O método apresentado visa fabricação de superfície complexa com características micro por um processo de macio-trabalho feito com ferramentas, ou seja, usar aditivo fabricação de polímero para produzir pastilhas para moldagem por injeção do polímero. Em outras palavras, partes de polímero com superfícies funcionais são injeção moldada por inserções de polímero.

Funcionalidades de superfície podem ser realizadas por características micro; por exemplo, Doan et al ¹ e Luchetta et al ² demonstrar superfícies funcionais no campo da biologia celular e Hu et al. ³ mostra um exemplo de elementos de óptica, etc. Um tipo de superfície característica, pilares micro, tem sido pesquisado intensamente para promover a proliferação celular. Eles são capazes de reforçar a ligação entre os tecidos proliferados e a superfície se os pilares micro são estampados em determinadas maneiras⁴^,⁵.

Replicações de polímero de características de micro têm sido intensamente estudadas, e moldagem de precisa pode ser alcançada por muitos processos⁶. Por exemplo, et al . Metwally relatou alta fidelidade entre as peças moldadas e molde para a replicação de características de micro e micro sub superfícies planas⁷.

Existem muitos protocolos para fabricação de pilares micro ou recursos; no entanto, a maioria deles só pode ser aplicada em superfícies planas ou superfícies com curvatura constante. Por exemplo, Nian et al ⁸ mostrou que características micro poderiam ser alcançadas por estampagem quente em uma superfície curva. Esses protocolos não são adequados para formas complexas com superfícies tridimensionais, exigidos pela maioria dos dispositivos de vida real. Aparentemente, a fabricação de um três dimensional cavidade com micro características na superfície desafios atuais protocolos; Enquanto isso, ejeção das peças pode falhar por pilares de proporção elevada sobre uma superfície complexa se forem não perpendicular à direção de desmoldagem. Bissacco et al ⁹ usado insertos de molde 3D e obtidos recursos sub micro por injetoras; em seu estudo, especificidades sub micro com uma baixa proporção foram geradas por um processo de anodização de alumínio e replicadas com êxito pelo polímero em um componente do complexo.

Os pesquisadores tentaram envolvem fabricação aditiva nas cadeias de processo para replicação de polímero para atingir a superfície textura projetada. Lantada et al descreveram uma cadeia de processo que começa a partir de protótipos de AM e em seguida emprega técnicas de revestimento para a obtenção de insertos de molde metálico para¹⁰de moldagem por injeção. Peças de polímero produzidas por AM tem provadas ser directamente aplicável como molde insere¹¹^,¹², que é o processo de macio das ferramentas apresentado neste protocolo.

Em nosso trabalho anterior, demonstrámos que Ø4 µm PEEK pilares (alta de 2 µm) foram com sucesso demolded em uma parede vertical por¹³de moldagem por injeção. Neste protocolo, o produto investigado é um anel com quatro dentes, cada um caracterizado por ter um ângulo de 60°. Este produto tem sido estudado por Zhang et al . ¹⁴, onde características micro foram introduzidas com a implementação de placas pré-fabricadas de níquel, e pilares micro (Ø4 µm) com relação de aspecto de 0,5 foram obtidas por moldagem por injeção de borracha de silicone nas pontas.

O método apresentado, características micro podem ser obtidas em superfícies complexas, criadas por uma corrente de processo ferramental macio. Cavidades de molde de aço são substituídas por um conjunto de inserções feitas por IVA AM baseados em foto-polimerização. Comparado ao metal AM, Fotopolímero com base estou a tecnologia é capaz de atingir maior precisão¹⁵. Além disso, o tempo de usinagem e o custo é reduzido significativamente em comparação com processos de trabalho feito com ferramentas convencionais baseados em usinagem CNC. De acordo com um recente estudo de caso¹⁶, usando macio-ferramental para termoformagem, o custo é reduzido em 91%, enquanto o tempo consumido é reduzido em 93%. Este protocolo é apropriado para produtos que exigem um design de alta flexibilidade e volume de produção intermediária. Provou-se que inserções fabricadas a partir de fibra de carbono reforçado fotopolímeros podem suportar até 2500 ciclos de polietileno antes de mofo visível deterioração¹⁷de injetoras. A escolha do material moldado por injeção é limitada pelas propriedades térmicas do fotopolímero escolhido para inserções. Polímeros com altas temperaturas de fusão não podem ser aplicados em uma cavidade de fotopolímero. Neste estudo, polietileno (PE) foi escolhido para realizar a teste de injetoras.

Esse método pode ajudar a abordar questões-chave no campo de fabricação, como reduzir o tempo e o custo de usinagem para a produção piloto. A principal vantagem dessa técnica é que os microrecursos podem ser alcançados em superfícies de peças complexas graças à manufatura aditiva. Demonstrativo da parte de manufatura aditiva será o Dr. David Bue Pedersen, que é pesquisador sênior e Federico, que é estudante de doutorado, Michael, que é técnico, fará as peças de moldagem por injeção.

Primeiro, use um software de design auxiliado por computador para projetar a inserção. Aqui estão as representações do lado móvel e do lado de injeção de um molde para produzir o anel com quatro dentes. Os dentes estão em um ângulo de 60 graus.

A tolerância de fabricação é de 1/20 de milímetro. Em seguida, prepare a resina para fotopolimerização. Misture bem seus componentes em um dispositivo de mistura por 30 minutos.

Para a fabricação, escolha uma máquina de fotopolimerização. Inspecione o estágio de construção e certifique-se de que a máquina esteja configurada corretamente para a etapa de fabricação. Importe o design e execute a construção na resolução vertical mais alta da máquina.

Após a fabricação, leve as inserções impressas para limpá-las. Coloque-os em isopropanol em um banho ultrassônico por três minutos, três vezes. Depois que o solvente evaporar à temperatura ambiente, coloque as inserções em um dessecador em temperatura ambiente.

Recupere as inserções e cure-as duas vezes com lanternas UV. Quando terminar, remova as inserções. Este é um exemplo das inserções neste ponto.

Para avaliá-los, use um microscópio digital de varredura a laser. Meça o diâmetro e a profundidade de quatro furos próximos ao portão no inserto do lado móvel e no lado da injeção. Além disso, faça medições em quatro furos distantes do portão.

Essas imagens de microscópio fornecem exemplos da inserção lateral móvel e da inserção lateral de injeção neste estágio. A imagem SEM ilustra a qualidade da superfície. Trabalhe com uma máquina de moldagem por injeção convencional.

Certifique-se de que o módulo de microinjeção esteja instalado. Em seguida, trabalhe com as inserções e placas de molde. Em seguida, carregue a tremonha com grânulos de polietileno.

Nos controles, defina os parâmetros da máquina e aguarde o tempo de resfriamento para que a peça seja desmoldada. Aqueça o parafuso durante a primeira à quinta sessão. Quando a temperatura de fusão for de 175 graus Celsius, inicie a moldagem por injeção precisa.

Uma vez preenchida a cavidade, mantenha uma pressão de enchimento de 300 bar por cinco segundos. Em seguida, abra o molde. Deixe o pino de ejeção empurrar a peça para fora.

Este é um exemplo da peça moldada com este protocolo. Cem ciclos foram executados. Para avaliar as peças moldadas, retorne ao microscópio digital de varredura a laser.

Os pilares são obtidos na superfície. Meça o diâmetro e a altura dos pilares nas linhas rastreadas em duas áreas a distâncias diferentes do portão. Esta é uma imagem de micrografia eletrônica de varredura da superfície do inserto fabricada por manufatura aditiva.

Para comparação, aqui está uma imagem SEM da peça de polietileno produzida por moldagem por injeção. As dimensões nominais dos furos no inserto são de 200 micrômetros de diâmetro e 200 micrômetros de profundidade. Esta é uma comparação da altura do pilar dividida pela profundidade do furo, conhecida como grau de replicação da altura do pilar.

Os lotes estão em grupos de 10 na ordem produzida na tiragem de 100 peças produzidas. Os valores são de uma amostra escolhida aleatoriamente de cada grupo. Barras de cores diferentes referem-se a diferentes posições na pastilha.

Aqui está um gráfico análogo para o grau de replicação do diâmetro do pilar. O diâmetro do pilar dividido pelo diâmetro do furo. Esses gráficos demonstram que o processo foi estável em cada posição ao longo de 100 ciclos.

A dimensão dos furos nas peças permaneceu inalterada após a moldagem por injeção, o que apóia a conclusão. Essa técnica abriu caminho para pesquisadores na fabricação e processamento de polímeros explorarem o processo de ferramentas macias. Possibilita a criação de microfeatures em superfícies de forma livre na nova plataforma de produção que atende às demandas industriais.

Uma cadeia de processo de ferramental macio para moldagem por injeção de um componente 3D com Micro pilares