Moldex3D模流分析之筆電字鍵Family Mold開發與自動化導入

客戶簡介

客戶: 光寶科技股份有限公司
產業: 光電組件及電子關鍵模塊，提供產品廣泛應用于云端運算、汽車電子、光電、LED照明、智能醫療、資通訊、工業與消費性電子等領域
解決方案:?Flow
光寶創立于1975年，以「光電節能、智慧科技最佳伙伴」為愿景，聚焦核心光電組件及電子關鍵零組件之發展，致力以資源整合與管理優化建立量產優勢。光寶提供產品廣泛應用于計算機、通訊、消費性電子、汽車電子、LED照明、云端運算及醫療等領域，其中旗下產品包括光電產品、信息科技、儲存裝置等皆居全球領先地位。

光寶40多年來專注于建立量產競爭優勢，將多元化產品組合進行效益優化的資源整合與管理，實現實現優質的營收成長與獲利能力。光寶近年來積極由資通訊產業朝向云端運算、LED照明、汽車電子、智能制造、5G+AIoT 等領域轉型，打造光寶新一波營運成長動能。光寶期許在此極具變動與挑戰的時代中，持續發揮世界級卓越企業的既有優勢，成為全球客戶在發展光電節能與智慧科技之創新及應用時，首選的最佳事業伙伴。

大綱

光寶團隊透過moldex3d整合不同材料及大小的模穴，規劃冷熱流道的配置及結合線的優化處理。光寶團隊先進行問題的分析和驗證，了解產品及模具的可行性。不僅避免傳統的試誤法，還透過自動化團隊的協助與整合，實現了射出后的產品自動壓合等工作，從而減少了后段組裝所需的人力。

挑戰

目前挑戰為不同尺寸產品若要共享一套模具，須克服以下問題: 流動不平衡、外觀澆口應力痕、大尺寸按鍵的外觀結合線、產品尺寸變異與變形問題。

解決方案

Moldex3D Designer BLM在實體網格層數上能夠做有效的剪切生熱評估。
透過Moldex3D應用精準地控制流道直徑、配置以及生產所需的料溫、模溫。
效益

評估產品及模具設計的可行性
解決流動不平衡問題
解決外觀結合線問題
案例研究

目前筆記本電腦鍵盤的鍵位布局可以分為四大語系，分別為US、UK、BZ、JP等四種。以HP為例：紅色圈起處為各語系鍵位布局不同的地方。故一個機種的開發來說，不同大小的按鍵會需要開各式各樣不同穴數的模具套數來因應。如此將造成模具上的管理不便，需要多組人力去進行頻繁的上模、架模、下模、換模等。

其次后續的人工組裝需要相當多人力一顆一顆按壓組裝，這并不符合成本效益。故需結合成套制品模具(family mold)射出成型+自動化組裝來節約人力與機臺成本。

圖1 不同語系鍵盤按鍵尺寸差異(紅框處)

成套制品模具(family mold)需要精確的考慮剪切生熱造成的流動不平衡，且客戶要求使用不同材料進行生產，為了解決上述問題，模流分析勢必不可失的一環，模流分析不僅可以減少實際測試時產生的成本，更可以實現針對問題改善的設計變更驗證，大大降低模具開發及試模成本。

本研究藉由Moldex3D預測不同材料的流動情形，供設計者與生產者評估同一套模具是否套用不同材料的可行性；Moldex3D Designer BLM在實體網格層數上能夠做有效的剪切生熱評估，且可以精準的控制流道直徑、配置、以及生產所需要的料溫、模溫等做精準的預測，以避免成型上可能遇到的問題如流動不平衡、結合線問題。

首先，進行不同材料是否可以共享同一套模具的驗證， (圖2為不同材料間的黏度對剪切率圖)，可以發現四支材料之間的黏度差異甚大，但不同材料分別進行分析后，可以發現不管是流動行為、射出壓力與鎖模力皆有相似的結果，代表這四支材料可以使用同機臺、同模具進行生產。

圖2 不同材料之黏度比較圖

圖3 不同材料之流動波前圖(80%)

圖4 不同材料之進澆口壓力曲線圖

圖5 不同材料之鎖模力曲線圖

接著進行成套制品模具(family mold)流動平衡分析，業界在進行成套制品模具流道設計時，通常會使用魚骨型流道與雙澆口設計(圖6)，但這兩個設計都會帶來流動不平衡及流動遲滯的問題。因此透過Moldex3D分析，適時改動流道尺寸、澆口位置、澆口數量來達到流動平衡的設計(圖7為原始設計，圖8為優化后設計遮蓋處為機密，不可公開)。當原始設計在充填比例42%時，第一排體積較小的模穴已經充填完成，但其余幾處模穴皆尚未填飽，如此將造成部分穴數過保壓容易有毛邊等問題；而經過優化后設計的組別，在充填比例70%時，所有模穴相較于原始設計有更平衡的充填行為，表示此優化設計解決流動不平衡問題。不僅如此，優化設計甚至還改善了結合線數量(圖9)、剪切應力分布(圖10)，與降低進澆口壓力(圖11)，降低生產時的困難度。

圖6 魚骨型流道與雙澆口設計

圖7 原始設計(充填比例42%)

圖8 優化后設計(充填比例70%)

圖9 設計變更前后之結合線比較圖

圖10 設計變更前后之剪切應力比較圖

圖11 設計變更前后之進澆口壓力曲線比較圖

結果

研究結果顯示，藉由Moldex3D便捷地修改冷流道設計，可有效改善產品流動平衡度，整體的澆口遲滯問題也有效改善。此外，均勻的保壓也有效的降低了毛邊問題。因流動平衡度的改善，射出壓力也由148MPa降低至120MPa左右，有效降低鎖模力，如此甚至可將原本需要350噸的機臺降低至250噸。

另外原本結合線過長造成外觀明顯缺陷以及拉拔強度較弱等問題，也因使用Moldex3D在初始設計時間即可排除，從而改善外觀與結合強度。