紅外線變模溫系統設計與分析

子非魚

作者:
張沛頎1、陳建羽1、黃聖杰1、李輝煌2、黃登淵3
1.國立成功大學機械系；2.國立成功大學工程科學系；3.中華醫事學院環境安全學系

摘 要:
熱塑性塑膠射出成型技術的主要關鍵在於高性能的射出成型機、模仁加工、精密模具設計製作、脫模輔助裝置與輔助成型技術。射出成型機的需求是準確的計量能力、高射出率、反應快與穩定的機構等。

本文針對熱塑性塑膠射出成型技術的發展，開發一輔助成型的紅外線變模溫系統並進行探討。在此發展一個混合三維光線軌跡與暫態熱傳模擬的方法來計算受到紅外線加熱模具表面的熱狀態。其中商用光學分析軟體TracePro被用來模擬吸收紅外線模面的熱通量。之後使用ANSYS來計算模仁表面二維與三維的暫態熱傳。紅外線加熱模面時，也使用數種型式的反射鏡面來研究其加熱效果。所模擬的溫度結果與使用熱影像儀的實驗測量值相當接近。之後，利用此模擬方法來研究對於射出成型紅外線快速表面加熱反射鏡面的幾何影響，並使用田口方法來找出近似最佳的反射鏡面。

此外，針對射出成型設計並驗證一個低成本與實用的紅外線快速表面加熱系統。此系統被設計來組裝在模具上並使用一個控制系統來操作燈座的運動與鹵素燈的開關。使用四個鹵素燈(每個1kW)做為加熱模仁表面的光源。採用一個修改的螺旋流模具來驗證紅外線快速表面加熱系統在實際射出成型的效益。分別使用三種塑膠材料聚丙烯(PP)、壓克力(Acrylic)與聚碳酸脂(PC)來進行螺旋流射出成型實驗。假如使用近似球面反射鏡與燈泡集中排列的方式加熱，模仁表面的溫度可以被加熱到最高。模仁中央的溫度經過15秒紅外線加熱可以從83°C上升到188°C。因為模仁表面的模具在充填前高於塑料的熱變形溫度，因此螺旋流成品的長度會增長。也進行研究對於薄長件成品模穴其紅外線加熱位置的影響，如此驗證使用較小紅外線加熱面積於較大模具表面的可能性。同時，使用紅外線模仁快速表面加熱也能相當有效地輔助微針陣列結構的射出成型，其微針尖端的複製性相當高。

經由本文中的研究結果，對於熱塑性塑膠射出成型技術的成品複製性與解決方法確實有所助益。



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