為提高產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)業(yè)界投入許多心力制造更輕量、更堅(jiān)固及高效能的產(chǎn)品。過去十年以來，由于纖維強(qiáng)化塑料(FRP)的高機(jī)械強(qiáng)度和輕量化特性，使其被廣泛運(yùn)用于制造3C、汽車、造船、航天和風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)品。樹脂轉(zhuǎn)注成型(RTM)則是目前最具前瞻性的新興技術(shù)。RTM屬液體復(fù)合材料成型的一種，適合用于生產(chǎn)幾何復(fù)雜的大型塑件，并能滿足高機(jī)械強(qiáng)度、嚴(yán)格的尺寸公差及外觀等要求，因此被產(chǎn)業(yè)廣泛運(yùn)用。

此外，RTM也是最具效率和經(jīng)濟(jì)性的制程之一，原因包括：設(shè)備不昂貴、閉模制程、射壓低、容易控制機(jī)械特性、可結(jié)合金屬嵌件及附件、可用于生產(chǎn)復(fù)雜的大型塑件，以及低勞力成本等。然而RTM產(chǎn)業(yè)中仍面臨一些挑戰(zhàn)，例如：由于產(chǎn)品中纖維體積較大的區(qū)域?qū)δＡ餍袨橛绊憳O巨，導(dǎo)致樹脂流動(dòng)行為不容易被準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。因此RTM現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員仍無法精確掌握這些影響，也無法在灌注制程結(jié)束前觀察和驗(yàn)證塑件是否已浸潤(rùn)飽合。若產(chǎn)品尚未達(dá)到100%浸潤(rùn)，將產(chǎn)生干斑或氣孔等缺陷，如此一來產(chǎn)品就必須丟棄，直到成功制造出沒有干斑的RTM產(chǎn)品為止。

若使用此試誤方法來制造大型結(jié)構(gòu)的RTM產(chǎn)品(例如事業(yè)級(jí)渦輪葉片)，成本相當(dāng)昂貴。透過有效的CAE仿真技術(shù)，即可預(yù)測(cè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的RTM產(chǎn)品流動(dòng)行為。目前市場(chǎng)上對(duì)RTM產(chǎn)品的需求及潛在客戶皆相當(dāng)龐大，包括纖維材料制造商、模具制造商等，然而可仿真RTM的分析軟件仍相當(dāng)稀少。纖維布的滲透率是影響RTM CAE仿真質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)之一；而滲透率代表多孔介質(zhì)(例如纖維布)的特性，也是流體或氣體可滲入介質(zhì)能力的指標(biāo)；高滲透率即但表流體可快速通過介質(zhì)。若使用傳統(tǒng)的量測(cè)方法，例如真空輔助樹脂轉(zhuǎn)注成型(VARTM)，需要將真空袋將打開的模具密封，以制造出一真空環(huán)境，此過程不但費(fèi)時(shí)費(fèi)工且容易產(chǎn)生人為錯(cuò)誤。

有鑒于此，Moldex3D材料科學(xué)研究中心導(dǎo)入了EASYPERM(圖一)，以提升復(fù)合材料的量測(cè)能力。EASYPERM曾在2015年獲得JEC創(chuàng)新獎(jiǎng)(JEC Invention Award)，是用以量測(cè)纖維布滲透特性的儀器，可透過壓力傳感器測(cè)量出產(chǎn)品不同布位的局部壓力，并描繪出內(nèi)部平面及外部平面的滲透率。纖維布滲透率是透過均衡流動(dòng)率及局部壓力并應(yīng)用達(dá)西定律計(jì)算而得。本研究中，我們模擬油在滲透率量測(cè)過程中非均衡階段的充填行為，以驗(yàn)證模擬工具的可靠度。在此階段，系統(tǒng)尚未達(dá)到均衡狀態(tài)，且局部壓力有時(shí)會(huì)增加。

圖一 (a)EASYPERM；(b)注塑模具；(c)數(shù)據(jù)采集及分析接口

透過壓力傳感器(圖二)不只可觀察到局部壓力隨著時(shí)間的變化，且能掌握流動(dòng)波前抵達(dá)的時(shí)間。當(dāng)流動(dòng)波前到達(dá)感測(cè)點(diǎn)時(shí)，局部壓力就會(huì)從零開始增加。接下來進(jìn)行交叉驗(yàn)證，我們?cè)贛oldex3D RTM模塊中復(fù)制了一個(gè)EASYPERM模穴，并在模擬時(shí)使用與實(shí)驗(yàn)相同的注塑設(shè)定。此驗(yàn)證案例針對(duì)模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的波前到達(dá)時(shí)間和壓力增加趨勢(shì)進(jìn)行比較。圖三(a)顯示仿真的流動(dòng)波前與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常相似，可見Moldex3D RTM求解器有很高的精確度(圖四、表一)。

圖二 壓力感測(cè)點(diǎn)在模穴內(nèi)部平面幾何中的位置(△為原本位置上的壓力感測(cè)點(diǎn)，○則是在平面內(nèi)其他部位的壓力感測(cè)點(diǎn))

圖三 根據(jù)實(shí)際注塑條件進(jìn)行的模擬設(shè)定：(a)進(jìn)澆點(diǎn)及壓力感測(cè)位置；(b)流動(dòng)波前時(shí)間

圖四 EASYPERM實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果比較，二者相當(dāng)接近，皆顯示當(dāng)流動(dòng)波前到達(dá)感測(cè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，壓力從零開始增加。

在RTM模擬中，材料特性如纖維布滲透率，對(duì)模擬準(zhǔn)確度會(huì)產(chǎn)生很大的影響。傳統(tǒng)VARTM量測(cè)的滲透率數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和可靠度皆只能仰賴實(shí)驗(yàn)室人員的操作，為了改善此問題，Moldex3D特地?cái)U(kuò)大了材料量測(cè)能量，導(dǎo)入EASYPERM，滿足產(chǎn)業(yè)對(duì)于復(fù)合材料的模擬需求。