【模擬混煉】電腦模擬於材料混煉與優化塑形技術的工程實務解析

｜從虛擬實驗室到可預測的塑膠製程設計

｜塑膠製程為何需要以模擬支撐工程決策

在塑膠材料混煉與成型製程中，材料配方、溫度控制、剪切歷程與設備幾何彼此高度耦合，使得製程結果往往難以單靠經驗或少量試模即準確掌握。隨著產品品質要求提高與開發週期縮短，工程團隊逐漸需要一套可在設計階段即提供物理依據的分析方法。

電腦輔助工程（CAE, Computer-Aided Engineering），正是在此背景下成為塑膠產業中不可或缺的工程工具。透過數值模型與計算分析，CAE 能於虛擬環境中重現材料在混煉與塑形過程中的流動、熱傳與物性變化，協助工程師在不同製程階段進行判斷與優化。

｜CAE 作為塑膠製程的「虛擬實驗室」

 

｜模擬與 AI：工程數據的來源關鍵

工程領域中的 AI 應用，並非單純透過文字輸入即可得到答案，而是需明確定義輸入條件與輸出結果，並以大量資料進行訓練，才能建立具可靠性的模型。

然而，若完全仰賴實驗取得訓練資料，成本與時間皆極為龐大。相較之下，CAE 模擬能以相對低成本的方式，產出大量且具物理一致性的工程數據。在 GPU 計算效能快速提升的環境下，模擬已成為工程 AI 與智慧製程發展中重要的資料來源。

 

｜熱流模擬在塑膠製程中的工程應用

在塑膠產業中，螺桿混煉是材料改質與配方設計的核心環節。然而，實務上每一次螺桿組型、組態或材料條件的調整，往往伴隨顯著的試機與停線成本。

針對此類問題，一維同向雙螺桿模擬工具 Ludovic 提供快速且系統化的工程評估方式。透過秒級計算時間，即可估算材料在螺桿軸向上的壓力、剪切與黏度分布，並進一步取得滯留時間分布，以及用於判斷混煉效率的分配混合與分散混合指標。

此類模擬特別適合用於製程前期設計與方案比較，協助工程師在相同材料條件下，快速評估不同螺桿組型與排列方式的整體性能差異。

■ SigmaSoft : 模流分析與模具設計

射出成型製程中，材料性質、澆口與流道設計，以及冷卻系統配置，皆會直接影響最終成型品質。透過模流分析工具 SigmaSoft，工程師可在設計階段即預測模腔填充過程、空氣滯留分布，以及焊接線可能產生的位置。

相較於僅針對流道或模腔進行分析，SigmaSoft 可將整副模具納入計算，考慮模具各部件在熱傳上的交互影響，建立接近實際運作狀態的「虛擬模具」概念。對於複雜射出成型或雙料射出產品，此類分析有助於在設計階段即降低製程風險。

 

■ Ansys Polyflow : 高分子與流變模擬

塑膠材料在熔融狀態下，多半呈現非牛頓流體甚至具黏彈特性，使得一般流體力學模型在某些應用上難以完整描述其行為。

高分子與流變模擬可用於解析押出成型過程中，材料因應力釋放、剪切降低或溫度變化所導致的形狀變化，協助工程師預估口金設計或製程條件對產品成型的影響。此外，在吹塑與熱成型應用中，模擬亦可預測材料受氣壓拉伸後的厚度分布，作為製程設計與優化的參考依據。

｜以 CAE 建立可預測、可驗證的塑膠製程設計

隨著塑膠材料配方與成型技術日益複雜，製程設計已難以僅依賴經驗與試誤方式進行優化。透過電腦輔助工程（CAE），工程師得以在虛擬環境中解析材料於混煉與塑形過程中的流動、熱傳與物性變化，將製程關鍵因素轉化為可量化、可驗證的工程依據，進而提升設計效率與製程穩定度。

虎門科技長期深耕 CAE 工程模擬、塑膠材料混煉與成型製程分析等相關領域，持續協助工程團隊將模擬導入實際製程決策流程中，從前期設計評估、製程優化到問題解析，建立具工程可信度的分析基礎。

若您在材料混煉、螺桿設計、射出成型或塑形製程中，面臨性能評估、製程穩定性或設計驗證等工程課題，歡迎與虎門科技聯繫，一同從工程角度探討合適的模擬分析方法，為製程設計建立更具預測性的決策基礎!