Témata
Reklama

Budoucnost v simulacích vstřikování plastových dílů

Přesnost predikce budoucí kvality plastových dílů a forem pomocí simulačního softwaru pro vstřikování se stále zvyšuje. Je to dáno zejména využitím stále dokonalejších výpočetních technik a modelů. Zároveň roste šíře nabízených modulů pro různé technologie vstřikování.

Každá nová verze softwaru přináší další možnosti a vylepšení, která usnadní konstruktérům plastových dílů a forem jejich práci – aktuální verze 11 simulačního softwaru Moldex3D je toho důkazem.

Reklama
Reklama

Horké vtoky

Unikátní nový modul verze 11 Moldex3D-Hot Runner umožňuje detailně simulovat všechny typy a komponenty horkých rozvodů (topné spirály, torpéda, uzavírací jehly atd.). Řízením spínání topných spirál pomocí teplotních čidel s nastavením teplotních limitů a výkonů jednotlivých vinutí lze získat velice přesnou představu o funkčnosti systému a jeho vlivu na správnou funkčnost celé formy a stabilitu výrobního procesu. Tato přesná analýza umožňuje zjistit v každém časovém okamžiku a libovolném místě horkého kanálu nejen teplotu a velikost smykového ohřevu taveniny, ale také tlakovou ztrátu systému. Pokročilá simulace s využitím tohoto Moldex3D modulu umožňuje navrhovat konstrukci horkého systému s dosažením jeho maximální funkčnosti a se zachováním cenové efektivity jeho řešení.

Obr. 1. Konstrukce horkého systému a vizualizace rozložení teploty

3D orientace vláken

Inovovaný modul Moldex3D-Fiber byl rozšířen o nové matematické modely zpřesňující předpověď prostorové 3D orientace vláken (krátkých i dlouhých) v tavenině i ve finálním plastovém díle, jakož i kvalitu výpočtu deformací. Díky integraci nově vyvinutého iARD-RPR modelu lze nyní velmi přesně předpovídat nejen orientaci vláken v různých oblastech dílu, ale i změnu orientace přes tloušťku stěny výlisku (viz obr. 2). Pro vysoce plněné materiály (cca od obsahu 40 % vláken) nabízí verze 11 využití mikromechanického modelu Mori Tanaka. Využití nových výpočetních modelů poskytuje silný nástroj nejen konstruktérům dílů a forem z hlediska přesné předpovědi deformace výrobku, ale také vývojářům plastových dílů, kterým umožňuje výrazně zpřesněné pevnostní výpočty těchto anizotropních materiálů.

MuCell technologie

Microcellular Foam Injection Moulding je moderní technologie pro vstřikování geometricky složitých dílů, u které je dosahováno výrazně nižších deformací než u klasické technologie vstřikování (obr. 3), a zároveň snížení hmotnosti finálního výrobku. Mezi další výhody tohoto procesu patří nižší vstřikovací tlak a zpracovatelské teploty, kratší výrobní cykly a nižší spotřeba materiálu a energie. Technologie je založená na přídavku plynu (většinou N2 nebo CO2, nově je též používaný termín „superkritická kapalina“) do polymerní taveniny a poté vstříknutí této směsi do dutiny formy. Výsledkem je vytvoření lehčené struktury s bublinkami uvnitř stěny dílu v průběhu chladnutí. Vývoj modulu MuCell pro simulaci tohoto velmi složitého procesu prováděla firma CoreTech Systems (autor simulačního softwaru Moldex3D) v úzké spolupráci s americkou firmou Trexel, Inc. (světovým lídrem ve vývoji a prodeji patentované technologie MuCell).

Obr. 2. Vizualizace orientace vláken v řezu stěny dílu vypočtené pomocí nově integrovaného iARD-RPR modelu. Barvy indikují oblasti s výraznou orientací vláken (červená barva) a slabou orientací (modrá barva).Přes své výhody není proces MuCell bez rizik. Přidání „superkritické kapaliny“ do taveniny ovlivňuje tečení, morfologii materiálu a kvalitu povrchu výsledného výrobku. Steve Braig, prezident firmy Trexel, pevně věří, že spolehlivý simulační nástroj výrazně pomůže designérům dílů i konstruktérům forem z hlediska produktivity a efektivity forem pro MuCell technologii.

Moldex3D-MuCell využívá fundamentální fyzikální výpočetní modely pro tvorbu bublin a jejich růst a také pro vizualizaci této komplexní technologie ve 3D. Tento modul poskytuje detailní výsledky počtu, velikosti a distribuce bublin v jednotlivých oblastech dílu, dále predikuje průběh plnění dutiny formy, pozici studených spojů a snížení hmotnosti dílu. Uživatelé tak mají k dispozici simulační nástroj reálného MuCell procesu, který zahrnuje jeho komplexní požadavky pro různé typy materiálů, plniv a procesních nastavení.

Využití metody DOE

Nový modul Moldex3D-Expert využívá statistické metody DOE (Design of Experiment) pro rychlou a systematickou optimalizaci procesních parametrů bez použití metody pokus – omyl. Ruční zadávání dat je omezeno na minimum – pouze na identifikaci vstupních proměnných parametrů a jejich limitů. Poté modul automaticky vytvoří sadu výpočtů pomocí Tagučiho metody. Na závěr software vyhodnotí vliv jednotlivých faktorů na sledovaný parametr a navrhne optimalizovaný proces.

Obr. 3. Srovnání rozměrové stability (výsledků deformace) dílu vyrobeného pomocí technologie MuCell (vlevo) a konvenčním procesem vstřikování ukazuje výhody napěňování „jádra“ dílu (zobrazeno v desetinásobném zvětšení změny rozměru – deformace).Pomocí této metody byly optimalizovány procesní parametry pro díl na obr. 4, jehož objemové smrštění dosahovalo hodnoty v maximu 3,31 %. S cílem snížit tuto hodnotu byl zkoumán vliv několika procesních parametrů v uvedeném rozsahu: čas plnění (3,0–3,2 s), teplota taveniny (230–245 °C), doba dotlaku (5,0–5,5 s) a maximální tlak při dotlaku (70–80 %). Následný výpočet s optimalizovaným procesním nastavením podle DOE potvrzuje snížení maximální hodnoty objemového smrštění na 1,48 %.

Technologie Co-Injection

Pomocí této technologie lze vyrábět díly složené ze dvou typů materiálů – jeden na povrchu a druhý v jádře dílu. Tuto technologii lze využít v případech, kdy je požadována vysoká kvalita povrchu dílu, i když uvnitř dílu (v jádře) je recyklovaný materiál o nízké kvalitě. Bonusem využití recyklovaných materiálů je snížení zátěže životního prostředí plastikářskou výrobou a snížení nákladů. Navíc lze vhodným výběrem materiálu povrchu a jádra dílu splnit další požadavky dílu – například na „útlum“ a odolnost proti rázu.

Obr. 4. Optimalizace procesního nastavení pomocí metody DOE (Design of Experiment) umožňuje minimalizaci objemového smrštění (vlevo před optimalizací, vpravo po optimalizaci).

Výstupem modulu Moldex3D-Co-Injection jsou výsledky zahrnující kvalitu materiálového rozhraní, distribuci materiálů v dutině formy (viz obr. 5), postup čel taveniny, defekty typu průniku materiálu jádra povrchovou vrstvou a případné protržení čela taveniny povrchového materiálu. Software analyzuje potenciálně kritické oblasti s vysokou teplotou nebo napětím a odhaluje možné deformace vznikající z interakce materiálu jádra a materiálu povrchu dílu. Takto získávají konstruktér i technolog náhled do celé šíře složitosti této technologie a jsou schopni optimalizovat jak konstrukci dílu, tak i nastavení zpracovatelského procesu a snížit tak náklady na vývoj.

Podpora CAD systémů

Pro usnadnění fáze preprocesingu (přípravy výpočetního modelu pro simulaci) lze s výhodou využít jak automatickou tvorbu 3D sítě přímo z geometrie dílu, tak i integraci do CAD systémů, a to Creo, Cimatron, NX, SolidEdge a SolidWorks. Designéři tak mají možnost připravovat model pro výpočet v jim známém prostředí konstrukčního softwaru bez nutných konverzí formátů dat.

Rychlé výpočty pomocí plnohodnotné 3D technologie

Moldex3D verze 11 se může pochlubit i mnoha dalšími vylepšeními a novými funkcemi. Je to například modul Moldex3D-Stress – nástroj pro pevnostní analýzu založenou na lineárně-elastickém principu, která zahrnuje do simulace podstatné informace, jako jsou pozice studených spojů a 3D orientace vláken. Inovovaný modul Moldex3D-Designer umožňuje úpravy geometrie dílu bez použití externích CAD programů. Modifikován byl i generátor 3D sítí, který nyní dosahuje vyšší efektivity a výsledně pozitivně ovlivňuje i kvalitu simulací. Nová funkce Particle Tracer zachycuje historii proudění částic v polymerní tavenině pro detailní popis plnění dutiny formy. Nově je také možné v modulu Moldex3D-Transient Cool simulovat proudění chladicí kapaliny ve 3D s využitím CFD analýzy a optimalizovat tak chlazení podle požadavků. Dále lze pomocí modulu Moldex3D-Crystallization vizualizovat krystalizaci materiálu a sledovat vývoj krystalické fáze během fází plnění, dotlaku a chlazení. Moldex3D také umožňuje tzv. „Core Shift“ analýzu, která predikuje deformaci jader formy nebo zálisků v důsledku nevyváženého plnicího tlaku, a pomáhá tak optimalizovat proces vstřikování.

Obr. 5. Co-Injection: postup čela taveniny při plnění materiálu „jádra“ (vlevo) a distribuce tlouštěk stěn pro sluchátkový set

Možnost paralelního výpočtu pro všechny fáze vstřikovacího procesu velmi výrazně zvyšuje efektivitu simulací. Moldex3D využívá všechny výhody multiprocesorových, multijádrových i multiCPU hardwarových konfigurací – lokálních, klastrových nebo na grafické kartě (GPU) pro zrychlení simulací a zkrácení času potřebného pro dosažení kvalitních výstupů.

Zdeňka Růžičková

SimulPlast
z.ruzickova@simulplast.cz
www.simulplast.com

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 130129
Datum: 13. 02. 2013
Rubrika: Trendy / Plasty
Autor:
Firmy
Související články
Principy konstrukce plastových výlisků

Rychlý vývoj moderních 3D CAD systémů způsobil evoluční krok v návrhu produktů, jehož výsledkem jsou organičtější formy se vzrůstající složitostí. Cílem tohoto článku je zaměřit se na nové konstrukční principy a jejich dopad na obrábění a výrobní procesy.

Vnitřní napětí v plastovém výrobku

Vstřikované plastové výrobky mají různou úroveň vnitřního (zbytkového) napětí. Vnitřní napětí ovlivňuje kvalitu výrobku, především pak jeho pevnost, rozměrovou přesnost a u transparentních dílů vznik případných vzhledových vad.

Modelování kompozitních materiálů a struktur

I když v současnosti zaznamenáváme výrazný nárůst aplikací kompozitních materiálů v automobilovém průmyslu, simulace kompozitních struktur stále představují velkou výzvu. Simulační software Digimat nabízí unikátní přístup v této oblasti simulací a umožňuje dosáhnout dosud nebývalé přesnosti predikcí.

Související články
Optimalizace ziskovosti plastového výlisku

Expertní systém CalcMaster 7.2 pracující na principu odražené vlny vnáší nové možnosti do procesu nabídky a poptávky pro formy na plasty a lehké kovy.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Návrh plastového dílu a jeho optimalizace

Vstřikování polymerů je pružná výrobní metoda pro výrobu tenkostěnných plastových dílů. Vstřikování umožňuje v automatickém cyklu vyrobit komplexní geometrii dílu při nízké energetické spotřebě a krátkém časovém cyklu. Komplexností geometrie je myšlena nejenom výroba jednotlivých dílů, ale také sdružení několika dílů do jednoho celku. Tímto způsobem lze minimalizovat náklady na montáž a zároveň také minimalizovat vady vzniklé při montáži.

Investice do softwaru pro formařinu se vrátila do měsíce

Společnost Formaplex Limited se sídlem ve Velké Británii se zabývá převážně vývojem a výrobou hliníkových a ocelových vstřikovacích forem pro firmy z oblasti automobilového a leteckého průmyslu. Její investice do softwaru VISI Flow se vrátila už po prvním měsíci používání.

Zavedení nového softwaru zefektivnilo konstrukci forem

Společnost Dramco Tool & Die Co. z Grand Islandu se specializuje na výrobu komplexních vstřikovacích forem pro automobilový a spotřební průmysl. S ohledem na potřebu upgradovat a změnit systém konstrukce a výroby forem za účelem zvýšení efektivity začala hledat systém, který by umožňoval rychlou konstrukci forem, automatizaci některých procesů a umožňoval práci jak s objemovými tělesy, tak s volnými plochami.

První plnobarevná stolní 3D tiskárna

Společnost Mcor představila jako první na světě plnobarevnou stolní 3D tiskárnu Mcor ARKe a klade si za cíl dostat tuto 3D tiskárnu do každé kanceláře či učebny.

Plasty a robot – jde to dohromady?

Žijeme v době, kdy nás plasty provázejí na každém kroku. Možná si ani neuvědomujeme, kde všude nám pomáhají, kde nás ovlivňují. Od tužky či propisky přes klávesnici, u které sedíme skoro každý den, po stravování a umělohmotné vařečky, které nahradily ty dřevěné, jež používaly naše babičky. Snažíme se usnadnit si život. Těžké díly ze železa vyměnit za lehčí, plastové. Stejně tak i tvůrci softwaru se snaží zjednodušit výrobu.

Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

Efektivní vývoj plastových dílů a vstřikovacích forem

V mnoha odvětvích – včetně automobilového průmyslu, zdravotnických technologií nebo spotřebního zboží – představuje proces vstřikování do forem nejpoužívanější a ekonomicky nejvýhodnější metodu výroby plastových dílů. Zásadní je zde povědomí, jak návrh jednotlivých dílů ovlivní jejich vyrobitelnost, a naopak – a to ještě před zahájením výroby. Řešení nabízí konstrukční simulace.

Problematika vstřikování plastových dílů pro automobily

Příspěvek popisuje podmínky pro výrobu vstřikovaných plastových dílů pro automobily včetně vznikajících problémů a navazuje na článek Snížení rizika vzniku vad při vstřikování plastových dílů, který byl uveřejněn v příloze Plasty časopisu MM Průmyslové spektrum č. 3/2014 (viz též www.mmspektrum.com/140312). Autor vychází z dlouholeté zkušenosti ve firmě Plast Form Service I. M., která se výrobou těchto dílů zabývá již od roku 1998.

Nový materiál ASA pro 3D tisk v osmi různých barvách

Společnost MCAE Systems, oficiální distributor firmy Stratasys, rozšířila nabídku materiálů pro 3D tisk o nové digitální materiály a také o termoplast ASA dostupný v osmi barvách. ASA nyní nabízí nejširší barevnou škálu ze všech materiálů pro technologii FDM.

Efektivní vývoj plastových dílů

Vstřikování plastů je v řadě odvětví převládajícím a cenově nejvýhodnějším způsobem výroby různých dílů a výrobků. Největší výzvou přitom je znalost toho, jak se konstrukce daného dílu projeví na jeho vyrobitelnosti, a naopak, a to již před samotným zahájením výrobního procesu. Důležitou roli tu proto mohou sehrát simulační technologie.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit