注塑机专题 模具温度预热至60℃,然 V×H=J 后加热至140℃,再冷却至60℃, V×E= 为了改善高深宽比成型转写性 而不增加成型周期时间,并利用 V·D=p 3 感应加热搭配冷却水达成模具快 V.B=0 速加热冷却控制。 使用红外线热影像仪量测模 会集中在物体表面,电流密度会深120μm及600um两种尺寸,具表面温度分布,实验所用的成 随着距离加热物表面越远而降低,其深宽比大于10 型材料为PMMA,与 Sadik- 当电流密度降至相当于加热物表 在讨论高深宽比微结构的转TR30EH注塑成型机。机器是专 面电流密度大小的1倍,称之写性上,使用两种控制方式: 为精密注塑成型所设计。最后使 为渗透深度δ,可表示为: 3.1模具表面温度控制:60℃C用彩色雷射3D立体显微镜作量 100c-60C 测,量测为结构之成型高度,量 Induction Coil 测位置如图3所 其中,f为使用的工作频率, μ为材料的相对磁导率。由于绝 大部分的电流都集中在渗透深度 之内,Q为产生的体积热。其产 的焦耳可表示为: Heating Surtace With Insert Q=p chng Channels (=10mm Center 15 mm 其中,然而焦耳热远小于涡 图1微流道模具与线圈设计 图3微结构成品量测位置 电流效应的,因此分析中将其忽 略不计。在分析建立上,分别以 Top View 4结果与讨论 ANSYS3D热传分析仿真出模具 图4显示运用感应加热加热 度分布及电磁分析模拟出电磁 120μm,加热2.5秒后量测 场及涡电流分布计算。 与仿真的温度分布图,其中P 在 ANSYS分析中,模具材 的温度可以达到119.4℃,但温 料为ABH130钢材,密度与比热 度的分布并不均匀。图5显示加 分别为7800Kgh3及465J/Kg℃ 热后4秒将冷却至目标温度,对 加热线圈密度与比热分别为8954 感应加热而言,只需23秒就 Kgh3及383J/Kg℃。表面放射 可以将模具温度从60℃加热至 率为0.8。为了验证模具动态温度 140℃,从140℃冷却至60℃则 实验,特建立了实验模板模具模 30m 需要20秒,主要的原因在于感应 型,而动态模温控制之冷却部分, Depth Design 120 and 600 um 建立冷却管路之边界条件,以进 图2微流道模仁设计(120m及600m)加热仅加热模具表面很薄的一层 (0.09mm),图6为仿真的温度 行动态模温分析探讨D0。 比较模温影响成型的转写性分布,在P1、P2位置,△T是 3实验方法 及使用感应加热对模具表面均匀模具表面及微结构的温度差,电 本研究利用高深宽比微结构度的影响,冷却水的温度为12℃,磁波能深入微结构底部做加热, 模具进行快速加热及冷却实验。模具温度预热至60℃,然后利因此温度的分布可以非常均匀, 图1显示设出模具抽真空设计及用感应加热作加热,当模具中心图7是使用3D雷射显微镜对微 模仁,加热的部分是利用一多匝达到目标温度时,停止加热,进结构的量测图,藉由感应加热提 方形线圈作加热,一秒能提升模行一个周期的实验从60℃加热至升模具温度,能清楚改善为结构 具表面温度约20℃。图2显示微100在冷却至60℃。 转写性,图8显示温度的提升造 流道模仁设计,微流道的设计上,3.2模具表面温度控制:60℃成更好的为结构转写性。图9显 设计一脱模斜度宽3050μm,-140℃-60℃ 示感应加热仿真之温度,微结构 中国塑料机械信息网http://www.plasexpo.com 《塑胶工业中国塑料机械信息网 http: //www.plasexpo.com 25 《塑胶工业》 注 塑 机 专 题 会集中在物体表面，电流密度会 随着距离加热物表面越远而降低， 当电流密度降至相当于加热物表 面电流密度大小的 1/e 倍，称之 为渗透深度 δ，可表示为： 其中，f 为使用的工作频率， μ 为材料的相对磁导率。由于绝 大部分的电流都集中在渗透深度 之内，Q 为产生的体积热。其产 生的焦耳可表示为： Q=ρ|J|2 （6） 其中，然而焦耳热远小于涡 电流效应 [8]，因此分析中将其忽 略不计。在分析建立上，分别以 ANSYS3D 热传分析仿真出模具 温度分布及电磁分析模拟出电磁 场及涡电流分布计算。 在 ANSYS 分 析 中，模具材 料为 AISI4130 钢材，密度与比热 分别为 7800Kg/m3 及 465J/ Kg℃。 加热线圈密度与比热分别为 8954 Kg/m3 及 383J/ Kg℃。表面放射 率为 0.8。为了验证模具动态温度 实验，特建立了实验模板模具模 型，而动态模温控制之冷却部分， 建立冷却管路之边界条件，以进 行动态模温分析探讨 [10]。 3 实验方法 本研究利用高深宽比微结构 模具进行快速加热及冷却实验。 图 1 显示设出模具抽真空设计及 模仁，加热的部分是利用一多匝 方形线圈作加热，一秒能提升模 具表面温度约 20℃。图 2 显示微 流道模仁设计，微流道的设计上， 设计一脱模斜度宽 30~50μm， 深 120μm 及 600μm 两 种 尺 寸， 其深宽比大于 10。 在讨论高深宽比微结构的转 写性上，使用两种控制方式： 3 .1 模具表面温度控制：60℃ -100℃ -60℃ 比较模温影响成型的转写性 及使用感应加热对模具表面均匀 度的影响，冷却水的温度为 12℃， 模具温度预热至 60℃，然后利 用感应加热作加热，当模具中心 达到目标温度时，停止加热，进 行一个周期的实验从 60℃加热至 100 在冷却至 60℃。 3 .2 模具表面温度控制：60℃ -140℃ -60℃ 模 具 温 度 预 热 至 60 ℃， 然 后加热至 140℃，再冷却至 60℃， 为了改善高深宽比成型转写性， 而不增加成型周期时间，并利用 感应加热搭配冷却水达成模具快 速加热冷却控制。 使用红外线热影像仪量测模 具表面温度分布，实验所用的成 型材料为PMMA， 与 Sodick￾TR30EH 注塑成型机。机器是专 为精密注塑成型所设计。最后使 用彩色雷射 3D 立体显微镜作量 测，量测为结构之成型高度，量 测位置如图 3 所示。 4 结果与讨论 图 4 显示运用感应加热加热 深 120μm，加热 2. 5 秒后量测 与仿真的温度分布图，其中 P1 的温度可以达到 119.4℃，但温 度的分布并不均匀。图 5 显示加 热后 4 秒将冷却至目标温度，对 感 应 加 热 而 言， 只 需 2~3 秒 就 可以将模具温度从 60℃加热至 140℃，从 140℃冷却至 60℃则 需要 20 秒，主要的原因在于感应 加热仅加热模具表面很薄的一层 （0.09mm），图 6 为仿真的温度 分 布， 在 P1、P2 位 置， △ T 是 模具表面及微结构的温度差，电 磁波能深入微结构底部做加热， 因此温度的分布可以非常均匀， 图 7 是使用 3D 雷射显微镜对微 结构的量测图，藉由感应加热提 升模具温度，能清楚改善为结构 转写性，图 8 显示温度的提升造 成更好的为结构转写性。图 9 显 示感应加热仿真之温度，微结构