如何解決多模穴醫(yī)療產(chǎn)品成型流動(dòng)不平衡的問題

流動(dòng)平衡是醫(yī)療器材在多模穴成型成功與否的關(guān)鍵，好的流動(dòng)平衡可以協(xié)助提升產(chǎn)品質(zhì)量并降低差異性。高分子熔膠是一種復(fù)雜的流體，其黏度會(huì)被剪切率和溫度影響，尤其是多模穴成型時(shí)，流道里的料溫不均，造成模穴間很難達(dá)到流動(dòng)平衡。再者，多模穴中有效保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間都不盡相同，導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸、重量甚至功能產(chǎn)生變異。圖1就是一個(gè)當(dāng)熔膠進(jìn)入次流道時(shí)填充不平衡的例子。

圖1 在次流道發(fā)生的流動(dòng)不平衡

在多模穴系統(tǒng)中，若能達(dá)成流道平衡便可在各模穴間取得充填與保壓時(shí)間一致，更凸顯流道平衡在多模穴成型中的重要性。在成型時(shí)，必須確保模穴中塑件質(zhì)量一致性，因?yàn)樗芗亓颗c尺寸的變異會(huì)導(dǎo)致退件并造成損失。如果模具的排氣不暢或是流道設(shè)計(jì)不良，將會(huì)造成流道不平衡。然而即使是模具使用幾何對(duì)稱流道設(shè)計(jì)，發(fā)生流道不平衡的機(jī)率依然存在；就算只有八個(gè)模穴這樣的簡(jiǎn)單模具，流道不平衡也是很常見的。一直以來，有各種促成流動(dòng)平衡的方法因應(yīng)而生，主要都是針對(duì)控制時(shí)間與熔膠的質(zhì)量，那么我們又該如何進(jìn)行應(yīng)用?

首先一定要去了解充填不平衡的原因。充填不平衡通常是因?yàn)槿勰z在流道系統(tǒng)中翻轉(zhuǎn)或分流造成料溫分布不均。圖2顯示剪切率的分布，可以看出越接近模壁，剪切率越高；越接近流道中心則越低。剪切率越高摩擦力越大。如果累積的熱能在通過模具時(shí)無法快速地散熱，此時(shí)產(chǎn)生出來的熱量就是所謂的“黏滯生熱”或“剪切生熱”。通常當(dāng)顯著的黏滯生熱產(chǎn)生時(shí)，我們會(huì)看到料溫溫度上升20°C左右。圖3所示的流道圖就是一個(gè)例子，當(dāng)熔膠進(jìn)入兩個(gè)分流，溫度分布就不再對(duì)稱；接近轉(zhuǎn)彎處內(nèi)側(cè)溫度較高，外側(cè)則較低。因此高溫熔膠在轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)流動(dòng)較快，若再一次分流就會(huì)形成流動(dòng)差異。這種現(xiàn)象在使用對(duì)于具有黏度與溫度高敏感性的塑料如：PMMA時(shí)非常明顯。

圖2 剪切率在模穴中的分布

已知較熱的熔膠會(huì)提前到達(dá)模穴，因此能設(shè)計(jì)一個(gè)更長(zhǎng)的流道或改變分流的位置，達(dá)到流動(dòng)時(shí)間一致。然而要做到這點(diǎn)，模具需要經(jīng)過不斷修改和試驗(yàn)。而且，如果材料或加工條件有所改變，又需要再經(jīng)過一番修改和調(diào)整。另一個(gè)方法是控制閥澆口以確保熔膠能在同一時(shí)間進(jìn)入模穴，這個(gè)方法雖然能夠靈活調(diào)整閥澆口，但需要更多的成本和更頻繁的維護(hù)。若是通過Moldex3D的填充模擬，便能提早在模具設(shè)計(jì)時(shí)間確定如何調(diào)整流道或是控制閥門的開關(guān)。

圖3 流道系統(tǒng)的橫切面可看出在流道中甚至是模穴中對(duì)稱的溫度分布

圖4 單模穴的融膠流動(dòng)不平衡顯示出核心插件的偏移

以上方法雖能夠協(xié)助熔膠流動(dòng)達(dá)到平衡，然而模穴內(nèi)溫度分布不均的問題仍會(huì)導(dǎo)致部分體積收縮率不同。所幸可利用第二種方式來控制熔膠質(zhì)量，使流道內(nèi)部溫度分布更均勻。Beaumont Technologies公司研發(fā)的專利MeltFlipper，可以利用一個(gè)獨(dú)特的插件解決流道分流處熔膠溫度分布不均的問題。

單模穴內(nèi)的溫度分布不均可能導(dǎo)致流動(dòng)不平衡。圖四是一個(gè)簡(jiǎn)化的針筒，其中熔膠在頂部的流動(dòng)快于底部。因?yàn)槟Ｑ▋?nèi)較高的壓力所造成的不平衡會(huì)使型芯偏移，如此一來會(huì)造成注射器兩側(cè)厚度不一，形成常見的產(chǎn)品缺陷。而Moldex3D真實(shí)三維流動(dòng)模擬可以考慮到壓力的不同，并據(jù)此計(jì)算核心偏移。

熱流道系統(tǒng)是另一個(gè)有力的熔膠質(zhì)量控制工具，如圖5顯示，當(dāng)多個(gè)側(cè)澆口的熱澆道流道長(zhǎng)度被降至最短，所需占模具的體積也大幅縮小，因此非常適合應(yīng)用在多模穴系統(tǒng)。熱澆道供貨商仔細(xì)地設(shè)計(jì)流道幾何和外圍的加熱組件，以確保從熔膠一致的溫度分布。這解決了模穴與模穴間甚至是一射與一射間的產(chǎn)品變異。而在每一個(gè)成功的設(shè)計(jì)背后都來自于Moldex3D精確的模擬。Moldex3D可協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具開發(fā)業(yè)者更精準(zhǔn)掌控產(chǎn)品質(zhì)量，例如，從產(chǎn)品重量隨充填比例上升關(guān)系的模擬結(jié)果(見圖6)，可用來判斷一個(gè)設(shè)計(jì)是否有效。這就是為什么Moldex3D成為許多熱澆道領(lǐng)導(dǎo)品牌，如Mold Masters、Husky和YUDO等供貨商的合作伙伴。

圖6 預(yù)測(cè)不同模穴中填充率增加時(shí)模穴的重量

即使是在使用熱澆道的情況下，仍可預(yù)測(cè)輕微的重量變化。