[解析事例] Moldex3Dを使用してLED製品の最適化を行い、金型製作コストを11,500米ドル削減

本事例の目的は、金型製作の前にランナーとゲートの設計を最適化し、製品の製造に際して不必要に大きい射出成形機を用いる必要がないようにすることでした。同時に、成形サイクルを短縮し、製品の平面度を許容範囲内に収め、金型修正と抜き取り検査のコストを削減させることを期待していました。

LMT社はMoldex3D eDesignを使用して2つの異なるキャビティ（小さな製品はLED基板ホルダー、大きな製品はリフレクター）の製品メッシュモデルを作成し、で流動解析から不均一な充填を検出し、型締め力、最長冷却時間、不要な冷却水路設計、Y軸変位などを検証しました。

シミュレーション結果に基づいたゲートとランナーの設計変更は図1と図2に示す通りです。

図1　従来の設計（左図）では、小さな製品はサイドゲートを使用し、大きな製品はサブマリンゲートを使用していました。設計変更後（右図）、大きな製品は変わらずサブマリンゲートを使用していますが、小さな製品はランナーを延長しサブマリンゲートに変更しています。

図2　左図の従来の設計と比較すると、右図の設計では大きな製品が元々つながっていたループ状の冷却水路と分割され、大きな製品の下方に冷却水路を1本追加するように変更されています。

Moldex3Dのシミュレーション結果から、従来の設計では小さな製品の充填に必要な時間は大きな製品よりも短いことがわかります。小さな製品のランナールートを延長する設計変更により、小さな製品の充填時間を大きな製品とほぼ同じにすることができました。（図3）

図3　従来の設計の充填74%（上図）と設計変更後の充填96%（下図）の状態を比較すると、2つのキャビティの不均一な充填は解消されていることがわかります。

この他に、冷却システムを最適化することにより、最長冷却時間は本来の21.009秒から18.489秒に短縮され、それにより成形サイクルも短縮されました。最後に、代表的なヒケ現象であるY軸変位の問題についても改善することができました。本来の設計では大小の製品の最大変位量はそれぞれ0.6985 mmと0.1981 mmでしたが、設計変更後の変位量はそれぞれ0.6561mmと0.1930mmでした。

図4　大小の製品のY軸変位の解析結果によると、設計変更後（右）の変位量は従来の設計（左）よりも改善されています。

設計変更の結果は、試作によっても実際に確認を行いました。Moldex3Dの解析から導きだされた最適な成形条件に基づき、ショートショット結果を実機比較検証したものが図5になります。実際の射出成形の結果とシミュレーション結果が一致していることが確認できます。

図5　設計変更により、大小の製品のショートショット結果がシミュレーション結果と一致。