Moldex3D模流分析之FRP(纤维补强材料)

树脂转注成型（Resin Transfer Molding，RTM）是利用FRP(纤维补强材料)制造方法的其中一种。FRP是一种由高分子基材通过纤维补强的复合材料；FRP产品因为其高强度和刚度已被广泛用于航空器和汽车。在树脂转注成型的基本制程为：纤维布首先被放入模穴，接着将热固性树脂注入到模穴中。

树脂转注成型制程最大的挑战是选择入口和通风位置，以避免流动不平衡。纤维布内非等向性之渗透率和流体黏度会随时间增加，而藉由3D模拟工具可以更准确地预测树脂的充填行为。Moldex3D的树脂转注成型模块可以辅助用户在产品设计前期（试模和模具制造前）修改及优化成型或设计。

Moldex3D的树脂转注成型模块（RTM）支持树脂产品的制程仿真。在设计与3D模拟方面，通过充填/熟化的分析，用户可以更容易评估决定适合的生产条件。此外，树脂转注成型模块提供智能化的精灵工具和后处理器，能够协助早期缺陷诊断和设计修改。

注：Moldex3D的RTM仅支持实体网格。

树脂转注成型(Resin Transfer Molding, RTM)是一种复合材料液态成型制程，适合用来生产需要高强度的产品，且相对于传统方法可以减少制造时间，已应用于许多地方，对复合材质的量产来说，是个非常具潜力的制程。随着需求增加及技术的进步，传统RTM也延伸出许多种特别的制程，诸如HP-RTM、WRTM及CRTM等。其中 湿式树脂转注成型(Wet Resin Transfer Molding, WRTM) ，同时包含了压缩成型及传统树脂转注成型两种制程(如下图)，利用预先放置好的预填料(charge)，经由模具压缩后充填于铺排好的纤维布中，大大降低了传统树脂转注成型的充填时间，同时充填也更均匀。此外，依照预填料的摆放设计，也降低了包封及短射等缺陷的产生。

WRTM制程示意图

在湿式树脂转注成型过程之中，树脂于纤维内部的流动复杂难明，纤维布的改动牵一发而动全身，多重预填料分布设计耗费时间与成本。藉由Moldex3D湿式树脂转注成型模块，让用户可轻松的改动纤维布及预填料分布设计，并利用模拟出来的流动结果来判断设计优劣，可为使用者提供一定的参考值，在实务上评估制程设计有很大的帮助。

RTM制程在进行模拟分析的阶段时，往往会遇到分析结果与实际生产不符的情形。当RTM产品迭层设计越复杂、产品肉厚越厚，流动差异就会越来越明显。因此，传统的2D或2.5D模拟技术难以充分表现出RTM产品在厚度方向的迭层材料差异及真实几何数据，材料会变得均一化、失去材料差异的信息，导致无法掌握产品厚度方向的流动行为。为了解决此难题，Moldex3D团队研发出真实三维模拟技术，即使几何复杂或是材料差异，仍可以忠实呈现流动行为，让使用者得以进一步观察树脂在纤维组成结构下的流动行为。透过Moldex3D的RTM模拟技术可让使用者进行更复杂的WRTM制程模拟。

如下图所示，使用者可以利用前处理工具来建构设计好的产品网格，再搭配湿式树脂转注成型制程中特有的预填料分布及压缩区设定，最后输出建构好的网格及纤维排向设定到Moldex3D之Studio中，即可进行参数设定及数据分析。

WRTM制程模拟流程图

利用Moldex3D模拟WRTM制程，结果如下所示。流动波前结果显示出预填料经由压缩后，不同于一般压缩成型，WRTM树脂充填时会倾向于先充填满该层纤维布后，才往下一层纤维布继续充填，这主要原因在于纤维布流动平面之渗透率(K11、K22)大于厚度方向之渗透率(K33)之故。

WRTM制程流动波前

此外，Moldex3D WRTM 模块也能再现WRTM常见的多重预填料分布，如下图所示，藉由预先铺排的预填料分布，也可再现实际制程的设定结果。更进一步可协助使用者进行预填料的铺排设计，大幅降低开模时间，同时也可藉由合适的预填料的铺排设计来避免短射等缺陷的发生。

WRTM的多重预填料分布示意图及模拟结果