Die vorgestellte Methode zielt auf die Herstellung von komplexen Oberflächen mit Mikro-Funktionen durch ein Soft-Tooling-Verfahren, d. h. Polymer additive Fertigung verwenden, um Einsätze für den Kunststoff-Spritzguss produzieren. Das heißt, sind Polymer Teile mit funktionalen Oberflächen Spritzguss von Polymer-Einsätze.

Oberfläche-Funktionalitäten können durch Mikro-Funktionen realisiert werden; zum Beispiel Doan Et al. ¹ und Luchetta Et al. ² zeigen funktionelle Oberflächen im Bereich der Zellbiologie und Hu Et al. ³ zeigt ein Beispiel für optische Elemente, etc. Eine Art von Flächenelementen, Mikro Säulen wurde intensiv untersucht, für die Förderung der Zellproliferation. Sie sind in der Lage, die Bindung zwischen der proliferierte Gewebe und der Oberfläche zu verbessern, wenn die Mikro Säulen in bestimmter Weise⁴^,⁵gemustert sind.

Polymer Replikationen von Mikro-Funktionen wurden intensiv untersucht und präzise Formen kann durch viele Prozesse⁶erreicht werden. Zum Beispiel hat Metwally Et Al. High-Fidelity zwischen den Formteilen und Formenbau für die Replikation von Mikro und Sub-micro-Funktionen auf flachen Oberflächen⁷berichtet.

Es gibt viele Protokolle für Herstellung Mikro Säulen oder Features; jedoch können die meisten von ihnen nur auf flachen Oberflächen oder Flächen mit konstanter Krümmung angewendet werden. Zum Beispiel Nian Et al. ⁸ zeigte, dass Mikro-Funktionen durch Heißprägen auf einer gekrümmten Oberfläche erreicht werden können. Diese Protokolle sind nicht geeignet für komplexe Formen mit dreidimensionalen Oberflächen, die von den meisten realen Geräten benötigt werden. Offenbar, die Herstellung von drei dimensionale Hohlraum mit Mikro-Funktionen auf der Oberfläche stellt aktuelle Protokolle; Unterdessen kann Auswurf der Teile für hohes Aspektverhältnis Säulen auf eine komplexe Oberfläche fehlschlagen, wenn sie nicht senkrecht sind auf die demolding Richtung. Bissacco Et al. ⁹ verwendet 3D Formeinsätze und Sub-micro Funktionen durch Spritzguss erhalten; in ihrer Studie wurden Sub-micro Besonderheiten mit einem niedrigen Seitenverhältnis durch eine Aluminium Eloxieren Prozess erzeugt und durch Polymer auf ein komplexes Bauteil erfolgreich repliziert.

Forscher haben versucht, die Additiven Fertigung in den Prozessketten für Polymer-Replikation einbezogen werden, damit um die gestaltete Oberflächenstruktur zu erreichen. Lantada Et Al. beschrieben eine Prozesskette, die AM Prototypen beginnt, und dann beschäftigt Beschichtungstechniken für den Erhalt der metallischen Formeinsätze für Spritzguss-¹⁰. Polymer gefertigte Uhr Teile sind nachweislich unmittelbar anwendbar sein, da Schimmel¹¹^,¹², fügt die soft Tooling Verfahren präsentiert in diesem Protokoll ist.

In unserer bisherigen Arbeit haben wir bewiesen, dass Ø4 µm PEEK Säulen (2 µm hoch) wurden erfolgreich demolded an einer senkrechten Wand durch Spritzguss-¹³. In diesem Protokoll der untersuchte Produkt ist ein Ring mit vier Zinken, jeweils mit einem Winkel von 60° charakterisiert. Dieses Produkt wurde von Zhang Et Al. untersucht ¹⁴, wo micro Funktionen wurden eingeführt, durch die Implementierung von vorgefertigten Nickel-Platten und Mikro Säulen (Ø4 µm) mit Aspect Ratio von 0,5 wurden von Silikon-Kautschuk-Spritzguss auf die Zinken erhalten.

In der vorgestellten Methode erhalten Sie Mikro Funktionen auf komplexen Oberflächen durch eine weiche Werkzeuge Prozesskette erstellt. Stahlform Hohlräume werden durch eine Reihe von Einsätzen von MwSt Foto-Polymerisation-basierte AM gemacht ersetzt. Im Vergleich zu Metall Uhr, AM Photopolymer basierend Technologie in der Lage, höhere Präzision¹⁵zu erreichen. Darüber hinaus die Bearbeitungszeit und die Kosten sinkt signifikant im Vergleich zu konventionellen Werkzeugen Prozesse basierend auf CNC-Bearbeitung. Laut einer aktuellen Fallstudie¹⁶mit Soft-Werkzeuge für das Thermoformen, die Kosten um 91 % reduziert während die verbrauchte Zeit um 93 % reduziert wird. Dieses Protokoll eignet sich für Produkte erfordern eine hohe Gestaltungsfreiheit und Fortgeschrittene Produktionsvolumen. Es ist erwiesen, dass Einsätze aus carbonfaserverstärkten Photopolymeren gefertigt bis zu 2500 Spritzguss-Zyklen für Polyethylen vor spürbar Schimmel Verschlechterung¹⁷standhalten können. Die Wahl der Spritzguss-Material wird durch die thermischen Eigenschaften der gewählten Photopolymer für Einsätze begrenzt. Polymere mit hohen Schmelztemperaturen können nicht in einem Photopolymer-Hohlraum angewendet werden. In dieser Studie wurde Polyethylen (PE) gewählt, um die Spritzguss-Test durchführen.

Diese Methode kann dazu beitragen, wichtige Fragen im Fertigungsbereich zu beantworten, z. B. wie die Bearbeitungszeit und die Kosten für die Pilotproduktion reduziert werden können. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass dank der additiven Fertigung Mikromerkmale auf den Oberflächen komplexer Teile erzielt werden können. Dr. David Bue Pedersen, ein leitender Forscher, und Federico, ein Doktorand, und Michael, ein Techniker, werden die Spritzgussteile vorführen.

Verwenden Sie zunächst eine computergestützte Konstruktionssoftware, um den Einsatz zu entwerfen. Hier sind Darstellungen der beweglichen Seite und der Einspritzseite einer Form, um den Ring mit vier Zinken herzustellen. Die Zinken stehen in einem Winkel von 60 Grad.

Die Fertigungstoleranz beträgt 1/20 Millimeter. Bereiten Sie als Nächstes das Harz für die Photopolymerisation vor. Mischen Sie die Bestandteile 30 Minuten lang gründlich in einem Mischgerät.

Wählen Sie für die Herstellung eine Photopolymerisationsmaschine. Überprüfen Sie die Bauphase und stellen Sie sicher, dass die Maschine für den Fertigungsschritt richtig eingerichtet ist. Importieren Sie das Design, und führen Sie den Build mit der höchsten vertikalen Computerauflösung aus.

Nehmen Sie nach der Herstellung die bedruckten Einsätze, um sie zu reinigen. Legen Sie sie dreimal drei Minuten lang in Isopropanol in ein Ultraschallbad. Nachdem das Lösungsmittel bei Raumtemperatur verdampft ist, legen Sie die Einsätze in einen Exsikkator mit Raumtemperatur.

Bergen Sie die Einsätze und härten Sie sie zweimal mit UV-Taschenlampen aus. Wenn Sie fertig sind, entfernen Sie die Einsätze. Dies ist ein Beispiel für die Einfügungen an dieser Stelle.

Um sie zu beurteilen, verwenden Sie ein Laserscanning-Digitalmikroskop. Messen Sie den Durchmesser und die Tiefe von vier Löchern in der Nähe des Anschnitts auf dem Einsatz der beweglichen Seite und auf der Injektionsseite. Führen Sie außerdem Messungen an vier Löchern durch, die weit vom Tor entfernt sind.

Diese Mikroskopbilder zeigen Beispiele für den beweglichen Seiteneinsatz und den Injektionsseiteneinsatz in diesem Stadium. Das REM-Bild veranschaulicht die Oberflächenqualität. Arbeiten Sie mit einer herkömmlichen Spritzgießmaschine.

Stellen Sie sicher, dass das Mikroinjektionsmodul installiert ist. Arbeiten Sie dann mit den Einsätzen und Formplatten. Befüllen Sie dann den Trichter mit Polyethylengranulat.

Stellen Sie an den Steuerungen die Maschinenparameter ein und lassen Sie die Abkühlzeit für das zu entformende Teil zu. Erhitzen Sie die Schraube in der ersten bis fünften Sitzung. Wenn die Schmelztemperatur 175 Grad Celsius beträgt, beginnen Sie mit dem präzisen Spritzgießen.

Sobald der Hohlraum gefüllt ist, halten Sie einen Packungsdruck von 300 bar für fünf Sekunden aufrecht. Öffnen Sie als Nächstes die Form. Lassen Sie den Auswurfstift das Teil herausdrücken.

Dies ist ein Beispiel für das Teil, das mit diesem Protokoll geformt wurde. Hundert Zyklen wurden ausgeführt. Um die Formteile zu beurteilen, kehren Sie zum Laserscanning-Digitalmikroskop zurück.

Säulen werden auf der Oberfläche erhalten. Messen Sie den Durchmesser und die Höhe der Pfeiler auf den Gleislinien auf zwei Flächen in unterschiedlichen Abständen vom Tor. Dabei handelt es sich um eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Einsatzoberfläche, die durch additive Fertigung hergestellt wurde.

Zum Vergleich hier ein REM-Bild des im Spritzgussverfahren hergestellten Polyethylenteils. Die Nennabmessungen der Löcher am Einsatz betragen 200 Mikrometer im Durchmesser und 200 Mikrometer in der Tiefe. Dabei handelt es sich um einen Vergleich der Säulenhöhe dividiert durch die Tiefe des Lochs, der als Replikationsgrad der Säulenhöhe bezeichnet wird.

Die Chargen sind in Gruppen von 10 in der Reihenfolge, die im Lauf von 100 produzierten Teilen produziert wird. Die Werte stammen aus einer zufällig ausgewählten Stichprobe aus jeder Gruppe. Verschiedenfarbige Balken beziehen sich auf unterschiedliche Positionen auf der Einlage.

Hier ist ein analoges Diagramm für den Replikationsgrad des Säulendurchmessers. Der Durchmesser der Säule geteilt durch den Lochdurchmesser. Diese Diagramme zeigen, dass der Prozess an jeder Position über einen Zeitraum von 100 Zyklen stabil war.

Die Abmessungen der Löcher an den Teilen blieben nach dem Spritzgießen unverändert, was die Schlussfolgerung unterstützt. Diese Technik ebnete den Weg für Forscher in der Herstellung und Polymerverarbeitung, um den Soft-Tooling-Prozess zu erforschen. Sie ermöglicht die Erstellung von Microfeatures auf Freiformflächen auf der neuen Produktionsplattform, die den Anforderungen der Industrie gerecht wird.

Eine weiche Werkzeuge Prozesskette für das Spritzgießen von ein 3D-Bauteil mit Micro Säulen