Moldex3D模流分析之Resin Transfer Molding,RTM

樹脂轉注成型(Resin Transfer Molding,RTM)是利用FRP(纖維補強材料)制造方法的其中一種。FRP是一種由高分子基材通過纖維補強的復合材料;FRP產品因為其高強度和剛度已被廣泛用于航空器和汽車。在樹脂轉注成型的基本制程為:纖維布首先被放入模穴,接著將熱固性樹脂注入到模穴中。

樹脂轉注成型制程最大的挑戰是選擇入口和通風位置,以避免流動不平衡。纖維布內非等向性之滲透率和流體黏度會隨時間增加,而藉由3D模擬工具可以更準確地預測樹脂的充填行為。Moldex3D的樹脂轉注成型模塊可以輔助用戶在產品設計前期(試模和模具制造前)修改及優化成型或設計。

Moldex3D模流分析之Resin Transfer Molding,RTM的圖1

Moldex3D的樹脂轉注成型模塊(RTM)支持樹脂產品的制程仿真。在設計與3D模擬方面,通過充填/熟化的分析,用戶可以更容易評估決定適合的生產條件。此外,樹脂轉注成型模塊提供智能化的精靈工具和后處理器,能夠協助早期缺陷診斷和設計修改。

:Moldex3D的RTM僅支持實體網格。

樹脂轉注成型(Resin Transfer Molding, RTM)是一種復合材料液態成型制程,適合用來生產需要高強度的產品,且相對于傳統方法可以減少制造時間,已應用于許多地方,對復合材質的量產來說,是個非常具潛力的制程。隨著需求增加及技術的進步,傳統RTM也延伸出許多種特別的制程,諸如HP-RTM、WRTM及CRTM等。其中 濕式樹脂轉注成型(Wet Resin Transfer Molding, WRTM) ,同時包含了壓縮成型及傳統樹脂轉注成型兩種制程(如下圖),利用預先放置好的預填料(charge),經由模具壓縮后充填于鋪排好的纖維布中,大大降低了傳統樹脂轉注成型的充填時間,同時充填也更均勻。此外,依照預填料的擺放設計,也降低了包封及短射等缺陷的產生。

Moldex3D模流分析之Resin Transfer Molding,RTM的圖2

WRTM制程示意圖

在濕式樹脂轉注成型過程之中,樹脂于纖維內部的流動復雜難明,纖維布的改動牽一發而動全身,多重預填料分布設計耗費時間與成本。藉由Moldex3D濕式樹脂轉注成型模塊,讓用戶可輕松的改動纖維布及預填料分布設計,并利用模擬出來的流動結果來判斷設計優劣,可為使用者提供一定的參考值,在實務上評估制程設計有很大的幫助。

RTM制程在進行模擬分析的階段時,往往會遇到分析結果與實際生產不符的情形。當RTM產品迭層設計越復雜、產品肉厚越厚,流動差異就會越來越明顯。因此,傳統的2D或2.5D模擬技術難以充分表現出RTM產品在厚度方向的迭層材料差異及真實幾何數據,材料會變得均一化、失去材料差異的信息,導致無法掌握產品厚度方向的流動行為。為了解決此難題,Moldex3D團隊研發出真實三維模擬技術,即使幾何復雜或是材料差異,仍可以忠實呈現流動行為,讓使用者得以進一步觀察樹脂在纖維組成結構下的流動行為。透過Moldex3D的RTM模擬技術可讓使用者進行更復雜的WRTM制程模擬。

如下圖所示,使用者可以利用前處理工具來建構設計好的產品網格,再搭配濕式樹脂轉注成型制程中特有的預填料分布及壓縮區設定,最后輸出建構好的網格及纖維排向設定到Moldex3D之Studio中,即可進行參數設定及數據分析。

Moldex3D模流分析之Resin Transfer Molding,RTM的圖3

WRTM制程模擬流程圖

利用Moldex3D模擬WRTM制程,結果如下所示。流動波前結果顯示出預填料經由壓縮后,不同于一般壓縮成型,WRTM樹脂充填時會傾向于先充填滿該層纖維布后,才往下一層纖維布繼續充填,這主要原因在于纖維布流動平面之滲透率(K11、K22)大于厚度方向之滲透率(K33)之故。

Moldex3D模流分析之Resin Transfer Molding,RTM的圖4

WRTM制程流動波前

此外,Moldex3D WRTM 模塊也能再現WRTM常見的多重預填料分布,如下圖所示,藉由預先鋪排的預填料分布,也可再現實際制程的設定結果。更進一步可協助使用者進行預填料的鋪排設計,大幅降低開模時間,同時也可藉由合適的預填料的鋪排設計來避免短射等缺陷的發生。

Moldex3D模流分析之Resin Transfer Molding,RTM的圖5

WRTM的多重預填料分布示意圖及模擬結果

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