تطبيق أنماط دائمة وقوية من الجسيمات الدقيقة على الأسطح المرنة

Summary

نقدم طريقة لتطبيق علامات وأنماط دائمة على أسطح السيليكون عن طريق لصق الجزيئات الدقيقة على السطح. يمكن أن تكون العلامات إما تصميما يمكن التعرف عليه أو نمطا عشوائيا مثل تلك المستخدمة في ارتباط الصور الرقمية.

Abstract

يعد تطوير نماذج تشوه كبيرة غير خطية للمركبات المرنة تحديا مستمرا مع التطبيقات في الروبوتات اللينة والأطراف الاصطناعية وتخفيف الصدمات (مثل الخوذات الرياضية والحشو). هدفنا البحثي هو تطوير نماذج تتنبأ بسلوك المواد وتنتج محاكاة دقيقة. مع تقدمنا في بحثنا ، أدركنا الحاجة الأساسية لالتقاط تشوه المجال السطحي تجريبيا ، مما سيمكننا من تطوير علاقات تأسيسية قوية.

تتطلب تقنيات التتبع البصري الشائعة ، مثل ارتباط الصورة الرقمية (DIC) وتتبع الشبكة ، نمطا على سطح العينة لتتبع وحساب مجال إزاحة السطح. ومع ذلك ، فإن الطاقة السطحية المنخفضة المتأصلة في معظم المواد المرنة ، مثل السيليكون المعالج ، تمنع وضع علامات دائمة على السطح. بمعنى آخر ، يكاد يكون من المستحيل لصق أنماط تتبع السطح على المادة التي لن تمسح أو تلطخ بسهولة عند التعامل مع العينة. علاوة على ذلك ، يمكن أن تتسبب تجارب التشوه الكبيرة في تشويه نمط السطح الأصلي أو تشققه أو تقشره.

هنا ، نقدم طريقة جديدة لأنماط الصب بالرش لعلامات المسحوق على السطح الداخلي للقوالب قبل قولبة الحقن التفاعلية لأجزائنا المرنة. لقد طورنا هذه الطريقة البسيطة ، والتي تسمح بتطبيق أنماط سطح دائمة عالية الدقة على عينات السيليكون أو المرنة أثناء عملية التصنيع. يمكن أن تتراوح أنماط السطح من أنماط البقع العشوائية المستخدمة في DIC إلى أنماط مفصلة متعددة الألوان. يمكن لهذه الأنماط الجديدة والقوية أن تتحمل الأحمال الدورية ذات الإجهاد الكبير دون أن تتلاشى أو تتشقق وستسمح بوضع علامات سهلة على السيليكون في المختبرات والإعدادات الصناعية.

Introduction

يميل توصيف مواد التشوه الكبيرة في ظل سيناريوهات التحميل المتقدمة إلى إنشاء سلالة غير متجانسة^{1،2،3،4،5}. لنمذجة هذه السلالة غير المتجانسة بدقة ، يجب على التجريبي التقاط حركية السطح أو الحجم. يشار إلى التقنيات الأكثر شيوعا المستخدمة للحصول على حركية السطح أو الحجم باسم تقنيات التتبع البصري. يعد ارتباط الصورة الرقمية (DIC) وتتبع الشبكة أكثر تقنيات التتبع البصري شيوعا في الأدبيات الخاصة بالحركية السطحية ، وكلاهما يتطلب أنماطا مرئية على سطح العينة^6،7.

ضع في اعتبارك المطاط الصناعي المغناطيسي (MRE) ، والذي يتكون من سيليكون سائب مع جزيئات حديد دقيقة معلقة في المصفوفة السائبة. يمكن أن تتشوه العينة في وقت واحد من كل من الأحمال الميكانيكية الكلاسيكية عند الحدود ومن المجال المغناطيسي المطبق المصنف على أنه قوة غير ملامسة. في هذا وسيناريوهات التحميل المماثلة الأخرى ، من الضروري أن يلتقط التجريبي حركية السطح لأن افتراض الإجهاد المتجانس في أوضاع التحميل الشائعة لم يعد صالحا. توجد تقنيات متعددة لتمييز سطح العينات الشبيهة بالمطاط ، مثل ببساطة استخدام علامة عالية التباين أو طلاء^2،6. قام التجريبيون أيضا بتطبيق الأساس التجميلي على عينات الأنسجة البيولوجية قبل وضع علامة على العينة^3،5. في كلتا الحالتين ، الهدف هو لصق علامات دائمة وعالية الدقة على العينة. الدوام ضروري لمنع العلامات من التلاشي أو التقشر من سطح العينة أثناء المناولة والاختبار الميكانيكي الدوري. تعد دقة الخط العالية أو "الدقة" ضرورية لتحليل الصور بدقة وتتبع التشوه.

هنا ، نقدم طريقة لتطبيق علامات دائمة عالية الدقة على عينات السيليكون عن طريق لصق الجسيمات الدقيقة على سطح العينة أثناء التصنيع بدلا من إنشاء العينة. يتم تطبيق النمط المطلوب ، سواء كان تصميما معقدا متعدد الألوان أو نمط بقع عشوائي مستخدما في DIC ، على الجزء الداخلي من تجويف القالب قبل عملية التشكيل بالحقن (الشكل 1). يتم تعليق الجسيمات الدقيقة في الكحول ثم يتم تطبيقها لاحقا باستخدام فرشاة هواء أو أداة مماثلة. يتم تطبيق النمط على القالب. بمجرد تبخر الكحول ، يتم إغلاق القالب ، ويتم حقن المادة المرنة بالحرارة غير المعالجة في القالب. بعد المعالجة ، تتم إزالة العينة الصلبة مع النمط المدمج بشكل دائم في السطح.

الشكل 1: بروتوكول مخطط التدفق للالتصاق بأنماط عالية الدقة بأسطح السيليكون. المخطط الانسيابي أو شجرة القرار لعمليتنا. يتوافق هذا الترقيم والتسمية لكل خطوة في المخطط الانسيابي مع وصف البروتوكول. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Protocol

تنبيه: تتكون معدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE) من نظارات ومعطف مختبر وقناع N95 وحماية الأذن وقفازات غير لاتكس. القفازات غير اللاتكس (أي النتريل) مطلوبة لأن قفازات اللاتكس ستمنع عملية معالجة عينات السيليكون البلاتينية.

1. التحضير الأولي

1. التحضير الأولي للقوالب
   1. نظف القوالب بالماء والصابون واترك القوالب تجف. امسح القوالب بكحول الأيزوبروبيل واترك القوالب تجف في الهواء.
2. التحضير الأولي للإستنسل
   1. نظف الإستنسل بالماء والصابون واترك الإستنسل يجف. امسح الإستنسل بكحول الأيزوبروبيل واترك الإستنسل يجف في الهواء.
3. التحضير الأولي لفرشاة الهواء
   ملاحظة: قد تكون هناك حاجة إلى حماية الأذن بناء على نوع ضاغط الهواء المستخدم. مطلوب غطاء الدخان عند استخدام فرشاة الهواء.
   1. قم بتوصيل ضاغط الهواء بفرشاة الهواء ، وقم بتوصيل ضاغط الهواء بمأخذ كهربائي مناسب ، وقم بتشغيل ضاغط الهواء. داخل غطاء الدخان باستخدام معدات الوقاية الشخصية المناسبة ، املأ فرشاة الهواء بكحول الأيزوبروبيل ونظف فرشاة الهواء عن طريق تمرير كحول الأيزوبروبيل من خلاله عدة مرات.
      ملاحظة: يجب تنظيف الفرشاة الهوائية بعد كل استخدام. إذا كنت تستخدم استنسل ، فانتقل إلى القسم 2. إذا لم تكن تستخدم استنسل (مثل تطبيق نمط بقع DIC) ، فانتقل إلى القسم 3.

2. إعداد قالب الاستنسل

تنبيه: يلزم وجود غطاء دخان عند التعامل مع لاصق الرش أو تحرير القالب.

1. ضع لاصق الرش على الاستنسل.
   1. داخل غطاء الدخان مع معدات الوقاية الشخصية المناسبة ، ضع الاستنسل على منشفة ورقية وقم بتطبيق طبقة واحدة من لاصق الرش على الاستنسل. عند رش المادة اللاصقة على الاستنسل ، احتفظ بفوهة الرش على بعد 30 سم تقريبا من الاستنسل ورشها بحركة مستمرة سلسة. انتظر من 30 ثانية إلى 60 ثانية حتى يصبح الاستنسل لزجا ولكن لم يعد مبللا قبل المتابعة إلى الخطوة 2.2.
      ملاحظة: تمريرة واحدة فقط ضرورية. سيؤدي الإفراط في استخدام المواد اللاصقة إلى تعقيد الإزالة اللاحقة للاستنسل من القالب.
2. قم بلصق الاستنسل بالقالب.
   1. داخل غطاء الدخان مع معدات الوقاية الشخصية المناسبة ، ضع القالب على منشفة ورقية. التقط الاستنسل بعناية باستخدام قفازات نظيفة غير مطاطية ، وتأكد من عدم إزعاج المادة اللاصقة ، وضع الاستنسل على القالب مع الجانب اللاصق من الاستنسل الذي يلامس القالب. قم بتسطيح الاستنسل عن طريق تمرير إصبع واحد بإحكام عبر الاستنسل لضمان ملامسة موحدة للقالب.
      ملاحظة: من الضروري الاتصال المنتظم بالقالب لتجنب حواف النمط المنتشرة والحفاظ على الميزات الحادة.
3. ضع شريط الاستنسل على القالب.
   1. باستخدام شريط الرسام ، قم بلصق حواف الاستنسل على القالب. انتقل إلى الخطوة 4.
      ملاحظة: تضمن هذه الخطوة تثبيت الاستنسل بالقالب لمنع انفصال حواف الاستنسل عن القالب.

3. إعداد قالب البقع DIC

1. ضع تحرير القالب على قالب DIC Speckle.
   1. داخل غطاء الدخان مع معدات الوقاية الشخصية المناسبة ، ضع القالب على منشفة ورقية بحيث يكون سطح تجويف القالب متجها لأعلى. ضع تحرير القالب على القالب عن طريق رش القالب بطبقة واحدة من تحرير القالب. عند رش تحرير القالب على القالب ، احتفظ بفوهة الرش على بعد 12 بوصة تقريبا من القالب ورشها بحركة مستمرة سلسة.
      ملاحظة: هناك حاجة إلى تمريرة واحدة فقط. ومع ذلك ، فإن الكثير من إطلاق العفن ليس مشكلة.

4. إعداد البخاخة

ملاحظة: يلزم وجود غطاء دخان وقناع N95 عند التعامل مع البودرة الناعمة.

1. التحضير الأولي لتعليق المسحوق الناعم
   1. داخل غطاء الدخان مع معدات الوقاية الشخصية المناسبة ، قم بإعداد معلق 45 مل من كحول الأيزوبروبيل والمسحوق الناعم (الجرافيت أو الصبغة الملونة) (الشكل 2). للقيام بذلك ، باستخدام قمع أو ملعقة صغيرة كما هو موضح في الشكل 2 أ ، ضع ما يقرب من 10 مل من المسحوق الناعم في أنبوب اختبار وأضف كحول الأيزوبروبيل لملء الحجم المتبقي من أنبوب الاختبار إلى الحجم الكلي 45 مل. أغلق أنبوب الاختبار ورجه بقوة (انظر الشكل 2 ج للحصول على مثال على التعليق الناتج).
      ملاحظة: لا تملأ الفرشاة الهوائية في هذا الوقت لتجنب انسداد فوهة الفرشاة الهوائية.
2. ملء فرشاة الهواء قبل الرش (الشكل 2 د).
   ملاحظة: يجب تنفيذ هذه الخطوة مباشرة قبل استخدام فرشاة الهواء. يجب ألا تجلس الفرشاة الهوائية في وضع الخمول مع تعليق المسحوق في حاوية الفرشاة الهوائية لأن فرشاة الهواء ستسد.
   1. أعد رج التعليق الممزوج مسبقا من الخطوة 4.1. صب التعليق في حاوية الفرشاة الهوائية حتى يتم ملء 75٪ من حجم حاوية الفرشاة الهوائية.
      ملاحظة: لا تملأ حاوية الفرشاة الهوائية بالكامل لأن زاوية الفرشاة الهوائية ستؤدي إلى الانسكاب. إذا كنت تستخدم استنسل ، فانتقل إلى القسم 5. إذا لم تكن تستخدم استنسلا ، فانتقل إلى القسم 6.

الشكل 2: تحضير البخاخة بمحلول الجرافيت. (أ) وضع مسحوق الجرافيت في أنبوب الاختبار ؛ (ب) 10 مل من مسحوق الجرافيت ؛ (ج) محلول كحول الأيزوبروبيل ومسحوق الجرافيت. (د) املأ البخاخة مباشرة قبل الاستخدام. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

5. رش القالب بالاستنسل (الشكل 3)

1. رش تعليق الجسيمات الدقيقة
   1. قم بتشغيل ضاغط الهواء. تأكد من أن ضغط هواء الضاغط يتراوح من 1.38 إلى 1.72 بار (20-25 رطل لكل بوصة مربعة).
   2. في غطاء الدخان ، قم بتوجيه القالب باستخدام الاستنسل الملتصق بزاوية بعيدة قليلا عن الوضع الرأسي بحيث يتم تطبيق الرش بزاوية 90 درجة. صوب الفرشاة الهوائية قليلا عن جانب القالب للتأكد من أن الرذاذ سيبدأ قبل القالب أو أمامه.
   3. اسحب زناد الفرشاة الهوائية للخلف برفق. بمجرد أن تبدأ الفرشاة الهوائية في الرش ، قم بتطبيق الطبقة الأولى من التعليق بسلاسة. عند رش التعليق على الاستنسل والقالب ، احتفظ بفوهة الرش على بعد 30 سم تقريبا من السطح ورشها بحركة مستمرة سلسة كما هو موضح في الشكل 3C.
   4. حرر مشغل فرشاة الهواء ولاحظ ما إذا كان تعليق الجسيمات الدقيقة مطبقا بشكل موحد عبر السطح. إذا لزم الأمر ، ضع طبقات إضافية من التعليق على سطح الاستنسل والقالب.
2. إزالة الاستنسل من القالب (الشكل 4)
   1. انتظر حتى تجف الجسيمات الدقيقة بشكل واضح قبل إزالة الاستنسل (على الأقل من 180 إلى 300 ثانية) وإلا فقد يلطخ التعليق. سيبدو أن المساحة السلبية للاستنسل مملوءة بمسحوق الجسيمات الدقيقة حيث تبخر كحول الأيزوبروبيل.
   2. قم بإزالة شريط الرسام من الجزء العلوي (الطرف الأقصر) من القالب واسحب شريط الرسام لأعلى ببطء وسلاسة. سيتم فصل الاستنسل مع شريط الرسام كما هو موضح في الشكل 4 أ.

الشكل 3: تطبيق البخاخة لمحلول الجرافيت. (أ) قوالب معدة من قسم البروتوكول 2. (ب) استنسل مع مجموعة مربعة من الثقوب الدائرية قبل الرش. (ج) رش القالب المحضر بالمحلول. (د) استنسل الشبكة بعد الرش. أشرطة المقياس = 2 مم (B ، D). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: إزالة الاستنسل وفحص سطح القالب المزخرف. (أ) إزالة الاستنسل من القالب. (ب) أمثلة على القوالب بعد السماح للكحول بالتبخر. (ج) عرض مكبر للشبكة على القالب قبل القولبة بالحقن. شريط المقياس = 1 مم (C). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

6. رش القالب بدون استنسل

1. رش نمط بقع DIC على القالب (الشكل 5)
   1. قم بتشغيل ضاغط الهواء. تأكد من أن ضغط هواء الضاغط يتراوح من 0.34 إلى 0.69 بار (5-10 رطل لكل بوصة مربعة).
   2. في غطاء الدخان ، قم بتوجيه القالب بدون استنسل بزاوية بعيدة قليلا عن العمودي بحيث يتم تطبيق الرذاذ بزاوية 90 درجة.
   3. اختبر الفرشاة الهوائية عن طريق ضغط الزناد لفترة وجيزة أثناء التصويب على ورقة احتياطية للتأكد من أن نمط البقع مناسب (موزعة عشوائيا مكانيا ، وتوزيع الحجم الصحيح للبقع لتكبير إعداد التصوير التجريبي).
   4. قم بالنقر فوق الزناد فوق القالب لإنشاء نمط البقع على القالب كما هو موضح في الشكل 5C. انتظر حتى تجف الجسيمات الدقيقة بشكل واضح (على الأقل من 180 إلى 300 ثانية) وإلا فقد يلطخ التعليق.
      ملاحظة: يمكن ضبط حجم البقع عن طريق تغيير ضغط الهواء.

الشكل 5: رش نمط عشوائي على العفن. (أ) نفض الغبار على الزناد بفرشاة الهواء لإنشاء نمط بقعة. (ب) نمط البقع على القالب. (ج) نمط البقع على القالب. (د) نمط البقع المكبرة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

7. قم بتجميع القالب (الشكل 6)

1. قم بتجميع القالب.
   1. قم بتجميع القالب (القوالب) برفق للتحضير لعملية التشكيل بالحقن.
      ملاحظة: يمكن للتجريبي التوقف مؤقتا لعدة أيام على الأقل قبل إجراء عملية التشكيل بالحقن. يجب تقليل معدل القولبة بالحقن لتجنب تلطيخ الجسيمات الدقيقة.

الشكل 6: تجميع القوالب. (أ) قوالب الألواح والأقراص مجمعة بالكامل ، (ب) تجميع قالب القرص ، (ج) تجميع قالب اللوحة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Results

بالنسبة للتجريبي الذي يسعى إلى نموذج يمثل الخواص الميكانيكية لمادة معينة ، من الضروري إجراء تجارب مختلفة متعددة مع مجموعة من العينات التي تحتوي على مجموعة متنوعة من الأشكال الهندسية. يتم عرض أمثلة على العينات التي تم إنشاؤها باستخدام هذه التقنية في الشكل 7. يوضح الشكل 7 أ لوحة سيليكون Ecoflex بتصميم شبكي أسود على عينة بيضاء. يحتوي الجانب الموضح على شبكة سوداء ، والجانب الخلفي به بقع DIC سوداء. يوضح الشكل 7 ب لوحة سيليكون Ecoflex بتصميم شبكي أبيض على عينة سوداء. تماما مثل العينة الموضحة في الشكل 7 أ ، تحتوي العينة في الشكل 7 ب على نمط بقع DIC على الجانب الخلفي ، مصبوب من القالب المحضر الموضح في الشكل 6 أ. يظهر هذا النمط من إنشاء تصميم أسود على الأبيض وتصميم أبيض على الأسود مع كل من نمط البقع الشبكي و DIC أيضا على الأسطوانة وعينات المكعب الموضحة في اللوحات C و D و F و G من الشكل 7. يقدم الشكل 7E مثالا على لوحة ذات شبكة زرقاء على اللون الأبيض.

يمثل الشكل 8 عينة ذات نمط سيئ نظرا لأن معدل تدفق القولبة بالحقن مرتفع للغاية. تم تلطيخ نمط بقع DIC بحيث تنتشر الجسيمات في خطوط. تم تصنيع هذه العينة عن قصد بنمط بقع DIC متناثر لتوضيح التشويه بوضوح. تسمح هذه الطريقة للتجريبي بوضع نمط بقع أكثر كثافة إذا لزم الأمر للحصول على نتائج DIC^{أفضل 7،8،9} ، خاصة لتجارب السلالة الصغيرة. تظهر أنماط بقع الكثافة المتفاوتة في الشكل 9 ب ، ج. يوضح الشكل 10 صورا لألواح السيليكون المصنعة باستخدام هذه الطريقة مع تراكب خريطة ألوان حقل إجهاد DIC لتوضيح التتبع البصري الناجح.

الشكل 7: أمثلة على العينات المستخدمة في التجارب. (أ) صفيحة بيضاء بنقاط شبكية سوداء في توتر أحادي المحور. (ب) صفيحة سوداء بنقاط شبكية بيضاء (نمط استنسلي) في توتر أحادي المحور. (ج) أسطوانة سوداء بنقاط شبكية بيضاء. (د) أسطوانة سوداء بنمط بقع DIC. (ه) نقاط الشبكة الزرقاء (F) مكعب أبيض بنقاط شبكية بيضاء ونمط بقع DIC. (ز) مكعب أسود بنقاط شبكية بيضاء. قضبان المقياس = 1 مم (E) ، 1 سم (A-D ، F ، G). الاختصار: DIC = ارتباط الصورة الرقمية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 8: أمثلة على العينات التي كان فيها معدل القولبة بالحقن سريعا جدا وتم تلطيخ النمط المرقط. يشار إلى اتجاه تدفق القولبة بالحقن بسهم أفقي عبر الجزء السفلي من الصورة. تشير الأسهم المائلة إلى مواقع العديد من خطوط النمط الملطخ. شريط المقياس = 2 مم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 9: أمثلة على تصاميم الصور المستخدمة في التتبع البصري. (أ) مثال على مخطط الشبكة للتتبع البصري، (ب) مثال على نمط بقع DIC المتناثرة للتتبع البصري، (ج) مثال على نمط بقع DIC كثيف للتتبع البصري. أشرطة المقياس = 1 سم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 10: مثال على مجال إجهاد ارتباط الصورة الرقمية المتراكب فوق الصور التجريبية للتوتر أحادي المحور. يتم تطبيق الإجهاد في الاتجاه y ، ويتم سرد السلالة الهندسية العالمية أسفل كل صورة. يتم عرض الإزاحة الرأسية المحلية لمواقع مختلفة من العينة مع خريطة الألوان كما هو موضح على المقياس الموجود على يمين الشكل. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

توفر القدرة على الالتصاق الجسيمات بالمواد الشبيهة بالمطاط ، مثل السيليكون ، مزايا في كل من الصناعة والبحث. ومع ذلك ، فمن المعروف أن الترابط بأسطح المواد ذات الطاقة السطحية المنخفضة يمكن أن يمثل تحديا. بشكل عام ، يستخدم الباحثون الذين تتطلب أساليبهم التجريبية نمطا أو تصميما على سطح عيناتهم عادة الطلاء المصمم خصيصا للبخاخة مثل تلك المصنعة بواسطة Createx و Vallejo^1،10. غالبا ما تتطلب هذه التطبيقات التي تستخدم الطلاء برايمر ولا تزال تفشل في تحقيق المتانة المطلوبة للأنماط. على ركائز مرنة ، قد يلطخ الطلاء أو يسقط في رقائق أثناء تشققه أثناء الاختبار الميكانيكي. ثم تعمل حالات فشل الوسم هذه على تغيير مجال البيانات الذي تم التقاطه بواسطة طريقة التتبع البصري مثل ارتباط الصور الرقمية. تضمن طريقتنا متانة طويلة الأمد لنمط السطح. لدينا حاليا عينات يزيد عمرها عن 6 سنوات حاولنا تشويهها بقوة وإزالة نمط السطح ميكانيكيا. لقد فشلت جميع الجهود المبذولة لإزالة هذه العلامات ، مما يدل على متانة أنماط السطح.

في الصناعة ، قد يكون من الضروري أيضا تطبيق التصميمات أو الرموز أو الكلمات على سطح المواد الشبيهة بالمطاط للحصول على تعليمات السلامة والعملية ، مثل تركيب حشية. على سبيل المثال ، في صناعة السيارات ، من الشائع طباعة كلمات مثل "هذا الجانب لأعلى" أو طباعة سهم على حشية مطاطية لتوفير تعليمات تثبيت واضحة. تقليديا ، يتم تحقيق هذه العلامات عن طريق تعديل سطح القالب بحيث تكون الكلمات إما أعلى أو أسفل سطح الجزء المتبقي من الجزء. تتطلب هذه الطريقة تصنيع قالب جديد في كل مرة تحتاج فيها العلامات إلى تغييرها. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون للجزء الأخير سمك مختلف حيث توجد البصمة ، مما يؤدي إلى مواقع فشل محتملة أثناء التشغيل. تتغلب طريقتنا على كلتا المشكلتين من خلال عدم تغيير القوالب بأي شكل من الأشكال والسماح لسطح المادة النهائية بالبقاء بسماكة موحدة.

تم إجراء الاختبارات الميكانيكية للتأكد من أن طريقة الزخرفة الخاصة بنا لا تؤثر على السمات الميكانيكية للمادة. لقد اختبرنا العينات مرارا وتكرارا في مجموعة متنوعة من أوضاع التحميل مثل القص البسيط ، والتوتر أحادي المحور ، والضغط ، وحتى اختبارات التأثير. علاوة على ذلك ، فإن هذه الطريقة آمنة بيئيا عند مقارنتها بطرق تطبيق الطلاء البديلة. نتجنب استخدام مذيبات الطلاء السامة المتطايرة من خلال استخدام الكحول في محلولنا عند تنظيف القالب بالهواء. أخيرا ، من الخصائص الجديرة بالملاحظة لطريقتنا القدرة على إنشاء أنماط متعددة الألوان وعالية الدقة على سطح العينة. الطريقة محدودة بحجم الجسيمات ودقة تصنيع الاستنسل. يجب أن يكون حجم الجسيمات صغيرا بما يكفي لتحقيق الدقة المطلوبة والتغلب على معدل تدفق عملية التشكيل بالحقن. حجم العينة والهندسة مقيدة فقط بحجم القالب والمادة المختارة. لقد قمنا بتصنيع مكعبات 2 بوصة بنجاح باستخدام السيليكون مع عمر وعاء يبلغ حوالي 20 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.

ستؤثر طريقة تصنيع الاستنسل بشكل مباشر على دقة حجم الميزة وقدرتها على إنشاء تصميم عالي الدقة على تجويف القالب أثناء طلاء رش الجسيمات. النظر بعناية في تصنيع الاستنسل هو جزء لا يتجزأ من طريقة الزخرفة. هنا ، نقدم مجموعة بسيطة من تقنيات تحضير الاستنسل جنبا إلى جنب مع الحد الأدنى لحجم الميزة الذي يمكن تشكيله مع كل تقنية ، ل_. أولا ، القطع اليدوي بسكين حرفي: الأدوات الدقيقة مثل سكاكين X-Acto أو شفرات المرافق هي الأفضل للتصميمات التفصيلية والمعقدة وتعمل بشكل جيد مع مواد مثل الألواح البلاستيكية أو مايلر أو البطاقات (لتر ≥_{1 مم على الأقل}). ثانيا ، القطع اليدوي بالمقص: يمكن استخدامه للمواد خفيفة الوزن مثل الورق أو الفينيل الرقيق لإنتاج أشكال بسيطة وتصميمات أقل تعقيدا (لتر ≥_{1 مم كحد أدنى}). ثالثا ، آلات قطع القوالب مثل Cricut أو Silhouette: يمكنها قطع التصميمات المعقدة بدقة باستخدام مواد مثل الفينيل اللاصق أو البطاقات (لتر ≥ 250 ميكرومتر_كحد أدنى). رابعا ، القطع بالليزر: خيار عالي التقنية للأنماط المعقدة المناسبة للاستنسل الأكريليك أو الخشب أو البلاستيك السميك (لتر ≥₁₀₀ ميكرومتر على الأقل). خامسا ، أدوات القطع الحراري: يمكن أن تذوب السكاكين الكهربائية الساخنة أو مكواة اللحام من خلال مواد الاستنسل البلاستيكية الحرارية مثل مايلر أو أغشية البوليمر المبثوقة الأخرى (لتر_{≥ 1 مم كحد أدنى}). تنتج هذه الطريقة حواف ناعمة. سادسا ، اللكم: مفيد للأشكال الصغيرة المتكررة وتعمل بشكل أفضل على مواد خفيفة الوزن (لتر ≥₁₀₀ ميكرومتر على الأقل). أخيرا ، يمكن استخدام أجهزة التوجيه التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر لمشاريع الاستنسل الكبيرة أو الصناعية (يختلف_لدقيقة).

في أي بروتوكول تصنيع جديد ، تعد بعض الخطوات في العملية ضرورية لتحقيق النتيجة المرجوة. في طريقتنا ، هناك ثلاث خطوات يجب تسليط الضوء عليها وإيلاء اهتمام خاص. تتمثل الخطوة الحاسمة الأولى في السماح للكحول بالتبخر تماما من تعليق الجسيمات البخاخة ، تاركا الجسيمات فقط ملتصقة بسطح القالب. إذا لم يتبخر الكحول تماما ، فهناك احتمال قوي أن يلطخ التصميم الموجود على القالب و / أو يختلط الكحول بالمواد غير المعالجة أثناء عملية التشكيل بالحقن. يجب أن يكون حجم الجسيمات صغيرا بما فيه الكفاية لأن هذه الجسيمات ، المعلقة في "طلاء" الكحول في البخاخة ، تلتصق بالقالب بعد أن يتبخر الكحول تماما. حجم الجسيمات هو قيد مهم يجب ملاحظته. إذا كانت الجسيمات كبيرة جدا ، فلن تكون قوى فان دير فال كافية للالتصاق بالجسيمات بشكل آمن ودائم بسطح سطح المادة الشبيهة بالمطاط. ومع ذلك ، يمكن الحصول على جزيئات ذات حجم مناسب بتكلفة معقولة وسهلة من العديد من موردي الأصباغ التجاريين.

الخطوة الحاسمة الثانية هي كمية المادة اللاصقة ، والتي تحمل الاستنسل مؤقتا على القالب. في تجربتنا ، فإن أفضل طريقة لتنفيذ هذه الخطوة هي استخدام تمريرة سريعة واحدة من مادة لاصقة بالرش. نوصي بأقل قدر ممكن من المواد اللاصقة مع ضمان ملامسة الاستنسل بشكل كامل للقالب. عن طريق تسطيح الاستنسل على القالب يدويا بإصبعك أو أداة مناسبة مثل ملعقة مطاطية ، يمكن تكوين اتصال مطابق. إذا لم تكن فتحات الاستنسل مسطحة تماما ضد القالب ، فسوف ينتقل تعليق الجسيمات تحت حواف نمط الاستنسل أثناء تنظيف الهواء بالفرشاة ، مما يقلل بشكل كبير من حدة حواف تصميم السطح. إذا تم استخدام الكثير من المواد اللاصقة ، فستكون إزالة الاستنسل أمرا صعبا وقد يؤدي إلى إتلاف التصميم المطبق حديثا. علاوة على ذلك ، فإن الكثير من المواد اللاصقة سيؤدي إلى التصاق العينة بقوة بالقالب أثناء عملية المعالجة ، مما يجعل عملية إزالة القوالب شبه مستحيلة دون التسبب في تلف العينة.

الخطوة الحاسمة الثالثة هي معدل حقن السيليكون غير المعالج أثناء عملية التشكيل بالحقن. في تجربتنا ، لاحظنا أن معدل (معدلات) تدفق القولبة بالحقن البطيء بما فيه الكفاية لم يتغلب على قوى فان دير فالس التي تلتصق بالجسيمات الدقيقة بالقالب ، مما يسمح بملء تجويف القالب دون إزعاج الجسيمات المزخرفة. مطلوب بعض الاختبارات التجريبية لتحديد معدل الحقن الأمثل الذي يكون بطيئا بما يكفي لتجنب تلطيخ النمط ولكنه سريع بما يكفي لملء تجويف القالب قبل بداية معالجة السيليكون. يمكن إضافة مثبطات المعالجة إلى المزيج إذا تم صنع أجزاء أكبر حجما. ستحدد لزوجة المادة ووقت المعالجة معدل الحقن المناسب لنظام كل مادة.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
ضاغط هواء	حرفي	CMEC6150	محمول: 6 جالون ضاغط فطيرة https://www.craftsman.com/collections/air-compressors/products/cmec6150
صبغ للفليكس البيئي	سلس	PMS 2757C	أصباغ لون سيليكون Silc Pig. تتركز أصباغ Silc Pig ، لذلك يقطع القليل شوطا طويلا عند تلوين منتجات السيليكون الناعمة. الألوان المخصصة ممكنة عن طريق مزج ألوان Silc Pig المختلفة. Silc Pig 9 Pack Sampler يشمل الأسود والدم والأزرق والبني والأخضر واللحم الفاتح والأحمر والأبيض والأصفر. https://www.smooth-on.com/products/silc-pig/
كحول الأيزوبروبيل	البجعه	70٪ كحول الأيزوبروبيل - زجاجة 16 أونصة S-15966 - Uline	70٪ كحول الأيزوبروبيل - زجاجة 16 أونصة www.uline.com
أكواب الخلط	منفردا	رقم الموديل: S-19462R	أكواب الحفلات البلاستيكية www.uline.com
إطلاق العفن للاستنسل		سهولة الإصدار 200 & 205	عامل تحرير النموذج والنمط لصنع قوالب سيليكون الإيبوكسي واليوريثان و RTV. https://www.reynoldsam.com/
مايلر شيت 3 مل	الإستنسل اون لاين ذ.م.م	NA	صفائح مايلر | مادة الاستنسل www.stencilsonline.com
الرسامين اخفاء الشريط	يولين	إس-26006	Uline Painters لابرامج www.uline.com
مناشف ورقية	يولين	إس-7711 يولين	S-7711 Uline - منشفة ماصة بسعر اقتصادي. 2 طبقة. www.uline.com
عصي المصاصة	داريس	رقم موديل السلعة: D-0139 # ، UPC 652695701399	https://www.amazon.com/Darice-Popsicle-Sticks-Crafts-Natural/dp/B0CPKHS44K/?th=1
ذرور	أصباغ الأرض	ثاني أكسيد التيتانيوم PW6	أصباغ الأرض البيضاء التيتانيوم https://www.earthpigments.com/
سيليكون (ecoflex)	سلس	إيكو فليكس 00-20	السيليكون المحفز بالبلاتين https://www.smooth-on.com/
رذاذ لاصق	سهولة الاستنسل	رمز المنتج:  ASA0005	لاصق رذاذ قابل لإعادة التخصيص من الاستنسل سهل https://www.stencilease.com/
بندقية الرش / البخاخة	البادجر	باتريوت 105	بادجر باتريوت 105 البخاخة https://www.badgerairbrush.com/Patriot_105.asp
أنابيب الاختبار	العالمية العلمية	البند 83576 ، جزء الشركة المصنعة #: 6254	50 مل أنابيب الطرد المركزي للأغراض العامة البوليسترين مع أغطية - معقمة www.usplastic.com
أنابيب الفينيل	سيوكس رئيس	رقم الموديل: 900-01163C00501 Menards  رمز المنتج: 6840523	سيوكس رئيس شفاف الفينيل أنابيب www.menards.com