Applicazione di modelli stencil permanenti e robusti di particelle fini su superfici elastomeriche

Summary

Presentiamo un metodo per applicare marcature e motivi permanenti alle superfici in silicone facendo aderire le particelle fini alla superficie. Le marcature possono essere un disegno riconoscibile o un motivo a macchie casuali come quelle utilizzate nella correlazione delle immagini digitali.

Abstract

Lo sviluppo di modelli non lineari di grande deformazione per compositi elastomerici è una sfida continua con applicazioni nella robotica morbida, nelle protesi e nella mitigazione degli impatti (come caschi sportivi e imbottiture). Il nostro obiettivo di ricerca è sviluppare modelli che prevedano il comportamento dei materiali e producano simulazioni accurate. Man mano che progredivamo nella nostra ricerca, abbiamo riconosciuto la necessità essenziale di catturare sperimentalmente la deformazione del campo superficiale, che ci avrebbe permesso di sviluppare solide relazioni costitutive.

Le comuni tecniche di tracciamento ottico, come la correlazione digitale delle immagini (DIC) e il tracciamento a griglia, richiedono un modello sulla superficie del campione per tracciare e calcolare il campo di spostamento della superficie. Tuttavia, la bassa energia superficiale intrinseca della maggior parte dei materiali elastomerici, come i siliconi polimerizzati, inibisce la marcatura permanente della superficie. In altre parole, è quasi impossibile applicare al materiale modelli di tracciamento della superficie che non si asciughino o si macchino facilmente durante la manipolazione del campione. Inoltre, esperimenti di deformazione di grandi dimensioni possono causare la distorsione, la rottura o lo sfaldamento del modello superficiale originale.

Qui, presentiamo un nuovo metodo di colata a spruzzo di marcature di polvere sulla superficie interna degli stampi prima dello stampaggio a iniezione reattiva delle nostre parti elastomeriche. Abbiamo sviluppato questo semplice metodo, che consente di applicare modelli di superficie permanenti e ad alta fedeltà ai campioni di silicone o elastomero durante il processo di produzione. I modelli di superficie possono variare da motivi di macchie casuali utilizzati in DIC a motivi multicolore dettagliati. Questi nuovi e robusti modelli sono in grado di resistere a carichi ciclici di grandi dimensioni senza sbiadire o incrinarsi e consentiranno una facile marcatura dei siliconi in laboratorio e in ambienti industriali.

Introduction

La caratterizzazione di materiali di grande deformazione in scenari di carico avanzati tende a creare una deformazione non omogenea 1,2,3,4,5. Per modellare accuratamente questa deformazione non omogenea, lo sperimentatore deve catturare la cinematica della superficie o del volume. Le tecniche più comuni utilizzate per acquisire la cinematica di superficie o di volume sono indicate come tecniche di tracciamento ottico. La correlazione digitale delle immagini (DIC) e l'inseguimento della griglia sono le due tecniche di tracciamento ottico più comuni in letteratura per la cinematica delle superfici ed entrambe richiedono modelli visibili sulla superficie del campione ^6,7.

Si consideri un elastomero magnetoreologico (MRE), che è composto da un silicone sfuso con particelle di ferro fini sospese nella matrice sfusa. Il provino può deformarsi simultaneamente sia dai classici carichi meccanici ai limiti che da un campo magnetico applicato classificato come forza senza contatto. In questo e in altri scenari di carico analoghi, è imperativo che lo sperimentatore catturi la cinematica della superficie perché l'ipotesi di deformazione omogenea nelle modalità di carico comuni non è più valida. Esistono diverse tecniche per marcare la superficie di campioni simili alla gomma, come il semplice utilizzo di un pennarello ad alto contrasto o della vernice ^2,6. Gli sperimentatori hanno anche applicato il fondotinta cosmetico a campioni di tessuto biologico prima di marcare il campione ^3,5. In entrambi i casi, l'obiettivo è quello di avere marcature permanenti e ad alta fedeltà apposte sul campione. La permanenza è necessaria per evitare che le marcature sbiadiscano o si sfaldino dalla superficie del campione durante la manipolazione e i test meccanici ciclici. Un'elevata risoluzione delle linee o "fedeltà" è essenziale per un'analisi accurata delle immagini e il tracciamento della deformazione.

Qui, presentiamo un metodo per applicare marcature permanenti ad alta risoluzione ai campioni di silicone facendo aderire le particelle fini alla superficie del campione durante la produzione anziché dopo la creazione del campione. Il modello desiderato, che si tratti di un intricato disegno multicolore o di un motivo a macchie casuali utilizzato nel DIC, viene applicato all'interno della cavità dello stampo prima del processo di stampaggio a iniezione (Figura 1). Le particelle fini vengono sospese in alcool e successivamente applicate utilizzando un aerografo o uno strumento simile. Il motivo viene applicato allo stampo. Una volta che l'alcol è evaporato, lo stampo viene chiuso e il materiale elastomerico termoindurente non polimerizzato viene iniettato nello stampo. Dopo l'indurimento, il campione solido viene rimosso con il modello incorporato in modo permanente nella superficie.

Figura 1: Protocollo del diagramma di flusso per far aderire modelli ad alta fedeltà alle superfici in silicone. Il diagramma di flusso o l'albero decisionale per il nostro processo. La numerazione e l'etichettatura di ogni passaggio del diagramma di flusso corrispondono alla descrizione del protocollo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Protocol

ATTENZIONE: I dispositivi di protezione individuale (DPI) adeguati sono costituiti da occhiali, camice da laboratorio, maschera N95, protezioni per le orecchie e guanti non in lattice. Sono necessari guanti non in lattice (ad es. nitrile) poiché i guanti in lattice inibiscono il processo di polimerizzazione dei campioni di silicone al platino.

1. Preparazione iniziale

1. Preparazione iniziale degli stampi
   1. Pulire gli stampini con acqua e sapone e lasciare asciugare gli stampi. Pulire gli stampi con alcol isopropilico e lasciare asciugare gli stampi all'aria.
2. Preparazione iniziale degli stencil
   1. Pulisci gli stampini con acqua e sapone e lascia asciugare gli stampini. Pulisci gli stampini con alcol isopropilico e lascia asciugare gli stampini all'aria.
3. Preparazione iniziale dell'aerografo
   NOTA: Potrebbe essere necessaria una protezione per le orecchie in base al tipo di compressore d'aria utilizzato. Quando si utilizza la spazzola ad aria, è necessaria una cappa aspirante.
   1. Collegare il compressore d'aria all'aerografo, collegare il compressore d'aria a una presa elettrica appropriata e accendere il compressore d'aria. All'interno di una cappa aspirante con i DPI appropriati, riempire l'aerografo con alcol isopropilico e pulire l'aerografo facendo scorrere più volte alcol isopropilico.
      NOTA: L'aerografo deve essere pulito dopo ogni utilizzo. Se si utilizza uno stencil, passare alla sezione 2. Se non si utilizza uno stencil (ad esempio per l'applicazione del modello di macchioline DIC), procedere alla sezione 3.

2. Preparazione dello stampo per stencil

ATTENZIONE: È necessaria una cappa aspirante quando si maneggia l'adesivo spray o il distaccante dello stampo.

1. Applicare l'adesivo spray sullo stencil.
   1. All'interno di una cappa aspirante con gli appositi DPI, posizionare lo stencil su un tovagliolo di carta e applicare una mano di adesivo spray sullo stencil. Quando si spruzza l'adesivo sullo stencil, tenere l'ugello di spruzzatura a circa 30 cm di distanza dallo stencil e spruzzare con un movimento continuo e regolare. Attendere da 30 a 60 secondi fino a quando lo stencil è appiccicoso ma non più bagnato prima di procedere al passaggio 2.2.
      NOTA: È necessario un solo passaggio; Troppo adesivo complicherà la successiva rimozione dello stencil dallo stampo.
2. Far aderire lo stencil allo stampo.
   1. All'interno di una cappa aspirante con gli appositi DPI, posizionare lo stampo su un tovagliolo di carta. Raccogli con cura lo stencil con guanti puliti e non in lattice, assicurandoti di non disturbare l'adesivo, e posiziona lo stencil sullo stampo con il lato adesivo dello stencil a contatto con lo stampo. Appiattisci lo stencil facendo scorrere saldamente un dito sullo stencil per garantire un contatto uniforme con lo stampo.
      NOTA: Il contatto uniforme con lo stampo è necessario per evitare bordi diffusi e mantenere caratteristiche nitide.
3. Posiziona lo stencil tape sullo stampo.
   1. Usando del nastro adesivo da pittore, fissa i bordi dello stencil allo stampo. Procedi al passaggio 4.
      NOTA: Questo passaggio garantisce che lo stencil sia fissato allo stampo per evitare la separazione dei bordi dello stencil dallo stampo.

3. Preparazione dello stampo per macchioline DIC

1. Applicare il distaccante allo stampo per DIC Speckle.
   1. All'interno di una cappa aspirante con gli appositi DPI, posizionare lo stampo su un tovagliolo di carta con la superficie della cavità dello stampo rivolta verso l'alto. Applicare il distaccante sullo stampo spruzzando lo stampo con una mano di distaccante. Quando si spruzza il distaccante sullo stampo, tenere l'ugello di spruzzatura a circa 12 pollici di distanza dallo stampo e spruzzare con un movimento continuo e regolare.
      NOTA: È necessario un solo passaggio; Tuttavia, un eccessivo distacco dello stampo non è un problema.

4. Preparazione dell'aerografo

NOTA: Quando si maneggia la polvere fine sono necessarie una cappa aspirante e una maschera N95.

1. Preparazione iniziale della sospensione di polvere fine
   1. All'interno di una cappa aspirante con DPI appropriati, preparare una sospensione di 45 mL di alcol isopropilico e polvere fine (grafite o pigmento colorato) (Figura 2). Per fare ciò, utilizzando un imbuto o un cucchiaino come mostrato nella Figura 2A, mettere circa 10 ml di polvere fine in una provetta e aggiungere alcol isopropilico per riempire il volume rimanente della provetta a 45 ml di volume totale. Sigillare la provetta e agitare energicamente (vedere la Figura 2C per un esempio della sospensione risultante).
      NOTA: Non riempire l'aerografo in questo momento per evitare l'intasamento dell'ugello dell'aerografo.
2. Riempimento dell'aerografo prima della spruzzatura (Figura 2D).
   NOTA: Questo passaggio deve essere eseguito immediatamente prima di utilizzare l'aerografo. La spazzola dell'aria non deve rimanere inattiva con la sospensione della polvere nel contenitore della spazzola dell'aria perché la spazzola dell'aria si ostruisce.
   1. Agitare nuovamente la sospensione premiscelata dal punto 4.1. Versare la sospensione nel contenitore dell'aerografo fino a riempire il 75% del volume del contenitore dell'aerografo.
      NOTA: Non riempire completamente il contenitore dell'aerografo perché l'angolo dell'aerografo provocherebbe fuoriuscite. Se si utilizza uno stencil, procedere alla sezione 5. Se non si utilizza uno stencil, procedere alla sezione 6.

Figura 2: Preparazione dell'aerografo con soluzione di grafite. (A) Posizionamento della polvere di grafite in provetta; (B) 10 ml di polvere di grafite; (C) soluzione di alcol isopropilico e polvere di grafite. (D) Riempire l'aerografo immediatamente prima dell'uso. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

5. Spruzzare lo stampo con lo stencil (Figura 3)

1. Spruzzatura della sospensione di particelle fini
   1. Accendere il compressore d'aria. Assicurarsi che la pressione dell'aria del compressore sia compresa tra 1,38 e 1,72 bar (20-25 psi).
   2. Nella cappa aspirante, orientare lo stampo con lo stencil aderente con un angolo leggermente diverso dalla verticale in modo che lo spray venga applicato con un angolo di 90°. Puntare leggermente l'aerografo fuori dal lato dello stampo per assicurarsi che lo spray inizi prima o davanti allo stampo.
   3. Tirare delicatamente indietro il grilletto dell'aerografo. Una volta che l'aerografo inizia a spruzzare, applicare delicatamente la prima mano della sospensione. Quando si spruzza la sospensione sullo stencil e sullo stampo, tenere l'ugello di spruzzatura a circa 30 cm di distanza dalla superficie e spruzzare con un movimento continuo e regolare come mostrato nella Figura 3C.
   4. Rilasciare il grilletto dell'aerografo e osservare se la sospensione di particelle fini viene applicata uniformemente sulla superficie. Se necessario, applicare strati aggiuntivi di sospensione sulla superficie dello stencil e dello stampo.
2. Rimozione dello stencil dallo stampo (Figura 4)
   1. Attendere che le particelle fini siano visibilmente asciutte prima di rimuovere lo stencil (almeno 180-300 s) o la sospensione potrebbe macchiarsi. Lo spazio negativo dello stencil sembrerà riempito con la polvere di particelle fini poiché l'alcol isopropilico è evaporato.
   2. Rimuovi il nastro adesivo dalla parte superiore (estremità più corta) dello stampo e tira il nastro adesivo verso l'alto lentamente e senza intoppi. Lo stencil si staccherà insieme al nastro adesivo del pittore come mostrato nella Figura 4A.

Figura 3: Applicazione per aerografo di una soluzione di grafite. (A) Stampi preparati dalla sezione 2 del protocollo. (B) Stencil con matrice quadrata di fori circolari prima della spruzzatura. (C) Spruzzare lo stampo preparato con la soluzione. (D) Stencil a griglia dopo la spruzzatura. Barre della scala = 2 mm (B,D). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Rimozione dello stencil e ispezione della superficie dello stampo modellata. (A) Rimozione dello stencil dallo stampo. (B) Esempio di muffe dopo aver lasciato evaporare l'alcol. (C) Vista ingrandita della griglia sullo stampo prima dello stampaggio a iniezione. Barra della scala = 1 mm (C). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

6. Spruzzare lo stampo senza stencil

1. Spruzzatura di un modello di speckle DIC sullo stampo (Figura 5)
   1. Accendere il compressore d'aria. Assicurarsi che la pressione dell'aria del compressore sia compresa tra 0,34 e 0,69 bar (5-10 psi).
   2. Nella cappa aspirante, orientare lo stampo senza stencil con un angolo leggermente diverso dalla verticale in modo che lo spray venga applicato con un angolo di 90°.
   3. Testare l'aerografo comprimendo brevemente il grilletto mentre si mira a un foglio di carta di riserva per assicurarsi che il modello di macchie sia appropriato (distribuito spazialmente in modo casuale, corretta distribuzione delle dimensioni dei punti per l'ingrandimento della configurazione di imaging sperimentale).
   4. Azionare il grilletto sullo stampo per creare il motivo a macchie sullo stampo come mostrato nella Figura 5C. Attendere che le particelle fini siano visibilmente asciutte (almeno 180-300 s) o la sospensione potrebbe macchiarsi.
      NOTA: La dimensione dello speckle può essere regolata modificando la pressione dell'aria.

Figura 5: Spruzzatura di un modello casuale sullo stampo. (A) Grilletto dell'aerografo per creare un motivo a macchie. (B) Motivo a macchie sullo stampo. (C) Motivo a macchie sullo stampo. (D) Motivo a macchie ingrandite. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

7. Assemblare lo stampo (Figura 6)

1. Assemblare lo stampo.
   1. Assemblare delicatamente gli stampi per prepararsi al processo di stampaggio a iniezione.
      NOTA: Lo sperimentatore può fare una pausa per almeno diversi giorni prima di eseguire il processo di stampaggio a iniezione. La velocità di stampaggio a iniezione deve essere ridotta per evitare la formazione di macchie di particelle fini.

Figura 6: Assemblaggio degli stampi. (A) Stampi per piastre e dischi completamente assemblati, (B) Assemblaggio di stampi per dischi, (C) Assemblaggio di stampi per piastre. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Results

Per lo sperimentatore che persegue un modello che rappresenta le proprietà meccaniche di un materiale specifico, è necessario eseguire più esperimenti diversi con un insieme di campioni aventi una varietà di geometrie. Esempi di campioni creati utilizzando questa tecnica sono mostrati nella Figura 7. La Figura 7A illustra una piastra in silicone Ecoflex con un design a griglia nera su un campione bianco. Il lato mostrato ha una griglia nera e il retro ha una macchiolina DIC nera. La Figura 7B mostra una piastra in silicone Ecoflex con un design a griglia bianca su un campione nero. Proprio come il campione mostrato nella Figura 7A, il campione nella Figura 7B ha il modello di macchie DIC sul retro, stampato dallo stampo preparato mostrato nella Figura 6A. Questo modello di creazione di un disegno nero su bianco e di un disegno bianco su nero con una griglia e un motivo a macchie DIC è mostrato anche sul cilindro e sui campioni cubici mostrati nei pannelli C, D, F e G della Figura 7. La Figura 7E fornisce un esempio di una targa con una griglia blu su bianco.

La Figura 8 rappresenta un campione mal modellato a causa della portata dello stampaggio a iniezione troppo elevata. Il modello di macchie DIC è stato spalmato in modo che le particelle si diffondano in striature. Questo esemplare è stato appositamente realizzato con un rado motivo a macchie DIC per illustrare chiaramente la sbavatura. Questo metodo consente allo sperimentatore di posizionare un pattern di speckle più denso, se necessario, per ottenere migliori risultati DIC ^7,8,9, in particolare per esperimenti di piccole deformazioni. I modelli di speckle a densità variabile sono mostrati nella Figura 9B, C. La Figura 10 mostra le immagini delle piastre in silicone prodotte con questo metodo con una sovrapposizione di mappe a colori del campo di deformazione DIC per illustrare il successo dell'inseguimento ottico.

Figura 7: Esempi di campioni utilizzati negli esperimenti. (A) Piastra bianca con punti neri della griglia in tensione uniassiale. (B) Piastra nera con punti bianchi a griglia (motivo stencil) in tensione uniassiale. (C) Cilindro nero con punti bianchi della griglia. (D) Cilindro nero con motivo a macchie DIC. (E) Punti della griglia blu (F) Cubo bianco con punti della griglia bianchi e motivo a macchie DIC. (G) Cubo nero con punti bianchi della griglia. Barre della scala = 1 mm (E), 1 cm (A-D, F, G). Abbreviazione: DIC = correlazione di immagini digitali. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 8: Esempi di campioni in cui la velocità di stampaggio a iniezione era troppo elevata e il motivo maculato era macchiato. La direzione del flusso di stampaggio a iniezione è indicata da una freccia orizzontale nella parte inferiore dell'immagine. Le frecce inclinate indicano le posizioni di diverse strisce del motivo spalmato. Barra della scala = 2 mm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 9: Esempi di disegni di immagini utilizzati nel tracciamento ottico. (A) Un esempio di pattern a griglia per l'inseguimento ottico, (B) Un esempio di un pattern di speckle DIC sparso per l'inseguimento ottico, (C) Un esempio di un pattern di speckle DIC denso per l'inseguimento ottico. Barre della scala = 1 cm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 10: Esempio di campo di deformazione di correlazione con immagine digitale sovrapposto a immagini sperimentali di tensione uniassiale. La deformazione viene applicata nella direzione y e la deformazione ingegneristica globale è elencata sotto ogni immagine. Lo spostamento verticale locale delle varie posizioni del campione è mostrato con la mappa dei colori come indicato sulla scala a destra della figura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussion

La capacità di far aderire le particelle a materiali simili alla gomma, come il silicone, offre vantaggi sia nell'industria che nella ricerca. Tuttavia, è risaputo che l'incollaggio su superfici di materiali con una bassa energia superficiale può essere una sfida. In generale, i ricercatori i cui metodi sperimentali richiedono un motivo o un disegno sulla superficie dei loro campioni usano comunemente vernici appositamente formulate per l'aerografia come quelle prodotte da Createx e Vallejo ^1,10. Queste applicazioni con vernice spesso richiedono un primer e non riescono comunque a raggiungere la durata richiesta dei modelli. Su substrati flessibili, la vernice può macchiarsi o cadere in scaglie mentre si rompe durante i test meccanici. Questi guasti dell'adesivo di marcatura alterano quindi il campo di dati acquisito da un metodo di tracciamento ottico come la correlazione di immagini digitali. Il nostro metodo garantisce una lunga durata del motivo superficiale. Attualmente disponiamo di campioni che hanno più di 6 anni che abbiamo tentato di spalmare in modo aggressivo e rimuovere meccanicamente il motivo superficiale. Tutti gli sforzi per rimuovere questi segni sono falliti, dimostrando la robustezza dei modelli di superficie.

Nell'industria, potrebbe anche essere necessario applicare disegni, simboli o parole sulla superficie di materiali simili alla gomma per istruzioni di sicurezza e di processo, come l'installazione di una guarnizione. Ad esempio, nell'industria automobilistica, è comune imprimere parole come "THIS SIDE UP" o imprimere una freccia su una guarnizione di gomma per fornire chiare istruzioni di installazione. Tradizionalmente, questi segni si ottengono modificando la superficie dello stampo in modo che le parole siano sopra o sotto la superficie del resto della parte. Questo metodo richiede la fabbricazione di un nuovo stampo ogni volta che è necessario modificare le marcature. Inoltre, la parte finale avrà uno spessore diverso in cui si trova l'impronta, portando a potenziali siti di guasto durante il funzionamento. Il nostro metodo supera entrambi i problemi non alterando in alcun modo gli stampi e permettendo alla superficie del materiale finale di mantenere uno spessore uniforme.

Sono stati eseguiti test meccanici per confermare che il nostro metodo di modellizzazione non influisce sulle caratteristiche meccaniche del materiale. Abbiamo ripetutamente testato i campioni in una varietà di modalità di carico come il taglio semplice, la tensione uniassiale, la compressione e persino le prove di impatto. Inoltre, questo metodo è sicuro per l'ambiente rispetto ai metodi alternativi di applicazione della vernice. Evitiamo l'uso di solventi per vernici tossici e volatili utilizzando alcol nella nostra soluzione durante la spazzolatura ad aria dello stampo. Infine, una caratteristica degna di nota del nostro metodo è la capacità di creare pattern multicolori e ad alta risoluzione sulla superficie del campione. Il metodo è limitato dalla dimensione delle particelle e dalla precisione di produzione dello stencil. La dimensione delle particelle deve essere sufficientemente piccola per raggiungere la fedeltà desiderata e superare la velocità di flusso del processo di stampaggio a iniezione. Le dimensioni e la geometria del campione sono vincolate solo dalle dimensioni dello stampo e dal materiale scelto. Abbiamo prodotto cubi da 2 pollici con successo utilizzando silicone con una durata di circa 20 minuti a temperatura ambiente.

Il metodo di fabbricazione degli stencil avrà un impatto diretto sulla caratteristica, sulle dimensioni, sulla risoluzione e sulla capacità di creare un design ad alta fedeltà sulla cavità dello stampo durante il rivestimento a spruzzo di particelle. Un'attenta considerazione di quale fabbricazione di stencil è parte integrante del metodo di modellazione. Qui, forniamo un semplice set di tecniche di preparazione dello stencil insieme alla dimensione minima della funzione che può essere formata con ciascuna tecnica, l_min. Innanzitutto, il taglio a mano con un coltello artigianale: gli strumenti di precisione come i coltelli X-Acto o le lame multiuso sono i migliori per disegni dettagliati e intricati e funzionano bene con materiali come fogli di plastica, mylar o cartoncino (l_min ≥ 1 mm). In secondo luogo, taglio a mano con le forbici: può essere utilizzato per materiali leggeri come carta o vinile sottile per produrre forme semplici e disegni meno intricati (l_min ≥ 1 mm). In terzo luogo, fustellatrici come Cricut o Silhouette: possono tagliare disegni complessi con precisione utilizzando materiali come vinile adesivo o cartoncino (l_min ≥ 250 μm). Quarto, taglio laser: un'opzione high-tech per motivi complessi adatti per stencil in acrilico, legno o plastica spessa (l_min ≥ 100 μm). Quinto, utensili per il taglio a caldo: coltelli caldi elettrici o saldatori possono fondere attraverso materiali termoplastici per stencil come il mylar o altri film polimerici estrusi (l_min ≥ 1 mm). Questo metodo produce bordi smussati. Sesto, punzonatura: utile per forme piccole e ripetitive e funziona meglio su materiali leggeri (l_min ≥ 100 μm). Infine, i router controllati da computer possono essere utilizzati per progetti di stencil su larga scala o su scala industriale (l_min varia).

In qualsiasi nuovo protocollo di produzione, alcune fasi del processo sono fondamentali per ottenere il risultato desiderato. Nel nostro metodo, ci sono tre passaggi che dovrebbero essere evidenziati e a cui dovrebbe essere data particolare attenzione. Il primo passaggio critico consiste nel consentire all'alcol di evaporare completamente dalla sospensione di particelle aerografate, lasciando solo le particelle aderenti alla superficie dello stampo. Se l'alcol non evapora completamente, c'è una forte possibilità che il disegno sullo stampo si sbagli e/o che l'alcol si mescoli con il materiale non polimerizzato durante il processo di stampaggio a iniezione. La dimensione delle particelle deve essere sufficientemente piccola poiché queste particelle, che sono sospese nella "vernice" alcolica nell'aerografo, aderiscono allo stampo dopo che l'alcol è completamente evaporato. La dimensione delle particelle è una limitazione importante da notare. Se le particelle sono troppo grandi, le forze di Van der Waals saranno insufficienti per far aderire in modo sicuro e permanente le particelle alla superficie del materiale simile alla gomma. Tuttavia, particelle di dimensioni adeguate possono essere ottenute in modo economico e semplice da diversi fornitori di pigmenti commerciali.

Il secondo passaggio critico è la quantità di adesivo, che trattiene temporaneamente lo stencil sullo stampo. Nella nostra esperienza, il modo migliore per eseguire questo passaggio è utilizzare una rapida passata di un adesivo spray. Si consiglia la minor quantità possibile di adesivo, pur garantendo che lo stencil sia completamente a contatto con lo stampo. Appiattindo manualmente lo stencil sullo stampo con il dito o con uno strumento appropriato come una spatola di gomma, è possibile formare un contatto conforme. Se le aperture dello stencil non sono completamente piatte contro lo stampo, la sospensione di particelle migrerà sotto i bordi del modello dello stencil durante la spazzolatura ad aria, diminuendo significativamente la nitidezza dei bordi del design della superficie. Se viene utilizzato troppo adesivo, la rimozione dello stencil sarà difficile e potrebbe danneggiare il design appena applicato. Inoltre, troppo adesivo farà sì che il campione aderisca fortemente allo stampo durante il processo di polimerizzazione, rendendo il processo di sformatura quasi impossibile senza causare danni al campione.

Il terzo passaggio critico è la velocità di iniezione del silicone non polimerizzato durante il processo di stampaggio a iniezione. Nella nostra esperienza, abbiamo osservato che una o più velocità di flusso dello stampaggio a iniezione sufficientemente lente non hanno superato le forze di Van der Waals che aderiscono le particelle fini allo stampo, consentendo di riempire la cavità dello stampo senza disturbare le particelle modellate. Sono necessari alcuni test empirici per determinare una velocità di iniezione ottimale che sia abbastanza lenta da evitare sbavature del modello ma abbastanza veloce da riempire la cavità dello stampo prima dell'inizio dell'indurimento del silicone. I ritardanti di indurimento possono essere aggiunti alla miscela se si realizzano parti di volume maggiore. La viscosità del materiale e il tempo di indurimento determineranno la velocità di iniezione appropriata per il sistema di ciascun materiale.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Compressore d'aria	Artigiano	CMEC6150	PORTATILE: compressore per pancake da 6 galloni https://www.craftsman.com/collections/air-compressors/products/cmec6150
Colorante per eco flex	Liscio	PMS 2757C	Silc Pig pigmenti colorati siliconici. I pigmenti Silc Pig sono concentrati, quindi un po' fa molto quando si colorano i prodotti in silicone Smooth-On. I colori personalizzati sono possibili mescolando diversi colori Silc Pig. Silc Pig 9 Pack Sampler include NERO, SANGUE, BLU, MARRONE, VERDE, CARNE CHIARA, ROSSO, BIANCO, GIALLO. https://www.smooth-on.com/products/silc-pig/
Alcool isopropilico	Cigno	Alcool isopropilico al 70% - Bottiglia da 16 oz S-15966 - Uline	Alcool isopropilico al 70% - Bottiglia da 16 once www.uline.com
Tazze di miscelazione	Assolo	Modello: S-19462R	Bicchieri di plastica per feste www.uline.com
Rilascio dello stampo per stencil		Ease Release 200 & 205	Distaccante per modelli e modelli per la realizzazione di stampi in silicone epossidico, uretanico e RTV. https://www.reynoldsam.com/
Foglio di Mylar 3 mil	Stampini online LLC	NA	Fogli di Mylar | Materiale dello stencil www.stencilsonline.com
Nastro adesivo per pittori	Uline	S-26006	Uline Painters Nastro per mascheratura www.uline.com
Asciugamani di carta	Uline	S-7711 Uline	S-7711 Uline - Un asciugamano assorbente ad un prezzo economico. 2 strati. www.uline.com
Bastoncini di ghiacciolo	Darice	Numero di modello dell'articolo: D-0139#, UPC 652695701399	https://www.amazon.com/Darice-Popsicle-Sticks-Crafts-Natural/dp/B0CPKHS44K/?th=1
Polvere	Pigmenti di Terra	Biossido di titanio PW6	Pigmenti di Terra Bianca di Titanio https://www.earthpigments.com/
Silicone (ecoflex)	Liscio	Ecoflex 00-20	siliconi catalizzati da platino https://www.smooth-on.com/
Adesivo spray	Stencil Facilità	Codice articolo:  ASA0005	Stencil Ease Adesivo spray riposizionabile https://www.stencilease.com/
Pistola a spruzzo / Aerografo	Tasso	Patriota 105	Aerografo Badger Patriot 105 https://www.badgerairbrush.com/Patriot_105.asp
Provette	Scientifico globale	Articolo 83576, Codice produttore #: 6254	Provette da centrifuga per uso generico in polistirene da 50 ml con tappi - Sterile www.usplastic.com
Tubi in vinile	Capo Sioux	Numero di modello: 900-01163C00501 Menards  Numero dell'articolo: 6840523	Tubi in vinile trasparente Sioux Chief www.menards.com