Цепь процесса мягкая оснастка для литья 3D компонента с микро столбы
4 августа 2018 г.
Протокол для изготовления литья вставки для сложной геометрии с микро функций на поверхности, используя Аддитивные производства (AM) представил.
Этот метод может помочь решить ключевые вопросы в области производства, такие как сокращение времени обработки и стоимости опытного производства. Основное преимущество этой технологии заключается в том, что благодаря аддитивному производству можно добиться микроэлементов на поверхностях сложных деталей. Часть аддитивного производства будет демонстрировать доктор Дэвид Буэ Педерсен, который является старшим научным сотрудником, и Федерико, который является аспирантом, Майкл, который является техником, будет заниматься деталями литья под давлением.
Во-первых, используйте программное обеспечение для автоматизированного проектирования для проектирования пластины. Здесь представлены изображения подвижной стороны и инжекторной стороны формы для изготовления кольца с четырьмя зубьями. Зубья расположены под углом 60 градусов.
Производственный допуск составляет 1/20 миллиметра. Далее подготовьте смолу к фотополимеризации. Тщательно перемешайте его компоненты в смесительном устройстве в течение 30 минут.
Для изготовления выберите машину для фотополимеризации. Осмотрите этап сборки и убедитесь, что машина правильно настроена для этапа изготовления. Импортируйте проект и запустите сборку с максимальным вертикальным разрешением машины.
После изготовления возьмите напечатанные вставки для их очистки. Поместите их в изопропанол в ультразвуковую ванну на три минуты, три раза. После того как растворитель испарится при комнатной температуре, поместите вставки в эксикатор комнатной температуры.
Восстановите вставки и дважды высушите их с помощью ультрафиолетовых фонариков. Когда закончите, снимите вставки. Это пример вставок на данном этапе.
Чтобы оценить их, используют лазерный сканирующий цифровой микроскоп. Измерьте диаметр и глубину четырех отверстий рядом с затвором на вставке подвижной стороны и на стороне впрыска. Кроме того, выполняйте замеры на четырех отверстиях вдали от ворот.
На этих изображениях микроскопа представлены примеры подвижной боковой вставки и боковой вставки для инъекции на данном этапе. Изображение SEM иллюстрирует качество поверхности. Работа с обычной термопластавтоматом.
Убедитесь, что модуль микровпрыска установлен. Затем поработайте со вставками и формовочными пластинами. Затем загрузите бункер полиэтиленовыми гранулами.
На элементах управления задайте параметры станка и дайте время охлаждения детали, подлежащей извлечению из формы. Нагрейте винт во время первого-пятого сеанса. Когда температура расплава достигнет 175 градусов по Цельсию, приступайте к точному литью под давлением.
После того, как полость будет заполнена, поддерживайте давление упаковки 300 бар в течение пяти секунд. Далее откройте форму. Дайте штифту выталкивания вытолкнуть деталь наружу.
Это пример детали, отлитой по этому протоколу. Было выполнено сто циклов. Чтобы оценить отлитые детали, вернитесь к лазерному сканирующему цифровому микроскопу.
Столбы получаются на поверхности. Измерьте диаметр и высоту столбов на гусеничных линиях на двух участках на разном расстоянии от ворот. Это сканирующее электронное микрографическое изображение поверхности вставки, изготовленной методом аддитивного производства.
Для сравнения приведено СЭМ-изображение полиэтиленовой детали, изготовленной методом литья под давлением. Номинальные размеры отверстий на вкладыше составляют 200 микрометров в диаметре и 200 микрометров в глубину. Это сравнение высоты столба, деленное на глубину отверстия, называемое степенью репликации высоты столба.
Партии разбиваются на группы по 10 штук в порядке, произведенном тиражом 100 произведенных деталей. Значения взяты из одной случайно выбранной выборки из каждой группы. Полосы разного цвета указывают на разные положения на пластине.
Вот аналогичный график для степени репликации диаметра столба. Диаметр столба делится на диаметр отверстия. Эти графики показывают, что процесс был стабильным в каждой позиции в течение 100 циклов.
Размеры отверстий на деталях не изменились после литья под давлением, что подтверждает вывод. Этот метод проложил путь исследователям в области производства и обработки полимеров к изучению процесса изготовления мягкой оснастки. Это делает возможным создание микроэлементов на поверхностях произвольной формы на новой производственной платформе, отвечающей промышленным требованиям.
Обзор
Эта статья представляет протокол для изготовления вставок для инжекционного литья с использованием методов адитивного производства. Метод позволяет создавать микродетали на сложных геометриях, решая ключевые задачи производства.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Производство
- Адитивное производство
- Инжекционное литье
Фон
- Микродетали могут улучшить функциональность сложных деталей.
- Снижение времени и затрат на обработку важно для пилотного производства.
- Адитивное производство позволяет точно изготавливать сложные конструкции.
- Использование компьютерного проектирования важно в этом процессе.
Цель исследования
- Разработать надежный метод создания вставок для инжекционного литья.
- Демонстрировать эффективность адитивного производства в создании микродеталей.
- Предоставить подробный протокол для исследователей в области производства и обработки полимеров.
Используемые методы
- Проектирование вставок с использованием программного обеспечения для компьютерного проектирования.
- Подготовка смолы для фотополимеризации и использование машины для фотополимеризации.
- Очистка и отверждение изготовленных вставок.
- Проведение измерений с помощью лазерного сканирующего цифрового микроскопа.
Основные результаты
- Протокол успешно создал микродетали на вставках.
- Измерения показали стабильные размеры на протяжении всех производственных циклов.
- Изображения СЭМ демонстрировали качество изготовленных поверхностей.
- Техника поддерживает исследование процессов мягкой инструментальной обработки в производстве.
Выводы
- Этот метод позволяет создавать сложные геометрии с микродеталями.
- Он отвечает промышленным требованиям к точности в производстве.
- Исследователи могут использовать эту технику для дальнейших достижений в обработке полимеров.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
This soft tooling process chain enables cost-effective production of microstructured components for pilot-scale manufacturing, addressing a critical bottleneck in early-stage device development. By leveraging additive manufacturing for injection molding inserts, biopharma R&D teams can rapidly prototype microfluidic or lab-on-a-chip platforms with complex geometries and functional surface features. This approach reduces lead time and tooling expenses while supporting iterative design validation before committing to high-volume production tooling.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables fabrication of microfluidic devices with precise micro pillar arrays for single-cell analysis or biomarker screening applications.
- Operational Value: Supports rapid iteration of device geometries to optimize fluid dynamics and surface interactions in early assay development.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Produces reproducible microfeatures on complex surfaces, ensuring consistent fluid handling and surface-to-volume ratios critical for assay sensitivity.
- Operational Value: Delivers stable dimensional replication over 100 injection molding cycles, supporting reliable medium-throughput screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates translation of microengineered designs from discovery to preclinical testing by enabling pilot production of functional prototypes.
- Operational Value: Reduces dependency on traditional CNC machining, accelerating prototyping timelines for device-based therapeutic or diagnostic platforms.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery-to-preclinical continuum by enabling rapid prototyping of microfluidic components used in target validation, assay optimization, and early preclinical evaluation of device-drug combinations.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing through customizable microenvironments that mimic physiological niches or cellular interaction patterns.
- Screening: Enables standardized production of assay-compatible substrates with quantifiable surface topographies for compound or cell-based screening.
- Analytics: Provides measurable outputs such as pillar height and diameter replication degrees, allowing quantitative assessment of process fidelity across production runs.
- Translational Research: Bridges design and validation by producing pilot-scale parts that maintain geometric and surface fidelity for preclinical feasibility studies.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable soft tooling workflow for iterative design cycles across multiple projects in microfluidic device development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in device performance by enabling precise replication of microfeatures critical to biological function.
- Operational Value: Reduces machining time and cost compared to conventional tooling, increasing throughput in prototyping phases.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by allowing early-stage evaluation of manufacturability and functional performance of microstructured devices.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement by validating production feasibility before investment in hard tooling for scale-up.
Implementation Considerations
- Requires expertise in additive manufacturing, photopolymerization, and injection molding process control.
- Dependent on access to DLP-based 3D printers and compatible high-temperature photopolymers.
- Necessitates standardized post-processing including ultrasonic cleaning, UV curing, and dimensional metrology via laser scanning microscopy.
- Limited by insert lifetime, making it best suited for pilot production rather than high-volume manufacturing.
- Requires cross-functional alignment between design, fabrication, and quality teams to ensure replication fidelity of microfeatures across production batches.
