Predictive Methodology for Quality Assessment in Injection Molding Comparing Linear Regression and Neural Networks

The use of recycled polypropylene in industry to reduce environmental impact is increasing. Design for manufacturing and process simulation is a key stage in the development of plastic parts. Traditionally, a trial-and-error methodology is followed to eliminate uncertainties regarding geometry and process. A new proposal is presented, combining simulation with the design of experiments and creating prediction models for seven different process and part quality output features. These models are used to optimize the design without developing additional time-consuming simulations. The study aims to compare the precision and correlation of these models. The methods used are linear regression and artificial neural network (ANN) fitting. A wide range of eight injection parameters and geometry variations are used as inputs. The predictability of nonlinear behavior and compensatory effects due to the complex relationships between this wide set of parameter combinations is analyzed further in the state of the art. Results show that only Back Propagation Neural Networks (BPNN) are suitable for correlating all quality features in a single formula. The use of prediction models accelerates the optimization of part design, applying multiple criteria to support decision-making. The methodology is applied to the design of a plastic support for induction hobs. Furthermore, this methodology has demonstrated that a weight reduction of 27% is feasible. However, it is necessary to combine process parameters that differ from the standard ones with a non-uniform thickness distribution so that the remaining injection parameters, material properties, and dimensions fall within tolerances

Some Critical Issues for Injection Molding

This book is composed of different chapters which are related to the subject of injection molding and written by leading international academic experts in the field. It contains introduction on polymer PVT measurements and two main application areas of polymer PVT data in injection molding, optimization for injection molding process, Powder Injection Molding which comprises Ceramic Injection Molding and Metal Injection Molding, ans some special techniques or applications in injection molding. It provides some clear presentation of injection molding process and equipment to direct people in plastics manufacturing to solve problems and avoid costly errors. With useful, fundamental information for knowing and optimizing the injection molding operation, the readers could gain some working knowledge of the injection molding

Fiber Orientation Prediction and Strength Evaluation of Composite Spur Gears Reinforced by Discontinuous Fiber

Composite materials have been extensively used for their important role in attenuation of components design, low specific weight, high mechanical performance, and excellent corrosion resistance offer significant advantages over metallic materials. These superlative properties can be attained by tailoring different material in an appropriate combination of the reinforcing phase (carbon fiber, alumina, etc.) and matrix phase (polymer, ceramic, metals, etc.). Carbon fiber reinforced composites are mostly used on intricate stress sensitive structures like wings of aero plane or gear. Amount of fiber, fiber type, and size of the fiber and the orientation of reinforcing fibers directly influence the mechanical properties of polymer composites like elastic modulus, strength, thermal expansion, thermal conductivity, and electrical conductivity. Orientation state is varied due to the motion of fiber which is regulated by the flow of polymer matrix during processing. Injection molding is one of the most widely used manufacturing methods for the production of plastic parts. Injection molding has so many process parameters which directly influences the orientation of fiber and structural properties of molded compounds. To achieve proper power transmission in spur gears, fiber orientation can be made parallel to the flow direction in the skin layer by controlling injection molding process parameter like gate location, number of gates, injection pressure, injection temperature, cooling rate etc

Structure development and properties in advanced injection molding processes : development of a versatile numerical tool

Spuitgieten is een van de meest gebruikte technieken om polymere materialen vorm te geven. De techniek is populair doordat complexe geometrieën kunnen worden gerealiseerd met hoge productiesnelheden. Verbeteringen in de techniek, ingevoerd sinds de jaren 50, zijn voornamelijk gericht op verhoging van de productie-efficiency en van de productkwaliteit. Ook werden er onconventionele productietechnieken ontwikkeld, zoals gasinjectie enmeerkomponent-spuitgieten, terwijl daarnaast soms ook meerdere materiaalsoorten worden gebruikt, zoals bij het omspuiten van metalen of keramieke objecten. Productontwikkelaars richten zich nu op verkleining van de lengteschaal, verhogen van de precisie en voorspelling van de levensduur. Om dit proces te ondersteunen zijn in de laatste 30 jaar verschillende numerieke modellen ontwikkeld. De meeste daarvan richten zich op verbeterd productontwerp om problemen te voorkomen met inhomogeen vulgedrag, ongebalanceerde druk- en temperatuurverdelingen en typische spuitgietproblemen als positie van samenvloeinaden en luchtinsluitingen. Ook richt de modelleringaandacht zich op het voorspellen van eigenschappen, voornamelijk gefocuseerd op de voorspelling van krimp en kromtrekgedrag. Dit proefschrift poogt bij te dragen aan de voorspelling van eindeigenschappen van gespuitgiete producten en bouwt voort op het in onze groep ontwikkelde volledig driedimensionale computermodel, VIp3D, zoals dat in Hoofdstuk 2 wordt gepresenteerd. In Hoofdstuk 3 bestuderen we amorfe polymeren gespoten via GAIM, gasinjectie, en voorspellen de stromings-geïnduceerde residu-spanningen in termen van de ingevroren moleculaire oriëntatie. Hierbij wordt een ontkoppelde berekening gebruikt waarin de elastische effecten geen invloed hebben op de kinematica van de stroming. InHoofdstuk 4 berekenen we de temperatuur- en drukgeïnduceerde spanningen, gebruikmakend van een gelineariseerd visco-elastisch constitutiefmodel. De 3D resultaten worden vergeleken met 2D berekeningen bekend uit de literatuur. Vervolgens richt de aandacht zich op semikristallijne polymeren en meer precies op de morfologie-ontwikkeling in isotactisch Polypropeen (iPP). De complexe thermomechanische geschiedenis die materiaaldeeltjes ondergaan in het spuitgietproces, maakt het voorspellen van kristallisatie, gegeven de sterke afhankelijkheid daarvan van de stromingscondities, niet eenvoudig; zelfs de stroming in de extruder kan invloed hebben. Vandaar dat eenvoudiger stromingen, met beter gedefinieerde begin-en randvoorwaarden, vereist zijn om de modellen voor de beschrijving van kristallisatie-kinetiek te valideren. In Hoofdstuk 5 wordt de morfologieontwikkeling in iPP bestudeerd gebruikmakend van een zogenaamde multi-pass reometer en van een capillairviscosimeter. In beide opstellingen wordt het materiaal blootgesteld aan eenduidige stromingscondities en is de geschiedenis bekend; we noemen dit prototype stromingen. Het gehanteerde model maakt gebruik van een genestelde set differentiaalvergelijkingen om stromings-geïnduceerde kristallisatie te beschrijven. De voorspelde laagdiktes, die gedeeltelijk het gevolg zijn van stromings-geïnduceerde kristallisatie, en gedeeltelijk van kristallisatie in rust, worden vergeleken met experimentele resultaten verkregen met gepolariseerde optische microscopie. De voorspelde morfologieën blijken opvallend en verheugend kwantitatief. In Hoofdstuk 6 richten we ons op de experimentele en numerieke morfologieën zoals die zich ontwikkelen bij het spuitgieten van een schijf, waarbij gebruik is gemaakt van een nieuwe, zij het wat academische, spuitgiet-technologie waarin één helft van de matrijs tijdens injectie kan roteren en transleren. De microstructuur wordt gekarakteriseerd en demoleculaire oriëntatie gemeten. De volledige 3D simulaties blijken in staat het proces te beschrijven. Tot slot worden in Hoofdstuk 7 de belangrijkste conclusies samengevat en aanbevelingen voor toekomstig onderzoek gegeven

Modeling the replication of submicron-structured surfaces by micro injection molding

Abstract The replication of submicron surface structures by micro injection molding is a crucial factor in achieving advanced functionalities, such as antimicrobial resistance, in mass-produced plastic products. In this work, we investigate and model the replication quality of laser-induced periodic surface structures by micro injection molding of different bio-based polymers. A comprehensive multiscale model was developed to predict the submicron scale polymer flow, using a numerical model to analyze the polymer behavior in the mold macro cavity and determine the boundary conditions for the filling of the surface structures. The replication of the mold topography was modeled considering topographical parameters, polymer rheology and thermal behavior, and the mold surface energy, which was modified by depositing an atomic layer of alumina on the steel surface structures. The modeling approach was validated against injection molding experiments, in which the mold temperature was varied due to its well-known influence on replication. The sensitivity to polymer selection, mold surface properties, and mold temperature, was captured. A maximum error of 8% showed the accuracy of the multi-scale model

Verification and validation of openInjMoldSim, an open-source solver to model the filling stage of thermoplastic injection molding

In the present study, the simulation of the three-dimensional (3D) non-isothermal, non-Newtonian fluid flow of polymer melts is investigated. In particular, the filling stage of thermoplastic injection molding is numerically studied with a solver implemented in the open-source computational library O p e n F O A M ® . The numerical method is based on a compressible two-phase flow model, developed following a cell-centered unstructured finite volume discretization scheme, combined with a volume-of-fluid (VOF) technique for the interface capturing. Additionally, the Cross-WLF (Williams–Landel–Ferry) model is used to characterize the rheological behavior of the polymer melts, and the modified Tait equation is used as the equation of state. To verify the numerical implementation, the code predictions are first compared with analytical solutions, for a Newtonian fluid flowing through a cylindrical channel. Subsequently, the melt filling process of a non-Newtonian fluid (Cross-WLF) in a rectangular cavity with a cylindrical insert and in a tensile test specimen are studied. The predicted melt flow front interface and fields (pressure, velocity, and temperature) contours are found to be in good agreement with the reference solutions, obtained with the proprietary software M o l d e x 3 D ® . Additionally, the computational effort, measured by the elapsed wall-time of the simulations, is analyzed for both the open-source and proprietary software, and both are found to be similar for the same level of accuracy, when the parallelization capabilities of O p e n F O A M ® are employed.This work is funded by FEDER funds through the COMPETE 2020 Programme and National Funds through FCT (Portuguese Foundation for Science and Technology) under the projects UID-B/05256/2020, UID-P/05256/2020, MOLDPRO-Aproximações multi-escala para moldação por injeção de materiais plásticos (POCI-01-0145-FEDER-016665), and FAMEST-Footwear, Advanced Materials, Equipment’s and Software Technologies (POCI-01-0247-FEDER-024529)