歐洲與亞洲的兩家仿真軟件供應(yīng)商認(rèn)為3D注塑成型分析是解決大量注塑制品的最好方法，但是一些著名的美國供應(yīng)商卻不以為然。不管怎樣，3D模擬和標(biāo)準(zhǔn)的2.5D模擬的能力都在迅速擴(kuò)張亡驰。 

　　過去幾年里，用于厚壁復(fù)雜制件的3D流動模擬和用于薄壁制件的傳統(tǒng)2.5D中型面分析均取得了創(chuàng)造性的進(jìn)展饿幅。 

　　現(xiàn)在凡辱，模塑商有更多可供選擇的工具軟件戒职，用于預(yù)測厚壁制件的注塑流動、冷卻透乾、纖維取向洪燥、收縮和翹曲。幾家知名軟件供應(yīng)商如Moldflow公司和Plastics&Computer公司乳乌，已經(jīng)開發(fā)出了3D和2.5D兩種分析技術(shù)軟件的新版本和增強(qiáng)版捧韵，但是它們也遇到了新的競爭對手，如臺灣的Moldex3D和德國的Sigmasoft赴碘，這些軟件幾乎都無一例外地專注于3D領(lǐng)域价烘。 

　　3D分析正在首次被應(yīng)用到共注塑成型、多次注射成型蓖桅、氣體輔助成型、組合模腔成型和疊模成型愈秕。新的仿真軟件分析三維的纖維取向和翹曲舍稽，3D技術(shù)在此非常重要。因?yàn)?.5D只能表明纖維在一個平面上的取向言盼，而3D可以表明纖維在各個角度的取向发液。據(jù)稱在模擬冷卻管路、模內(nèi)鑲件或者模腔金屬組成的效果方面筐成，新3D軟件也比2.5D的應(yīng)用好焊辈。 

　　然而，2.5D軟件仍然是迄今為止的主導(dǎo)模擬技術(shù)谣皇，近期又推出了用于微孔發(fā)泡（Trexel公司的MuCell工藝）和雙動滑閥式澆口（Synventive公司的Dynamic Feed）的版本∈扑停現(xiàn)在，簡單朴沿、低成本的2.5D分析軟件已經(jīng)補(bǔ)充了冷卻和翹曲分析功能猜谚。 

　　為什么是3D？ 

　　供應(yīng)商認(rèn)為3D模擬日益引起關(guān)注的原因有幾個赌渣。過去五年里魏铅，許多公司一直在開發(fā)挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)極限的制件，這些制件也在考驗(yàn)舊仿真軟件的能力坚芜，2.5D是一種歷經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)的技術(shù)览芳，已經(jīng)應(yīng)用了20年。但是對于大型鸿竖、厚壁制件沧竟，尤其是復(fù)雜、薄壁制件的模擬效果不好千贯。而使用3D模擬可以分析從螺絲刀把手到小接插件等各種制件屯仗。最近搞坝，大多數(shù)塑料制件都開始用3D實(shí)體模型進(jìn)行分析。3D模擬才剛剛起步魁袜，許多公司用3D CAD設(shè)計(jì)制件桩撮，需要開發(fā)的是3D在模擬和分析中的應(yīng)用∩刚保” 

　　現(xiàn)在仆腐，有更多功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)可以比以往更加快速地產(chǎn)生模型和處理分析。這一點(diǎn)對于3D模擬十分重要敢铲，因?yàn)閷?shí)體模型比2.5模擬的信息“密集”鉴凸。如今的雙處理器計(jì)算機(jī)可以將模型的產(chǎn)生時間和解讀時間縮短40%～60%。隨著64位處理器逐漸替代當(dāng)前的32位芯片垮软，預(yù)計(jì)還將會在性能上有相似的飛躍驴涡。 

　　把強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)功能應(yīng)用到復(fù)雜模擬中，使用基于Linux的多處理器服務(wù)器伊屈，可以提高整個過程的經(jīng)濟(jì)性觅符。在Moldex3D Linux Cluster的輔助下，分析計(jì)算時間不再是個問題濒勤。計(jì)算機(jī)嚴(yán)格地用于構(gòu)筑模型和審查結(jié)果深吠，Linux系統(tǒng)用于數(shù)字解讀。這樣的配置可以迅速處理一個幾百萬網(wǎng)格的模型屎唠，因此3D模擬的分析處理時間將接近2.5D模擬的時間桑孩。 

　　表面或?qū)嶓w模型  

　　 Plastics&Computer公司的總裁Giorgio Bertacchi說，選擇傳統(tǒng)的2.5D軟件還是新型的3D軟件取決于制件的幾何結(jié)構(gòu)框冀、復(fù)雜程度流椒、材質(zhì)以及用戶想得到的模擬數(shù)據(jù)的類型。通常情況下左驾，傳統(tǒng)的2.5D中型面模型的最佳應(yīng)用是分析時間較短的薄壁制品镣隶。復(fù)雜程度高、厚壁或者壁厚薄變化大的制品最好使用3D分析诡右，盡管建模的時間會較長安岂。 

　　模塑工藝的類型（如氣輔、共注射帆吻、過量模塑域那、重模或組合模腔）也影響選擇結(jié)果猜煮，因?yàn)槟壳斑@些工藝的專用模型主要以2.5D 軟件為基礎(chǔ)次员，3D版本尚處于開發(fā)階段或剛剛出現(xiàn)在市場上。 

　　然而換個角度講王带， 3D分析提供的信息是2.5D 所無法比擬的淑蔚，像湍流與層流的辨識檐射，熔融物料中的氣泡，噴射和重力的影響等崔捌。3D模擬還可以了解模具本身的情況洪防。在2.5D 模擬中，在模具中嵌入一個鑲件后榄陆，你需要生成一個網(wǎng)格沛摩，然后計(jì)算熱量是怎樣穿過這個鑲件的。但是在3D模擬中剧债，當(dāng)你進(jìn)入模型帽遏，就可以觀察到溫度變化。 

　　盡管有些應(yīng)用完全使用2.5D 模擬昏锨，但是現(xiàn)在更多的制件可以用3D模擬祷鼎。如果對一個長3ft，寬4ft度坞、厚0.1in的汽車儀表盤生成網(wǎng)格鹃漩，用標(biāo)準(zhǔn)的四面體元做 3D模擬將是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)樾枰娜S元數(shù)太多险毁。這是制件的中型面網(wǎng)格。但是们童，使用Moldex3D的新型復(fù)合棱柱形網(wǎng)格畔况，就可以對制件做三維分析』劭猓”這種獨(dú)特的復(fù)合網(wǎng)格可以在同一個模型中組合不同大小和形狀的三維元跷跪，大幅度減少制件的三維元的數(shù)量。 

　　對于較簡單的制品齐板，3D模擬比2.5D 模擬的分析時間長得多吵瞻。Moldflow等供應(yīng)商開發(fā)了類似MPI/Fusion這樣的產(chǎn)品，允許用戶直接分析三維實(shí)體CAD模型甘磨，而不需要先人工抽象出一個中型面橡羞。從制品的三維CAD實(shí)體模型到中型面模型總有一個權(quán)衡取舍問題。沒有一種程序能夠自動地對各種幾何結(jié)構(gòu)的制品生成一個準(zhǔn)確的中型面济舆，需要手動提取中型面的數(shù)量太多卿泽。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制件，人的大腦必須對中型面的最佳表示方法做出重要的決定滋觉。 

　　迎接新來者 

　　在Windows和Linux上運(yùn)行的Moldex3D軟件系列包括2.5D “表面”和新的3D“實(shí)體”版挨究。Moldex3D是在臺灣清華大學(xué)的研究基礎(chǔ)上，由Core Tech System有限公司開發(fā)出來的苇赊。Core Tech公司已經(jīng)向400多個用戶出售了該技術(shù)的“座席”韵慷，這些用戶多數(shù)位于亞洲回乞。1999年該公司向全球推出了Moldex3D的英文版，并在去年的芝加哥NPE展會上進(jìn)行了展示蜀契。 

　　Moldex3D軟件的特點(diǎn)是一種新穎的復(fù)合實(shí)體元網(wǎng)格法夹恨，據(jù)說比競爭對手的模型更準(zhǔn)確，網(wǎng)格密度更高根丈，三維元更少病唁。用戶可以混合使用各種三維元，包括四面體抹寿，棱柱形券听、錐形和六面體。模擬制品的薄壁部分時馆寇，可以使用產(chǎn)生幾個三維元的棱柱形網(wǎng)格骨唇。當(dāng)對同一制品的厚壁部分建模時，軟件會自動轉(zhuǎn)換為四面體元等缀。 

　　據(jù)說使用不同的三維元比僅使用一種三維元的網(wǎng)格輪廓清晰枷莉。而且，“自動流道網(wǎng)格”功能允許用戶點(diǎn)擊一下鼠標(biāo)就生成一個基于實(shí)體元的流道系統(tǒng)尺迂，同時優(yōu)化澆口附近的網(wǎng)格密度笤妙。 

　　最近，程序組中增補(bǔ)了一個結(jié)構(gòu)分析軟件的先進(jìn)界面噪裕，包括填充蹲盘、壓實(shí)、冷卻膳音、翹曲召衔、纖維取向、氣輔和反應(yīng)注射成型的模塊祭陷。近期發(fā)行的7.0版軟件擁有更大的材料數(shù)據(jù)庫（多于以前的5700個品牌）苍凛、改進(jìn)的FastPack和FastCool解算器和多處理器。能夠模擬共注射成型兵志、過度模塑和兩次注料模塑的7.1版將于今年同Linux-Cluster版一起推出醇蝴。使用各種3D幾何元組成一個模型是Moldex3D的一個獨(dú)有特征。該軟件允許在詳細(xì)區(qū)域生成更多的網(wǎng)格萝轰，在大的平面區(qū)域使用較少的網(wǎng)格径以，以便在較短的時間內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確地模擬。 

　　Moldex3D的開發(fā)人員正在測試一種新型翹曲模塊察遇，他將翹曲制品的“底片”作為一個STL格式模型輸出夺疹，然后將這個模型引入CAM軟件，從而允許制模者準(zhǔn)確地在模具上切削出翹曲的“底片”。 

　　CoreTech同樣提供一種可以插入流行的Solidworks CAD軟件包中運(yùn)行的模塊应康。Moldex3D Works只提供3D實(shí)體充模模擬橱狗。 

　　德國亞琛的Sigmasoft公司完全致力于3D模擬。它的Sigmasoft仿真軟件于1998年商業(yè)化坝贿。為Windows或Linux設(shè)計(jì)的Sigmasoft有一個全自動網(wǎng)格生成程序夭私，據(jù)說可以在30秒到2分鐘的時間內(nèi)完成工作。Sigmasoft還可以將模具模型與各種鑲件和冷卻管路結(jié)合在一起爬搓，以便更加準(zhǔn)確地觀察模具內(nèi)的熱傳遞添镜。 

　　Sigmasoft軟件的獨(dú)特功能之一是模擬制品離開模具后的變化，計(jì)算制品脫模后的持續(xù)翹曲和應(yīng)變唠鹅，直到制品達(dá)到環(huán)境溫度窿锉。有些軟件可以預(yù)測脫模后的全部翹曲，但是Sigmasoft模擬的是制品脫模后6000sec內(nèi)的變化膝舅。對于帶鑲件的模具嗡载，該軟件在計(jì)算應(yīng)力和翹曲時會考慮鑲件的金屬組成等因素。 

　　Sigmasoft可以計(jì)算充模時模具內(nèi)的氣壓以確定排氣的最佳位置仍稀。這一點(diǎn)十分實(shí)用洼滚，因?yàn)槟＞邇?nèi)空氣的壓縮會產(chǎn)生灼痕，尤其當(dāng)模塑熱固性塑料或其他釋放氣體的材料時技潘。 

　　Sigmasoft還具有多次循環(huán)分析特征遥巴，可以多次重復(fù)計(jì)算模具內(nèi)的溫度直到模具內(nèi)的溫度恒定下來。這樣比假定一個模具溫度要準(zhǔn)確得多享幽。該特征可以幫助認(rèn)識模塑循環(huán)過程中的熱累積挪哄。用戶通過監(jiān)測模擬過程來優(yōu)化操作循環(huán)周期。 

　　Sigmasoft正在開發(fā)一套3D多相分析軟件琉闪，處理模具內(nèi)的兩種物料，如氣體和樹脂砸彬，或者共注射的熔融物料颠毙。Sigmasoft的下一代43版軟件將具有基于Windows的雙處理器功能，從而將分析時間縮短30%到40%蓉凰。 

　　氣輔成型的三維模擬 

　　使用英國新開發(fā)的仿真軟件可以首次對氣體輔助注射成型的厚壁制件進(jìn)行準(zhǔn)確的三維建模和分析芳窟。Cinpres Gas Injection公司（CGI）使用的是威爾士大學(xué)工程學(xué)院聚合物加工模擬和設(shè)計(jì)中心開發(fā)的軟件。該軟件是中心與CGT公司的三年聯(lián)合項(xiàng)目酬绞。中心主任John F.T. Pittman博士說抬爷，模擬過程包括塑料在模具中的填充。氣體的產(chǎn)生和排出以及冷卻祖务。軟件使用實(shí)體四面體或六面體模擬各種氣輔方法—短射留嫩、溢流和反推。 

　　CGT聲稱彭撑，這是現(xiàn)在唯一能對制品中心的熔融聚合物和注入的氣體之間的相互作用進(jìn)行詳細(xì)模擬的軟件絮檀。Pittman說：“我們通過跟蹤聚合物和氣體的界面葛昏，解決了二者的流動問題〔妨辏” 

　　與中型面分析相比绝鸡，該軟件的突出之處在于，中型面分析只提供制品部分的接氣截面的信息开贼，而此軟件詳細(xì)地表現(xiàn)了氣道周圍尤其是彎曲處的壁的厚薄變化舰褪。分析汽車和家庭用品把手等厚壁管狀制品時其價值尤為顯著。據(jù)說該軟件還可以準(zhǔn)確地預(yù)測氣輔注射成型的潛在加工問題疏橄，如指紋現(xiàn)象占拍，突然噴出等，并解釋注氣延遲的影響软族，這時塑料已經(jīng)部分冷卻了刷喜。 

　　據(jù)稱，該軟件可以在幾分鐘內(nèi)生成一個適當(dāng)?shù)腃AD模型的網(wǎng)格立砸，并在一天內(nèi)完成一個中等模型（20萬個有限元）的分析——包括塑料充模和一次掖疮、二次氣體滲入。Pittman說颗祝，分析結(jié)果可以以空心塑料制品的CAD模型的形式輸出浊闪，適合進(jìn)行應(yīng)力分析。 

　　有關(guān)3D和2.5D的更多消息 

　　Moldflow為其最新的MPI4.1版Moldflow Plastics Insight分析軟件包開發(fā)了幾種新模塊螺戳，包括預(yù)測纖維取向搁宾、翹曲和厚壁制件中的熱—機(jī)械性能分析的MPI3D模塊。 

　　Moldflow在其3D軟件中擴(kuò)展了創(chuàng)建熱固性塑料制品模型的能力倔幼。MPI4.1現(xiàn)在可以對熱流道進(jìn)行3D模擬使谋。MPI3D還可以給出注射壓力和鎖模力與時間的關(guān)系曲線。MPI4.1支持64位計(jì)算機(jī)坷磷，可以較快地創(chuàng)建大的模型度攘。 

　　去年，為了模擬Trexel公司的Mucell微孔發(fā)泡工藝竹坝，Synventive公司的Dynamic Feed序貫閥式澆口系統(tǒng)（不同的噴嘴有最多32個獨(dú)立的壓力曲線）嘱杆，以及二次注料和鑲件過度模塑工藝，Moldflow用模塊增強(qiáng)了它的2.5D軟件磷兢。產(chǎn)品市場經(jīng)理Peter Rucinski說杭嚷，以前第一次注料和第二次注料的分析需要兩個獨(dú)立的模擬，二者可能無法協(xié)調(diào)起來狭龄，因此沒有辦法模擬兩種材料在交界處的相互作用嚣咕。 

　　翹曲的預(yù)測和冷卻效率的分析是近期添加到Moldflow Plastics Advisers(MPA)軟件中的兩個新特性。MPA是為制品和模具的前期開發(fā)而設(shè)計(jì)的進(jìn)行快速、低成本估定的簡化的軟件包缭慈。新的Performance Adviser和Cooling Circuit Adviser模塊是最新的MPA7.0版的一部分冲肖。這些功能以前只在高端MPI產(chǎn)品上提供。 

　　Plastics&Computer公司還為2.5D和3D分析軟件包增加了幾項(xiàng)新功能涯捻，其中之一是與意大利Fiat研究中心合作四年開發(fā)而成的faBest 2.5D軟件的填充浅妆、壓實(shí)和保壓的多次注射模擬。Plastics&Computer公司還推出了用中型面軟件創(chuàng)建組合模腔模具和重模成型模具模型的功能障癌。值得一提的是凌外，該公司一直在應(yīng)用一種將2.5D中型面充模分析與3D實(shí)體冷卻模擬結(jié)合起來的專利復(fù)合建模方法。 

　　Plastics&Computer的3D faSolid模塊有一個快速解算器涛浙，可以將3D分析時間縮減為2.5D faBest模塊的兩倍康辑。Giorgio Bertacchi說：“我們開發(fā)的建模和分析方法考慮到了模塑商和制模商的計(jì)劃、工作流程和組織需要轿亮，使制模商可以剛好及時地交付模具疮薇。這個過程可以在一周內(nèi)多次重復(fù)3D分析以優(yōu)化設(shè)計(jì)∥易ⅲ” 

　　兩年前按咒，faSolid模塊擴(kuò)展了序貫閥式澆口分析。但是到目前為止但骨，序貫建模的大部分精細(xì)工作都是用2.5D faBest完成的励七。Bertacchi覺得，當(dāng)他對一個用11個閥式澆口噴嘴生產(chǎn)的6ft長的制件建模時籍纸，他擴(kuò)大了那個領(lǐng)域的范圍剿夫。 

　　流道模擬 

　　僅模擬流道系統(tǒng)而不是模腔是Mold CAE Solutions這個創(chuàng)建三年的公司一直以來的軟件開發(fā)焦點(diǎn)。該公司的MoldCAE專題是一個快速的烹驰、簡單易用的流動分析程序姓拂，可以幫助優(yōu)化熱流道和冷流道。 

　　這個程序面向制模商和模具設(shè)計(jì)人員魄蔗，而不是制件設(shè)計(jì)人員寒肋。總裁Bob Meng說：“有太多的人在討論模腔的模擬和優(yōu)化钓宗，但是對模腔的設(shè)計(jì)，用戶有最終的發(fā)言權(quán)尘斧，而不是模具設(shè)計(jì)人員或制模商构胰。他們能夠真正優(yōu)化的是將熔融物料送到模腔的系統(tǒng)。他們可以改變模腔的布局和澆口的大小派男，平衡流道系統(tǒng)莱衍，獲得均勻的壓力和填充。” 

　　MoldCAE尤其有助于解決不對稱的模腔布局引起的填充問題乍狐。它可以模擬組合模腔模具和疊模成型模具赠摇。最新的4.2版軟件可以處理大模型，包括有144個模腔的PET預(yù)成型模具浅蚪。 

　　MoldCAE專題軟件不需要創(chuàng)建CAD模型藕帜，也不需要生成網(wǎng)絡(luò)，因此它既沒有2.5D有限元也沒有3D有限元惜傲。用戶可以根據(jù)簡單的指導(dǎo)在30分鐘內(nèi)學(xué)會模擬軟件的使用洽故。用戶輸入流道系統(tǒng)的類型、流道的直徑盗誊、流道的布局时甚、澆口的類型、澆口的數(shù)量和位置哈踱、塑料種類和注塑機(jī)的注射壓力等數(shù)據(jù)荒适，然后模擬在幾秒鐘內(nèi)完成。用戶可以增加或刪除澆口开镣，改變澆口的尺寸和位置刀诬，經(jīng)過幾個操作循環(huán)后再修改其他的模擬數(shù)據(jù)。用戶還可以在模型中加一個簡化的模腔設(shè)計(jì)幔时，從而更好地說明需要的充模壓力萎丘。 

　　MoldCAE專題軟件計(jì)算最大注射壓力以及壓力和溫度在流道和模腔中的詳細(xì)分布，模擬流道系統(tǒng)中的剪切速率茉油、剪切應(yīng)力和剪切加熱另款，說明整個系統(tǒng)中的熔融物料速度、鎖模力要求桨农、冷卻時間和短射询嘹。該軟件對流道和澆口的設(shè)計(jì)、最佳模腔數(shù)量和加工參數(shù)提出建議捍刑。 

　　模擬系統(tǒng)中有一個常用的熱塑性塑料的數(shù)據(jù)庫呜谓，用戶可以在數(shù)據(jù)庫中添加新的材料。用戶還可以建立典型的澆口法洼、流道類型和流道布局的數(shù)據(jù)庫洼荡。

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