如何解决多模穴医疗产品成型流动不平衡的问题?

K哥

流动平衡是医疗器材在多模穴成型成功与否的关键，好的流动平衡可以协助提升产品质量并降低差异性。高分子熔胶是一种复杂的流体，其黏度会被剪切率和温度影响，尤其是多模穴成型时，流道里的内料温不均，造成模穴间很难达到流动平衡。此外，多模穴中有效保压时间和冷却时间都不尽相同，导致产品尺寸、重量甚至功能产生变异。图一就是一个当熔胶进入次流道时填充不平衡的例子。

图一. 在次流道发生的流动不平衡

在多模穴系统中，若能达成流道平衡便可在各模穴间取得一致的充填与保压时间，更凸显流道平衡在多模穴成型中的重要性。在成型时，必须确保模穴中塑件质量一致性，重量与尺寸的变异可能会导致产品退货并酿成损失。如果模具的排气或是流道设计不良，将会造成流道不平衡。然而即使使用几何对称流道设计，发生流道不平衡的机率依然存在；而只有八个模穴的简单模具，普遍也会发生流道不平衡的问题。一直以来，有各式各样的平衡流动的方法，都是以控制时间与熔胶的质量为主，那么我们又该如何进行应用?

首先一定要先了解造成充填不平衡的原因，通常而言是因为熔胶在流道系统中翻转或分流，造成料温分布不均。图二为剪切率的分布图，可以看出越接近模壁，剪切率越高；越接近流道中心则越低。剪切率越高摩擦力越大。如果累积的热能在通过模具时无法快速地散热，此时产生出来的热量就是所谓的”黏滞生热” 或”剪切生热”。通常有明显的黏滞生热产生时，我们会看到料温温度上升20°C左右，图三所示的流道图就是一个例子，当熔胶进入两个分流，温度分布就不再对称；接近转弯处内测温度较高，外侧则较低。因此高温熔胶在转弯内侧流动较快，若再一次分流就会形成流动差异。这种现象在使用对于具有黏度与温度高敏感性的塑料如: PMMA时非常明显。

图二. 剪切率在模穴中的分布

图三. 流道系统的横切面可看出在流道中甚至是模穴中对称的温度分布

图四. 单模穴的融胶流动不平衡显示出核心插件的偏移

已知较热的熔胶会提前到达模穴，因此能设计一个更长的流道或改变分流的位置，达到流动时间一致。然而要做到这点，模具需要经过不断修改和试验。而且，如果材料或加工条件有所改变，又需要再经过一番修改和调整。另一个方法是控制阀浇口以确保熔胶能在同一时间进入模穴，这个方法虽然能够灵活调整阀浇口，但需要更多的成本和更频繁的维护。若是通过Moldex3D的填充模拟，便能提早在模具设计时间决定如何调整流道或是控制阀门的开关。

以上方法虽能够协助熔胶流动达到平衡，然而模穴内温度分布不均的问题仍会导致部分体缩率不同。所幸可利用第二种方式来控制熔胶质量，使流道内部温度分布更均匀。Beaumont Technologies公司研发的专利MeltFlipper，可以利用一个独特的插件解决流道分流处熔胶温度分布不均的问题。

单模穴内的温度分布不均可能导致流动不平衡。图四是一个简化的针筒，其中熔胶在顶部的流动快于底部。因为模穴内较高的压力所造成的不平衡会使型芯偏移，如此一来会造成注射器两侧厚度不一，形成常见的产品缺陷。而Moldex3D真实三维流动模拟可以考虑到压力的不同，并据此计算核心偏移。

图五. 侧浇口热流道热设计案例

热流道系统是另一个有力的熔胶质量控制工具，如图五所示，当多个侧浇口的热浇道流道长度被降至最短，其占据模具的体积也会大幅缩小，因此非常适合应用在多模穴系统。热浇道供货商必须仔细设计流道几何和外围加热组件，以确保温度均匀分布在浇口附近。这解决了模穴与模穴间甚至是一射与一射间的产品变异。许多成功的设计都来自于Moldex3D精确的模拟，例如我们可以透过仿真产品重量随充填比例上升的关系(见图六)来验证设计。这就是为什么Moldex3D可以成为许多热浇道领导品牌，如：Mold Masters、Husky以及YUDO等供货商的合作伙伴。

图六. 预测不同模穴中填充率增加时模穴的重量。即使是在使用热浇道的情况下，仍可预测轻微的重量变化