簡介
Moldex3D近期與預測複合材料層壓板的可成型性模擬軟體AniForm合作，提供使用者更高階的樹脂轉注成型(RTM)分析功能。AniForm成立於2011年，由荷蘭特文特大學(The University of Twente)分支而成，其提供的模擬技術服務目前已廣受全球企業肯定，其中尤以航空產業為主要運用領域。
目前市面上複材產品生產過程，根據製程不同製程步驟，有各自的對應模擬軟體，模擬軟體種類繁多且各有長處。若能整合不同的模擬工具的預測結果，對實務上將可帶來很大的助益。Moldex3D與AniForm整合的軟體介面，即可幫助使用者獲得更精確的注塑分析結果。
「我們很開心能進行這項合作，AniForm無疑是產業中的佼佼者，」Moldex3D歐洲營業處鄧瑞民協理表示，「這是Moldex3D與AniForm首次進行軟體整合，期待未來彼此也能有更緊密的合作。」
透過Moldex3D的RTM模擬技術與AniForm可讓使用者進行高階的RTM模擬，尤其對風力發電及航空產業極具助益。使用者可將AniForm Suite所分析的纖維布排向數據(以ASCII檔案格式儲存)直接導入至Moldex3D，進行後續的RTM模擬。
AniForm協理Sebastiaan Haanappel表示：「AniForm致力於為工程師提供有效的模擬工具，讓他們只須專注於預測分析，而不必耗費過多時間在建模和在不同模擬軟體之間轉換資料。Moldex3D在產業界有很好的口碑，因此這項合作非常令人振奮，我們很開心達到兩個軟體間的無縫整合，帶給使用者更棒的體驗。」
挑戰
- 市面上較缺少不同模擬工具間的無縫整合
- 纖維布在成型過程中，纖維排向會有劇烈改變
- 纖維布應力和纖維重新排向會影響纖維布的局部排向範圍及滲透特性
解決方案
整合Moldex3D RTM模擬技術與AniForm的成型分析
效益
- 簡化資料介面並改善設計工程師的工作流程
- 提高RTM模型的的準確度
- 提高RTM模擬結果的準確性
案例研究
本案例研究目標是比較兩種不同的模型：一是直接以假定的正交纖維布排向進行模擬；二則是將AniForm所分析的纖維布排向預測結果納入考量，以觀察不同的輸入條件是否會明顯影響最終的樹脂注塑模擬結果。
在本研究中，AniForm團隊首先以AniForm軟體進行了編織纖維布的成型模擬，輸出ASCII檔案之後，再輸入至Moldex3D進行RTM模擬。
圖一 整合AniForm與Moldex3D進行RTM模擬流程
以本案例而言，一個層壓板包括五個疊層為 [(0/90)]5的纖維布，鋪覆在模腔中成為最終的產品型狀。接下來將模穴加熱並注入樹脂，待產品固化取出，即為最終的已成型編織纖維布。
圖二 以AniForm模擬纖維織物鋪覆成型過程
為了在後續的Moldex3D注塑模擬中，將成型過程產生的纖維織物扭曲現象納入考量，因此先以AniForm進行複材成型模擬。圖三即為AniForm所預測部層壓板在成型過程中不同的變形狀況。這些變形將影響在最後完全閉模階段時平面內的剪切分布及纖維重新排向(如圖四)。
圖三 AniForm預測不同情況下的產品變形
圖四 AniForm預測的剪切角度分布
如上所述，接下來以Moldex3D建立兩個注塑模型。圖五為兩種注塑模型的配置，第一種假設纖維布仍然是正交的，亦即每個部位皆是0度或90度(淺藍色為0度；深藍色為90度)。然而實際上正交纖維並不會存在，原因是成型過程會導致平面內纖維布變形，故各部位的纖維布排向不再呈現0度或90度。因此在第二種模型中，將AniForm的成型分析的纖維重新排向結果納入考量。纖維排向改變會影響到滲透率──亦即用以描述流體通過纖維布之能力的量值。如此一來即可預測流動進程的影響，故第二種模型能得到更貼近真實的準確分析。
圖五 編織布排向比較
透過Moldex3D精準的RTM模擬功能，可確實觀察到當輸入不同的纖維排向資訊時，塑料流過纖維布時的結果也有所差異。如圖六圓圈框起處，可看到樹脂流動有扭曲現象。此處的纖維布重新排向會導致流動方向上的局部滲透率較低。若考量當產品體積較大且幾何較複雜時，這樣的情形將導致產品浸潤不完全，而需要製程設計者重新配置樹脂進澆點。此外，其流動進程也會使充填時間稍微拉長。能改良充填時間預測，就能讓工程師更準確評估所需的生產週期時間。
圖六 流動波前比較
結論
Moldex3D與AniForm合作開發的介面，將成型過程變形產生的纖維排向改變納入RTM分析考量，可以獲得更貼近真實的流動資訊。透過比較有考量及未考量成型階段的材料變化，可發現滲透率分布差異會導致兩種模型對於流動波前和充填時間的預測準確度有落差。在流動進程隨時間變化的分析能力提升之後，工程師就可更準確評估不同製程配置的差異及生產週期。透過Moldex3D與AniForm的結合，將為工程師帶來流暢且無憂的工作流程，並能在解讀分析結果時更具信心。