Numerical shrinkage and warpage compensation for injection molding with isogeometric analysis

Abstract

The nonlinear material behavior of thermoplastic polymers causes geometric differences between the shape of an injection molding cavity and the final shape of the product, which usually cause a need for multiple design iterations. Simulation-based design methods have already shown to shorten this design process by automated adaptation of an initial cavity design. However, due to different format standards in design and simulation, this improved cavity shape is generally only available as a computational mesh and the initial CAD-representation is lost. In this paper, we present a design method based on isogeometric analysis that preserves the initial parametrization of the geometry during the numerical design process, and has superior computational properties as compared to standard finite elements.

Das nichtlineare Materialverhalten thermoplastischer Polymere führt zu geometrischen Unterschieden zwischen der Form einer Spritzgießkavität und dem endgültigen Produkt, welche durch mehrfache Entwurfsiterationen beseitigt werden können. Simulationsgestützte Entwurfsmethoden können diesen Prozess nachweißlich verkürzen. Aufgrund unterschiedlicher Formatstandards in Design und Simulation ist diese verbesserte Kavität jedoch in der Regel nur als Berechnungsnetz verfügbar und die ursprüngliche CAD-Darstellung geht verloren. Diese Arbeit stelle eine auf isogeometrischer Analyse basierende Entwurfsmethode vor, welche die ursprüngliche Parametrisierung der Geometrie erhält und im Vergleich zu Standard-Finite-Elementen verbessere Berechnungseigenschaften aufweist.