提案手法は、ソフト-ツールのプロセス、すなわち、ポリマー添加剤の製造を使用して高分子射出成形用インサートを生成するマイクロ機能を持つ複雑な表面の製造を目指しています。つまり、機能的な表面を持つポリマー部品、射出成形高分子挿入によってです。
マイクロ機能により表面の機能が実現できます。例えば、ドアンら1 Luchettaら2は、細胞生物学や胡らのフィールドで機能面を示す3 光学素子等の例を示しています。サーフェス フィーチャーで、マイクロの柱の 1 つのタイプは細胞増殖を促進するために集中的にしました。彼らが特定の方法4,5でパターン化されているマイクロの柱と、増殖組織と表面間の結合を強化することができます。
高分子マイクロ機能のレプリケーションは、集中的に研究されていると多くのプロセス6により精密な成形が可能します。例えば、Metwallyらは、平面7成形品とマイクロとサブ ・ ミクロンの機能を複製するための鋳型の間、高忠実度を報告しています。
製造マイクロ柱または機能のための多くのプロトコルがあります。しかし、それらのほとんどは平面または定曲率曲面にのみ適用できます。例えば、インディアンら8は、曲面にホットエンボスによってマイクロ機能を達成できることを示した。これらのプロトコルは、ほとんどの実際のデバイスに必要な 3次元サーフェスで複雑な形状に適しておりません。どうやら、3 つの作製二次元キャビティ表面のマイクロの特徴と課題を現在のプロトコル;一方、彼らが垂直でない場合、複雑な表面の高アスペクト比の大きな柱の部分の取り出しができない離型方向に。Bissaccoら9 3 D 金型インサートを使用し、微細機能を用いて射出成形;彼らの研究で低アスペクト比微細特徴は、陽極酸化処理によって生成され複雑なコンポーネントのポリマーに正常にレプリケートされました。
研究者は、設計の表面のテクスチャを達成するためにポリマー レプリケーションのプロセス チェーンの添加剤の製造を含むしようとしています。Lantadaらは、午前のプロトタイプから開始して、金型インサート成形10を取得するためのコーティング技術を採用プロセス チェーンをについて説明します。AM によって生成される高分子部品は、金型挿入11,12、このプロトコルでソフトのツール プロセスである直接該当する証明されています。
我々 の以前の仕事で私たちは、ø 4 μ m ピーク柱 (2 μ m 高) が13注入による垂直壁の正常に demolded を実証しました。このプロトコルでは, 製品は 4 つの歯を持つリング、各 60 ° の角度を持っていることが特徴します。この製品は、張らによって研究されています。14日、マイクロ機能を実装することによって導入されたプレハブ ニッケル プレートとアスペクト比が 0.5 マイクロの柱 (ø 4 μ m) は、歯部にシリコーン ゴム射出成形によって得られました。
提案手法は, マイクロ機能はソフト ツーリング プロセス チェーンで作成した複雑なサーフェスで得られます。鋼の金型キャビティは、付加価値税写真重合による AM によって行われた挿入のセットに置き換えられます。金属午前と比べると、感光性樹脂ベース アム技術、高精度15を達成することです。また、加工の時間とコストの削減は、CNC 加工に基づく従来のツール プロセスと比較して大幅。最近事例16によると、熱成形のソフト ツールを使用して、コストは 91% 減、消費時間は 93% 削減します。このプロトコルは、高い設計柔軟性と中間生産量を必要とする製品に適しています。それは、炭素繊維強化フォトポリマー製インサートが 2500 成形顕著な金型劣化17前にポリエチレンのサイクルまで耐えることを証明されています。射出成形材料の選択は、挿入のため選択した感光性樹脂の熱的性質によって制限されます。高融点のポリマーは、感光性樹脂のキャビティに適用されないことが。本研究では、ポリエチレン (PE) 成形テストを実施する選ばれました。
この方法は、パイロット生産の加工時間とコストを削減する方法など、製造分野の重要な問題に対処するのに役立ちます。この技術の主な利点は、積層造形により、複雑な部品の表面に微細な特徴を実現できることです。アディティブマニュファクチャリングのデモンストレーションは、上級研究員のDavid Bue Pedersen博士と博士課程の学生であるFederico、技術者のMichaelが射出成形部品を担当します。
まず、コンピューター支援設計ソフトウェアを使用してインサートを設計します。これは、4つのタインでリングを製造するための金型の可動側と射出側の描写です。尖叉は60度の角度にあります。
製造公差は1/20ミリメートルです。次に、光重合用の樹脂を準備します。その成分を混合装置で30分間完全に混合します。
製造には、光重合機を選択してください。ビルドステージを検査し、マシンが製造ステップ用に適切にセットアップされていることを確認します。デザインをインポートし、最高の垂直マシン解像度でビルドを実行します。
製作後、印刷されたインサートを取って清掃します。それらを超音波浴中のイソプロパノールに3分間、3回入れます。溶媒が室温で蒸発した後、インサートを室温デシケーターに入れます。
インサートを回収し、UV懐中電灯で2回硬化させます。完了したら、インサートを取り外します。これは、この時点での挿入の例です。
それらを評価するには、レーザー走査型デジタル顕微鏡を使用します。可動側と射出側のインサートのゲートに近い4つの穴の直径と深さを測定します。さらに、ゲートから離れた4つの穴で測定を実行します。
これらの顕微鏡画像は、この段階での可動サイドインサートとインジェクションサイドインサートの例を示しています。SEMの写真は、表面の品質を示しています。従来の射出成形機で作業します。
マイクロインジェクションモジュールが取り付けられていることを確認します。次に、インサートとモールドプレートで作業します。次に、ホッパーにポリエチレン顆粒をロードします。
コントロールで、マシンパラメータを設定し、成形品を離型するための冷却時間を確保します。1回目から5回目のセッションでネジを加熱します。溶融温度が175°Cになったら、正確な射出成形を開始します。
キャビティが充填されたら、300 barの保圧を5秒間維持します。次に、型を開けます。イジェクトピンがパーツを押し出すのを待ちます。
これは、このプロトコルで成形された部品の一例です。100サイクルが実行されました。成形品を評価するには、レーザー走査型デジタル顕微鏡に戻ります。
ピラーは表面で得られます。ゲートから異なる距離にある 2 つのエリアの追跡線上の柱の直径と高さを測定します。アディティブマニュファクチャリングで作製したインサート表面の走査型電子顕微鏡写真です。
比較のために、射出成形で製造されたポリエチレン部品のSEM画像を以下に示します。インサートの穴の公称寸法は、直径200マイクロメートル、深さ200マイクロメートルです。これは、柱の高さを穴の深さで割った比較であり、柱の高さの複製度と呼ばれます。
バッチは、100個の生産部品の実行で生産された順序で10のグループに分かれています。値は、各グループからランダムに選択された 1 つのサンプルから取得されます。異なる色のバーは、インサート上の異なる位置を示します。
これは、柱の直径の複製度の類似のプロットです。ピラーの直径を穴の直径で割った値。これらのプロットは、100サイクルにわたって各位置でプロセスが安定していたことを示しています。
部品の穴の寸法は射出成形後も変化しておらず、結論を裏付けています。この技術は、製造およびポリマー加工の研究者がソフトツーリングプロセスを探求する道を開きました。これにより、産業の要求を満たす新しい生産プラットフォーム上の自由形状表面上にマイクロフィーチャーを作成することができます。