3D nástroj pro simulaci vstřikování plastů
Tečení taveniny v dutině formy je komplikovaný jev a u dílu s proměnnými tloušťkami stěn lze jen stěží odhadnout, zda bude dutina formy správně doplněna a kde mohou vzniknout vady v díle. Navíc designéři plastových dílů často nemají znalosti technologie vstřikování plastů ani plastových materiálů a netuší, jaké komplikace způsobují navrženým komplexním designem dílu konstruktérům forem a lisovnám. Požadavky na tolerance výsledných výlisků jsou velmi striktní a v případě, že nejsou dodavatelem dodrženy, nastává časově i finančně náročná fáze „ladění formy", aby bylo požadované kvality dosaženo. Někdy je efektivita výroby zbytečně snižována používáním chladicích přípravků pro díly, které se po vyjmutí z formy deformují. Daleko dříve, než nastane tato situace, lze předcházet mnoha problémům vypracováním simulace vstřikování a odpovídající úpravou designu dílu či formy.
3D simulace celé soustavy formy
Moldex3D je simulační software, který představuje špičku CAE produktů pro průmysl vstřikování plastů. Vyniká 3D technologií založenou na objemové hybridní síti a vysoce výkonné metodě konečných objemů (HPFVM). Umožňuje tak analyzovat nejen optimálně navržené díly s rovnoměrnou tloušťkou stěny, ale i díly s extrémní změnou tloušťky stěny a díly s velmi komplikovanou geometrií. S využitím všech dostupných fyzikálních a reologických rovnic přináší Moldex3D plastikářskému průmyslu rychlé, spolehlivé a přesné výsledky simulací. Jako jediný na trhu nabízí 3D simulaci celé soustavy formy včetně vtokové soustavy, chladicí soustavy, zálisků, vložek ve formě i celé formy.
Ačkoliv Moldex3D umožňuje provádět simulaci i ve 2,5 D, soustřeďují se vývojáři firmy CoreTech (autor softwaru) hlavně na zlepšování jeho 3D technologií. To umožňuje zahrnout do výpočtů i 3D efekty, které hrají při vstřikování svou důležitou roli, jako např. fontánový tok, rohový efekt, prostorovou orientaci plniva, vznik asymetrie teplotního pole ve vtokové soustavě, prostorové teplotní pole ve formě apod. Díky podchycení těchto 3D efektů simulace umožňuje spolehlivě predikovat plnění dutiny formy, přehřívání materiálu při toku vtokovou soustavou a dutinou formy, optimalizovat pozice a dimenze vtoků, predikovat nedostřiky, vznik studených spojů a místa s uzavíráním vzduchu, vyhodnotit design chlazení, minimalizovat cyklus, správně určit výsledné deformace apod.
Moduly softwaru Moldex3D pro „pokročilou" analýzu nabízejí simulaci technologie RIM, vstřikování se zálisky, vícekomponentní vstřikování, kaskádové vstřikování, vstřikování s použitím plynu a technologie enkapsulace mikročipů. Je také možné předpovědět optické vady dílů z transparentních materiálů (dvojlomný obrazec), simulovat časově závislé teplotní pole (moderní technologie Rapid Heat and Cool) nebo získat kvalitní výstupy do softwarů pro pevnostní analýzy.
Výhody hybridních 3D sítí
Výkon a stabilita tohoto programu jsou založeny na jeho vysoce kvalitním síťování, při němž je zejména nutné zajistit dobrou rozlišovací schopnost 3D sítě přes tloušťku stěny dílu. Kromě čtyřstěnů jsou pro plnoobjemové sítě používány také šestistěny, prizmatické hranoly a jehlanové elementy. Kombinací těchto typů elementů je možné vytvářet hybridní sítě, které přesně reprodukují původní geometrii, a přitom umožňují rychlé přechody k lokálnímu zjemňování sítí (to je důležité např. v povrchové vrstvě blízko stěny formy, kde je tavenina vysoce smykově namáhána). Pouze hybridní sítě kombinují výhody 2,5D (dobré rozlišení přes tloušťku stěny a rychlost výpočtu) s plnohodnotnou 3D analýzou (zachycení všech 3D jevů, přesná reprodukce geometrie dílu bez zjednodušení).
Nástroj příští generace Moldex3D/eDesign
Moldex3D/eDesign navíc překonává předsudky, které ještě někdy panují o zpracování simulací tečení plastů plně ve 3D - totiž že příprava sítě je časově náročná (zvláště pro komplikovanější geometrie dílů) a je třeba dobré uživatelské zdatnosti při její přípravě. Tento software nabízí na našem trhu unikátní, velmi jednoduché řešení - automaticky vygenerovanou plnoobjemovou síť přímo z 3D CAD modelu dílu bez nutnosti opravy kvality takto vygenerované sítě. To je velká výhoda z hlediska úspory času (a tím nákladů) a také umožňuje jednoduché ovládání simulací i začínajícími uživateli.
Taktéž argumentace poukazující na časovou náročnost výpočtu ve 3D v dnešní době výkonné a cenově dostupné kvalitní výpočetní techniky již ztrácí svou váhu. Navíc díky rychlému řešiči a paralelním výpočtům (rozložení výpočtů na více procesorů, resp. jader procesoru - např. Intel Quatro Core) pro všechny fáze vstřikovacího procesu, které nabízí Moldex3D jako jediný na trhu, umožňuje v relativně krátkém čase získat potřebná data pro optimalizaci designu dílu, formy nebo zpracovatelského procesu.
Spolehlivost výsledků simulací pomocí softwaru Moldex3D dokumentuje porovnání částečného nástřiku dutiny formy pro LCD panel a výsledků simulace tečení (viz obr. 4). Vzhledem k nestejnoměrným tloušťkám stěn dílu dochází ve střední oblasti ke zpomalení toku, které může způsobovat uzavírání vzduchu ve stěně, v extrémním případě až zamrznutí toku ve stěně dílu. Částečný nástřik velmi dobře koresponduje s výsledkem ze simulace tečení. Vzhledem k problematickému plnění byly navrženy úpravy v designu dutiny formy (zrovnoměrnění tlouštěk stěn), pomocí nichž bylo možné problematické efekty odstranit.
Efektivně šetřit znamená předcházet problémům
V praxi nelze bez pomoci spolehlivého simulačního softwaru založeného na 3D technologii odhadnout některé zpracovatelské problémy, které mohou při výrobě nastat, či správně předpovědět výslednou deformaci dílu. Zvláště v době ekonomické krize a všeobecné snahy o úsporu nákladů je třeba si uvědomit, že nejefektivněji lze šetřit náklady předcházením problémů. Proto je třeba zpracovat simulaci vstřikování již ve velmi rané fázi vývoje produktu, a to nejlépe již při vývoji designu dílu, nejpozději však při konstrukci formy - ještě předtím, než je forma vyrobena a provedeny její první zkoušky. Pouze analýzy prováděné plně ve 3D umožňují co nejvíce se přiblížit reálnému stavu a tím dosáhnout největších finančních a časových úspor.
Ing. Zdeňka Růžičková, Ph.D.
SimulPlast
CoreTech System
