02_科盛_许嘉翔_下世代塑料成型的创新与革命_cae仿真驱动人工智能在工业4 0的应用

1、2018 Moldex3D中国区用户大会智能注塑 典范转移下世代塑料成型的创新与革命:CAE模拟趋动人工智能在工业4.0的应用许嘉翔博士科盛科技产品处总经理科盛科技与Moldex3D荷兰美国-底特律苏州厦门东莞越南全球经销据点泰国大区: 中国、东北亚: 日本、韩国东南亚:、马来西亚、菲律宾、新加坡、泰国、越南 美洲: 美国、加拿大、巴西、哥斯达黎加、墨西哥、阿根廷欧洲: 葡萄牙、土耳其、客罗埃西亚、英国、法国、德国、捷克、丹麦、芬兰、匈牙利、爱尔兰、义大利、卢森堡、奥地利、比利时、挪威、斯洛亚、波兰、希腊、斯洛伐克、西班牙、瑞典大洋洲: 澳洲、新西兰ww

2、 总部设于新竹，全球员工数250人 全球拥有12个直接销售与服务据点 全球超过180家通路商与300个以上销售据点2全球客户 全球超过3,800家知名企业的选择，涵盖众多行业领域3汽机车与航天航空高科技/电子产业其它产业产业应用-汽车工业 外装/内装、引擎盖下零件、车灯、车用电子、复材部件等等4产业应用-电子/消费性产品5产业应用-医疗/光学/材料产业6一辆汽车有多少零件?一般乘用轿车由大约1万个不可拆解的独立零部件组成7一个好产品，需要历经千千万万个复杂程序8射出成型常见的挑战与问题WhitenSplayWeld lineHazinessVoidFiber Flo

3、atingBurn MarkEjecting MarkGate BlushFlashSink Mark9CAE: 集成所有工程科学与应用知识的人工智能系统10以CAE为核心 : 整合智能设计与智能制造Moldex3D CertifiedMaterial Plastics Metal CompositeDesign Part Design Mold Design OptimizationManufacturing Injection Molding Extrusion Thermoforming Blow Molding Compression 3D Printing Die casting m

4、oreProduct Electronics Automotive Aerospace Energy Medical Commodity Defense moreTest, Certify, Validate, Verify, Inspect, Guide, Troubleshooting, Optimize, Educate Simulation-Driven Innovation Platform11工业革命 : 1.0 到 4.0工业革命4.0 物联网与大数据所带来的智能制造工业革命3.0 IT自动化生产，利用电子与信息技术进一步实现以PLC为基础的生产自动化工业革命2.0 电力开始广泛

5、应用， 生产线推动大量生产工业革命1.0 透过大力与蒸气机，以机器取代手工18世纪末20世纪初期1970年起今日12工业4.0 智能设计/制造核心元素 : 6M+6C模型Source : Source: 李杰(2014)，新制造革命， Forbes China pp.72-83, 2014年10月13Industry 4.0工业4.0 : 迎接虚实整合的未来模具机台材料14Material :材料特性的掌握是产品设计/分析/加工/应用的关键CAE分析结果的精确性，依赖正确材料数据库的建立Viscosity：黏度数据为不同温度与剪切速率下的材料黏度，影响材料的填充分析结果，对于填充压力和锁模力预

6、测有影响PVT：比容数据是材料在不同压力与温度下的比容积变化，影响保压分析结果，对于缩痕、收缩率的预测有影响Heat Capacity：比热与冷却分析有关，影响波前温度变化，成型周期等Thermal Conductivity：热传导系数与冷却分析有关，影响波前温度变化，成型周期等Mechanical Properties：机械属性包含杨氏模量、剪切模量、泊松比、CTE等，影响翘曲分析的准确性16Moldex3D材料研究中心 自2008年成立专业量测实验室，备有多台仪器针对塑橡胶的流变性、热性 质、机械性质进行量测，为亚洲最大塑料量测实验室，累积超过6000支材料量测委托。17Moldex3D材

7、料研究中心运作方式材料量测服务产品与服务开发阶段料商及跨实验室合作 应用与产出 材料CAE方程式与参数量测机台开发销售新开发之理论推广平台、商品、服务基础研究阶段机台、设备高分子物理材料流变学人才18技术研究开发核心科学研究加工制程技术材料量测技术塑料材料教育知识Moldex3D材料研究中心利用量测，掌握材料成形与效能特性充填压力保压压力大气压力 体积收缩量压力增加室温熔融温度19Moldex3D材料研究中心设备 量测能量的成长EasypermFoamatNetzsch DMA(国科)高温型PVT (高铁)PVTC (优肯)无转子硫化仪 (优肯)微型射出机 (映通)20Moldex3D材料研究

8、中心结晶动力学研究SR=0.002 S-1SR=0.02 s-1SR=0.2 S-1SR=2.0 s-121黏弹性引入的流动不稳定性Jetting : Instability in Viscoelastic Flow22成型过程引入的微观结构/力学性能变化Molding-Induced Microstructure and Performance IssuesHopperRaw PlasticBarrelScrew UnitHeatersScrew Motor DriveMold UnitPolymer matrix : Molecular orientation, crystallizati

9、on, morphologyetcFiller : micro-structureMolded part : composite from the microscopic view23Moldex3D长纤取向预测实例验证U.S. DOE ProjectSeatbackPolyamide with 40% CFMost (8/9) predictions satisfied 15% validation criteria8/9 (89%) achievementModel Experiment Comparison of First Eigenvalue of Second Order Orie

10、ntation Tensor for Polyamide with 40% CF Molded with Low Back Pressure and Slow Fill SpeedSource: US DOE Plan 201724Moldex3D 扁平纤维取向与翘曲预测Predict fiber orientation due to cross-section shape of flat fiber improving warpage deformationNormal fiberNormal FiberFlat fiberFlat Fiber25Moldex3D R17 : IISO纤维流

11、动耦合模型: Fiber-Flow Coupling for Injection MoldingCoupling Flow field and fiber orientation to Simulation Anisotropic Flow in Injection moldingthe flow advances faster near the edge than in the centerShort fiberLong fiberConcave contourPlug flowConvex contour26BASF Plate- 50%GF/PA66Moldex3D R17 : IISO

12、纤维流动耦合模型“iARD-RPR model”: 短纤CouplingRT = 3000 & CSR = 10decupling27Moldex3D R17 : IISO纤维流动耦合模型长纤 : 50wt%LCF/PA66US. DOE & PNNL 2015 , Predictive Engineering Tools for Injection-Molded Long-Carbon- Fiber Thermoplastic CompositesNguyen, B. N., L. S. Fifield, S. A. Kijewski, M. D. Sangid, J. Wang, F. C

13、osta, C. L. Tucker III, R. N. Mathur, U. N. Gandhi, and S. Mori, Predictive Engineering Tools for Injection-Molded Long-Carbon-Fiber Thermoplastic Composites. FY 2015 Second Quarterly Report, the US Department of Energy, Pacific Northwest National Laboratory PNNL-24259 (PNNL Report under Contract DE

14、-AC05-76RL01830) (2015).28Moldex3D R17 : IISO纤维流动耦合模型-压缩成形应用Fiber Coupling for Compression MoldingCoupling Flow field and fiber orientation to Simulation Anisotropic FlowCompression molding: GMT. SMC with High fiber concentration: 20 vol% Effect of High fiber orientation on flow behaviorSource : www

15、./en/fibra-carbonio/2D (Planar) RandomX-axis uni-direction fiber alignment 29Moldex3D : 从软件研发走向量测设备的自主研发pvTC 热固材料高温 pvT30Moldex3D : 从软件研发走向量测设备的自主研发温度sensor布局优化冷却系统均匀性31Machine :机台特性的掌握是产品质量与产能的关键机台动态特性的考虑 : 模具之外Machine Response : More than injection molding inside the moldConsider System

16、Dynamics of Injection Molding machineNozzleScrewMotor33机台速度/压力响应曲线是它的心电图Machine Response Dynamics Consideration“Electrocardiogram (ECG)” of the Molding MachineInjection SettingsMachine ResponseSetupResponse34透过机台鉴定手法取得机台动态响应特性Machine Dynamics Consideration : Process-Control Perspective35透过机台鉴定手法取得机台

17、动态响应特性Injection Molding Machine Dynamics Characterization36考虑机台动态特性: 串连分析与成型条件机台整合带来更贴近实际生产的CAE分析结果 射出机台中存在机械特性: 速度/压力的响应 Moldex3D的分析中可将机台的机械响应于分析结果中呈现于Moldex3D的真实机台加工条件设定与实际机台结果的比对37工业4.0+4.0+Moldex3D的实现例子第一阶段第二阶段第三阶段第三阶段38Moldex3D机台鉴定AppMachine Response Characterization AppMoldex3D MRC Cloud Servi

18、ceMachine “Electrocardiogram (ECG)” file For Moldex3D simulation39Moldex3D R17 : 螺杆射出动态Barrel 2.0 Compression Dynamics of Screw Tip40Moldex3D于智能制造:基于PVT结果的保压压力曲线的AI优化调整技术: 美国专利US Patent (2016) Computer-implemented simulation method and non- transitory computer medium capable of predicting fiber orie

19、ntation for use in a molding process41Moldex3D于智能制造:基于PVT结果的保压压力曲线的AI优化调整技术DOE优化AI优化将PVT历程结果集中，有助于优化体积收缩率的分布42工业革命 4.0+Moldex3D大数据AI机器学习4.0+ : 生产制造的科学智能大脑CAE仿真分析43Moldex3D真实射出机台仿真界面与IOT整合44Moldex3D在工业4.0智能制造的愿景 过去 : 模流分析软件 (软件)45未来 : 全制程/全工厂模拟与解决方案(软件系统+材料/成形技术)现在 : 模流分析解决方案(软件+材料量测+机台)工业革命 4.0+Mold

20、ex3D云端智能分析系统建立CAE仿真分析AI学习机器IOT整合PLM/MES系统整合大数据库(解决方案库/塑料数据库)46Method : Process/Mold模具与制程的掌握是产品质量稳定性的关键Moldex3D : 完整全模座分析功能48Fixed SideMovable Side1st Ct2nd CtMoldex3D : 完整全模座分析功能49MI, MPCR, Part, MI, and MP1st Ct2nd CtMoldex3D : 热流道成形动态仿真Hot Runner Design50Moldex3D : 热流道成形动态仿真Virtual Molding : Hot R

21、unner Design51Moldex3D : 热流道成形动态仿真Virtual Molding : Hot Runner Design521-B2-B3-BMoldex3D R17 : 先进制程CRTM Process SimulationCompression/free flow area : Navier-Stokes solver Ply zone : Darcy-Law solver53Moldex3D R17 : 先进制程CRTM Process SimulationDifferentPly orientation54Moldex3D R17 : 先进制程CRTM vs Comp

22、ression Molding Processes55CRTM processCM processMoldex3D : 先进制程PU-Foaming Validation by FOAMAT56Moldex3D : 先进制程PU-Foaming Validation by FOAMATFinal Height = 172 mmFinal Height =176 mm57Moldex3D : 先进制程半导体封装仿真58Moldex3D : 先进制程半导体封装仿真Capillary underfill moldingFan-out package59Moldex3D R17 :半导体封装仿真 点胶

23、制程模拟Die-Attach Process - Dispensing SimulationViscosity 1000 g/(cm s)Viscosity 0.1 g/(cm s)606M与6C的连结 : Modeling是关键工业4.0时代的CAE应用CAE在工业4.0时代的蛋黄蛋白理论Egg Model for CAE in the Era of Industry 4.06MMATERIAL MACHINE METHODS MEASUREMENT MAINTENANCEMODELING6CCONNECTION CLOUD CYBERCONTENT/CONTEXT COMMUNITYCUSTOMIZATION62Connection :成型技术研究中心偕同材料研究与软件提升高分子高速剪切流变研究成型技术研究中心软件精确度提升验证各类试片成型工业4.0智慧机械示范63Cloud : Moldex3D云端服务Moldex3D Cloud Service Scenario Computing Farm Computing resources on-demand Pre/Post Client Prep