藉由Moldex3D的模流分析，能夠得到以下各製程中，模型內部的狀態 以及結果：
1. 充填（Flow）：
流動分析模組可預測縫合線、包封位置、射出壓力、鎖模力、機器噸 數、流道系統等資訊，協助檢視塑膠流動情形。
2. 保壓（Pack）：
保壓分析模組可預測體積收縮、溫度分佈、密度分佈等資訊，協助避 免過度保壓與不均勻體積收縮等成型問題。
3. 冷卻（Cool）：
冷卻分析模組可預測冷卻時間、模面溫差、熱通量分佈等資訊，快速 準確分析模具水路的安裝及建議修改設計。在充填、保壓、冷卻三個項目 之中，也都能檢測出在各個階段中，成品內部殘留應力的分佈與大小，並 且以方向分量、Von-Mises、主軸應力…等各種方式呈現。
4. 翹曲（Warpage）：
翹曲分析模組產品在脫模完成後可能產生的翹曲變形外觀，幫助找尋 發生翹曲的主要原因以防止翹曲的發生。經過模流分析結果之後，得到翹 曲分佈的結果。
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5. 光學（Optic）:
分析出射出成型之光學特性，如流動所引導之光學特性：從充填到冷 卻階段之雙折射變化，以及相位差、光彈條紋。熱應力引導之光學特性：
熱應力引導之雙折射變化，以及相位差、光彈條紋。或者整合流動所引導 之光學特性與熱應力引導之光學特性。
在各種Moldex3D模流分析所得之結果中，研究主要觀察殘留應力與光 彈條紋兩項結果作為研究的數據：藉由冷卻結果中的殘留應力，觀察在各 種加工條件組合之下，預測成品實際開模頂出後內部殘留應力的大小與分 布；光學結果中光彈條紋，除了能夠更輔助觀察成品的殘留應力分布外，
亦能夠觀察出成品內部殘留應力的梯度與集中處，並計算出條紋級數，以 利比較。
5-1 初步加工條件分析
圖5.1是薄板模型在表4.3的初步加工條件下所分析出最大剪應力分布 圖，最大剪應力最大值為0.504MPa，位於進澆口的位置，整體殘留應力以 進澆口為中心，以輻射狀向外擴散，數值由大而小。為了了解模型內部的 應力分布，本研究使用類似於斷層掃描的作法，將模型一固定軸項作多層 剖面，如圖5.2所示，圖中靠近進澆口附近呈現淺藍、綠色，屬於應力較高 的部分，其值約在0.03～0.06MPa之間。總觀圖5.1、5.2，可知進澆口附近由 於流速快、壓力高，容易出現較大的殘留應力，此外，在成品的表面，由
58
於溫度較低，材料於該處會呈現半凝固半融熔的狀態，分子間拉拉扯的現 象較為頻繁，因此容易累計應力造成殘留應力的出現。
圖5.1 PS 薄板初步分析最大剪應力分布圖
圖5. 2 薄板初步分析最大剪應力斷層剖面
本研究所模擬的光彈條紋是屬於暗場的條紋，將流動末端處的黑色條
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紋定為0 條紋級數，以朝向進澆口的方向算起，第二條黑色條紋的條紋級 數為1，第三條黑色條紋的條紋級數為 2，以此類推。如圖 5.3 所示，在初 步條件下分析，薄板之模擬光彈條紋的最大條紋級數為4.588。
圖5.3 PS 薄板初步分析光彈條紋
5-2 單一因子變化分析
為了了解射出時間、融膠溫度、射出壓力、保壓時間、保壓壓力與冷 卻時間等六個加工條件對於射出健在射出成型製程後，內部殘留應力的影 響程度，本研究先以在其他加工條件不變的條件下作為前提，來改變特定 加工條件的方式做一初步的分析。
根據初步分析的加工條件以及材料特性的限制，本研究將各種加工條 件在特定範圍下設定五個等級，並別執行分析，觀察每一種加工條件對於 殘留應力的影響程度，表5.1、5.2、5.3、5.4、5.5 與 5.6 即顯示薄板模型在 五個不同等級的射出時間、融膠溫度、射出壓力、保壓時間、保壓壓力與
60 Injecting t (s) Max Shear Stress
(MPa) Variation 0.25 1.292
(MPa) Variation 200 1.277
210 1 0.216915 220 0.795 0.205
61
230 0.633 0.203774 240 0.504 0.203791 表5.3 薄板於各保壓時間下之最大剪應力表
Packing t (s) Max Shear Stress
(MPa) Variation 10 0.5072 Packing P (MPa) Max Shear Stress
(MPa) Variation 200 0.5154
210 0.5156 -0.00039 220 0.5156 0 230 0.5153 0.000582 240 0.5156 -0.00058
表 5. 6 薄板於各射出壓力下之最大剪應力表 Injecting P (MPa) Max Shear Stress
(MPa) Variation
62
63
190 200 210 220 230 240 250
最大剪應力(MPa)
64
190 200 210 220 230 240 250
最大剪應力(MPa)
65
66
67
根據Maxwell 的應力－光學定律[12]，在平面二維的狀態下，最大剪應 力值為殘留應力的等效值，本研究所使用的模型皆為長、寬度遠大於厚度，
可是為平面狀態，故在殘留應力的分析上選用最大應力值作為分析結果。
最大剪應力分布狀態均與圖5.10 相同，最大值位於進澆口位置附近，
整體殘留應力以進澆口為中心，以輻射狀向外擴散，數值由大而小。
圖5. 10 薄板最大剪應力分布圖
將各項組合分析的最大剪應力值的最大值分別記錄下來，如表5.9 所示，
對照控制因子與等級計算出各個控制因子的平均響應，繪製出表5.10 的反 應表與圖5.11 的反應圖。
由表5.10 與圖 5.11，可看出相較於其他加工條件，射出時間與融膠溫 度對於殘留應力的影響較為顯著。
最大剪應力應力集中處
68 1 0.29456 0.87154 0.56072 0.58014 0.56898 2 0.57154 0.69912 0.56972 0.58434 0.56854 3 0.84092 0.574 0.6284 0.58958 0.5746 4 0.70168 0.45946 0.63756 0.5947 0.64392 5 0.59104 0.39562 0.60334 0.65098 0.67194
69
圖 5. 11 薄板最大剪應力反應圖
2. 翹曲
研究所分析的翹曲是取翹曲變形總位移結果中的最大值，將翹曲值最 大的部份進行比較，如圖5.12。
70
圖5. 12 薄板總位移分布圖
將總位移的最大值記錄於直交表之後，如表5.11 所示，同樣根據控制 因子與等級計算出各個控制因子的平均響應，繪製出表5.12 與圖 5.13 的反 應表與反應圖。
觀察表5.10 與圖 5.10，冷卻時間與保壓壓力對於成品的翹曲總位移有 較明顯的影響，但冷卻時間在等級2 到 4 之間的影響程度下降，即 20 秒、
25 秒、30 秒三個時間中對於翹曲是較無影響的。
表 5. 11 薄板翹曲模擬分析結果
No.＼Factor A B C D E F WP(mm)
1 1 1 1 1 1 1 0.04035
2 1 2 2 2 2 2 0.0419 3 1 3 3 3 3 3 0.04404
4 1 4 4 4 4 4 0.04673 5 1 5 5 5 5 5 0.05313 6 2 1 2 3 4 5 0.04607
以總位移最大值作為比較基準
71 1 0.04523 0.045534 0.044747 0.042792 0.040768 0.046302 2 0.045282 0.044658 0.045718 0.04695 0.043044 0.045644 3 0.045994 0.045684 0.0447 0.047326 0.046252 0.045144 4 0.04665 0.046052 0.045366 0.047536 0.047534 0.045642 5 0.045244 0.046472 0.04651 0.043796 0.050802 0.04532
72
圖 5. 13 薄板翹曲反應圖
3. 光彈條紋級數
Moldex3D 模流分析軟體中的光學模組能夠模擬實驗中，將透明塑膠件 放置於偏光儀下所呈現出的光彈條紋現象，藉由觀察條紋的階層與計算條 紋級數，比起應力分布圖更清楚的了解應力的分佈。在現實中，無法測量 出如同模流分析軟體所呈現的殘留應力的分佈圖，實際實驗上是利用透過 應變規將測量的位置的應變換算成應力值，或是將成品放置於偏光儀之下，
得到光彈條紋，在應用應力－光學定律，將光彈級數轉換成等效應力值。
透過光學模組的模擬光彈條紋，能夠將模擬分析的結果更容易的與實際的 實驗結果做出比較與驗證。
圖5.14 為 25 組不同加工條件組合下所模擬出的光彈條紋，在不同的加
73
工條件下，條紋的數量、間隔、寬度都會有所改變，當愈接近交口處時，
條紋形狀呈現細、密，數量也比其他的地方高出許多，表示著應力集中於 該處。
(a) (b)
(c) (d)
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圖5. 14 薄板光彈條紋
(a)表 5.13：1 ~ 5 組 (b)表 5.13：6 ~ 10 組 (c) 表 5.13：11 ~ 15 組 (d) 表 5.13：16 ~ 20 組 (e) 表 5.13：21 ~ 25 組
為了能更確實的分析加工條件的影響程度，本研究將光彈條紋的最大 級數作為分析結果，記錄如表5.13，同樣計算出每個等級的平均響應，會 製程反應表與反應圖，如表5.14、圖 5.15 所示。加工條件對於光彈條紋級 數和最大剪應力的影響有著同樣的趨勢，有著較顯著的影響的也同樣是射 出時間與融膠溫度兩項加工條件。
表5. 13 薄板光彈條紋級數模擬分析結果
No.＼Factor A B C D E F PL
1 1 1 1 1 1 1 2.204 2 1 2 2 2 2 2 2.008 3 1 3 3 3 3 3 1.75 4 1 4 4 4 4 4 1.453 5 1 5 5 5 5 5 1.282 6 2 1 2 3 4 5 6.292
(e)
75 2 4.2106 5.3632 3.9356 4.2608 4.4904 4.2252 3 6.0606 4.1822 4.7168 4.0142 4.5232 4.3384 4 5.2982 3.2128 5.0508 4.4952 4.454 4.7986 5 4.8318 2.598 5.074 5.2028 4.538 4.9422
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圖5. 15 薄板光彈條紋級數反應圖
4. 光彈條紋級數標準差
為了將光彈級數的分布數值化，本研究使用Moldex3D 軟體，計算出模 型中所有網格元素的光彈級數的標準差，標準差是一組數值自平均值分散 開來的程度的一種測量觀念。一個較大的標準差，代表大部分的數值和其 平均值之間差異較大；一個較小的標準差，代表這些數值較接近平均值，表 準差的運算式如式5.1 所示：
σ＝ N∑N x − x (5.1)
x =N∑N x (5.2)
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78
21 5 1 5 2 3 2 0.6544 22 5 2 1 3 4 3 0.4569 23 5 3 2 4 5 4 0.3841 24 5 4 3 5 1 5 0.329 25 5 5 4 1 2 1 0.2798
表5. 16 薄板光彈條紋級數標準差反應表
Level A B C D E F 1 0.1749 0.59096 0.32338 0.36808 0.36546 0.36566 2 0.38252 0.46052 0.3577 0.37074 0.3841 0.3738 3 0.4936 0.36324 0.40226 0.36588 0.38882 0.37888 4 0.4521 0.28158 0.42184 0.39218 0.39044 0.40144 5 0.42084 0.22766 0.41878 0.42708 0.39514 0.41002
圖5. 16 薄板光彈條紋級數標準差反應圖
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5-3-2 機器人足部模型
1. 最大剪應力
本研究所使用的機器人足部零件，其厚度遠小於長、寬度，因此可視 為2D 平面狀態，故以最大剪應力作為殘留應力的比較基準。如圖 5.17 所 示，最大剪應力其最大值位於進澆口的附近，並隨著流動的方向慢慢遞減，
由與模型有著圓孔、凹孔等特徵，會阻礙融熔狀態的材料流動，因此造成 在這些特徵周遭會有應力集中的情形，應力值的大小與分布上都叫薄板模 型來得高。
圖5. 17 足部零件最大剪應力分布圖
根據表5.17 的分析結果表計算出因子的平均響應，並繪製成表 5.18、
圖5.18 的反應圖表，由這兩張圖表可觀察出，射出時間與融膠溫度對於殘 最大剪應力最大值
80
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表5. 18 足部模型最大剪應力反應表
Level A B C D E F 1 0.17168 2.80782 1.94218 1.75288 1.9692 1.40186 2 0.29662 2.30156 1.6809 1.68404 2.09108 1.44876 3 1.29502 1.94954 1.98648 1.55098 1.82206 2.06448 4 3.4754 1.54468 1.92108 2.0756 1.61308 2.5945 5 4.3686 1.00372 2.07668 2.54382 2.1119 2.27476
圖5. 18 足部模型最大剪應力反應圖
2. 翹曲
與薄板相同，對於足部零件的翹曲，選用總位移的最大值當做比較的 標準，如圖5.19 所示。
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圖 5. 19 足部零件總位移分布圖
觀察圖表5.19、表 5.20 與圖 5.20 可知，影響總位移最大的加工條件為 冷卻時間與保壓壓力，其中保壓壓力有著數值升高，總位移下降的明顯趨 勢。
以總位移最大值為比較的基準
83
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表5. 20 足部模型翹曲反應表
Level A B C D E F 1 0.028206 0.029372 0.028911 0.026438 0.023866 0.02851 2 0.028254 0.028698 0.029102 0.028974 0.026148 0.028512 3 0.028588 0.028304 0.027972 0.031458 0.02889 0.027718 4 0.02875 0.028068 0.027504 0.03056 0.030634 0.02845 5 0.028698 0.028054 0.02719 0.025066 0.032958 0.028452
圖5. 20 足部模型翹曲反應圖
3. 光彈條紋級數
圖5.21 為 25 組加工條件組合所模擬出來的光彈條紋，比起薄板模型，
條紋的細度與密度都有明顯的上升，最大條紋級數也遠大於薄板。
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圖5. 21 足部零件光彈條紋
(a)表 5.21：1 ~ 5 組 (b)表 5.21：6 ~ 10 組 (c) 表 5.21：11 ~ 15 組 (d) 表 5.21：16 ~ 20 組 (e) 表 5.21：21 ~ 25 組
由表5.21、5.22 以及圖 5.22，加工條件對於殘留應力與光彈級數有著 同樣的趨勢與影響，相較之下以射出時間、容膠溫度兩者影響較大
(a)
(e)
(c) (d)
(b)
86 1 12.7674 46.4544 28.3372 23.3882 26.1556 22.4878 2 16.3122 34.0178 24.1914 31.0274 24.1474 31.3892 3 20.9922 25.2328 23.7486 27.1926 30.9874 32.9406 4 36.6996 18.9816 28.031 30.2166 27.1368 28.6212 5 52.1574 14.2422 34.6206 27.104 30.5016 23.3646
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圖5. 22 足部模型光彈級數反應圖
4. 光彈級數條紋標準差
將各組模擬分析的結果記錄成表並繪製成反應表與反應圖，觀察加工 條件對於光彈條紋級數標準差的影響程度。由表5.23、5.24、圖 5.23，射出 時間與融膠溫度對於光彈條紋的標準差，有著顯著的影響，代表著殘留應 力的分佈狀態會隨著兩個加工條件的變化有很大的影響。
表5. 23 足部模型光彈條紋級數標準差模擬分析結果
表5. 23 足部模型光彈條紋級數標準差模擬分析結果