Moldflow

Im Bereich der Simulation des Spritzgießprozesses ist die Software Moldflow eines der ersten Produkte die weltweit kommerziell verfügbar waren.
1978 wurde das Unternehmen von Colin Austin in Melbourne, Australien gegründet.
Erfolgten die ersten Berechnungen auf der Basis von einfachen Formeln für Platten und Zylinder, wurde dies bald durch die FEM Analyse auf einem Mittelflächenmodell abgelöst. Diese Technik hat sich in Richtung der Part Adviser, Fusion bzw. Dual Domain Ansatzes weiter entwickelt. Die Implementierung einer 3D Lösung zur Simulation des Spritzgießprozesses und der verfügbaren Sonderverfahren ist die konsequente Weiterenwicklung daraus.
Im Jahr 2008 wurde Moldflow von der Firma Autodesk gekauft und ist heute unter dem Namen Autodesk Moldflow bekannt.

Moldflow - Kunststoffbranche

Simulation: Geometrie im freien Viewer der Autodesk Moldflow software.

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Oberflächennetz

Für eine 2,5D-Berechnung in der Spritzgusssimulation wird ein Oberflächennetz benötigt.
Alle Oberflächen eines CAD-Modells werden dabei mit Dreieckselementen in einem geschlossenen Netz dargestellt.
Die einfachste Möglichkeit ein Oberflächennetz von einem CAD Modell zu erstellen, ist der Export einer stl-Datei. Dieses Datenformat wird oft im Bereich des Rapid-Prototyping verwendet.
Hinsichtlich einer Spritzgusssimulation ist aber diese Qualität für eine Berechnung nicht ausreichend.
Das Netz dient dann als Träger der Geometriedaten und wird optimiert.
Wichtig ist es , darauf zu achten, dass zum einen die Anzahl der Elemente hoch genug ist und zum anderen die einzelnen Elemente einen guten Aspect Ratio besitzen.

Oberflächennetz - Kunststoffbranche

Spritzgusssimulation: Das vorbereitete Oberflächennetz zur Verwendung in der nächsten Simulation.

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Prisma

Ein Volumenkörper, der durch eine Parallelverschiebung eines Vielecks entsteht wird als Prisma bezeichnet.
In der FEM wird primär mit Prismen mit einer dreiseitigen Grundfläche gearbeitet.
Daraus ergibt sich der Vorteil eines unstrukturierten Netzes in zwei Richtungen und gleichzeitig einer strukturierten Hauptrichtung.
Basierend auf einem Oberflächennetz aus Dreieckselementen werden Prismen-Elemente in das Formteil extrudiert.
Unterschiedliche Schichten von so entstandenen Prismen-Elementen sind möglich.
Durch Prismen wird in der Randschicht eines Formteils das Erstarrungsverhalten gut abgebildet. In Kombination mit Tetraeder-Elementen (im übrigen Formteil) ergibt sich daraus ein BLM-Netz welches bei höherer Genauigkeit weniger Elemente aufweist. Dadurch wird die erforderliche Rechenzeit reduziert.
Die besondere Form der auf einer dreieckigen Grundfläche basierenden Prismen ermöglicht in der Spritzgusssimulation eine Ausrichtung der Fasern im Angusskanal ohne, dass die Nebenrichtungen eine Vorzugsrichtung aufweisen.

Prisma - Kunststoffbranche

Simulation: Verwendung von Prismen für die Vernetzung im Heißkanal.

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Punktewolke

Als Ergebnis eines 3D-Oberflächenscans oder einer CT-Analyse sind die ermittelten Geometriedaten in Form von einzelnen Punkten im kartesischen Koordinatensystem beschrieben.
Die Gesamtzahl der Punkte wird als Punktewolke bezeichnet.
Auf der Basis der Punktewolke werden Dreieckselemente erzeugt, welche die Hülle des gescannten Objekts beschreiben.
Eine Rückführung der Daten in ein CAD Modell kann auf der Basis einer Punktewolke sowie des als Zwischenschritt erzeugten Dreieckelement-Netzes erfolgen.
Die auf der Basis von Punktewolken gewonnenen CAD Daten weisen in der Regel häufig Störstellen auf.

Punktewolke - Kunststoffbranche

Seitenverhältnis (Aspect Ratio)

Um die Qualität eines Dreieckelements zu definieren wird in der Regel dessen Seitenverhältnis verwendet.
In der Simulation ist dies insbesondere bei der Vernetzung der Oberfläche eines Formteils von Bedeutung.
Die Art der Bestimmung des Seitenverhältnisses kann unterschiedlich sein.
In Moldex3D z.B. wird das Seitenverhältnis durch zwei Kreise bestimmt.
Der innere Kreis berührt alle Seiten den Dreiecks tangential, während der äußere Kreis durch alle Eckpunkte des Dreiecks geht.
Das Seitenverhältnis ergibt sich aus zweimal der innere Radius geteilt durch den äußeren Radius der Kreise.
Ein gleichseitiges Dreieck hat ein Seitenverhältnis von 1, während ein Dreieck mit keiner Grundfläche ein Seitenverhältnis von 0 besitzt. Je größer das Seitenverhältnis, desto besser die Qualität des Dreiecks.
In Moldflow werden weitere Ansätze zur Bestimmung des Seitenverhältnisses von Dreieckselementen verwendet.
Dabei kann entweder das Seitenverhältnis zwischen 0 und 1 liegen oder aber von 1,16 bis unendlich gehen, wobei ein Wert von 1,16 die beste Elementqualität bedeutet.

Seitenverhältnis (Aspect Ratio) - Kunststoffbranche

Spritzgusssimulation: Das Seitenverhältnis wird in Moldex3D durch zweimal den inneren Radius (blau) geteilt durch den äußeren Radius (gelb) der Kreise ermittelt.

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