Feature-based non-manifold modeling system to integrate design and analysis of injection molding products

Current CAE systems used for both the simulation of the injection molding process and the structural analysis of plastic parts accept solid models as geometric input. However, abstract models composed of sheets and wireframes are still used by CAE systems to carry out more analyses more efficiently. Therefore, to obtain an adequate abstract model, designers often have to simplify and idealize a detailed model of a part to a specific level of detail and/or abstraction. For such a process, we developed a feature-based design system based on a non-manifold modeling kernel supporting feature-based multi-resolution and multi-abstraction modeling capabilities. In this system, the geometric models for the CAD and CAE systems are merged into a single master model in a non-manifold topological representation, and then, for a given level of detail and abstraction, a simplified solid or non-manifold model is extracted immediately for an analysis. For a design change, the design and analysis models are modified simultaneously. As a result, this feature-based design system is able to provide a more integrated environment for the design and analysis of plastic injection molding parts.

In the area of design and manufacturing of plastic injection molding parts, various trials have been car-ried out to develop a specialized CAD system that could be used to design of plastic parts and molds [1, 2, 3] and to develop a CAE system that could be used to simulate the injection molding process to find defects before the manufacturing stage [4-6]. The complete design process supported by the CAD and CAE sys-tems is illustrated in Fig. 1. At the initial design stage, the CAD system dedicated to the design of the plastic part can be used to enhance design productivity. The structural analysis and the molding process simulation using the CAE system can validate the initial design. If  the simulation results do not satisfy the functional requirements, the design process is repeated by feed-ing back the simulation results to the CAD system. The design-analysis/simulation cycle is iterated until the functional requirements are satisfied.  Traditionally, the geometric models used in the design stage are solid models including the feature informa-tion, whereas the models used in the analysis stage are abstract non-manifold topological (NMT) models composed of medial surfaces and axes, as illustrated in Fig. 2. The abstract NMT models are created in the CAE system using its pre-processor. Therefore, the designer must create and maintain two types of a geometric model of a part at the same time. Moreover, the process to convert a solid model into an abstract NMT model is very tedious and time-consuming.

To solve this problem of having to create and main-tain two types of models, two different approaches have been proposed recently. One is to develop a new simulation package that can accept solid models as geometric input, and the other is to develop a com-puter program that can automatically transform a solid model into an abstract model. In the solid-based simulation package, although the effort for transfor-mation of a solid into an abstract model is eliminated, the computing time for the simulation increases dra-matically. To shorten the time, it is still necessary to remove the insignificant features from a part model. In the automated transformation approach such as the medial axis transformation (MAT), the results ob-tained by the automated transformation programs frequently require further modifications to meet the idealization rules for simulation. To reduce the com-puting time of the automated transformation approach, the detailed features need to be removed before the transformation process is launched. Although the solid-based simulation method has recently become popular, the traditional medial-surface-based simula-tion method is still useful because this method can provide simulation results more rapidly without sig-nificant loss of accuracy. Therefore, if the idealized models for both approaches can be readily provided at various levels of detail and/or abstraction from the design model, the cycle time for the design-analysis iteration can be reduced.    Fig. 2. An example of solid and abstract models for injection molding simulation and structural analysis: (a) a detailed solid model for design, (b) an abstracted sheet model for analysis.    To meet the above requirements, we have intro-duced multi-resolution and multi-abstraction model-ing techniques. In the proposed CAD system, various different geometric models for design and simulation are simultaneously created and merged into an NMT part master model, and for specific levels of detail and abstraction, analysis models of solid or NMT repre-sentation are provided immediately from the master model. The proposed approach is expected to inte-grate the CAD and CAE systems for the realization of concurrent engineering methodology.   The remainder of the paper is organized as follows. Section 2 surveys the related work on design, analysis, and design-analysis integration approaches including their component technologies. Section 3 describes how the design-analysis system was designed. It de-scribes the functional requirements, the adopted de-sign-analysis integration approach, and the final sys-tem architecture. Section 4 describes the feature-based NMT modeling for the creation and manipulation of part master models. Section 5 describes how analysis models at various levels of detail and abstraction are extracted from the master model by using multi-resolution and multi-abstraction modeling techniques. 

I am Frank,works as sales manager of Bestar China Co.,Ltd.which is a reputable China plastic injection mold maker of plastic injection molding with over 15 years.


If you are looking for a China molder maker to make your injection mold,you can contact me at any time.

My company website: http://www.bestar-china.com/