Moldex3D模流分析之帮助BLACKCAD成功制造抗新冠病毒面罩

大纲

在新冠疫情期间，许多单位都参与了「COVID-19响应计划」，其中产业界也投入个人防护设备的制造，例如口罩、面罩等。本案例中的面罩产品，想法源自目前对于可快速且一步生产完成的防护产品需求。此产品过去须由至少三项组件组合而成：护罩、头盖及耳带。而Blackcad对此产品的设计目标，为在射出成型完成后，不须经过组装程序即可直接配戴使用。

挑战

• 制造出一款可一体成型的面罩产品。此产品原先皆以冲压或3D打印方式生产。

• 确保面罩的光学特性，原因是此部分将决定使用时的舒适度。

解决方案

使用Moldex3D Professional解决方案仿真成型系统，不仅可对系统进行建模以识别典型的成型工艺缺陷（如浇口压力值过大），还可以模拟注塑部件的光学特性以消除产品缺陷。

效益

• 及早侦测会导致射出成型产品的无法生产的缺陷

• 成功找出会导致产品不易使用的光学缺陷问题

• 制造出可协助抗疫的防护工具

案例研究

本案例中，Blackcad尝试设计一种注塑成型的面罩，可直接「包裹」在人的头上，并期望产品可一体成形，生产后不须组装便可直接配戴。

首先进行Moldex3D标准FPW(流动、保压、翘曲)模拟，结果发现竖浇口压力峰值非常高(136MPa)。

因此Blackcad将整体肉厚由2.0mm调整为1.5mm，再次进行FPW模拟。结果显示竖浇口压力虽略获改善，却出现了短射问题。

接下来引进新的导流，使耳带几何中的熔胶分布较为均匀。

此变更成功让熔胶完全填满模穴，但竖浇口压力仍偏高，使得流动时会产生残余应力，将导致新设计出的面罩光学性质不佳。

Blackcad咨询了材料供货商之后，决定以黏性较低的材料来代替原本使用的TPE。以新的ANSA创建实体网格模型后，再进行Moldex3D流动、保压、翘曲及光学仿真。

分析结果显示，竖浇口压力、残余应力及最后的光学延迟值皆有改善。

结果

透过Moldex3D的仿真，原本可能造成产品无法制造的潜在缺陷，都可及早侦测出来。此外，事先仿真出产品的光学性质，也可帮助Blackcad预测出典型的成型问题，避免终端消费者使用到瑕疵产品，对于Balckcad的客户而言，也是一大帮助。