• 고객: 타이완 국립과학기술대학
• 국가: 타이완
• 업종: 교육
• 솔루션: Moldex 3D Advanced & Expert Module
1974년 8월 1일 타이완의 국립과학기술대학(NTUST)이 설립되었습니다. 창립 이래 다양한 강좌 개설을 확대함으로써 급속한 경제·산업 발전에 따른 수요를 충족시키기 위해 차세대 고도의 기술자와 경영자를 육성할 수 있는 환경을 조성하는 것이 목표입니다.
(출처: www-e.ntust.edu.tw)
캐스팅은 콘택트렌즈를 생산하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. Reaction Injection Molding(RIM) 성형 기술은 전면 쉘과 기준 쉘을 포함하는 콘택트 렌즈를 제조하는 공정으로 사용됩니다. 두 쉘 사이에 주입된 고분자는 콘택트 렌즈로 굳어집니다. 콘택트 렌즈는 높은 치수 정확도를 요구하기 때문에 부품 왜곡과 공차가 엄격하게 제어됩니다. 따라서 NTUST의 연구원들은 Moldex3D의 시뮬레이션 기술로 눈을 돌렸습니다. 그들은 Moldex3D의 Expert Module을 활용하여 성형 공정을 시뮬레이션하고, 왜곡 문제를 성공적으로 개선하기 위해 설계 변경을 수행하였고 최적의 공정 설정을 달성할 수 있습니다.
그림 1 콘택트렌즈의 전면 쉘과 기준 쉘
도전 과제
• 대량 생산을 위한 Multi Cavity 제조 방법을 사용하기 때문에 제품 치수가 제한적
• 성형된 부품은 높은 기하학적 정확도
• 2차 가공이 필요하므로 가공 단계에서 뒤틀림 최소화
해결책
Moldex 3D Expert Module을 사용, 제품의 뒤틀림 문제를 성공적으로 개선하기 위해 최적의 공정 설정을 얻습니다.
장점
• 교육 연구 강화
• NTUST 연구원과 학생 CAE 사용하여 시각화 경험 지원
• 금형 시험 시간과 위험을 줄이고 인건비를 절감
• 부분 왜곡에 대한 총 개선률 17.28%
연구 본문
NTUST 연구진이 Moldex3D 소프트웨어를 활용하여 금형 수리 비용을 절감하기 위해 콘택트렌즈 제조에 가장 적합한 성형 조건을 평가하고 식별하는 방법을 보여주는 완벽한 사례입니다. 먼저 Moldex 3D Expert Module을 사용하여 수축 변동을 측정합니다. 그런 다음, 설계 변경을 수행하기 위한 최적의 매개변수를 획득하여 최종 제품의 품질을 향상시킵니다.
이 연구의 주된 목적은 품질에 영향을 미치는 변형량을 줄이는 것입니다. 그런 다음 Moldex 3D의 Expert Module 설정에서 뒤틀림 상태에 영향을 미치는 제어인자가 될 4개의 파라미터를 선택합니다. 제어인자은 그림 2와 같이 몰드 온도, 용융 온도, 패킹 압력 및 냉각 시간입니다. DOE를 이용하여 각 인자의 영향을 분석합니다. 각 인자의 직접적인 영향은 그림 3에서 계산되고 표시됩니다. 그림 3으로부터 제어인자 B(용융 온도)가 가장 중요한 인자로 확인되고 있습니다.
그림 2 Moldex 3D Expert Module의 품질 및 제어 요인
그림 3 요인 반응도
또한, Moldex3D의 분석(그림 4)에 의하면, 원래의 설계에서는 불균형한 유동 거동이 검출됩니다. 80% 충전일 때, 기준 쉘은 이미 완전히 채워져 있는 반면에 전면 쉘은 여전히 절반 이하로 채워져 있습니다. 그 결과, 전면 쉘의 게이트 크기가 넓어져 보다 빠른 충진이 가능합니다.(그림 5) 새로운 디자인 변경으로 Moldex 3D 시뮬레이션을 다시 적용하여 테스트합니다. 그림 6에서 flow의 균형이 크게 개선되었음을 알 수 있습니다.
이 사례는 성형 문제를 예측하고 개선하는데 CAE를 사용하는 이유와 학생들이 이해하는 데 도움을 주는 것을 목표로 한 학술 연구원의 두 가지 목적을 달성합니다. 몇 가지 설계 변경 사항을 더 테스트하고 구현했다면 충진 성능의 개선이 더 크게 이루어질 수 있습니다.
그림 4 원래 디자인
그림 5 디자인 변경
그림 6 설계변경 적용 후 melt front time 분석
다음 표(표 1)는 원래 설계, Expert(Optimum) 및 설계 변경의 시뮬레이션 결과를 보여줍니다. Moldex3D의 Expert Module과 효과적인 설계 변경을 통해 총 개선율이 17.28%에 달할 것으로 예상되어 변형량이 크게 개선될 것입니다(그림 7).
표 1 비교표
그림.7 뒤틀림 변형
결론
Moldex3D의 Expert Module은 NTUST의 연구원들이 성형 공정을 시각화하는 데 도움이 됩니다. 또한, 뒤틀림 문제를 개선하기 위해 공정 설정을 효과적으로 조정하기 위해, 부품 품질에 중요한 영향력 있는 요소를 식별하는 데 도움이 됩니다. 또한 Moldex 3D는 NTUST의 연구원과 학생들에게 실제 경험을 쌓고 CAE 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 제조 위험을 줄이고 시행착오를 효과적으로 방지하는 방법을 배울 수 있는 기회를 제공합니다.