Moldex3D粉末射出模擬 改善氧化鋯人工牙根翹曲


客戶簡介

國立高雄應用科技大學,簡稱高應大,現有工程、電資、管理、人文社會等四個學院。該校於2012年獲選為教育部推動「發展典範科技大學計畫」學校,致力於培育具備實作力及專業力的專業人才,引進產業資源協助教學,擴展產學緊密結合,以提升國際市場上的競爭力。
(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
表一 原始參數和最佳參數下的產品品質比較

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