Name: Een zachte Tooling Process Chain voor spuitgieten van een 3D-Component met Micro pijlers (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-04T12:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 32 s
Description: Leer een zachte tooling methode voor spuitgieten met micro-pilaren op complexe geometrieën via additieve fabricage. Dit protocol vermindert bewerkingstijd en kosten voor pilotproductie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit papier rapporteert werk verricht in het kader van het project "geavanceerde oppervlaktebehandeling voor implanteerbare medische hulpmiddelen" gefinancierd door innovatiefonds Denemarken. De auteur mijn dankbaarheid uitspreken voor de steun van de Europese innovatieve opleiding netwerk MICROMAN "Proces vingerafdruk voor continue Net-vorm MICROMANufacturing" gefinancierd door het kaderprogramma voor Horizon 2020 voor onderzoek en innovatie van de Europese Unie.

1. de plaats van fabricage door Additive Manufacturing (AM)
<ol><li>Ontwerp van de benodigde holten van computer aided designsoftware (Zie Aanvullende materialen voor bestanden die worden gebruikt in dit werk). Opmerking: Vervaardigen de inserts rechtstreeks op het podium gebouw zonder steun te vermijden het kromtrekken van de inserts tijdens het genezen. De tolerantie is 0,05 mm.</li>
	<li>Kies een hars voor foto polymerisatie, met name een die bestand is tegen druk en warmte tijdens spuitgieten. Opmerking: De hars we kozen (Zie Tabel van materialen) heeft een treksterkte van 56 MPa, rek bij onderbreking van 3,5%, een buigsterkte van 115 MPa, een belastbaarheid modulus van 3350 MPa en een warmte doorbuiging temperatuur van 140 ° C18.</li>
	<li>Meng de samengestelde fotopolymeer blend (proprietary methylmethacrylaat en acrylamide mengen, met een TiO2 gebaseerd foto initiatiefnemer) voor een minimum van 30 minuten door de materiële busje op een natte-laboratorium fles roller, kolf shaker of soortgelijke menginrichting.</li>
	<li>Bereiden de foto polymerisatie machine (voxel-grootte van 16 µm):<ol>
<li>Controleer of de BTW-coating onbeschadigd en grondig gereinigd is voor onderop AM machines.</li>
		<li>Inspecteer het afvegen systeem voor eventuele gebreken voor topdown machines.</li>
		<li>Inspecteer de bouw fase en aanpassen van de build-plaat met behulp van een folie van 100 µm gauge ter compensatie van de build-plaat aan de BTW correct.</li>
		<li>Vooraf ontbranden de lichtbron van de machine tool indien mogelijk te bereiken van de stationaire toestand temperatuur voordat het verloopt. Deze temperatuur moet 65 ° C in de lichte motor en 30 ° C binnen de BTW.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Importeer de geometrie naar de baan voorbereiding software. Volg de richtlijnen van de machine fabrikant19.<ol>
<li>Passende machine parameters aan de gekozen fotopolymeer (licht intensiteit en laag dikte voor de gebruikte machine) toewijzen.</li>
		<li>De bouw op de hoogste resolutie voor verticale machine (25 µm in dit onderzoek) uitvoeren.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reinig de bedrukte inserts.<ol>
<li>Spoel ze in isopropanol blootgesteld aan ultrasoonbad voor 3 min. Spoel grondig driemaal, en ervoor zorgen dat geen fotopolymeer residuen op het oppervlak van de afgedrukte inserts achterblijven.</li>
		<li>Het toestaan van het oplosmiddel te verdampen volledig bij kamertemperatuur en de inserts in een exsiccator tot droge overnachting bij kamertemperatuur.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Post genezen de gedroogde inzetstukken met behulp van UV licht knippert twee keer, telkens met 2000 flitsen met een frequentie van 10 flitsen per seconde (Zie Tabel van materialen).</li>
</ol>2. injection Molding (IM)
<ol><li>Installeer de micro injectie-module op een conventionele spuitgieten machine (Zie Tabel van materialen). Opmerking: In ons geval de injectie module had een schroef gemonteerd onder een hoek van 45°, de diameter van de schroef was 8 mm en de klemkracht 100 kN.</li>
	<li>Monteer de inserts op schimmel platen.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig1.jpg"> Figuur 1: injectie machine met mallen. (a) de injectie kant wordt geassembleerd met de platen. Het insert wordt gemarkeerd met een rode cirkel. (b) de roerende kant wordt geassembleerd met de platen met uitwerpen pin. Het insert wordt gemarkeerd met een rode cirkel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<ol start="3"><li>Handmatig aanbrengen ter verantwoording voor variaties tijdens het drukproces, eventuele kleine aanpassingen aan de inserts noodzakelijk passen de mal.</li>
	<li>Schroef de schimmel platen op de machine.</li>
	<li>Laden PE korrels op de hopper.</li>
	<li>Stel de parameter van de machine Tschimmel bij 60 ° C, Tvat op 175 ° C en Vinjectie bij 65 mm/s. voldoende koeling tijd gunnen om het gedeelte dat moet worden demolded.</li>
	<li>Verwarm de schroef op 31 ° C, 155 ° C, 165 ° C, 170 ° C en 175 ° C van de 1e tot de 5e sessie. Wanneer de temperatuur van de smelt 175 ° C is, beginnen met nauwkeurige spuitgieten. Zodra de spouw wordt gevuld, handhaven de verpakking druk van 300 bar gedurende 5 seconden om het compenseren van de krimp van PE.</li>
	<li>Open de schimmel en laat de uitwerpen pin te duwen het PE deel uit de roerende kant van invoegen. Als het PE-deel is geklemd op de insert, nemen het deel met de hand.</li>
	<li>De machine stopt bij 100 cycli van spuitgieten (een cyclus wordt gedefinieerd vanaf wanneer de schimmel is gesloten totdat het deel wordt uitgeworpen).</li>
</ol>3. de kwaliteitsbeoordeling
<ol><li>Meet de diameter en de diepte van de gaten op de inzetstukken voor spuitgieten door een laser scannen digitale Microscoop20 . Meten op beide inzetstukken; op elke toevoeging, meet u vier gaten op twee gebieden met verschillende afstanden naar de gate "in de buurt van de poort" en "ver van de poort".</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig2.jpg"> Figuur 2: gemeten gemarkeerde velden op de CAD-afbeelding van de tussenvoegsels. (a) de roerende kant invoegen komen overeen met de achterzijde van de replica; (b) de injectie kant komt overeen met de bovenste zijkanten van de replica. De injectie-poort wordt gezocht in het midden. Twee gebieden met verschil afstand naar de gate, "ver van de poort" en "in de buurt van de poort" worden vergeleken in het onderzoek. (Dit cijfer is gewijzigd van Zhang et al. 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<ol start="2"><li>De diameter van de maatregel en de hoogte van de pilaren op de bijgehouden tanden spuitgieten verkregen. Opmerking: De verkregen PE onderdelen groeperen in batches van 10 stuks; dat wil zeggen, 1-10 is de 1e batch, 11-20 is de 2de partij; tot het laatste stukje. Gebruik van een aselecte steekproef in elke batch en doen de metingen op de boven- en achterkant kanten; meten aan elke kant, vier pijlers op twee gebieden met verschillende afstanden naar de gate ("in de buurt van de poort" en "verre van de poort").</li>
	<li>Gegevens analyseren met behulp van beeld processing software21 om de afmetingen te verkrijgen.</li>
</ol>

<ol><li>Doan, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-Cost+Photolithographic+Fabrication+of+Nanowires+and+Microfilters+for+Advanced+Bioassay+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Low-Cost Photolithographic Fabrication of Nanowires and Microfilters for Advanced Bioassay Devices.</a> Sensors. 15 (3), 6091-6104 (2015).</li>
<li>Lucchetta, G., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/271833481_Effect_of_injection_molded_micro-structured_polystyrene_surfaces_on_proliferation_of_MC3T3-E1_cells">Effect of injection molded micro-structured polystyrene surfaces on proliferation of MC3T3-E1 cells.</a> Express Polymer Letters. 9 (4), 354-361 (2015).</li>
<li>Hu, H., Tian, H., Shao, J., Ding, Y., Jiang, C., Liu, H. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/24/9/095027/meta">Fabrication of bifocal microlens arrays based on controlled electrohydrodynamic reflowing of pre-patterned polymer.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 24 (9), 095027(2014).</li>
<li>Kolind, K., Dolatshahi-Pirouz, A., Lovmand, J., Pedersen, F. S., Foss, M., Besenbacher, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+combinatorial+screening+of+human+fibroblast+responses+on+micro-structured+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">A combinatorial screening of human fibroblast responses on micro-structured surfaces.</a> Biomaterials. 31 (35), (2010).</li>
<li>Wilkinson, C. D., Riehle, M., Wood, M., Gallagher, J., Curtis, A. S. G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493101003964">The use of materials patterned on a nano- and micro-metric scale in cellular engineering.</a> Materials Science and Engineering C. 19 (1-2), 263-269 (2002).</li>
<li>Hansen, H. N., Hocken, R. J., Tosello, G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0007850611002101">Replication of micro and nano surface geometries.</a> CIRP Annals. 60 (2), 695-714 (2011).</li>
<li>Metwally, K., Barriere, T., Khan-Malek, C. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-015-7602-4">Replication of micrometric and sub-micrometric structured surfaces using micro-injection and micro-injection compression moulding.</a> International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 83 (5-8), 779-789 (2016).</li>
<li>Nian, S. -C. <a target="_blank" href="http://www.hanser-elibrary.com/doi/abs/10.3139/217.2790">Novel embossing system for replicating micro-structures on curved surfaces.</a> International Polymer Processing. 29 (3), 364-370 (2014).</li>
<li>Bissacco, G., et al. <a target="_blank" href="http://orbit.dtu.dk/en/publications/application-of-functional-nanopatterning-to-polymer-medical-micro-implants(bfcd89e2-27be-48aa-a5d6-a33ef8125567).html">Application of functional nano-patterning to polymer medical micro implants.</a> Proceedings of the 4m/icomm2015 Conference. , (2015).</li>
<li>Diaz Lantada, A., Piotter, V., Plewa, K., Barie, N., Guttmann, M., Wissmann, M. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-014-6333-2">Toward mass production of microtextured microdevices: Linking rapid prototyping with microinjection molding.</a> International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 76 (5-8), 1011-1020 (2015).</li>
<li>Volpato, N., Solis, D. M., Costa, C. A. <a target="_blank" href="https://www.inderscienceonline.com/doi/abs/10.1504/IJMPT.2016.073616">An analysis of Digital ABS as a rapid tooling material for polymer injection moulding.</a> International Journal of Materials and Product Technology. 52 (1-2), 3-16 (2016).</li>
<li>Mischkot, M., Hansen, H. N., Pedersen, D. B. <a target="_blank" href="http://orbit.dtu.dk/en/publications/additive-manufacturing-for-the-production-of-inserts-for-micro-injection-moulding(9c55c6b1-5641-4654-9b5c-29ebd7ed8f46).html">Additive manufacturing for the production of inserts for micro injection moulding.</a> Proceedings of Euspen's 15th International Conference & Exhibition. , (2015).</li>
<li>Zhang, Y., Hansen, H. N., Sørensen, S. <a target="_blank" href="http://orbit.dtu.dk/files/123116383/Injection_molding.pdf">Injection molding of micro pillars on vertical side walls using polyether-ether-ketone (PEEK).</a> Proceeding of 11th International Conference on Micro Manufacturing. , ICOMM. Orange County, California, USA. (2016).</li>
<li>Zhang, Y., Mischkot, M., Hansen, H. N., Hansen, P. <a target="_blank" href="http://orbit.dtu.dk/files/106717230/Replication_of_microstructures.pdf">Replication of microstructures on three-dimensional geometries by injection moulding of liquid silicone rubber.</a> Proceedings of the 15th International Conference on Metrology and Properties of Engineering Surfaces, ASPE, March 2015. , ASPE. Charlotte, NC, USA. (2015).</li>
<li><a target="_blank" href="http://envisiontec.asia/wp-content/uploads/2016/09/MK-MCS-P3MiniMulti-V01-FN-EN.pdf">Envisiontec Perfactory MML with ERM. Technical Specifications Document no. MK-MCS-P3MiniMulti-V01-FN-EN</a>. , EnvisionTEC GmbH. (2018).</li>
<li>Switching to FDM to Build Thermoforming Molds Reduces Cost From $1200 to $100. , Stratasys. Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.stratasys.com/resources/case-studies/commercial-products/xerox-thermoforming">http://www.stratasys.com/resources/case-studies/commercial-products/xerox-thermoforming</a> (2016).</li>
<li>Hofstätter, T., Mischkot, M., Pedersen, D. B., Tosello, G., Hansen, H. N. <a target="_blank" href="http://orbit.dtu.dk/files/124304068/4682.pdf">Evolution of surface texture and cracks during injection molding of fiber-reinforced, additively-manufactured, injection molding inserts.</a> Proceedings of ASPE Summer Topical Meeting 2016: Dimensional Accuracy and Surface Finish in Additive Manufacturing. , (2016).</li>
<li>Perfactory® Material. , EnvisionTEC Gmbh. Available from:
 <a target="_blank" href="https://envisiontec.com/wp-content/uploads/2016/09/MK-MTS-HTM140IndustrialIV-V01-FN-EN.pdf">https://envisiontec.com/wp-content/uploads/2016/09/MK-MTS-HTM140IndustrialIV-V01-FN-EN.pdf</a> (2017).</li>
<li>Software Manual, 2010. , EnvisionTEC Gmbh. Available from:
 <a target="_blank" href="https://digfablab.wikispaces.com/file/view/Getting+started.pdf">https://digfablab.wikispaces.com/file/view/Getting+started.pdf</a> (2010).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.techsansystem.co.kr/image/4100/OLS4100_.pdf">Olympus LEXT OLS4100 laser scanning digital microscope Manual</a>. , Olympus. (2018).</li>
<li>SPIP™ - Analytical Software for Microscopy. , Image Metrology. Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.imagemet.com/products/spip/">https://www.imagemet.com/products/spip/</a> (2017).</li>
<li>Zhang, Y., Pedersen, D. B., Gøtje, A. S., Mischkot, M., Tosello, G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1526612517300993">A soft tooling process chain employing additive manufacturing for injection molding of a 3d component with micro pillars.</a> Journal of Manufacturing Processes. 27, 138-144 (2017).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Deze methode is geschikt voor de fabricage van inzetstukken voor polymeer delen met complexe vormen. Het vervangt de tool stalen matrijs holte in het spuitgieten machine met een reeks van zachte gereedschap tussenvoegsels gemaakt van polymeren. de machinale bewerking tijd en kosten wordt verminderd in vergelijking met conventionele metaal bewerking; Dus, de cyclus van productie wordt ingekort. Deze proces-ketting is geschikt voor producten in de tussenliggende schaal (van 1000-10.000 cycli door injectie natpers of gelijkaardig) productie, maar hoge variatie in design. Bovendien, voor 3D bedrukte inserts, geen speciale schimmel platen zijn vereist. Standaard commerciële injection molding platen werden gekocht en machinaal aanpassen aan de inserts.
Bij de huidige technologie mislukt staat, zacht tooling door een verschillend mechanisme17. De mislukking-mechanisme is vastgesteld om de temperatuur warmte doorbuiging van de zachte tooling insert worden gekoppeld en de decompositie is aangewezen om te worden vanwege de explosieve. Daarom is de meest kritische stap om te kiezen van de juiste hars voor de inserts geproduceerd door additieve productie. De thermische en mechanische eigenschap bepaalt het leven van de inserts, dat wil zeggen, hoeveel cycli het kan weerstaan tijdens spuitgieten. Het bepaalt ook het bereik van het gevormde polymeer; de temperatuur van de mal van het gevormde polymeer mag niet hoger dan de temperatuur van de uitwijking van het materiaal invoegen.
De tweede cruciale stap in het protocol is het ontwerp van het donormateriaal. Algemene regels van schimmel ontwerp moeten worden gevolgd en mechanisch zwakke delen moeten worden vermeden op een 3D gedrukte polymeer invoegen; anders, zal de levensduur van het gereedschap worden beïnvloed als gevolg van storingen zoals scheuren.
De oppervlakkwaliteit van de verkregen injectie-gegoten onderdelen wordt beperkt door het toegepaste additieve productieproces. Nabewerking zoals chemische etsen is een mogelijke oplossing voor het verbeteren van de kwaliteit van het oppervlak. Nauwkeurigheid van de oppervlaktekenmerken is een ander probleem te wijten aan het additief productieproces.
Hierdoor ontstaat de mogelijkheid voor het creëren van micro functies op de oppervlakte van de echte vrije-vorm op een nieuwe productie platform bijeenkomst industriële eisen. Dus, deze methode heeft het potentieel om te worden toegepast en onderzocht voor toepassingen in verband met de komende generatie medische hulpmiddelen waarvoor micro functies op complexe vormen, bijvoorbeeld in verband met medische hulpmiddelen of implanteren apparaten14 . Deze methode zal waardecreatie door aanzienlijk lagere kosten voor kleine tot middelgrote volume serie producties te vergemakkelijken, en positieve invloed hebben op de tijdschaal voor de productie in de kloof tussen 1-10 afzonderlijke apparaten en reële massa productie. Het zal openstellen nieuwe hoogwaardige producten en ontwerpoplossingen.

De onderhavige methode is gericht op de productie van complexe oppervlak met micro functies door een soft-tooling proces, dat wil zeggen, met polymeer additieve productie te produceren inzetstukken voor polymeer spuitgieten. Met andere woorden, zijn polymeer delen met functionele oppervlakken spuitgegoten door polymeer inserts.
Oppervlakte functionaliteiten kunnen worden gerealiseerd door micro functies; bijvoorbeeld, Doan et al. 1 en Luchetta et al. 2 tonen functionele oppervlakken op het gebied van celbiologie en Hu et al. 3 ziet u een voorbeeld van optische elementen, enz. Één type van oppervlakte functie, micro pijlers, is intensief onderzocht voor het bevorderen van celproliferatie. Ze zijn in staat om de hechting tussen de verspreide weefsels en de oppervlakte als de micro pijlers zijn patroon in bepaalde manieren4,5.
Polymeer replicaties van micro functies zijn intensief bestudeerd en precieze molding kan worden bereikt door vele processen6. Bijvoorbeeld, heeft Metwally et al. HiFi tussen de vormdelen en schimmel voor replicatie van micro- en sub micro functies voor vlakke oppervlakken7gerapporteerd.
Er zijn veel protocollen voor productie micro pijlers of functies; de meeste van hen kan echter alleen worden toegepast op vlakke oppervlakten of oppervlakken met constante kromming. Bijvoorbeeld, Nian et al. 8 toonde aan dat micro functies kunnen worden bereikt door hete preegdruk op een gebogen oppervlak. Deze protocollen zijn niet geschikt voor complexe vormen met drie-dimensionale oppervlakken, die door de meeste levensechte apparaten worden vereist. Blijkbaar, de fabricage van een drie dimensionale holte met micro functies op het oppervlak uitdagingen huidige protocollen; Ondertussen uitwerpen van de onderdelen voor hoge hoogte-breedteverhouding pijlers op een complex oppervlak kan mislukken als er niet-loodrecht op de demolding richting. Bissacco et al. 9 gebruikt 3D mal inzetstukken en sub micro functies verkregen door spuitgieten; in hun studie, werden specifieke sub micro kenmerken met een lage hoogte-breedteverhouding gegenereerd door een aluminium anodiseren proces en met succes zijn gerepliceerd door polymeer op een complexe component.
Onderzoekers hebben geprobeerd te betrekken van additieve productie in het proces kettingen voor polymeer replicatie met het oog op de ontworpen oppervlaktetextuur. Lantada et al. beschreef een proces keten die begint vanaf AM prototypes, en vervolgens maakt gebruik van coating technieken voor het verkrijgen van metalen mal inzetstukken voor spuitgieten10. Polymeer onderdelen geproduceerd door AM hebben bewezen te zijn rechtstreeks toepasselijk als schimmel voegt11,12, dat het proces van de zachte tooling gepresenteerd in dit protocol is.
In onze eerdere werk, we laten zien dat Ø4 µm PEEK pijlers (2 µm hoge) werden met succes demolded op een verticale muur door spuitgieten13. In dit protocol, het onderzochte product is een ring met vier tanden, elk gekenmerkt door een hoek van 60°. Dit product is bestudeerd door Zhang et al. 14, waar micro functies werden geïntroduceerd door uitvoering van geprefabriceerde platen van nikkel, en micro pijlers (Ø4 µm) met hoogte-breedteverhouding van 0,5 werden verkregen door silicone rubber spuitgieten op de tanden.
In de onderhavige methode, kunnen de micro functies op complexe oppervlakken gemaakt door een zachte tooling proces keten worden verkregen. Stalen mal holtes worden vervangen door een aantal inserts gemaakt door BTW foto polymerisatie-gebaseerde AM. In vergelijking tot metaal AM, ben fotopolymeer gebaseerd technologie is in staat om een hogere precisie15. Bovendien is de machinale bewerking tijd en kosten beperkt aanzienlijk ten opzichte van conventionele tooling processen op basis van CNC verspaning. Volgens een recente casestudy16, met behulp van de soft-tooling voor thermoforming, de kostprijs wordt verlaagd met 91%, terwijl de verbruikte tijd met 93% wordt verminderd. Dit protocol is geschikt voor producten waarvoor een hoge ontwerpflexibiliteit en tussenliggende productievolume. Het is bewezen dat inzetstukken vervaardigd uit koolstofvezel versterkt fotopolymeren delen bevinden tot 2500 spuitgieten cycli voor polyethyleen vóór17verslechtering merkbaar schimmel kunnen weerstaan. De keuze van injectie-gegoten materiaal wordt beperkt door de thermische eigenschappen van de gekozen fotopolymeer voor inzetstukken. Polymeren met een hoge smelttemperatuur temperaturen kunnen niet worden toegepast in een holte van fotopolymeer. In deze studie, werd polyethyleen (PE) gekozen om te voeren de test voor spuitgieten.

<table><tbody><tr><td>Photopolymerhars</td><td>EnvisionTec</td><td>HTM140 V2</td><td></td></tr><tr><td>Harsmengapparaat</td><td>IKA</td><td>Vortex Genius 3</td><td></td></tr><tr><td>3d printer</td><td>Envisiontec</td><td>Perfactory 3&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>UV-lichtflitser</td><td>EnvisionTec</td><td>Otoflash unit</td><td></td></tr><tr><td>Polyethyleen</td><td>lyondellbasell</td><td>PE Purell 1840</td><td></td></tr><tr><td>Injectie-gietmachine</td><td>Arburg</td><td>Allrounder 370A&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Beeldverwerking</td><td>SPIP</td><td>6.2.8</td><td></td></tr></tbody></table>

een zachte tooling process chain voor spuitgieten van een 3d-component met micro pijlers

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

Het doel van deze paper is te presenteren van de methode van een zachte tooling proces keten Additive Manufacturing (AM) in dienst voor de fabricage van injection molding inzetstukken met micro oppervlaktekenmerken. De zachte Tooling inserts worden vervaardigd door Digital Light Processing (BTW-foto polymerisatie) met behulp van een fotopolymeer die relatief hoge temperaturea kan weerstaan. Het deel vervaardigd hier heeft vier tanden met een hoek van 60°. Micro pijlers (Ø200 µm, hoogte-breedteverhouding van 1) worden gerangschikt op de oppervlakken van twee rijen. Spuitgieten van polyethyleen (PE) met de zachte tooling inzetstukken wordt gebruikt voor het fabriceren van de laatste delen. Deze methode geeft aan dat het haalbaar is om het verkrijgen van injectie-gegoten onderdelen met microstructuren op complexe geometrie door additieve vervaardigde inserts. De machinale bewerking tijd en kosten wordt verminderd aanzienlijk ten opzichte van conventionele tooling processen op basis van computer numerieke besturing (CNC) draaien. De afmetingen van de micro functies worden beïnvloed door het toegepaste additieve productieproces. De levensduur van de inserts bepaalt dat dit proces meer geschikt voor de productie van de piloot is. De precisie van de inzetstukken productie wordt beperkt door het additieve productieproces zo goed.

Figuur 3 toont de inserts vervaardigd door AM en de delen van de PE geproduceerd door spuitgieten. Twee rijen van circulaire gaten werden verticaal naar het oppervlak op de tanden (Figuur 3 (b)). De nominale dimensie van de openingen van de inserts is Ø200 µm en 200 µm in de diepte, met een centrum-naar-midden afstand 400 µm. De structuren van de laag als gevolg van de AM-proces zijn duidelijk zichtbaar. Op de bodem verlaten van de lijn is er een zichtbare opvouwbare mark, die per ongeluk plaatsvond tijdens de voorbereiding van SEM.
Het demolding proces wordt geïllustreerd in Figuur 4. Pijlers zijn niet parallel aan de demolding richting. Geen pijler breken werd waargenomen in alle bestudeerde monsters (Figuur 5). In deze zin was de demolding succesvol. Het is al zichtbaar dat de pijlers op positie van ver-van-de-gate met name lager dan op de bovenzijde vanwege de daling van de druk zijn. Met betrekking tot de diameter, het verschil van standpunten zijn niet zo prominent wat betreft de hoogte.
Figuur 6 en Figuur 7 illustreren hoe de replicatie doorgegeven langs de 100 cycli van spuitgieten. De mate van replicatie wordt bepaald door de verhouding tussen de dimensie van de pijlers en de dimensie van de inserts. Langs de 100 cycli, werd stabiele proces bereikt op elke positie met betrekking tot zowel verticale en laterale replicatie. De dimensie van de openingen van de inserts waren onveranderd na spuitgieten, die deze conclusie bevestigd. De hoogte van de pijlers geplaatst ver van de poort lager waren dan die in de buurt van de poort, omdat polymeer flow verhoogt de viscositeit wanneer de lengte van de stroom neemt toe.
De injection molding parameters werden gevarieerd binnen het bereik dat is toegestaan door het materiële gegevensblad. In het proces onderzocht venster, allermeest naar de punten bereikt van meer dan 80 cycli, waarin wordt bevestigd dat de standtijd van de AM wordt ingevoegd niet geraakt in het venster onderzocht proces. Echter, kraken is opgetreden om de inserts voor de kant van de injectie in sommige tests wanneer de druk van de injectie hoog was. Dit is te wijten aan het middengedeelte van het donormateriaal wordt veel dunner beeldscherm mogelijk.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig3.jpg"> Figuur 3: Inserts en replica's. (a) de inserts geproduceerd door additieve productieproces vormen de holte van de mal; een replica van polyethyleen (PE) geproduceerd door spuitgieten wordt weergegeven. Markeringen op de liniaal verwijzing zijn millimeter; nummers markeren centimeter. (b) scannende elektronen microscoop (SEM) afbeelding toont het oppervlak van het donormateriaal; (c) het SEM-beeld toont het oppervlak van de onderdelen van de PE gemaakt door spuitgieten. ((a) en (b) zijn gewijzigd van van Zhang et al. 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig4.jpg"> Figuur 4: succesvolle demolding. De demolding was succesvol, alhoewel de pijlers zijn niet parallel aan de demolding richting. (a) mallen sluit en b mallen open voor demolding. (Dit cijfer is gewijzigd van Zhang et al. 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig5.jpg"> Figuur 5: SEM-beeld van het zijaanzicht van een willekeurige tine. De onderzochte vier posities worden aangeduid op de afbeelding. (Dit cijfer is gewijzigd van Zhang et al. 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig6.jpg"> Figuur 6: pijler hoogte replicatie graad. De mate van de replicatie van de hoogte van de pijler wordt gedefinieerd door de hoogte van de pijler/diepte van het gat. De gemiddelde waarde van de replicatie-graad aan de vier posities werd in elke partij weergegeven. Één willekeurig geselecteerde monster werd gemeten in elke partij. De vier posities zijn "Back-ver" voor de positie ver van de poort aan de achterkant, "Back-in de buurt van" voor de positie in de buurt van de poort aan de achterkant, "Top-ver" voor de positie ver van de poort aan de bovenzijde, en "Top-in de buurt van" voor de positie in de buurt van de poort op de bovenzijde. (Dit cijfer is gewijzigd van Zhang et al. 2017 22) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig7.jpg"> Figuur 7: pijler diameter replicatie graad. De mate van de replicatie van de pijlers-diameter wordt bepaald door de diameter van de pijler/diameter van het gat. De gemiddelde waarde van de replicatie-graad aan de vier posities werd in elke partij weergegeven. Één willekeurig geselecteerde monster werd gemeten in elke partij. De vier posities zijn "Back-ver" voor de positie ver van de poort aan de achterkant, "Back-in de buurt van" voor de positie in de buurt van de poort aan de achterkant, "Top-ver" voor de positie ver van de poort aan de bovenzijde, en "Top-in de buurt van" voor de positie in de buurt van de poort op de bovenzijde. (Dit cijfer is gewijzigd van Zhang et al. 2017 22). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

Een protocol voor het fabriceren van spuitgieten inzetstukken voor complexe geometrie met micro functies op oppervlakken met Additive Manufacturing (AM) wordt gepresenteerd.

Een zachte Tooling Process Chain voor spuitgieten van een 3D-Component met Micro pijlers

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van productie, zoals hoe de bewerkingstijd en de kosten voor pilotproductie kunnen worden verminderd. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat microkenmerken kunnen worden bereikt op oppervlakken van complexe onderdelen dankzij additieve productie. Demonstratie van het additief geproduceerde onderdeel zal worden gedaan door Dr.David Bue Pedersen, die een senior onderzoeker is en Federico, die een promovendus is, Michael, die een technicus is, zal de injectieonderdelen maken.Gebruik eerst computerondersteund ontwerpsoftware om de insert te ontwerpen. Hier zijn afbeeldingen van de beweegbare zijde en de injectiezijde van een mal om de ring met vier tanden te produceren. De tanden staan onder een hoek van 60 graden.De fabricagetolerantie is 1/20e van een millimeter. Bereid vervolgens de hars voor voor fotopolymerisatie. Meng de componenten grondig gedurende 30 minuten in een mengapparaat.Kies voor de fabricage een fotopolymerisatieapparaat. Inspecteer het bouwplatform en zorg ervoor dat de machine goed is ingesteld voor de fabricage. Importeer het ontwerp en voer de bouw uit met de hoogste verticale resolutie van de machine.Na de fabricage, neem de geprinte inserts om ze te reinigen. Plaats ze drie keer gedurende drie minuten in isopropanol in een ultrasone bad. Nadat het oplosmiddel bij kamertemperatuur is verdampt, plaatst u de inserts in een exsiccator bij kamertemperatuur.Haal de inserts terug en verhardt ze twee keer met UV-zaklampen. Wanneer u klaar bent, verwijdert u de inserts. Dit is een voorbeeld van de inserts op dit punt.Gebruik een laserscanning digitaal microscoop om ze te beoordelen. Meet de diameter en diepte van vier gaten dicht bij de poort op de insert van de beweegbare zijde en op de injectiezijde. Voer bovendien metingen uit op vier gaten ver van de poort.Deze microscoopafbeeldingen geven voorbeelden van de beweegbare zijde insert en de injectiezijde insert in dit stadium. De SEM-foto illustreert de oppervlaktekwaliteit. Werk met een conventionele spuitgietmachine.Zorg ervoor dat de micro-injectiemodule is geïnstalleerd. Werk vervolgens met de inserts en malplaten. Laad vervolgens de trechter met polyethyleenkorrels.Stel bij de bediening de machineparameters in en laat de koeltijd toe voor het ontvormen van het onderdeel. Verwarm de schroef tijdens de eerste tot de vijfde sessie. Wanneer de smelttemperatuur 175 graden Celsius is, start u met nauwkeurige injectievorming.Zodra de holte is gevuld, handhaaft u een vuldruk van 300 bar gedurende vijf seconden. Open vervolgens de mal. Laat de uitwerper de pen uitduwen.Dit is een voorbeeld van het onderdeel gevormd met dit protocol. Er werden honderd cycli uitgevoerd. Om de gevormde stukken te beoordelen, keert u terug naar de laserscanning digitale microscoop.Er worden pilaren verkregen op het oppervlak. Meet de diameter en hoogte van de pilaren op de volglijnen op twee gebieden op verschillende afstanden van de poort. Dit is een rasterelektronenmicroscoopbeeld van het insertoppervlak dat is vervaardigd door additieve productie.Voor vergelijking, hier is een SEM-afbeelding van het polyethyleen onderdeel geproduceerd door spuitgieten. De nominale afmetingen van de gaten op de insert zijn 200 micrometer in diameter en 200 micrometer in diepte. Dit is een vergelijking van de hoogte van de pilaar gedeeld door de diepte van het gat, ook wel de replicatiegraad van de pilaardiameter genoemd.De batchgrootte is 10 in groepen in de volgorde geproduceerd in de run van 100 geproduceerde onderdelen. De waarden zijn van één willekeurig gekozen monster uit elke groep. Verschillend gekleurde balken verwijzen naar verschillende posities op de insert.Hier is een analoog diagram voor de replicatiegraad van de pilaardiameter. De pilaardiameter gedeeld door de gatdiameter. Deze grafieken tonen aan dat het proces stabiel was op elke positie gedurende de 100 cycli.De afmetingen van de gaten op de onderdelen waren na het spuitgieten onveranderd, wat de conclusie ondersteunt. Deze techniek heeft de weg gebaand voor onderzoekers in de productie en polymeerverwerking om het soft tooling proces te verkennen. Het maakt de creatie van microkenmerken op vrije vormoppervlakken op het nieuwe productieplatform mogelijk dat aan industriële eisen voldoet.

a-soft-tooling-process-chain-for-injection-molding-3d-component-with

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

We presenteren twee processen voor de microfabricage van poreuze polymeer chips voor drie-dimensionale celkweek. De eerste is hot embossing gecombineerd met een damp van oplosmiddelen lasproces. De tweede maakt gebruik van een recent ontwikkelde microthermoforming proces in combinatie met ion-Track technologie leidt tot een aanzienlijke vereenvoudiging van de productie.

Microfabricage van Chip-en kleinbedrijf Stellingen voor drie-dimensionale celkweek

De verdamping van een Sacrificial Component (Vasc) proces wordt gebruikt om microvasculaire structuren fabriceren. Deze procedure maakt gebruik van opofferende poly (melkzuur) zuur vezels om holle microchannels vormen met nauwkeurige 3D geometrische positionering door het laser micromachined geleidingsplaten.

Proces van het maken van drie-dimensionale Microstructuren behulp Verdamping van een Sacrificial Component

Driedimensionale (3D) microstructured samengestelde liggers zijn gefabriceerd door middel van de gerichte en lokale infiltratie van nanocomposieten in 3D poreuze microfluïdische netwerken. De flexibiliteit van deze produktiemethode maakt het gebruik van verschillende thermohardende materialen en vulstof teneinde verschillende functionele 3D versterkte nanocomposiet macroscopische producten te verbeteren.

Productie van drie-dimensionaal Microgestructureerde Nanocomposieten door Microfluidic Infiltratie

We hebben een methode ontwikkeld voor lage kosten en snelle prototyping van vloeibare elastomeer rubber spuitgiet apparaten bedacht door gesmolten Deposition Modeling 3D-printers voor schimmels design en een gewijzigde exsiccator als een vloeibaar injectiesysteem.

Snelle en Low-cost Prototyping van medische hulpmiddelen met behulp van 3D-Gedrukt Mallen voor Liquid Injection Molding

Hier presenteren we een protocol voor de bouw van een druk-gecontroleerde spuitpomp om in microfluidic toepassingen worden gebruikt. Deze spuitpomp is gemaakt van een additief vervaardigde lichaam, off-the-shelf hardware en open-source elektronica. Het resulterende systeem is goedkoop, eenvoudig om te bouwen, en levert goed gereguleerde vloeistofstromen zodat snelle microfluidic onderzoek.

Drie-dimensionale afdrukken van thermoplastische materialen maken geautomatiseerd injectiespuit pompen met controle van de Feedback voor Microfluidic toepassingen

We presenteren een technologie die capillariteitsondersteunde assemblage in een microfluïdisch platform gebruikt om microgrote objecten die in een vloeistof zijn gesuspendeerd, zoals bacteriën en colloïden, te modelleren in voorgeschreven arrays op een polydimethylsiloxaansubstraat.

Patroonvorming van micro-organismen en microdeeltjes door sequentiële capillariteitsondersteunde assemblage

Het protocol demonstreert een handige methode om harmonische oscillerende stroom van 10-1000 Hz in microkanalen te produceren. Dit wordt uitgevoerd door een computergestuurd luidsprekermembraan op een modulaire manier aan het microkanaal te koppelen.

Assemblage en karakterisering van een externe driver voor het genereren van sub-kilohertz oscillerende stroming in microkanalen

Dit protocol presenteert een verbeterde ontvormprocedure voor de Polydimethylsiloxane (PDMS) dubbelgiettechniek door siliconenolie te introduceren als een niet-klevende barrière tussen PDMS-lagen. In tegenstelling tot plasma- of chemische oppervlaktemodificatiemethoden, vereist deze aanpak geen gespecialiseerde of dure apparatuur, waardoor het een toegankelijker en kosteneffectiever alternatief is.

Verbeterd dubbel gieten van polydimethylsiloxaan (PDMS) via behandeling met siliconenolie voor dicht opeengepakte replicatie van microstructuren

We beschrijven methoden om ovariële follikels te kweken in een nieuwe steigervrije agaroseschimmel die een aanvulling vormt op in vitro gametogenese.

Productie en gebruik van aanpasbare agarose-mallen voor steigervrije ovariële follikelcultuur van muizen

We presenteren methoden voor de productie van een patroon microstructuren van verticaal uitgelijnde koolstof nanobuisjes (CNTs), en hun gebruik als master mallen voor de productie van polymeer microstructuren met georganiseerde nanoschaal oppervlaktestructuur. De CNT bossen verdicht door condensatie van oplosmiddel op het substraat, die aanzienlijk verhoogt de pakkingsdichtheid en maakt zelfsturend vorming van 3D-vormen.

Fabrication, verdichting, en Replica Molding van 3D Carbon Nanotube Microstructuren

Leer een zachte tooling methode voor spuitgieten met micro-pilaren op complexe geometrieën via additieve fabricage. Dit protocol vermindert bewerkingstijd en kosten voor pilotproductie.

Een zachte Tooling Process Chain voor spuitgieten van een 3D-Component met Micro pijlers

Meer video's verkennen