大綱

粉末射出成型(PIM)常用于制造復雜制品，例如本案例的一體式氧化鋯人工牙根(圖一)。然而此雙射成型制程中，也產生了翹曲和體積收縮問題。因此本案例將著重于使用田口方法來優化制程參數，以改善翹曲、達到更小的體積收縮，以及均勻的粉末濃度。過程中并使用Moldex3D的充填、保壓、翹曲分析，模擬不同參數下的產品質量。

圖一 一體式氧化鋯人工牙根產品，包含第一射(左)和第二射(右)

挑戰

• 雙射成型產品的尺寸變形問題

• 不均勻的粉末濃度

• PIM成型周期須縮短

解決方案

藉由Moldex3D粉末射出成型(PIM)及多材質射出成型(MCM)模塊，分析產品質量，并用田口方法找到最佳成型參數設定，以優化產品設計

效益

• 將翹曲降低，并改善粉末濃度均勻度

• 第一射的產品質量提高12.12%，第二射產品質量提高59.03%

• 減少修模時間和成本

• 成功縮短產品研發周期

案例研究

本案例目標為改善燒結前生胚的不均勻的收縮及粉末濃度。為解決此問題，高應大團隊利用Moldex3D尋找較佳的多材質射出(MCM)制程參數。
首先藉由Moldex3D粉末射出成型模塊仿真原始設計的成型條件。仿真結果顯示此雙射生胚有不均勻的體積收縮，會造成嚴重的翹曲變形，且會影響產品結構強度。

接下來以田口方法決定充填時間、保壓壓力、模溫和料溫等成型參數，直交表包含此四個變量各有三個階層，并根據優化的成型參數進行氧化鋯人工牙根進行模擬分析。最終結果顯示，產品翹曲都已降低：第一射翹曲由0.488 mm降為0.145 mm；第二射翹曲則由0.059 mm降為0.022 mm (圖二及圖三)。粉末濃度也變得更均勻(圖四及圖五)。產品整體質量改善了，可避免掉重復的修模成本。

圖二 原始設計中第一射(左)及第二射(右)之總翹曲位移分析結

圖三 優化設計中第一射(左)及第二射(右)之總翹曲位移分析結果

圖四 原始設計中第一射(左)及第二射(右)之粉末濃度分析結果

圖五 優化設計中第一射(左)及第二射(右)之粉末濃度分析結果

結果

高應大團隊借助Moldex3D的模擬分析，成功在實際制造前改善尺寸位移差異、翹曲問題和粉末濃度(表一)。透過田口方法找出更佳制程參數后，第一射產品質量提升了12.12%，第二射質量提升59.3%。此外Moldex3D也讓用戶能夠在產品設計時間就能事先解決粉末濃度不均問題、改善產品質量，并節省試模成本、縮短產品上市時間。