3D模拟在注塑成型准确性和功能应用中的进展

近年来，3D模拟软件的进展非常显著，不仅能够处理诸如气辅成型、共注射和多组分注射成型等工艺过程，而且增加了双折射预测等功能，进一步拓展了3D模拟技术的应用环境。
在过去，大约只有5%的模拟采用了3D注射成型模拟。但现在，3D模拟已经越来越多地应用于多种成型中，并能够将模拟数据和结构设计分析紧密地结合起来。软件供应商还将对气辅、共注射、多组分注射和嵌入成型等工艺的分析功能引入3D模拟技术中，并在2.5D程序软件上使用叠模和多腔模具等方式来向3D模拟平台转变。“目前，我们所有的模拟功能都能在3D软件中实现，而一些最新的发展技术也只能在3D环境中应用。”Moldflow公司的发言人说。
通过不断提高对不同材料间传热的模拟能力，3D软件已经在对复杂的成型过程的分析方面取得了很大的改进。其他的新进展还包括对制品残余应力的预测能力的改进，因为残余应力会影响制件的光学性能、翘曲变形和机械强度等性能。
3D模拟需求的增长
包括CoreTech、Moldflow、Sigma Engineering和 Vero International在内的3D模拟技术供应商一致认为，目前只有5%~10%的注射成型制件能够通过3D模拟技术生产，其余部分都是采用2.5D“薄壳”技术或是Moldflow公司的双域技术（Dual Domain）完成的。但他们表示，3D分析的应用将会越来越广。这是因为塑料制品会变得越来越复杂，而且即使已经用2.5D技术分析过制品，用户仍希望应用3D模拟技术再分析一遍，虽然应用3D分析可能花费更多的时间。这就是为什么3D模拟分析只占整个市场的一小部分份额，却在模具模拟领域拥有最多的关注和报道的原因。


图1 通过3D分析可知，图中的改锥采用了嵌入成型和双色二次成型（照片来源：Moldflow公司）
“3D模拟使加工商和模具设计者能够简化整个建模过程。他们能够直接得到3DCAD文件，而不像2.5D程序那样需要将原始文件转换成中性面模式（midplane），而这一过程往往会出现这样或那样的问题。而且，3D模拟的结果更容易导出结构分析数据包。” CoreTech International公司总裁Venny Yang如是说。
Moldflow公司的资料显示，该公司所拥有的双域模拟专利技术与2.5D模拟技术非常相似，但不需要进行中性面模式的转换。然而，Moldflow公司的产品线经理Murali Annareddy同意Venny Yang的第二个观点，即关于3D技术转换成结构分析的过程更简便的说法，他认为：“结构设计工程师希望将塑料制品和CAE分析进行更好地融合，这样通过模拟模内压和纤维定向，他们能够进行更加准确的结构分析。”
3D模拟不只应用于平流，它还能模拟湍流和层流、喷射、熔体中的气穴或气泡以及重力的影响等。另外，它也可以模拟壁厚不均匀的制品。“目前，几乎没有制品被设计成均匀的壁厚，” Vero International公司顾问Natalia Kassa说，“这样采用2.5D模拟时，就必须提出更多的假设条件，而如果那种假设不正确就将产生错误的结果。采用2.5D模拟壁厚不均匀的复杂制品时，需要具备流体学等高等知识和正确解释那些不同壁厚的经验。总之，为了得到正确的结果，采用2.5D来模拟模型的一些区域，可能与它所代表的制品看上去很不相同。”
“2.5D模拟最大的缺点是虽然能够向用户呈现合理的流动、包装和冷却等信息，却无法预测翘曲变形，而提升预测翘曲变形和收缩的水平是模拟技术发展的一种趋势。”CoreTech公司的Yang补充道。
光学部件是一个正在成长的注塑成型领域，并已吸引了3D软件供应商的关注。为了减少光在传播中发生扭曲，用户希望能通过用塑料替代玻璃，以解决目前所面临的棘手问题，即将取向和残余应力降低至最小。Moldflow、CoreTech 和 Sigma等公司已经开发或正在开发双折射这一新应用领域。3D模拟应用的另一个热门领域是多物料成型，而2.5D软件很难做到如此复杂的过程模拟。

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