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模流分析成功案例分享之Moldex3D幫助Blackcad成功制造抗新冠病毒面罩

2022-10-09新聞

大綱

在新冠疫情期間,許多單位都參與了「COVID-19響應計劃」,其中產業界也投入個人防護裝置的制造,例如口罩、面罩等。本案例中的面罩產品,想法源自目前對於可快速且一步生產完成的防護產品需求。此產品過去須由至少三項元件組合而成:護罩、頭蓋及耳帶。而Blackcad對此產品的設計目標,為在射出成型完成後,不須經過組裝程式即可直接配戴使用。

挑戰

  • 制造出一款可一體成型的面罩產品。此產品原先皆以沖壓或3D打印方式生產。
  • 確保面罩的光學特性,原因是此部份將決定使用時的舒適度。
  • 解決方案

    使用Moldex3D Professional解決方案仿真成型系統,不僅可對系統進行建模以辨識典型的成型工藝缺陷(如澆口壓力值過大),還可以模擬註塑部件的光學特性以消除產品缺陷。

    效益

  • 及早偵測會導致射出成型產品的無法生產的缺陷
  • 成功找出會導致產品不易使用的光學缺陷問題
  • 制造出可協助抗疫的防護工具
  • 案例研究

    本案例中,Blackcad嘗試設計一種註塑成型的面罩,可直接「包裹」在人的頭上,並期望產品可一體成形,生產後不須組裝便可直接配戴。

    首先進行Moldex3D標準FPW(流動、保壓、翹曲)模擬,結果發現豎澆口壓力峰值非常高(136MPa)。

    因此Blackcad將整體肉厚由2.0mm調整為1.5mm,再次進行FPW模擬。結果顯示豎澆口壓力雖略獲改善,卻出現了短射問題。

    接下來引進新的導流,使耳帶幾何中的熔膠分布較為均勻。

    此變更成功讓熔膠完全填滿模穴,但豎澆口壓力仍偏高,使得流動時會產生殘余應力,將導致新設計出的面罩光學性質不佳。

    Blackcad咨詢了材料供貨商之後,決定以黏性較低的材料來代替原本使用的TPE。以新的ANSA建立實體網格模型後,再進行Moldex3D流動、保壓、翹曲及光學仿真。

    分析結果顯示,豎澆口壓力、殘余應力及最後的光學延遲值皆有改善。

    結果

    透過Moldex3D的仿真,原本可能造成產品無法制造的潛在缺陷,都可及早偵測出來。此外,事先仿真出產品的光學性質,也可幫助Blackcad預測出典型的成型問題,避免終端消費者使用到瑕疵產品,對於Balckcad的客戶而言,也是一大幫助。

    Blackcad Engineering CAE工程師Przemyslaw Narowski