模内贴标（IML） 完全三维模拟和用户实际知识的联合在开发的早期阶段用于开发具有专门工艺特征的IML部件。这样，这些具有高质量表面的制造商和客户就能从更短的项目开发时间、更低的成本和更高的产品质量这些方面受益。
2007年，一位汽车工业的客户与Schuster Kunststofftechnik有限责任公司签订合约，让该公司用IML技术来开发并生产一种用于空调系统的平板模块（标题图片所示）。为使其满足所需的价格和质量规范、加工参数，特别是循环时间、浇口系统和模内加工装饰模所需的特殊要求等必须特别地相互匹配。为此，IML专家授权SimpaTec模拟和技术咨询有限责任公司来模拟整个注射模塑过程，这是一家在塑料工业领域内进行工艺和部件优化的咨询工程专业公司。
用IML工艺生产一个平板的工艺步骤：印刷、成型和背模薄膜
从填充到变形阶段的模拟加工过程
就自身的知识范围来看，Schuster认识到，在模拟过程中有必要对聚碳酸酯薄膜的机械及热性能进行精确地模拟。因此，SimpaTec公司用Moldex 3D软件来模拟整个加工过程，该软件由一家台湾公司生产并用于对注射模塑工艺的模拟(创作者：CoreTch System有限责任公司；销售商：SimpaTec)，而且这个软件在许多年内在德国的汽车工业界内的应用都很成功。其能模拟从充填到产品变形的整个过程。
虽然Moldex 3D也能进行2.5维的模拟，但SimpaTec公司实际上只进行完全三维模拟。这样就能很可靠地进行产品变形分析。该产品的性能在高质量地啮合分析方面表现得尤为明显。除四面体以外，六面体、柱状体和锥形制件也能用该软件进行分析。这样的结构使得软件能对部件几何形状和嵌入物进行精确的复制。模具也能以三维的形式参与模拟过程。这对于诸如保形冷却这类模具技术方面的新开发显得尤其重要。 
图1 传统的冷流道 (左图) 被分冷流道 (右图)所取代
第一个目标是用具有分冷流道（cold-runner sub-manifold）的热流道系统来取代最初计划采用的传统的冷流道（图1所示）。其目的是为了：
◆ 通过将材料的消耗最小化来降低成本；
◆ 为了完全保留所要的修饰结构而以低压力来均一地填充模具；
◆ 用流道喷嘴的浇口来固定合适的设计细节；
◆ 避免在垂直于薄膜的位置进行浇注，以免在印刷层形成应力集中。
通过将热流道喷嘴尽可能地靠近模腔以便总共仅有1.05 g的分冷流道系统得以保留下来就可解决模拟上的问题。与原先13.50 g的冷流道重量相比，每次注射能减少12.45 g的材料消耗。这等于在一个为期6年的生产周期中节省了约60000欧元。
精确的浇口几何形状和助剂通过软件来进行确定。这样就可用降低了130巴的压力来对模腔进行完全的充填。这有利于保持模腔内沿熔体流动通道周围薄膜内的结构。在计算流路的末端部分时，应特别注意排气方面的问题。
变形的影响有哪些？
在IML物品的设计中所面临的主要挑战是制件的变形。在测定随之发生的部件变形方面所做的模拟得出了一些令人吃惊的结果：部件的变形很大程度上不受浇注系统和工艺参数的影响。部件的几何尺寸和由薄膜技术(单面薄膜)引起的不对称结构使制件产生显著的变形。部件会变得凸向薄膜的可见一侧(图2所示)。 
图3 体积收缩的说明：部件的变形只有通过对其几何形状的改变才能被补偿，
而不是通过改变浇口的位置
因为拱形结构的薄壁区域的高的体积收缩，并且基板的硬度由于切除的部分而被降低，因此部件中心发生轻微褶皱的行为(图3所示)。这种现象只有通过进行几何尺寸上的更改而不是改变浇口的位置才能被补偿。
图2 变形模拟结果：部件变得凸向可见一侧
在项目经理所做的细节讨论中，制件变形的情况得以被分析并且提出了改进方面的建议。关于工艺的各个方面都是由Moldex3D软件来进行模拟的。因而薄膜的三维模拟使得薄膜的隔离效果清晰可见。该性能对于IML工艺的可靠模拟而言是必不可少的。最后，是薄膜和部件之间边界层的温度分布对变形有主要影响。模具内的热状态也通过软件来有效调整冷却系统使之适合IML工艺而得以三维重现。基于这些结果，Schuster Kunststofftechnik开发了一种在模具生产完成后用于部件内部区域的更为有效的冷却回路，这样的改进极为昂贵，因为这通常只有通过重新布置模具的滑块和脱模机构来部分重建模具来达到目的。
由于部件的变形很大程度上依赖于其几何结构，公司会通知客户该情况。替代方法的研究被证明很困难，因为根据计划的光折射性能及操作单元设计方面的问题，不能从根本上改变部件的几何状况。客户决定采用一个折衷的解决方案：所有被变形影响的功能面都通过部件相对于相邻部件的公差来进行研究。作为该分析的结果，在模具制造开始前，其开口和定心可被重新设计。
在完成模具后，模拟的工艺参数就最为重要。这一步可相当大地减少取样过程。模拟操作点实际上是通过一个比较好的近似来确定的，就像充填压力比较所示的那样。一个1010巴的计算值(Moldex3D)相当于1050巴的测量值。优化后的部件被三维测量。所得结果能直接与模拟图像相比较(图4所示)。
图4 模拟的部件变形和用三维扫描器测得的实际部件变形量的对比图
模拟的变形结果在质上和量上都和实际情况一致。最初对预测的变形量范围感到吃惊的用户现在因在模具设计过程中能考虑这个因素而不用再担心这个问题。这也包括对与外壳相连的卡扣的优化设计，结果就是安装过程中的变形现在被最小化。通过这种方式，项目就能在规定的期限内彻底完成。
总结
这个项目流程证明三维模拟能确认制造过程中有问题的领域。对IML工艺中薄膜的逼真模拟是一项新发明 — 它使得关于工艺-定向的模具设计的关键问题得到解答。没有这种辅助手段的话，对加工者而言，变形是特别难于预测的。这能应对汽车工业的数个挑战 — 质量和成本、设计的自由度、吸引人的外观和方案的可信度。该应用说明了完全三维注射模塑模拟的多功能性和其将来用于部件开发包括特殊的注射模塑工艺的潜力。
塑料聚合物背塑的IML装饰薄膜。本图是汽车引擎内的一个典型产品
IML工艺
在模内贴标技术(IML)中，装饰膜通过注射模塑被粘结到聚合物上面。透明薄膜通常经丝印的方式被印上所需文字和图案。只要制件表面的形状许可，冲孔薄膜能在注射模塑期间被聚合物熔体所形成。对于深轮廓的制件，薄膜在上游操作中通过采用或不采用压力而被变形。表面技术能模仿出令人吃惊的多种表面效果，如铬、铝、碳、木质或者钢琴漆效果。此外，其还有可能使调整部件更为精细，如晚上需要亮光的平板或者开关的设计。IML部件具有功能性、设计自由度、耐久性和低价格的特性。加工操作中相邻部件的啮合和自动化、专门开发的薄膜材料、油墨系统和模具是该技术的关键所在。 (end)
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