客戶簡介
- 客戶：高雄應用科技大學
- 地區：台灣
- 產業：學術研究
- 解決方案：Moldex3D Advanced / 粉末射出成型模組 / 多材質射出成型模組
(來源: https://www.kuas.edu.tw)
大綱
粉末射出成型(PIM)常用於製造複雜製品，例如本案例的一體式氧化鋯人工牙根(圖一)。然而此雙射成型製程中，也產生了翹曲和體積收縮問題。因此本案例將著重於使用田口方法來優化製程參數，以改善翹曲、達到最小的體積收縮，以及均勻的粉末濃度。過程中並使用Moldex3D的充填、保壓、翹曲分析，模擬不同參數下的產品品質。
圖一 一體式氧化鋯人工牙根產品，包含第一射(左)和第二射(右)
挑戰
- 雙射成型產品的尺寸變形問題
- 不均勻的粉末濃度
- PIM成型週期須縮短
解決方案
藉由Moldex3D粉末射出成型(PIM)及多材質射出成型(MCM)模組，分析產品品質，並用田口方法找到最佳成型參數設定，以優化產品設計
效益
- 將翹曲降到最低，並改善粉末濃度均勻度
- 第一射的產品品質提高12.12%，第二射產品品質提高59.03%
- 減少修模時間和成本
- 成功縮短產品研發週期
案例研究
本案例目標為改善燒結前生胚的不均勻的收縮及粉末濃度。為解決此問題，高應大團隊利用Moldex3D尋找較佳的多材質射出(MCM)製程參數。
首先藉由Moldex3D粉末射出成型模組模擬原始設計的成型條件。模擬結果顯示此雙射生胚有不均勻的體積收縮，會造成嚴重的翹曲變形，且會影響產品結構強度。
接下來以田口方法決定充填時間、保壓壓力、模溫和料溫等成型參數，直交表包含此四個變數各有三個階層，並根據優化的成型參數進行氧化鋯人工牙根進行模擬分析。最終結果顯示，產品翹曲都已降到最低：第一射翹曲由0.488 mm降為0.145 mm；第二射翹曲則由0.059 mm降為0.022 mm (圖二及圖三)。粉末濃度也變得更均勻(圖四及圖五)。產品整體品質改善了，可避免掉重複的修模成本。
圖二 原始設計中第一射(左)及第二射(右)之總翹曲位移分析結果
圖三 優化設計中第一射(左)及第二射(右)之總翹曲位移分析結果
圖四 原始設計中第一射(左)及第二射(右)之粉末濃度分析結果
圖五 優化設計中第一射(左)及第二射(右)之粉末濃度分析結果
結果
高應大團隊借助Moldex3D的模擬分析，成功在實際製造前改善尺寸位移差異、翹曲問題和粉末濃度(表一)。透過田口方法找出最佳製程參數後，第一射產品品質提升了12.12%，第二射品質提升59.3%。此外Moldex3D也讓使用者能夠在產品設計階段就能事先解決粉末濃度不均問題、改善產品品質，並節省試模成本、縮短產品上市時間。
| 第一次射出(牙心) | ||
| 組別 | 翹曲變形(mm) | 粉末濃度標準差(%) |
| 原始參數組 | 0.165~0.002 | 1.089 |
| 田口最佳組 | 0.145~0.002 | 6.1E-5 |
| 第二次射出(外層包覆) | ||
| 組別 | 翹曲變形(mm) | 粉末濃度標準差(%) |
| 原始參數組 | 0.0454~0.0001 | 4.941 |
| 田口最佳組 | 0.0186~0.0004 | STD 4.2E-4 |