奇菱科技减少开发成本，提升TFT-LCD相关零组件质量 归功于moldex3D

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随着时代的演变，近几年来奇菱科技为配合奇美集团往光电领域发展而进行企业转型，由传统染色配料代工进入精密射出成型加工领域。奇菱科技主要发展项目即为 TFT-LCD 之相关零组件，如：背光板支架、液晶屏幕显示器外壳、背光板边条等。由于各零组件的结构不同，在产品设计及成型加工上所发生的问题情况与解决方法也皆不相同。这些零组件位搭配液晶显示器外型，常常在成品肉厚设计上有很多的差异，加上目前大尺寸的显示器的开发及考虑成本、时效性种种问题，相对上模具的设计开发将更具挑战。
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TFT-LCD 显示器目前都朝向轻、薄、大三项需求来发展，对于此类新产品开发上所面临的挑战，奇菱科技摆脱了传统的思维，于 2002 年时导入 Moldex3D 模流分析技术，有别于以往传统的设计流程，在模具设计初期即先利用模流分析工具验证设计方案的可行性。
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Moldex3D 提早发现原始设计缺陷
使用 Moldex3D 的最大优势，即是在未成品阶段就能透过虚拟分析发现设计缺陷，进而减少试模次数。第一组模流分析为原始的射出，四点进浇。在此案例中，藉由 Moldex3D 动态的流动波前图，我们发现四主要问题：滞留现象、锁模力大、压力值偏高、与 Z 轴翘曲变形严重。

4 u! I6 N6 d# O) q0 d(1) 滞留现象
图 1 ~图 5 为流动波前图与实际试模比对图，由于图中流动波前等位线中间处分布较密集，得知此处有滞留现象。由图中亦可以得知流动的波前分布及熔接线产生的位置。判图解析：藉由动态的流动波前图，可看塑料在模穴中各时刻的充填情形，并可预测缝合线及包封位置，且可判断是否会有短射现象发生，提供排气孔位置安排等之参考。


  Z. V5 I9 @$ j* [  W& \+ \图1. 原始设计流动波前图             图2. 原始设计试模短射图                图3. 原始设计流动波前图
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图4. 原始设计试模短射图                 图5. 原始设计流动波前等位线图   
     
(2) 锁模力大
6 y! X+ L  `( Z8 l" N- \图. 6~图. 7 浇口射出压力及锁模力曲线历程图，压力分布高 114 MPA (1 MPa=9.8kg/cm2)且所需锁模力大 1200 ton。判图解析：藉由安装传感器在喷嘴点上，来了解模穴内动态的压力变化，观察塑料在模穴中各时刻的充填压力历程情形，并可得知流道及浇口所占的压力值，且可判断压力降是否过大，提供流道设计或成形条件等之参考。


+ M" c% t7 W0 f, \图6.  原始设计试压历程曲线图        图7.  原始设计锁模力历程曲线图  
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(3) 应力值偏高
图. 8 为充填剪切应力分布图，此应力值偏高产品中间处在 1 MPa 影响产品变形的主要因素。判图解析：剪切应力代表塑料在加工过程中由于剪切流动造成的应力大小。可由图判别塑料流动应力是否过高，以做为是否使塑料材料产生裂解及过高残余应力 (residual stress)造成成品变形的参考。在一般的成品其此值应不大于 0.5 MPa  (1 MPa=9.8kg/cm2)
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4 _; ?! Q: \( U$ N5 h图8. 充填剪切应力分布图

(4) Z 轴翘曲变形严重
/ p3 Q+ h. @* o/ f+ J0 f图. 9 所示为 Z 轴翘曲变形分布图，变形量范围-1.46~1.56 mm 高低差共 3.02 mm (实际试模 3 mm以上)。变形位移量己超出产品公差范围，翘曲情况非常严重。
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图9.  Z 轴翘曲变形分布图

透过模流分析成功改善设计结果
  j$ `) T" P4 K- |# j9 e6 W原始设计成品充填到中间处因肉厚变薄，充填不易有滞留现象，因充填不平衡状态，导致成型压力及锁模力窜升的问题，且中间薄区域有过高的残留应力问题，也因收缩不均导致翘曲变形严重及黏母模等问题，因此此组设计将中央区域加厚，以期能改善上述等问题。
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1 R* J+ f7 h& m(1) 图. 10~图. 14 为流动波前图与实际试模比对图由图中流动波前等位线分布较均匀，表示滞留现象已解决。
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8 P0 t. \9 |0 A. {% M图10. 设计变更─波前流动图        图11. 设计变更─试模短射图             图12. 设计变更─波前流动图


" |; l$ F5 c. k( H7 F图13. 设计变更─试模短射图        图14. 设计变更─流动波前等位线图  
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(2) 图. 15~图. 16 浇口射出压力及锁模力曲线历程图，压力分布降低为 89 MPA (1 MPa= 9.8kg/ cm2)

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% w0 x1 u7 _: n9 t图15. 设计变更─设压历程曲线图        图16. 设计变更─锁模力历程曲线图     
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(3) 图. 17 剪切应力分布图，此应力值皆小于 0.5 MPa 以下。


! m+ O" _9 O2 v- l; ?: M图17. 剪切应力分布图

(4) 图. 18 为 Z 轴翘曲变形分布图，变形量范围 -0.52~0.56 mm，高低差为 1.08 mm (实际试模 1 mm 以下) 已有显著的改善。
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8 b5 f" m5 g$ U( F) D图18. Z 轴翘曲变形分布图                                           试模结果前、后两组变型比较图

  C7 S1 L5 d% Q3 d5 b就低缩水率非结晶性材料而言，其成品设计壁厚变化大致可控制在 20 %~ 25 % 以内，如此成型压力、剪切应力、锁模力皆可获得大幅度的改善，因此在应不同模具设计、产品设计、塑料材料选择及射出机台加工条件设定，均可以在成品未开发模具之前做模流分析评估，可大幅降低因无谓的试模及修模的浪费。
大量节省时间与金钱
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奇菱科技李茂松总经理提到:「近几年来，TFT-LCD 显示器市场竞争非常激烈，如何降低产品开发成本，并快速且有效的进行量产，是每家厂商必备的课题之一，而透过 Moldex3D 模流分析技术的导入正好能满足此需求。2002 年至今，奇菱利用 Moldex3D 软件所成功协助开发的模具已超过上百件，其成效不只让开发成本大幅下降，更进一步缩短开发周期与提高产品质量。」透过 Moldex3D 模流分析技术在模具开发上的辅助，奇菱科技在「液晶显示器产业」中已扮演着十分重要的角色。
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