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| 26I-T28 基于Moldex3D×Speos的翘曲与非均匀折射率对照明件光学性能的影响评估.pdf |
基于Moldex3D×Speos的翘曲与非均匀折射率对照明件光学性能的影响评估 |
2026-10-30 11:34:37 2026-10-30 11:34:37 |
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基于Moldex3D×Speos的翘曲与非均匀折射率对照明件光学性能的影响评估
2026.10.30莎益博光机热团队张涛、李坤、陆毅刚、曾家麟博士
Moldex3D 科盛大中华区技术总监王维达、大中华区技术经理秦舒阳、白青风合作完成
1. 前言
导光条在汽车照明领域应用广泛，贯穿式尾灯、内饰氛围灯、按键背光、门板警示灯等产品均依靠导光条实现线状均匀发光效果。传统光学仿真通常基于理想几何模型与均匀折射率假设开展设计，忽略注塑成型带来的零件翘曲、内部折射率空间非均匀等制造偏差，产品试模后极易出现发光亮暗不均、法规裕量不足等问题。
目前行业普遍存在光学设计与注塑成型仿真相互割裂的研发模式：光学工程师在 Speos 中基于理想模型完成光导齿排布及配光方案设计；模流工程师利用 Moldex3D 开展注塑仿真，重点校核充填平衡性、零件翘曲等成型可行性。两套仿真体系相互独立、数据不互通。光学仿真无法获取注塑后零件真实几何形貌与材料物性变化；模流仿真也不评估翘曲、残余应力带来的光学性能劣化。
由此大量制造相关问题被后置到实物试模阶段。当光学缺陷暴露时，模具与导光齿结构已经固化，只能通过反复修模、调整导光齿参数、优化注塑工艺进行试错，开发周期长、成本高昂。同时实物测试难以区分缺陷根因，无法判断问题来源于零件翘曲，还是材料内部折射率分布不均。
针对上述痛点，本文搭建 Moldex3D 与 Speos 联合串接仿真流程，将模流输出的变形几何与节点折射率场，经数据转换生成 Speos 可识别的.gradedmaterial 梯度折射率体材料。通过多状态仿真对比，定量分离翘曲变形、非均匀折射率对照明性能的影响，在开模前完成制造带来的光学风险预判，实现照明产品设计与注塑工艺闭环优化，为照明产品光机热模流一体化仿真提供工程实践方案。本文从作用机理、数据格式、完整仿真流程、仿真结果分析等维度展开完整论述。
2. Moldex3D × Speos 软件基础能力与求解逻辑
Moldex3D 是专业注塑模流仿真工具，采用四面体实体网格，依托有限元有限体积算法完成注塑全流程多物理场瞬态求解。充填阶段求解广义 NavierStokes 方程与能量方程，实时追踪熔体前沿；剪切黏度采用 Cross-Arrhenius 模型，物料比容变化由 pvT 状态方程表征；保压阶段求解压力驱动下零件密度演化与体积收缩行为；冷却阶段对冷却水路做瞬态循环热分析，获取模腔温度场；翘曲计算模块采用热黏弹本构的固有应变法，求解残余应力释放引发的零件变形。软件可输出具备空间分布特征的位移场、应力场、密度场、节点折射率场，是制造态仿真的核心数据来源。
Speos 属于非序列光线追迹光学仿真软件，基于几何光学近似结合蒙特卡洛算法开展计算。光源按照光谱、光度分布随机发射光线；光线与几何面片相交后，依据 Snell 折射定律、Fresnel 方程完成折射与反射能量分配，同时支持 BSDF 散射模型；探测器采集辐照度、辐亮度，换算输出照度、亮度、 CIE 色坐标、色温等光度色度指标，支持 GPU 硬件加速与人眼视觉仿真。软件自带梯度折射率材料功能，光线在介质内部传播时，可根据空间坐标实时读取对应位置折射率，实现非均匀折射率介质的光线追踪。
光学件注塑成型质量受塑料材料、模具结构、注塑机台三大维度共同制约，成型后主要产生两类影响光学表现的缺陷：①翘曲变形，直接改变光学面型；②残余应力，造成折射率空间分布不均匀。
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