Moldex3D模流分析之粉末注射成型模块模拟

粉末注射成型（PIM）为传统射出成型的重要衍生制程，其提供另一种解决方案，用以生产由金属或陶瓷材料所制成的高精度产品。金属粉末注射成型制程被广泛应用于消费性电子与信息工业领域，而陶瓷粉末注射成型制程则主要用于汽机车与医疗产业。粉末注射成型与传统射出成型的主要差异在于备料（feedstock）。在粉末注射成型中，粒状备料是由金属或陶瓷粉末和高分子黏着剂两种材料混合而成，其粉末体积通常为40%-60%。金属或陶瓷粉末是形成最终产品的主要原料，但一般很难被加工，因此藉由黏着剂如塑料或蜡以降低粉末的黏度，以利将粉末注入模穴中。

粉末注射成型制程包含四项基本步骤：(1) 制备含有所需粉末的备料；(2) 备料经射出成型成为生胚；(3) 脱脂以移除生胚中的黏着剂；(4) 烧结剩余的粉末结构以得到最终产品。一般而言，烧结后发现的塑件缺陷多在射出成型过程中就已形成，例如：蜡痕、顶针痕、分模线等，这些缺陷并不能在脱脂或烧结过程中减少或消除。在金属粉末注射成型工业中，黑线（black line）是由于粉末－黏着剂的相分离现象而在塑件表面产生的缺陷，常发生于高速与高压的射出成型制程中，此相分离现象会影响生胚的质量，对于烧结过程中的翘曲与机械性质都非常重要。因此，如何预测模具充填时的粉末浓度是必须重视的课题。

Moldex3D 粉末注射成型模块功能导览

Moldex3D粉末注射成型模块（PIM）能仿真三维粉末注射成型制程，包含金属与陶瓷两种粉末。粉末注射成型充填的一般概念多数承袭于传统射出成型制程模型，这两者的主要差别在于射入模穴的材料复杂程度。Moldex3D粉末注射成型模块能提供充填阶段时的粉末浓度分析结果，以观察粉末－黏着剂的相分离现象。

注意：Moldex3D粉末注射成型模块支持solid与eDesign网格模型。

1. 前处理

其前处理阶段的步骤与基本模块相似： 

步骤1：建立新项目

步骤2：产生网格模型

步骤3：建立新组别

步骤4：执行分析

2. 开始分析

以下将列出特定步骤的操作说明。

1. 建立新项目

第一步开启Moldex3D Studio，选择新增建立新项目，第二步按下确定。

第三步，选择粉末注射成型。

2. 建立新组别

在前述步骤中建立新项目之后，将跳出建立新组别的对话框。类似传统射出成型模块，其新组别的设定流程完全相同，例如：汇入网格模型、选择材料，以及设定加工条件与计算参数。

完成这些设定后即可进行分析。返回Moldex3D Studio，点击分析顺序并选择完整分析－CF/PCW，以执行粉末注射成型分析。注意：根据您的需求，从下拉式选单中选择适合的分析序列。

3. 材料

在粉末注射成型模块中，材料特性应包含粉末信息。在材料精灵中，选择Moldex3D数据库并点选特别 (SPECIAL) 群组，接着选择粉末注射成型群组，并点选想要的制造商与原料的规格名称。

选择原料的新材料

4. 计算参数

点击计算参数页的进阶设定设定粉末参数，选择粉末参数设定页。使用者可根据粒子在充填过程中的分布情形，指定粒子摩擦系数与粒子参数。平均浓度此项参数是从材料参数中撷取，因此必须透过材料精灵修定。一般来说，越大的粒子直径与摩擦力会造成越严重的粉末分布不均。

•重力

预设中，Moldex3D会忽略受重力影响及行为，例如粉末因为不同密度在流体中的沉降。如果需要考虑这类影响，请至计算参数的流动保压页签，开启客制分析并在对应方向上指定重力的数值。

•粒子追踪

在计算参数的流动/保压页签下，点击粒子追踪，可以选择从入口或是浇口开始追踪。

3. 后处理

检视粉末注射成型模块的分析结果的简单方法就是使用流域分布图示。

为检视充填阶段时的粉末浓度，在Studio工作区中选择组别 (Run)> 分析结果 (Result) >充填分析 (Fill) > 粉末浓度(Powder Concentration)。不同充填百分比的结果将会在窗口中依序显示。藉由这项结果，可预测粉末注射成型件的潜在表面瑕疵。

充填阶段时生胚的粉末浓度 

保压阶段时生胚的粉末浓度

生胚的翘曲与总位移量