樹脂轉注成型仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
樹脂轉注成型仿真的視頻教程
樹脂轉注成型仿真的實例教程
高分子強化復合材料產品常見的曲面，往往需要復雜的迭層設計，因此在進行樹脂轉注成型(RTM )制程建模時，須根據產品設計的迭層，建立對應的實體網格。若遇到曲面復雜的迭層，網格制作難度非常高，還須耗費許多時間在網格前處理上。否則模擬結果不理想，也會影響后面結果的判讀。
Moldex3D過去的版本在RTM的網格前處理上會較為耗時；在流道設計變更時，也會需要重新制作實體網格。另外某些案例在模擬分析時，會有波前破碎問題，以及內部壓力超過入口壓力的狀況。為了克服這些挑戰，Moldex3D 2021版本的RTM求解器中，支持了非匹配網格的分析；同時也強化了求解器計算，解決波前與壓力的問題，獲得更佳的分析結果。
若在RTM求解器尚未支持非匹配網格的情況下，如圖一(a)所示，進行RTM項目前處理時，需要生成完全匹配的實體網格，如圖一(b)所示。如此使用者就須檢查網格是否完全匹配，并解決網格的問題才能進行分析。Modex3D 2021 RTM求解器支援了非匹配網格求解器分析后，交界面的實體網格節點不需要完全匹配，即可進行分析，如此可替用戶省下修復實體網格的時間。
建立非匹配網格模型的步驟與建立匹配網格相同。若遇到想要評估迭層與流道設計變更時，就不需要將所有的網格全部刪除重新建立，僅需要調整部份的網格。
圖一 (a)非匹配網格、(b)匹配網格
以下驗證案例比較非匹配網格與匹配網格模擬結果的差異。此案例的模型是根據滲透率量測儀器Easyperm所建立，儀器外觀如圖二(a)，模具內部如圖二(b)，依照模穴幾何建立的模型如圖二(c)所示。SNX1、SNX2、SNY1、SNY2是模具內部壓力傳感器位置，非匹配網格如圖三(a)(b)；圖三(c)(d)與圖四是模擬結果；圖四中NM simu是非匹配網格的模擬結果，M simu是匹配網格的模擬結果。
展開 樹脂轉注成型模塊 (Resin Transfer Molding)
樹脂轉注成型概論
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樹脂轉注成型模塊功能介紹
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。
注：Moldex3D的RTM僅支持實體網格。
1. 模型建構 (Model Preparation)
建立復數迭層模型
為了準備好RTM仿真需要的模型且包含了復數迭層和各自不同的纖維布排向，在Moldex3D Mesh (Rhino) 中點擊RTM Wizard 來開始。RTM Wizard (RTM精靈) 提供了互動型的整合功能，用戶可在此預備好模型對象、網格、纖維布排向和邊界條件(BC)，在輸出成MFE檔供RTM模擬。操作流程及不同頁簽提供的功能將在以下一一簡述：
Import：匯入幾何文件或網格模型(支持Moldex3D、LS-DYNA)。
展開 樹脂轉注成型分析結果
當分析完成后，充填和熟化結果可通過多時間輸出。分析結果可以看到樹脂的流動、熟化與冷卻預測，可以幫助使用者更靈活的去驗證樹脂轉注成型制程和優化流程設計，提高可制造性，縮短產品上市時間。
注：EOF后是指熟化時間；熟化開關是指熟化的轉換結束；100％充填是指模具被完全充滿的時間。
分析參數與經歷在 LGF文件會記錄
數學模型和假設
非等溫樹脂在有纖維預制布的模具的3D流動可由下式表示。
連續性方程式
樹脂被假設為不可壓縮的黏性流體。根據上述的假設，質量守恒定律可以被表示為：
?·u = 0
注：u = 速度向量，t = 時間，ρ = 樹脂密度
滲透率張量
滲透率描述流體流過的能力。高滲透率材料通常可以更快快速充填。對于各向異性的滲透率，張量K構成組件代表著不同方向充填的難易程度。滲透率張量是由纖維布的排向和滲透率組成。K22 和K11 纖維布在平面的滲透率，而K33 這是厚度方向的滲透率。
其中 Kij (i, j = x, y, or z) 則是滲透率張量的分量，K11, K22, and K33 是在多孔介質的主滲透率，lij 局部坐目標方向余弦。L1和L2是在橫向方位的纖維布的排向，和L3是纖維布厚度方向的排向。
?達西定律 (Darcy's Law)
達西定律可以用來形容纖維材料浸漬的樹脂流動性為。達西定律常被是為在多孔介質的標準流動模型。
展開 挑戰
由于芯材包含了刻溝和孔道，本案例不僅是要模擬常見的純纖維RTM，也要挑戰更復雜的幾何結構，增加仿真的困難度。
解決方案
Moldex3D RTM 模塊可以針對各個迭層定義不同的屬性及纖維排向，有利于模擬復雜的RTM制程。其獨特的等效滲透率功能，精準的仿真PVC 芯材里刻溝與流道的流動特性，達到模擬與實驗結果比對高度的準確性。
效益
精準仿真三明治結構流體行為
簡化RTM仿真流程，縮短開發周期
優化制程
案例研究
現行研究中多將用于強化的芯材及纖維布視為單一對象，并以達西定律描述其特征：
在方程式中，u和μ代表流動黏性和樹脂黏性；K和?則為流動介質的滲透率和孔隙率；?P是壓力梯度。在此計算模式之下，導流網和無纖維區域的流動特征就無法去耦合，從而限制了所開發模型的準確性和靈活性。
本案例中，清大團隊使用的研究模型為三明治結構的復合材材料，其結合了玻璃布及含有刻溝的PVC芯材(圖一)。實驗方法則為真空輔助樹脂轉注成型(VARTM)(圖二)。
圖一 三明治結構模型：(a)示意圖、(b)對象實體照及(c)仿真中的實體網格。
圖二 本案例之實驗方法
清大團隊使用有限體積法，分別模擬樹脂在PVC芯材中含纖及不含纖(例如刻溝)區域時的流動行為(圖三)。芯材尺寸為480×320×10.2 mm3。芯材中有兩種刻溝，其中長方形的刻溝寬1 mm、深8.2 mm，以縱橫交錯方式排列，兩條最接近的平行刻溝距離約為29 mm；此外有408條垂直圓柱形刻溝， 直徑2 mm、深10.2 mm，平均分配在芯材中。清大團隊以達西定率模擬樹脂流動。在設計完芯材結構之后，藉由達西定律以等效滲透率對通道內部的流動行為進行建模。這樣可以使用相同類型的控制方程式來設計整個模擬，使邊界條件的設置相對容易。
展開 快速范例教學 (Quick Start)
本節教學提供簡單但從最開始的操作流程來完成一仿真轉注成型制程的IC封裝分析項目，并藉此讓用戶對此模塊的功能與操作流程有大致的了解。主要分成兩個部分：準備模型與準備分析。
注: 如需更進一步將轉注制程模擬延伸至包含轉注缸內的充填行為，需要使用的模塊應改為壓縮成型(CM)來完整地定義預填料(Charge)、壓縮面與壓縮方向。
此教學所涉及到的所有功能皆如下所列，而更詳盡的功能介紹及參數定義則請參考先前包含所有功能介紹的章節。
本章教材所涵蓋的功能如下表所列：
1) 準備模型教學(Prepare Model)
開啟 Moldex3D Studio 并在主頁簽點選新增(New)以建立新項目，如下圖所示輸入名稱(Name)及位置(Location)后按下確認鍵即可建立新的分析組別，并確認制程類型為芯片封裝(Encapsulation)，點選匯入幾何匯入IC組件(TransferMolding.igs 檔案位于[安裝路徑]\Samples\Solid\Encapsulation\Transfer Molding)。在完成上述步驟后，便可由模型頁簽開始準備模型。
點選封裝組件精靈(Encapsulation Component)，選擇一個封閉曲線以設定它的屬性(Attribute)、厚度(Thickness)與位置(Position, Z軸)，接著點選存檔(Save)進行下一個組件的設定，依照下圖信息建立環氧樹脂(Epoxy)、芯片(Chip)、基板(Substrate)及導線架(Lead frame)。
注記：若組件有重迭的情況發生，則優先建立內部組件。
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為什么使用壓縮成型模擬?
壓縮成型為塑料在高溫高壓的條件下被擠壓進預熱的膜腔中直到固化的成型過程。其制程可用于大量生產且達到低成本的制模，適用于具有復雜外觀、高強度或抗高沖擊性的產品。
壓縮成型能夠快速生產復雜的復合材料部件，Moldex3D支持許多不連續的且常用于壓縮成型的FRP材料，包含熱塑性材料GMT、LFT-G、LFT-D；也支持熱固性材料，例如SMC、BMC材料。
模擬挑戰
為什么使用粉末注射成型(PIM)模擬?
粉末注射成型(PIM)技術起源于1973年，利用金屬或陶瓷粉末加上一定量的黏著劑(binder) 共同組成置備料(feedstock)。 粉末注射成型置備料可以透過射出、脫脂與燒結等程序后，可以做出各種產品。粉末注射成型透過單一的加工制程直接做出復雜形狀的產品，適合大量制造，已經廣泛使用于各種產業。
挑戰
? 產品表面及外觀質量
? 有效的降低體積收縮
使用電子灌封的益處
使用聚氨酯(PU)、硅膠、環氧樹脂進行電子灌封具有以下這些優勢：
? 絕緣性能：聚氨酯(PU)、硅膠和環氧樹脂具有有效的絕緣性能，保護電子組件不受潮濕、灰塵和其他環境因素影響，提高設備的穩定性和可靠性。
? 保護組件：電動車和行動裝置，尤其是高功率組件，通常會受到機械震動或沖擊的影響。因此會針對這些材料提供額外的防護，降低損壞風險。
? 耐高溫性：灌封材料通常具有出色的耐高溫性
結構力學分析（靜力/動力/疲勞）、多體系統仿真（MBD）、鑄造/成型過程模擬是一個非常經典且覆蓋面廣的工業仿真問題，涵蓋了機械、材料和制造工程的核心領域。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，深入理解這些算法的計算特性，是為客戶提供精準、高效硬件配置方案的基礎。
我將為您逐一解析這三大仿真領域。
核心結論速覽表
冷軋是一種在低于再結晶溫度（通常為室溫）的溫度下，通過輥子對金屬板材進行進給以壓縮其厚度的工藝。
本模擬演示了鋁材的冷軋過程。
本案例對彈性和塑料材料進行了對比模擬。
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自由鍛與環軋工藝過程復雜、仿真困難，難以精準還原實際過程，導致仿真精度受到影響。此外，大型坯料的自由鍛與環軋工藝參數驗證工作成本高，周期長。
傳統的工藝仿真軟件難以復現上述如此復雜的成形過程，Simufact Forming軟件為了方便用戶的仿真分析，單獨設立了自由鍛、環軋專業模塊，用戶僅需要按照軟件內置的工藝設備模板進行模型的搭建
化學發泡成型概論
化學發泡成型（Chemical Foaming Molding, CFM）是藉由化學反應產生氣體而達成填滿模穴的成型工藝，聚氨酯(polyurethane, PU)發泡成型為化學發泡成型中最常見的一種。聚氨酯發泡體根據其機械性質可區分為硬質及軟質發泡體兩大類，硬質發泡體為施加載重后會破壞而不能回復者，軟質發泡體則為去除載重后會回復原形，并具可撓性與高彈性。聚氨酯發泡體可應用于汽車工業如儀表板
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料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。
分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。Moldex3D
