ในกระบวนการฉีดขึ้นรูปพลาสติกโดยใช้แก๊สช่วย (gas-assisted injection molding, GAIM) เป็นการฉีดแก๊สเข้าไปในคาวิตี้แม่พิมพ์เพื่อสร้างร่างแหของท่อรูพรุนและขับดันให้พอลิเมอร์หลอมเหลวขึ้นรูปเป็นชิ้นงาน เมื่อเทียบกับการฉีดขึ้นรูปแบบธรรมดา GAIM เป็นเทคโนโลยีก้าวกระโดดที่สามารถลดวัสดุพลาสติกและเวลาในการขึ้นรูป อย่างไรก็ตาม GAIM ยังมีข้อจำกัดอยู่บ้างเนื่องจากการควบคุมและการสังเกตแก๊สในระหว่างกระบวนการนั้นทำได้ยาก นอกจากนี้ จำนวนพารามิเตอร์สำหรับการออกแบบใหม่ๆ อีกหลายพารามิเตอร์ ได้แก่ ตำแหน่งและจำนวนช่องฉีดแก๊ส เวลาที่เริ่มฉีดแก๊ส ความดันและอัตราการไหลในการฉีดแก๊ส มักส่งผลต่อค่าใช้จ่ายในการพัฒนาแม่พิมพ์เป็นอย่างมาก
เพื่อที่จะแก้ไขปัญหาข้างต้น โมดูล Gas-Assisted Injection Molding (GAIM) ของ Moldex3D จึงถูกออกแบบมาเพื่อช่วยให้ผู้ใช้มองเห็นภาพพฤติกรรมการแทรกซึมของแก๊สและทำนายการ overflow ของแก๊ส ผู้ใช้สามารถใช้เครื่องมือเพื่อหาพารามิเตอร์การเติมเนื้อพลาสติกที่เหมาะสม ได้แก่ การควบคุมเวลาของแก๊ส ตำแหน่งทางเข้าของแก๊สและบริเวณการ overflow และสามารถทำนายถึงข้อบกพร่องที่เป็นไปได้ เช่น รอยประสาน รอยการไหล การหดตัวและค่าความเรียบ การจำลองยังช่วยให้เห็นถึงการกระจายตัวของความหนาและ core-out ratio
กรณีตัวอย่างต่อไปนี้เป็นแผ่นงานบางที่มีท่อแก๊สหน้าตัดครึ่งวงกลมดังแสดงในรูปที่ 1 รูปที่ 2 แสดงรูปแบบการเติมเนื้อที่ทำนายไว้ ณ ช่วงต่างๆ ของการฉีดพอลิเมอร์ จากข้อมูลการทดลองที่ได้รับการตีพิมพ์ (Ref.1) พบว่า ความยาวในการแทรกซึมของแก๊สที่วัดได้ คือ 15.8 cm และความยาวในการแทรกซึมของแก๊สที่ทำนายจาก Moldex3D คือ 16 cm ซึ่งสัมพันธ์กันเป็นอย่างดีกับการสังเกตตำแหน่งพอลิเมอร์หลอมเหลวจากการทดลอง
รูปที่ 1 พารามิเตอร์เรขาคณิตของแผ่นบางที่มีท่อแก๊ส
(a) Filling Percentage 75%
(b) Filling Percentage 94%
(c) The end of Filling
รูปที่ 2 รูปแบบการเติมเนื้อพอลิเมอร์หลอมเหลวและแก๊สบริเวณด้านหน้าในแผ่นบาง
รูปที่ 3 แสดงผลการจำลองและผลการทดลองของ gas core-out ratio ตามทิศทางการแทรกซึมของแก๊สเพื่อทดสอบการแทรกซึมของแก๊สในทิศทางด้านข้าง คำนิยามของ gas core-out ratio เป็นดังรูปที่ 4 อัตราส่วนที่ถูกทำนายในกราฟแสดงแนวโน้มเดียวกันกับค่าการทดลอง จากการสังเกตพบว่า gas core-out ratio มีค่าเกือบคงที่ในระหว่างการแทรกซึมขั้นปฐมภูมิ หลังจากนั้นจะลดลงด้วยความชัน ณ การแทรกซึมขั้นทุติยภูมิและมีค่าเป็นศูนย์ที่ปลาย bubble tip จากผลที่ได้พิสูจน์ได้ว่า Moldex3D สามารถทำนายปรากฏการณ์การแทรกซึมขั้นปฐมภูมิและทุติยภูมิในกระบวนการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แก๊สช่วยได้อย่างแม่นยำ
รูปที่ 3 การกระจายตัวของ Gas-Core out ratio (R-S)/R ตามทิศทางการแทรกซึมของแก๊ส
รูปที่ 4 คำนิยามของ Gas-Core out ratio (R-S)/R
ผลการทดลองสอดคล้องกับผลการจำลองเป็นอย่างดี ซึ่งเป็นเครื่องยืนยันได้ว่า Moldex3D GAIM สามารถจำลองการเติมเนื้อพลาสติกหลอมเหลวและการแทรกซึมของแก๊สใน GAIM ได้ และผู้ใช้สามารถเห็นภาพกระจายตัวของความหนาผิวและ core-out ratio ผ่านผลการจำลองได้อย่างง่ายดาย ดังนั้น จึงสามารถเข้าใจถึงพฤติกรรมของพอลิเมอร์หลอมเหลวและแก๊สได้ดีขึ้นเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นในหาค่าการออกแบบที่เหมาะสมก่อนทำการผลิตจริง
Ref. 1 Chen S. C., Cheng N. T., Hu S. Y. Simulation of primary and secondary gas penetration for a gas-assisted injection-molded thin part with gas channel. Journal of Applied Polymer Science 1998; 67: 1553-1564.