Una catena di processo utensili morbido per lo stampaggio di un componente 3D con Micro pilastri

Il metodo proposto mira a superficie complessa con le peculiarità di un processo di soft-tooling, cioè, utilizzare produzione additiva polimero per produrre inserti per stampaggio ad iniezione di polimeri di fabbricazione. In altre parole, parti di plastica con superfici funzionali sono stampati da inserti in polimero ad iniezione.

Funzionalità di superficie può essere realizzata da micro caratteristiche; per esempio, Doan et al. ¹ e Luchetta et al. ² dimostrare superfici funzionali nel campo della biologia cellulare e Hu et al. ³ Mostra un esempio di elementi ottici, ecc. Un tipo di feature di superficie, micro pilastri, è stato studiato intensivamente per promuovere la proliferazione delle cellule. Essi sono in grado di migliorare l'aderenza tra i tessuti proliferati e la superficie se i micro pilastri sono modellati in determinati modi^4,5.

Le repliche di polimero di micro caratteristiche sono state studiate intensivamente, e modanatura preciso può essere realizzato da molti processi⁶. Per esempio, Metwally et al ha ha segnalato ad alta fedeltà tra le parti modellate e stampo per la replica di sub-micro e micro caratteristiche su superfici piane⁷.

Ci sono molti protocolli per produzione micro pilastri o funzionalità; Tuttavia, la maggior parte di loro può essere applicata solo su superfici piane o superfici con curvatura costante. Per esempio, Nian et al. ⁸ hanno mostrato che micro caratteristiche potrebbero essere raggiunto mediante goffratura a caldo su una superficie curva. Tali protocolli non sono adatti per forme complesse con superfici tridimensionali, che sono richieste dalla maggior parte dei dispositivi reali. A quanto pare, la realizzazione di tre cavità tridimensionale con micro caratteristiche sulla superficie le sfide attuali protocolli; nel frattempo, espulsione delle parti potrebbe non riuscire per pilastri di alto allungamento su una superficie complessa se sono non perpendicolari alla direzione di compressione. Bissacco et al. ⁹ utilizzati inserti stampo 3D e ottenuti Sub-micro caratteristiche di stampaggio; nel loro studio, caratteristiche specifiche Sub-micro con un basso rapporto di aspetto sono stati generati da un processo di anodizzazione di alluminio e replicati correttamente dal polimero su un componente complesso.

I ricercatori hanno tentato di coinvolgere la produzione additiva nelle catene di processo per la replica di polimero al fine di ottenere la struttura superficiale progettata. Lantada et al ha descritto una catena di processo che inizia da prototipi di AM e quindi si avvale di tecniche di rivestimento per l'ottenimento di inserti metallici stampo per iniezione¹⁰. Parti di plastica prodotti da AM hanno dimostrati di essere direttamente applicabile come stampo inserti^11,12, che è il processo di lavorazione morbida presentato in questo protocollo.

Nel nostro lavoro precedente, abbiamo dimostrato che Ø4 µm PEEK pilastri (2 µm alta) erano con successo demolded su una parete verticale di¹³di stampaggio ad iniezione. In questo protocollo, il prodotto oggetto dell'inchiesta è un anello con quattro denti, ognuna caratterizzata da aventi un angolo di 60°. Questo prodotto è stato studiato da Zhang et al. ¹⁴, dove sono state introdotte caratteristiche micro implementando piastre del nichel di pre-fabbricate, e micro pilastri (Ø4 µm) con aspect ratio di 0,5 sono stati ottenuti mediante stampaggio ad iniezione di gomma del silicone sui denti.

Nel metodo presentato, micro caratteristiche sono ottenibili su superfici complesse, create da una catena di processo utensili morbido. Cavità di stampo in acciaio vengono sostituiti da una serie degli inserimenti eseguiti da IVA AM basate su foto-polimerizzazione. Rispetto al metallo AM, fotopolimero basato AM tecnologia è in grado di raggiungere la più alta precisione¹⁵. Inoltre, il tempo di lavorazione e il costo si riduce notevolmente rispetto agli utensili convenzionali processi basati sulla lavorazione CNC. Secondo un recente studio caso¹⁶, utilizzando soft-tooling per la termoformatura, il costo è ridotto dal 91%, mentre il tempo consumato è ridotto dal 93%. Questo protocollo è adatto per prodotti che richiedono un design di alta flessibilità e volume di produzione intermedi. È stato dimostrato che inserti realizzati in fibra di carbonio rinforzata fotopolimeri possono resistere fino a 2500 cicli per polietilene prima di stampo evidente deterioramento¹⁷ad iniezione. La scelta del materiale stampato ad iniezione è limitata dalle proprietà termiche del fotopolimero selezionata per inserti. Polimeri con alte temperature di fusione non possono essere applicate in una cavità di fotopolimero. In questo studio, polietilene (PE) è stato scelto per condurre test di stampaggio ad iniezione.