Optimalizace designu d�lu a formy pomoc� Moldex3D

Te�ení taveniny v dutin� formy je komplikované a u dílu s prom�nnými tlouš�kami st�n lze jen zt�í odhadnout, zda bude dutina formy správn� dopln�na (viz. obr.1, 2) a kde mohou vzniknout vady v díle. Navíc designé�i plastových díl� �asto nemají znalosti technologie vst�ikování plast� ani plastových materiál� a netuší, jaké komplikace zp�sobují navr�eným komplexním designem dílu konstruktér�m forem a lisovnám. Po�adavky na tolerance výsledných výlisk� jsou velmi striktní a v p�ípad�, �e nejsou dodavatelem dodr�eny, nastává �asov� i finan�n� náro�ná fáze „lad�ní formy“, aby bylo po�adované kvality dosa�eno. N�kdy je efektivita výroby zbyte�n� sni�ována pou�íváním chladících p�ípravk� pro díly, které se po vyjmutí z formy deformují. Daleko d�íve ne� nastane tato situace lze p�edcházet mnoha problém�m vypracováním simulace vst�ikování a odpovídající úpravou designu dílu �i formy.

Moldex3D je simula�ní software, který p�edstavuje špi�ku CAE produkt� pro pr�mysl vst�ikování plast�. Vyniká nejlepší 3D technologií zalo�enou na objemové hybridní síti a vysoce výkonné metod� kone�ných objem� (HPFVM). Umo��uje tak analyzovat nejen optimáln� navrhnuté díly s rovnom�rnou tlouš�kou st�ny, ale i díly s extrémní zm�nou tlouš�ky st�ny a díly s velmi komplikovanou geometrií. S vyu�itím všech dostupných fyzikálních rovnic p�ináší Moldex3D plastiká�skému pr�myslu rychlé, spolehlivé a p�esné výsledky simulací. Jako jediný na trhu nabízí 3D simulaci celé soustavy formy v�etn� vtokové soustavy, chladící soustavy, zálisk�, vlo�ek ve form� i celé formy.

Obr. 1,2: Predikce vzniku nedost�iku (short shot) pomocí simulace v software Moldex3D a porovnání s reálným výliskem.

A�koliv Moldex3D umo��uje provád�t simulaci i ve 2.5 D, sout�e�ují se vývojá�i firmy CoreTech (autor software) hlavn� na zlepšování jeho 3D technologií. To umo��uje zahrnout do výpo�t� i 3D efekty, které hrají p�i vst�ikování svou d�le�itou roli, jako nap�. fontánový tok, rohový efekt, prostorovou orientaci plniva, vznik asymetrie teplotního pole ve vtokové soustav�, prostorové teplotní pole ve form� apod. Díky podchycení t�chto 3D efekt� simulace umo��uje spolehliv� predikovat pln�ní dutiny formy, p�eh�ívání materiálu p�i toku vtokovou soustavou a dutinou formy, optimalizovat pozice a dimenze vtok�, predikovat nedost�iky, vznik studených spoj� a místa s uzavíráním vzduchu, vyhodnotit design chlazení, minimalizovat cyklus, správn� ur�it výsledné deformace, apod.
Moduly software Moldex3D pro „pokro�ilou“ analýzu nabízejí simulaci technologie RIM, vst�ikování se zálisky, vícekomponentní vst�ikování, kaskádové vst�ikování, vst�ikování s pou�itím plynu a technologie enkapsulace mikro�ip�. Je také mo�né p�edpov�d�t optické vady díl� z transparentních materiál� (dvojlomný obrazec), simulovat �asov� závislé teplotní pole (moderní technologie Rapid Heat and Cool) nebo získat kvalitní výstupy do softwar� pro pevnostní analýzy.
.
Kvalita tohoto programu je zalo�ena na jeho vysoce kvalitním sí�ování, p�i kterém je zejména nutné zajistit dobrou rozlišovací schopnost 3D sít� p�es tlouš�ku st�ny dílu. Krom� �ty�st�n� jsou pro plnoobjemové sít� pou�ívány také šestist�ny, prizmatické hranoly a jehlanové elementy. Kombinací t�chto typ� element� je mo�né vytvá�et hybridní sít�, které p�esn� reprodukují p�vodní geometrii a p�itom umo��ují rychlé p�echody k lokálnímu zjem�ování sítí (to je d�le�ité nap�. v povrchové vrstv� blízko st�ny formy, kde je tavenina vysoce smykov� namáhána) – viz. obr.3.

Obr. 3: Zobrazení automaticky generované 3D hybridní sít� modelu dílu v �ezu, sí� je zjemn�na v povrchové vrstv� (kombinace element� – �ty�st�n, jehlan a prizmatický hranol)

Nástroj p�íští generace Moldex3D/eDesign
Moldex3D/eDesign navíc p�ekonává p�edsudky, které ješt� n�kdy panují o zpracování simulací te�ení plast� pln� ve 3D – toti�, �e p�íprava sít� je �asov� náro�ná (zvlášt� pro komplikovan�jší geometrie díl�) a je t�eba dobré u�ivatelské zdatnosti p�i její p�íprav�. Tento software nabízí na našem trhu unikátní, velmi jednoduché �ešení – automaticky vygenerovanou plnoobjemovou sí� p�ímo z 3D CAD modelu dílu bez nutnosti opravy kvality takto vygenerované sít� – viz. obr.3. To je velká výhoda z hlediska úspory �asu (a tím náklad�) a také umo��uje jednoduché ovládání simulací i za�ínajícími u�ivateli.

Obr. 4: Postup p�i zpracování analýzy v softwaru Moldex3D/eDesign: z objemového modelu dílu je automaticky generována plnoobjemová sí� dílu, která slou�í jako vstup pro zadání analýzy. 

Takté� argumentace poukazující na �asovou náro�nost výpo�tu ve 3D v dnešní dob� výkonné a cenov� dostupné kvalitní výpo�etní techniky ji� ztrácí svou váhu. Navíc díky rychlému �eši�i a paralelním výpo�t�m pro všechny fáze vst�ikovacího procesu, které nabízí Moldex3D jako jediný na trhu, umo��uje v relativn� krátkém �ase získat pot�ebná data pro optimalizaci designu dílu, formy nebo zpracovatelského procesu.

Spolehlivost výsledk� simulací pomocí softwaru Moldex3D dokumentuje i obr.5, který zobrazuje porovnání �áste�ného nást�iku dutiny formy pro LCD panel a výsledk� simulace te�ení. Vzhledem k nestejnom�rným tlou�kám st�n dílu dochází ve st�ední oblasti ke zpomalení toku, které m��e zp�sobovat uzavírání vzduchu ve st�n�, v extrémním p�ípad� a� zamrznutí toku ve st�n� dílu. �áste�ný nást�ik velmi dob�e korespoduje s výsledkem ze simulace te�ení. Vzhledem k problematickému pln�ní byly navr�eny úpravy v designu dutiny formy (zrovnom�rn�ní tloušt�k st�n), pomocí nich� bylo mo�né problematické efekty odstranit.

Obr. 5: Ukázka výsledk� simulace a �áste�ného nást�iku dílu - LCD panel – a) p�ed a b) po úprav� formy (p�edevším tlouš�ky st�n dutiny formy) pomocí simulace v Moldexu3D.

V praxi nelze bez pomoci spolehlivého simula�ního softwaru zalo�eného na 3D technologii odhadnout n�které zpracovatelské problémy, které mohou p�i výrob� nastat, �i správn� p�edpov�d�t výslednou deformaci dílu. Zvlášt� v dob� ekonomické krize a všeobecné snahy o úsporu náklad� je t�eba si uv�domit, �e nejefektivn�ji lze šet�it náklady p�edcházením problém�. Proto je t�eba zpracovat simulaci vst�ikování ji� ve velmi rané fázi vývoje produktu, a to nejlépe ji� p�i vývoji designu dílu, nejpozd�ji však p�i konstrukci formy, ješt� p�edtím, ne� je forma vyrobena a provedeny její první zkoušky.