idel s nastavením teplotních limit� a výkon� jednotlivých vinutí lze získat velice p�esnou p�edstavu o funk�nosti systému a jeho vlivu na správnou funk�nost celé formy a stabilitu výrobního procesu. Tato p�esná analýza umo��uje zjistit v ka�dém �asovém okam�iku a libovolném míst� horkého kanálu nejen teplotu a velikost smykového oh�evu taveniny, ale také tlakovou ztrátu systému. Pokro�ilá simulace s vyu�itím tohoto Moldex3D modulu umo��uje navrhovat konstrukci horkého systému s dosa�ením jeho maximální funk�nosti a se zachováním cenové efektivity jeho �ešení.

Obr.1 : Konstrukce horkého systému a vizualizace rozlo�ení teploty

3D orientace vláken: inovovaný modul Moldex3D-Fiber byl rozší�en o nové matematické modely zp�es�ující p�edpov�� prostorové 3D orientace vláken (krátkých i dlouhých) v tavenin� i ve finálním plastovém díle i kvalitu výpo�tu deformací. Díky integraci nov� vyvinutého iARD-RPR modelu lze nyní velmi p�esn� p�edpovídat nejen orientaci vláken v r�zných oblastech dílu, ale i zm�nu orientace p�es tlouš�ku st�ny výlisku (viz obr.2). Pro vysoce pln�né materiály (cca od 40% obsahu vláken) nabízí verze 11 vyu�ití mikromechanického modelu Mori Tanaka. Vyu�ití nových výpo�etních model� poskytuje silný nástroj nejen konstruktér�m díl� a forem z hlediska p�esné p�edpov�di deformace výrobku, ale také vývojá��m plastových díl�, kterým umo��uje výrazn� zp�esn�né pevnostní výpo�ty t�chto anizotropních materiál�.

Obr.2 : Vizualizace orientace vláken v �ezu st�ny dílu vypo�tené pomocí nov� integrovaného iARD-RPR modelu. Barvy indukujú oblasti s výraznou orientací vláken (�ervená barva) a slabou orientací (modrábarva).

MuCell technologie: Microcellular Foam Injection Moulding je moderní technologie pro vst�ikování geometricky slo�itých díl�, u které je dosahováno výrazn� ni�ších deformací, ne� u klasické technologie vst�ikování (viz obr. 3), a zárove� sní�ení hmotnosti finálního výrobku. Mezi další výhody tohoto procesu pat�í ni�ší vst�ikovací tlak a zpracovatelské teploty, kratší výrobní cykly a ni�ší spot�eba materiálu a energie. Technologie je zalo�ená na p�ídavku plynu (v�tšinou N2 nebo CO2, nov� je té� pou�ívaný termín „superkritická kapalina“) do polymerní taveniny a poté vst�íknutí této sm�si do dutiny formy. Výsledkem je vytvo�ení leh�ené struktury s bublinkami uvnit� st�ny dílu v pr�b�hu chladnutí. Vývoj modulu MuCell pro simulaci tohoto velmi slo�itého procesu provád�la firma CoreTech Systems (autor simula�ního softwaru Moldex3D) v úzké spolupráci s americkou firmou Trexel, Inc. (sv�tovým lídrem ve vývoji a prodeji patentované technologie MuCell).

Obr. 3: Srovnání rozm�rové stability (výsledk� deformace) dílu vyrobeného pomocí technologie MuCell (vlevo) a konven�ním procesem vst�ikování ukazuje výhody nap��ování „jádra“ dílu (zobrazeno v desetinásobném zv�tšení zm�ny rozm�ru – deformace).

P�es své výhody není proces MuCell bez rizik: p�idání „superkritické kapaliny“ do taveniny ovliv�uje te�ení, morfologii materiálu a kvalitu povrchu výsledného výrobku. Steve Braig, prezident firmy Trexel, pevn� v��í, �e spolehlivý simula�ní nástroj výrazn� pom��e designér�m díl� i konstruktér�m forem z hlediska produktivity a efektivity forem pro MuCell technologii.

Obr. 4: Optimalizace procesního nastavení pomocí metody DOE (Design of Experiment) umo��uje minimalizaci objemového smrštení (vlevo - p�ed optimalizací, vpravo - po optimalizaci)

Vyu�ití metody DOE: nový modul Moldex3D-Expert vyu�ívá statistické metody DOE (Design of Experiment) pro rychlou a systematickou optimalizaci procesních parametr� bez pou�ití metody pokus-omyl. Ru�ní zadávání dat je omezeno na minimum – pouze na identifikaci vstupních prom�nných parametr� a jejich limit�. Poté modul vytvo�í automaticky sadu výpo�t� pomocí Tagu�iho metody. Na záv�r software vyhodnotí vliv jednotlivých faktor� na sledovaný parametr a navrhne optimalizovaný proces.
Pomocí této metody byly optimalizovány procesní parametry pro díl (viz obr. 4), jeho� objemové smršt�ní dosahovalo v maximu hodnoty 3,31 %. S cílem sní�it tuto hodnotu byl zkoumán vliv n�kolika procesních parametr� v uvedeném rozsahu: �as pln�ní (3,0–3,2 s), teplota taveniny (230–245 0C), doba dotlaku (5,0–5,5 s) a maximální tlak p�i dotlaku (70–80 %). Následný výpo�et s optimalizovaným procesním nastavením dle DOE potvrzuje sní�ení maximální hodnoty objemového smršt�ní na 1,48 %.

Technologie Co-Injection: pomocí této technologie lze vyráb�t díly slo�ené ze dvou typ� materiál� – jeden je na povrchu a druhý v jád�e dílu. Tuto technologii lze vyu�ít v p�ípadech, kdy je po�adována vysoká kvalita povrchu dílu, i kdy� uvnit� dílu (v jád�e) je recyklovaný materiál o nízké kvalit�. Bonusem vyu�ití recyklovaných materiál� je sní�ení zát�e �ivotního prost�edí plastiká�skou výrobou a sní�ení náklad�. Navíc lze vhodným výb�rem materiálu povrchu a jádra dílu splnit další po�adavky na díl kladené – nap�. na „útlum“ a odolnost proti rázu.

Výstupem modulu Moldex3D-Co-Injection jsou výsledky zahrnující kvalitu materiálového rozhraní, distribuci materiál� v dutin� formy ( viz obr. 5), postup �el taveniny, defekty typu pr�niku materiálu jádra povrchovou vrstvou a p�ípadné protr�ení �ela taveniny povrchového materiálu. Software analyzuje potenciáln� kritické oblasti s vysokou teplotou nebo nap�tím a odhaluje mo�né deformace vznikající z interakce materiálu jádra a materiálu povrchu dílu. Takto získávají konstruktér i technolog náhled do celé ší�e slo�itosti této technologie a jsou schopni optimalizovat jak konstrukci dílu, tak i nastavení zpracovatelského procesu, a sní�it tak náklady na vývoj.
Podpora CAD softwar�: pro usnadn�ní fáze pre-procesingu (p�ípravy výpo�etního modelu pro simulaci) lze s výhodou vyu�ít jak automatické tvorby 3D sít� p�ímo z geometrie dílu, tak i integraci do CAD softwar�, a to Creo, Cimatron, NX, SolidEdge a SolidWorks. Designé�i tak mají mo�nost p�ipravovat model pro výpo�et v jim známém prost�edí konstruk�ního softwaru bez nutných konverzí formát� dat.

Obr. 5: Co-Injection: postup �ela taveniny p�i pln�ní materiálu „jádra“ (vlevo) a distribuce tloušt�k st�n pro sluchátkový set

Moldex3D verze 11 se m��e pochlubit i mnoha dalšími vylepšeními a novými funkcemi. Je to nap�. modul Moldex3D-Stress – nástroj pro pevnostní analýzu zalo�enou na lineárn�-elastickém principu, která do simulace zahrnuje podstatné informace, jako jsou pozice studených spoj� a 3D orientace vláken. Inovovaný modul Moldex3D-Designer umo��uje úpravy geometrie dílu bez pou�ití externích CAD program�. Modifikován byl i generátor 3D sítí, který nyní dosahuje vyšší efektivity, a výsledn� tak pozitivn� ovliv�uje i kvalitu simulací.

Nová funkce Particle Tracer zachycuje historii proud�ní �ástic v polymerní tavenin� pro detailní popis pln�ní dutiny formy.

Nov� je také mo�né v modulu Moldex3DTransient Cool simulovat proud�ní chladicí kapaliny ve 3D s vyu�itím CFD analýzy a optimalizovat tak chlazení dle po�adavk�. Dále lze pomocí modulu Moldex3D-Crystallization vizualizovat krystalizaci materiálu a sledovat vývoj krystalické fáze b�hem fází pln�ní, dotlaku a chlazení. Moldex3D také umo��uje tzv. Core Shift analýzu, která predikuje deformaci jader formy nebo zálisk� v d�sledku nevyvá�eného plnicího tlaku, a pomáhá tak optimalizovat proces vst�ikování.

Mo�nost paralelního výpo�tu pro všechny fáze vst�ikovacího procesu velmi výrazn� zvyšuje efektivitu simulací. Moldex3D vyu�ívá všechny výhody multi-procesorových a multi-jádrových hardwarových konfigurací pro zrychlení simulací a zkrácení �asu pot�ebného pro získání kvalitních výstup�. Podporuje i výpo�ty pomocí po�íta�ových klastr� (Cluster Computing) �i výpo�ty na grafických kartách (GPU).

Bli�ší informace o CAE simula�ním softwaru pro vst�ikování Moldex3D Vám poskytne firma SimulPlast, s. r. o.