En protokoll for fabrikasjon injeksjon molding innstikk for sammensatt geometri med mikro funksjoner på overflater ansette additiv produksjon (AM) er presentert.
Formålet med utredningen er å presentere metoden for en myk verktøy prosessen kjede ansette additiv produksjon (AM) fabrikasjon av injeksjon molding innstikk med mikro overflaten funksjoner. Myk verktøy skivene er produsert av Digital Light Processing (mva Foto polymerisasjon) bruker en photopolymer som tåler relativt høye temperaturea. Delen produsert her har fire tines med en vinkel på 60°. Mikro pilarer (Ø200 µm, sideforhold på 1) arrangeres på overflater av to rader. Polyetylen injeksjon molding med myk verktøy skivene brukes til å utvikle den endelige deler. Denne metoden viser at det er mulig å få støpt deler med microstructures på sammensatt geometri ved additiv produsert setter. Maskinering tid og kostnader reduseres betydelig sammenlignet med konvensjonelle verktøy prosesser basert på datamaskinen numerisk kontroll (CNC) maskinering. Dimensjonene av mikro funksjoner påvirkes av anvendt additiv produksjonsprosessen. Levetiden for skivene bestemmer at denne prosessen er mer egnet for produksjon. Presisjonen for setter inn produksjonen er begrenset av additiv produksjonsprosessen også.
Presentert metoden tar sikte på å produsere komplekse overflaten med mikro funksjoner av en myk-verktøy prosess, dvs. bruke polymer additive industrien for å produsere innstikk for polymer injeksjon molding. Med andre ord, er polymer deler med funksjonell flater sprøytestøpt av polymer setter inn.
Overflaten funksjonaliteten kan realiseres ved mikro funksjoner; for eksempel Doan et al. 1 og Luchetta et al. 2 demonstrere funksjonelle flater i cellebiologi, og Hu et al. 3 viser et eksempel på optiske elementer, osv. Én type overflate funksjonen, mikro søyler, har blitt undersøkt intensivt for å fremme celle spredning. De er kjøpedyktig forsterke binding mellom proliferated vev og overflaten hvis mikro søylene er mønstret i visse måter4,5.
Polymer replications av mikro funksjoner har studert intensivt og presis molding kan oppnås ved mange prosesser6. For eksempel rapporterte Metwally et al. Hi-Fi mellom støpte deler og mold for replikering mikro og sub mikro på flate overflater7.
Det er mange protokoller for produksjon mikro søyler eller funksjoner. de fleste av dem kan imidlertid bare brukes på flate overflater eller overflater med konstant kurvatur. For eksempel Nian et al. 8 viste at mikro funksjoner kan oppnås av varme preging på en buet overflate. Disse protokollene er ikke egnet for komplekse figurer med tredimensjonale flater, som kreves av de fleste virkelige enheter. Angivelig, fabrikasjon av en tre-dimensjonale hulrom med mikro funksjoner på overflaten utfordringer gjeldende protokoller; i mellomtiden utstøting av delene kan mislykkes for høy størrelsesforholdet pilarer på en komplisert overflate hvis de ikke er vinkelrett i demolding retning. Bissacco et al. 9 brukes 3D mold innsettinger og innhentet sub mikro funksjoner av injeksjon molding; i deres studie, var spesifikke sub mikro funksjoner med størrelsesforholdet lav generert av aluminium anodisering prosessen og ble kopiert av polymer på en kompleks komponent.
Forskere har forsøkt å involvere additiv produksjon i prosessen kjedene polymer replikering for å oppnå designet overflatestruktur. Lantada et al. beskrevet en prosessen kjede som starter fra AM prototyper, og deretter bruker belegg teknikker for å få metallisk mold innstikk for injeksjon molding10. Polymer deler produsert av AM har vist seg for å være direkte gjelder som mold setter inn11,12, som er myk verktøy prosessen presentert i denne protokollen.
I vår tidligere arbeid viste vi at Ø4 µm titt pilarer (2 µm høy) var vellykket demolded på en loddrett vegg av injeksjon molding13. I denne protokollen, undersøkte produktet er en ring med fire tinder, hver preget av har en vinkel på 60°. Dette produktet har blitt studert av Zhang et al. 14, der mikro funksjoner ble introdusert ved å implementere prefabrikert nikkel plater og mikro pilarer (Ø4 µm) med størrelsesforhold på 0,5 ble innhentet av silikon gummi injeksjon molding på tinder.
I metoden presentert kan mikro funksjoner fås på komplekse overflater laget av et mykt verktøy prosessen kjede. Stål mold hulrom er erstattet med et sett av innstikk laget av mva Foto-polymerisasjon-baserte AM. Sammenlignet med metall AM, er photopolymer basert teknologi er dugelig å oppnå høyere presisjon15. Videre er maskinering tid og kostnader redusert betydelig sammenlignet med konvensjonelle verktøy prosesser basert på CNC maskinering. Ifølge en fersk studie16, reduseres ved hjelp av soft-verktøy for thermoforming, kostnadene med 91%, mens de brukte er redusert med 93%. Denne protokollen er egnet for produkter som krever en høy utformingsfrihet og mellomliggende produksjonsvolumet. Det har blitt bevist at innlegg laget av karbonfiber forsterket photopolymers tåler opptil 2500 injeksjon molding sykluser polyetylen før merkbar mold forverring17. Valg av støpt materiale er begrenset av termisk egenskapene for den valgte photopolymer for setter inn. Polymerer med høy smeltingen temperaturer kan ikke brukes i en photopolymer hulrom. I denne studien, ble polyetylen (PE) valgt å gjennomføre injeksjon molding test.
Denne metoden er egnet for produksjon av innstikk for polymer deler med komplekse former. Erstatter verktøyet stål mold hulrom i injeksjon molding maskin med en bløt verktøyet inserts laget av polymerer. maskinering tid og kostnader er redusert sammenlignet med konvensjonelle metall maskinering; derfor forkortet syklusen av produksjon. Denne prosessen kjede er egnet for produkter i middels skala (fra 1000-10 000 sykluser av injeksjon molding eller lignende) produksjon, men høy variasjon i utformingen. Videre for 3D utskriften innsettinger er ingen spesiell form plater nødvendig. Standard kommersielle injeksjon molding platene ble kjøpt og maskinert tilpasses skivene.
På dagens teknologi svikter staten, myk verktøy av en distinkt mekanisme17. Feil mekanismen er oppdaget kobles varme nedbøyning temperaturen av myke verktøy sette og nedbryting er funnet for å være askepartikler. Derfor er det viktigste trinnet å velge riktig harpiks for skivene produsert av additive industrien. Egenskapen termisk og mekanisk bestemmer livet av skivene, dvs. hvor mange sykluser den tåler under injeksjon molding. Den avgjør også hvilket støpte polymer; mold temperaturen av støpte polymer bør ikke være høyere enn nedbøyning temperaturen av sett inn.
Det andre avgjørende skrittet i protokollen er design av sette. De generelle reglene for mold design bør følges og mekanisk svak deler bør unngås på en 3D trykt polymer sette; ellers påvirkes livets verktøyet på grunn av feil som sprekker.
Overflaten kvaliteten på innhentet støpt deler er begrenset av anvendt additiv produksjonsprosessen. Etterbehandling som kjemisk etsing er en mulig løsning å forbedre overflaten kvaliteten. Presisjon overflaten funksjonene er en annen sak grunnet additiv produksjonsprosessen.
Denne metoden oppretter muligheten for å lage mikro funksjoner på ekte fri form overflate på en ny produksjon plattform møte industrielle krav. Derfor har denne metoden potensial til å bli brukt og undersøkt for programmer i forbindelse med neste generasjon medisinsk utstyr som krever mikro funksjoner på komplekse figurer, for eksempel i forbindelse med medisinske enheter eller implanting enheter14 . Denne metoden vil rette verdiskaping gjennom reduserte kostnader for små til mellomstore volum serie produksjoner, og positivt påvirke tidsskalaen for produksjon i gapet mellom 1-10 individ anordninger og ekte masseproduksjon. Det vil åpne opp nye høyverdige produkter og designløsninger.
The authors have nothing to disclose.
Dette papiret rapporterer arbeid i forbindelse med prosjektet “Avansert overflatebehandling for implanterbare medisinsk utstyr” finansiert av Innovation fondet Danmark. Forfatter takknemlig anerkjenner støtte fra europeiske nyskapende opplæring nettverk MICROMAN “Prosessen fingeravtrykket for Zero-defect Net-form MICROMANufacturing” finansiert av Horizon 2020 rammeprogram for forskning og innovasjon av European Union.
Photopolymer resin | EnvisionTec | HTM140 V2 | |
Resin mixing device | IKA | Vortex Genius 3 | |
3d printer | Envisiontec | Perfactory 3 | |
UV light flash unit | EnvisionTec | Otoflash unit | |
Polyethylene | lyondellbasell | PE Purell 1840 | |
Injection moulding machine | Arburg | Allrounder 370A | |
Image processing | SPIP | 6.2.8 |