片剂压缩过程应力与密度分析模型分享

背景介绍

片剂由于其应用的广泛性，从开创到现在，许多国内外学者对片剂的研究也日趋精确。而在片剂的生产环节中，压缩过程是制片工艺不可忽视的步骤之一。压缩过程看似简单，但实际却是很容易受各种因素的影响，如：药物的理化性质、压缩过程中的力学特性和辅料的合理利用等。片剂是用压片机将颗粒或粉末直接压缩成型，因此压缩过程是制备片剂过程中的一个重要步骤。

仿真介绍

先通过ABAQUS有限元分析软件来模拟施加不同速度时，片剂的质量及内部结构特性有何变化，可得到一个最适宜的压力范围，从而为以后的压片过程中应施加的压力大小提供参考，以制得质量优异的片剂，减少不必要的能源浪费，以及片剂耗损、机械改良等。

DPC模型

应力可视化

粉体在被压缩直到解压的过程，Mises等效应力由开始主要集中于模型上冲边缘，尤其是靠近中模边缘的区域，而粉体内部的剪切应力呈现正负数值，说明剪切应力的方向存在相反的情况。

应力分析

密度可视化

密度的主要分布还是以上下冲以及中模区域最为集中且较大，其中上冲接触位置密度急剧变大，粉体与中模之间的摩擦系数也会对密度产生影响，在片剂压缩过程中，较为适当的摩擦系数才能够制得工艺合格的片剂，在大摩擦系数下制得的片剂则容易产生坏片、裂片、破碎等相关问题。

密度分析

将宏观角度的片剂压缩过程调整到微观尺度，此时片剂原料中微观的粉末颗粒呈球状，在挤压的作用下，粉末颗粒聚集在一起形成整体的片状结构。通过Python构建不同直径的微球，并实现微球在挤压装置中的随机分布。

微球随机分布及整体模型

粉末颗粒在模具中受到挤压，在初始阶段，顶端的粉末颗粒受到挤压，并且触碰到模具边缘的颗粒密度也会发生变化。

挤压过程中粉末颗粒的密度变化

随着挤压的进行，所有粉末在模具底部聚集，密度开始发生改变，粉末颗粒之间的间隙也逐渐减小。最后颗粒之间逐渐压实，形成了稳定的片剂，此外，颗粒之间的尺寸，以及其他物料的加入，也会对片剂的物理性质产生影响，需要进行多角度分析。

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