化学発泡成形（Chemical Foaming Molding, CFM）は、化学反応によって発生した気体によってキャビティ内への充填を行う成形プロセスです。ポリウレタン（polyurethane, PU）発泡成形は化学発泡成形において最も一般的な成形プロセスとなっています。ポリウレタン発泡は可撓性と高弾性を備え、自動車産業ではダッシュボード、ハンドル、シート、冷凍冷蔵産業では冷蔵庫の断熱材、断熱層、製靴産業ではソール、医療産業ではベッドマットレス、義手などに応用されています。

ポリウレタン発泡プロセスにおける最大の課題がショートショットです。注入する原料が少なすぎ、発泡量が不十分であったり、硬化速度が早すぎたりする場合に、ショートショットが発生します。しかしながら、注入する原料が多すぎる場合、キャビティを十分に満たすことはできますが、その後の発泡作用によって大量の材料ロスが発生してしまうことになります。

Moldex3DのPU化学発泡モジュールではポリウレタン発泡プロセスをサポートし、溶融材料のキャビティ内における硬化動力学（Curing Kinetics）と発泡動力学（Foaming Kinetic）の計算を考慮したCAEシミュレーションを行っています。ポリウレタン発泡シミュレーション解析では、ユーザーは充填と発泡段階における動的挙動をより正確に予測できるほか、射出条件と原料の注入を最適化し、製品設計を改善することができます。

Moldex3Dの発泡パラメータ設定では、溶融樹脂と発生した気体の混合の射出体積（%）、射出体積、射出量の総量を制御して、溶融樹脂の射出量を決定することができます。また、発泡計算時間の終了は高度な設定でも制御が可能で、ユーザーは解析結果から特定の結果を選択して確認することができます。例：メルトフロントタイム、密度、温度、反応度、発泡反応度、気泡サイズ、気泡数と密度、そり変形など。

さらに、重力、ベント設定、異なる水の割合（発泡剤濃度）、発泡回転成形の使用の有無などのいくつかの重要な要因も発泡挙動の結果に影響を与えます。重力の作用下では、低粘度のPU発泡がキャビティの底部に沿って流れています（図1）。ベント位置部分では、ベント間隔によって空気が排出され、メルトフローを妨げないようになっていますが、ベントの無い部分では空気が圧縮され、メルトフローを妨げる力が強くなっています（図2）。そのほかに、主な発泡剤である水の割合が高くなるほど発泡スピードは速くなり、充填時間が短縮できます（図3）。

図1　重力作用の有無によるシミュレーション解析結果の違い

図2　異なるベント間隔がフロー挙動に与える影響

図3　異なる水濃度が気体発泡反応速度に与える影響

Moldex3D PU化学発泡モジュールの3Dポリウレタン発泡プロセスシミュレーションを使用することにより、ユーザーは充填/硬化の解析結果から適切な生産条件をより簡単に評価することができます。それと同時に、PU化学発泡成形モジュールではインテリジェントウィザードとポストプロセッサが提供され、潜在的な不良の早期発見と設計の改善を行うことができ、製品の市場投入までの時間を効果的に短縮することができます。