随着科技进步及需求提升，多模穴共注射成型(Multi-cavity Co-injection Molding)技术现已广泛应用于各种产业，包含汽车部件或结构增强产品(structural reinforcement product)等。多模穴共注射成型技术的优点包括减少材料浪费和成本、提高生产率和产量等等。
然而，一般适用于单模穴共注射成型系统的准则，并不能完全应用在多模穴系统。要设计成功的多模穴共注射系统，关键在于掌握整个模制零件芯层(core)和皮层(skin)的良好分布。由于共射出成型技术是非常复杂，再搭配流动平衡不易的多模穴技术，要达到理想的材料分布十分困难。
计算器辅助工程（CAE）工具Moldex3D常被产业界用来模拟潜在成型问题和分析多模穴共注射成型的复杂机制。本文将探讨如何利用Moldex3D来评估流量和腔体设计带来的影响，以获得有效的多模穴共注射成型系统。
本案例为一多模穴共注射成型仿真，产品几何形状及尺寸如图一所示，其皮层和芯层之材料均为POLYREX®PG-22。在共注射成型中，先注入一定比例的皮层，然后将芯层材料注入完成填充，比例为皮层:芯层 = 72:28，然后改变芯层射速。
图一 多模穴共注射成型几何形状及尺寸
根据仿真结果与现场实验比对结果显示，芯层流动波前(如图二)在低射速（10.2 cm3 / S）时，最长芯距离是在模穴1的方向；而处于高射速时（51 cm3 / S），则是模穴2与模穴3的方向最长。实验和模拟结果的流动行为都有类似的趋势。
图二 实验验证（芯层）结果，蓝线表示芯层之实验流动波前，红色区域则是仿真结果
为进一步了解在低黏度芯层之渗透与不同射速的关系，图三为一设计仿真实验，在相同产品设计下，由低到高改变芯层射速。结果显示，在低射速（10 cm3 / S）时芯层首先达到模穴1；而当速度提高到16 cm3 / S时，芯层首先达到模穴2；此外随着射速提高，往模穴1方向的芯层比率会越来越低。此现象归因于在模穴2及3的高剪切应力，导致更多的芯材进入其中。
图三 芯层之流动波前模拟结果
值得注意的是，即使了解芯层材料的渗透作用，仍不能保证最终成型品具有适当的皮层/芯层分布。如图四所示，无论高或低流速，每个模穴之皮层/芯层分布仍是不均，因模穴1早在初始阶段即已充满，使得芯层无法进入。
图四 模拟芯层流动波前：(a) 充填81% (b) 充填100%
为了能优化最终模制品的皮层/芯层分布，有必要考虑模具设计带来的影响。如图五所示，若改变流道角度、或是以对称的设计将可达到更均匀的皮层/芯层分布(如Model 2)。倘若无法改变流道设计，则可修改模穴，例如增加溢流区或在各模穴间建立架桥等方法，也可有效改善流动不平衡的问题(如Model 3)。
图五 不同模具设计之影响
由此可见，在多模穴共注射系统中，要控制芯材料渗透的动态行为极为复杂，会牵涉到相当多的因素，如流速、材料特性和模具设计等。在这些因素交互作用影响下，很难透过改变某些特定条件来达到流动平衡。因此善用CAE工具Moldex3D将可克服此问题，协助产品设计人员快速找出问题，并加以修正，有助于多模穴共注射成型技术的应用及发展。
参考文献:
1. Wikimedia Commons, Website information: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Co-
injection_(sandwich)_molded_part.jpg, Accessed: Nov. 25, 2014.
2. Yang, W.M., and Yokoi, H., “Visual analysis of the flow behavior of core material in a fork portion of plastic sandwich injection moulding”, Polymer Testing, 22, pp 37-43 (2003).
3. Job, S., “Recycling composites commercially”, Reinforced Plastics, pp, 32-38, Sep/Oct. 2014.
4. Pimenta, S., and Pinho, S. T., “Recycling carbon fibre reinforced polymers for structural applications:Technology review and market outlook”, Waste management, 31, pp 378-392 (2011).
5. Jackie Yang, Chao-Tsai (CT) Huang, Hsien-Sen Chiu, Jimmy C.Chien, and Anthony Wen-Hsien Yang,“Dynamic Behavior of Core-material Penetration in Multi-Cavity Co-Injection Molding”, SPEANTEC Tech. Paper, Paper No. 2096345, 1-5 (2015).