La méthode présentée vise à surface complexe, avec des caractéristiques micro par un procédé doux-outillage, c'est-à-dire d’utiliser fabrication additive de polymère pour produire des inserts pour moulage par injection de polymère de fabrication. En d’autres termes, des pièces de polymère avec les surfaces fonctionnelles sont moulées par des inserts de polymère par injection.

Fonctionnalités de surface peuvent être réalisées par micro caractéristiques ; par exemple, Doan et al. 1 et Luchetta et al. 2 démontrer les surfaces fonctionnelles dans le domaine de la biologie cellulaire et Hu et al. 3 montre un exemple d’éléments optiques, etc. Un seul type de surface caractéristique, micro piliers, a étudié intensivement pour la promotion de la prolifération cellulaire. Ils sont en mesure d’améliorer les liaisons entre les tissus de prolifération et de la surface si les piliers micro sont modelés dans certaines façons4,5.

Les réplications de polymère de fonctionnalités micro ont été intensivement étudiées et moulage précis peut être réalisé en plusieurs processus6. Par exemple, Moussa al a rapporté haute fidélité entre les pièces moulées et moule pour la réplication des caractéristiques micro et micro Sub sur surfaces planes7.

Il existe de nombreux protocoles pour les piliers de micro fabrication ou fonctionnalités ; Cependant, la plupart d'entre eux ne peut s’appliquer sur des surfaces plates ou courbure constante. Par exemple, Nian et al. 8 a montré que les caractéristiques micro pourraient être atteint par gaufrage chaud sur une surface courbe. Ces protocoles ne conviennent pas pour des formes complexes avec des surfaces en trois dimensions, qui sont requis par la plupart des appareils de la vie réelle. Apparemment, la fabrication de trois dimension cavité avec micro caractéristiques sur la surface défie les protocoles actuels ; pendant ce temps, éjection des pièces peut échouer pour les piliers de haut rapport d’aspect sur une surface complexe, si elles sont non perpendiculaire à la direction de démoulage. Bissacco et al. 9 utilisé moule 3D insertions et caractéristiques Sub micro a obtenu par injection moulage ; dans leur étude, caractéristiques Sub micro avec un faible allongement ont été générés par un processus d’anodisation d’aluminium et reproduits avec succès de polymère sur un composant complex.

Chercheurs ont tenté d’associer fabrication additive dans les chaînes de processus pour la réplication de polymère afin d’obtenir la texture de surface conçue. Lantada et coll. décrit une chaîne de processus qui commence à partir de prototypes d’AM et puis emploie des techniques de revêtement pour l’obtention des inserts de moule métallique pour10de moulage par injection. Pièces de polymère produits par AM ont été prouvés pour être directement applicable comme moule insère11,12, qui est le processus d’outillage doux présenté dans le présent protocole.

Dans nos travaux précédents, nous avons démontré que Ø4 µm PEEK piliers (2 µm de haut) ont été avec succès demolded sur un mur vertical par13de moulage par injection. Dans ce protocole, le produit étudié est un anneau à quatre dents, chacune caractérisée par la présence d’un angle de 60°. Ce produit a été étudié par Zhang et al. 14, où micro fonctionnalités ont été introduites en mettant en place des plaques préfabriquées de nickel, et micro piliers (Ø4 µm) avec l’allongement de 0,5 ont été obtenues par moulage par injection de caoutchouc silicone sur les dents.

Dans la méthode présentée, micro caractéristiques peuvent être obtenues sur des surfaces complexes créés par une chaîne de processus outillage doux. Cavités du moule en acier sont remplacées par un ensemble d’insertions effectuées par TVA-polymérisation-photographes AM. Par rapport au métal AM, photopolymère basé suis technologie est capable d’atteindre le plus élevé de précision15. De plus, le temps d’usinage et le coût est réduit significativement par rapport aux processus d’outillage classique basées sur l’usinage CNC. Selon une récente étude de cas16à l’aide de soft-outillages pour le thermoformage, le coût est réduit de 91 %, tandis que le temps consommé est réduit de 93 %. Ce protocole est adapté pour les produits nécessitant une flexibilité de conception élevé et un volume de production intermédiaire. Il a été prouvé que les insertions fabriquées à partir de fibre de carbone renforcée photopolymères peuvent supporter jusqu'à 2500 cycles pour polyéthylène avant de détérioration notable moule17à injection. Le choix du matériau moulé par injection est limité par les propriétés thermiques de la photopolymère choisie pour les inserts. Polymères à hautes températures de fusion ne peuvent être appliquées dans une cavité de photopolymère. Dans cette étude, en polyéthylène (PE) a été choisie pour effectuer la test à injection.

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la fabrication, telles que la réduction du temps et des coûts d’usinage pour la production pilote. Le principal avantage de cette technique est qu’il est possible d’obtenir des microcaractéristiques sur les surfaces de pièces complexes grâce à la fabrication additive. Le démonstrateur de la partie fabrication additive sera le Dr David Bue Pedersen, qui est chercheur principal et Federico, qui est doctorant, Michael, qui est technicien, s’occupera des pièces de moulage par injection.

Tout d’abord, utilisez un logiciel de conception assistée par ordinateur pour concevoir l’insert. Voici des représentations du côté mobile et du côté injection d’un moule pour produire l’anneau à quatre dents. Les dents sont à un angle de 60 degrés.

La tolérance de fabrication est de 1/20e de millimètre. Ensuite, préparez la résine pour la photopolymérisation. Mélangez soigneusement ses composants dans un appareil de mélange pendant 30 minutes.

Pour la fabrication, choisissez une machine de photopolymérisation. Inspectez l’étape de construction et assurez-vous que la machine est correctement configurée pour l’étape de fabrication. Importez la conception et exécutez la construction à la résolution verticale la plus élevée de la machine.

Après la fabrication, prenez les encarts imprimés pour les nettoyer. Placez-les dans de l’isopropanol dans un bain à ultrasons pendant trois minutes, trois fois. Une fois que le solvant s’est évaporé à température ambiante, placez les inserts dans un dessiccateur à température ambiante.

Récupérez les inserts et durcissez-les deux fois avec des lampes de poche UV. Une fois terminé, retirez les inserts. Voici un exemple des inserts à ce stade.

Pour les évaluer, utilisez un microscope numérique à balayage laser. Mesurez le diamètre et la profondeur de quatre trous près de la porte sur l’insert du côté mobile et du côté de l’injection. De plus, effectuez des mesures sur quatre trous loin de la porte.

Ces images microscopes fournissent des exemples de l’insert latéral mobile et de l’insert latéral d’injection à ce stade. L’image MEB illustre la qualité de surface. Travaillez avec une machine de moulage par injection conventionnelle.

Assurez-vous que le module de micro-injection est installé. Ensuite, travaillez avec les inserts et les plaques de moule. Ensuite, chargez la trémie avec des granulés de polyéthylène.

Aux commandes, réglez les paramètres de la machine et prévoyez un temps de refroidissement pour la pièce à démouler. Chauffez la vis de la première à la cinquième séance. Lorsque la température de fusion est de 175 degrés Celsius, démarrez le moulage par injection précis.

Une fois la cavité remplie, maintenez une pression d’emballage de 300 bars pendant cinq secondes. Ensuite, ouvrez le moule. Laissez la goupille d’éjection pousser la pièce vers l’extérieur.

Voici un exemple de la pièce moulée avec ce protocole. Cent cycles ont été exécutés. Pour évaluer les pièces moulées, retournez au microscope numérique à balayage laser.

Les piliers sont obtenus en surface. Mesurez le diamètre et la hauteur des piliers sur les lignes à chenilles sur deux zones à différentes distances de la porte. Il s’agit d’une image en micrographie électronique à balayage de la surface de l’insert fabriquée par fabrication additive.

À titre de comparaison, voici une image MEB de la pièce en polyéthylène produite par moulage par injection. Les dimensions nominales des trous sur l’insert sont de 200 micromètres de diamètre et de 200 micromètres de profondeur. Il s’agit d’une comparaison de la hauteur du pilier divisée par la profondeur du trou, appelée degré de réplication de la hauteur du pilier.

Les lots sont par groupes de 10 dans l’ordre produit en série de 100 pièces produites. Les valeurs proviennent d’un échantillon choisi au hasard dans chaque groupe. Des barres de différentes couleurs font référence à différentes positions sur l’insert.

Voici un graphique analogue pour le degré de réplication du diamètre du pilier. Le diamètre du pilier divisé par le diamètre du trou. Ces graphiques démontrent que le processus était stable à chaque position au cours de 100 cycles.

La dimension des trous sur les pièces est restée inchangée après le moulage par injection, ce qui confirme la conclusion. Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la fabrication et du traitement des polymères pour explorer le processus d’outillage souple. Il permet de créer des microcaractéristiques sur des surfaces de forme libre sur la nouvelle plateforme de production qui répond aux demandes industrielles.