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[模流分析] 案例分享:Moldex3D 提供医疗器材产品模流解决方案

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发表于 2017-1-25 17:05:13 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东广州
真实三维射出成型领导者Moldex3D与德国长期合作伙伴SimpaTec,共同拓展CAE模流技术在医疗领域的应用范畴。透过以下案例将可以了解Moldex3D多材质射出成型(MCM)和粉末射出成型(PIM)实际应用在人工髋关节器材上的情形。

人工髋关节一般由三个组件组成:金属柄、股骨头假体和髋臼假体。通常人工髋关节产品的生命周期约二十到三十年,而材料特性和耐用性成为决定产品寿命长短的关键因素。因此,Moldex3D和SimpaTec从既有及新推出的产品中找寻合适的方针,并提出发挥MCM和PIM两个模块综效之创新解决方案。

Moldex3D MCM是针对日益增加的多材质射出成型需求而设计的模块,包含嵌件成型、包覆成型及多射依序成型。MCM模块能够精准分析不同塑件间的交互作用,并预测因相异塑料而产生的翘曲问题。

另一个解决方案为Moldex3D PIM模块,主要应用在金属或陶瓷原料产品。Moldex3D PIM可提供成型原料(粉末及结合剂)的流动模拟,并且预测因不均匀粉末密度让生胚产生黑线的问题。
  

  
  
人工髋关节的股骨头是由Ti-AI6V4组成,股骨头上的陶瓷是经由粉末射出成型(PIM)而成。
  
  
  
  
金属柄下方是由另一个材料嵌件成型而成。
  
  
  
   
   
   

   
  
  
  
透过Moldex3D可以反映出成型过程出现的最大剪切应力。
  

结构分析可以导入因加工过程而产生变化的材料性质,进而计算出残余应力以及所需的热应力和变形量。设计人员则可以依据结构分析结果,快速进行产品优化。因具有优良的生物兼容性,陶瓷材料被视为理想的医用材料;例如羟基磷灰石或磷酸三钙(TCP) 具有高耐磨损性,氧化锆或钛(Ti-variations) 则因具有高应力,耐用性相对高。在这个案例中,人工髋关节的主要三个组件:金属柄、股骨头假体和髋臼假体都是由钛化合物(Ti-AI6V4)原料组成。而透过Moldex3D MCM模块,这三个组件可以得到精确的分析及验证。此外,在不同的负荷量与压力下,透过ABAQUS和Moldex3D FEA Interface整合,这些组件的机械性质即可获得优化。
Moldex3DPIM可以仿真且优化陶瓷组件射出成型

除了研究材料的特性外,Moldex3D也能精准预测常见的粉末射出成型问题,例如:缝合线和不均匀粉末密度分布等问题。透过精确的模拟能力,Moldex3D可以完整检视充填过程中,粉末密度、成型原料特性以及制程参数造成的影响,协助模具设计者达到产品优化。

Moldex3DPIM流动仿真与实际产品相当吻合

Moldex3D MCM 与 PIM的综合效应凸显CAE模拟分析能优化及提升医疗器材质量的优势。对于产品设计者,外科医生或是需要医疗照护的人,CAE仿真技术可以加速医疗产品质量提升,进一步改善人们生活质量。

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