Additive विनिर्माण रोजगार सतहों पर सूक्ष्म सुविधाओं के साथ जटिल ज्यामिति के लिए इंजेक्शन मोल्डिंग आवेषण निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल (AM) प्रस्तुत किया है ।
इस पेपर का उद्देश्य सूक्ष्म सतह सुविधाओं के साथ इंजेक्शन मोल्डिंग आवेषण के निर्माण के लिए एक नरम टूलींग प्रक्रिया श्रृंखला Additive विनिर्माण रोजगार (AM) की विधि पेश करने के लिए है । नरम टूलींग आवेषण डिजिटल प्रकाश प्रसंस्करण (वैट फोटो बहुलकीकरण) एक photopolymer है कि अपेक्षाकृत उच्च temperaturea सामना कर सकते है का उपयोग करके निर्मित कर रहे हैं । यहां निर्मित हिस्सा ६० ° के एक कोण के साथ चार tines है । सूक्ष्म स्तंभों (ø २०० µm, 1 के पहलू अनुपात) दो पंक्तियों द्वारा सतहों पर व्यवस्थित कर रहे हैं. पॉलीथीन (पीई) नरम टूलींग आवेषण के साथ इंजेक्शन मोल्डिंग अंतिम भागों बनाना करने के लिए प्रयोग किया जाता है । इस विधि को दर्शाता है कि यह additive निर्मित आवेषण द्वारा जटिल ज्यामिति पर microstructures के साथ इंजेक्शन ढाला भागों को प्राप्त करने के लिए संभव है । मशीनिंग समय और लागत काफी पारंपरिक टूलींग प्रक्रियाओं की तुलना में कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण (सीएनसी) मशीनिंग के आधार पर कम है । सूक्ष्म सुविधाओं के आयामों को लागू additive विनिर्माण प्रक्रिया से प्रभावित हैं । संमिलन का जीवनकाल निर्धारित करता है कि यह प्रक्रिया पायलट उत्पादन के लिए अधिक उपयुक्त है. आवेषण उत्पादन की परिशुद्धता additive विनिर्माण प्रक्रिया के रूप में अच्छी तरह से सीमित है ।
प्रस्तुत विधि एक नरम-टूलींग प्रक्रिया द्वारा सूक्ष्म सुविधाओं के साथ जटिल सतह के निर्माण पर करना है, यानी, बहुलक additive विनिर्माण का उपयोग करने के लिए इस्तेमाल करने के लिए पॉलिमर इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए आवेषण का उत्पादन । दूसरे शब्दों में, कार्यात्मक सतहों के साथ बहुलक भागों इंजेक्शन बहुलक आवेषण द्वारा ढाला जाता है ।
भूतल कार्यक्षमताओं माइक्रो सुविधाओं द्वारा महसूस किया जा सकता है; मसलन, Doan एट अल. 1 और Luchetta एट अल. 2 सेल जीवविज्ञान के क्षेत्र में कार्यात्मक सतहों का प्रदर्शन, और हू एट अल । 3 ऑप्टिकल तत्वों, आदि का एक उदाहरण से पता चलता है सतह सुविधा का एक प्रकार, सूक्ष्म स्तंभों, सेल प्रसार को बढ़ावा देने के लिए गहन जांच की गई है । वे proliferated ऊतकों और सतह के बीच संबंध बढ़ाने के लिए सक्षम हैं, तो सूक्ष्म स्तंभों कुछ मायनों में नमूनों रहे हैं4,5.
माइक्रो सुविधाओं की बहुलक प्रतिकृतियों का गहन अध्ययन किया गया है, और सटीक मोल्डिंग कई प्रक्रियाओं6द्वारा प्राप्त किया जा सकता है । उदाहरण के लिए, Metwally एट अल. फ्लैट सतहों7पर सूक्ष्म और उप माइक्रो सुविधाओं की प्रतिकृति के लिए ढाला भागों और मोल्ड के बीच उच्च निष्ठा की सूचना दी है ।
सूक्ष्म स्तंभों या सुविधाओं के निर्माण के लिए कई प्रोटोकॉल हैं; हालांकि, उनमें से ज्यादातर केवल फ्लैट सतहों या लगातार वक्रता के साथ सतहों पर लागू किया जा सकता है । मसलन, नियन एट अल. 8 से पता चला कि सूक्ष्म सुविधाओं एक घुमावदार सतह पर गर्म उभरा द्वारा प्राप्त किया जा सकता है । उन प्रोटोकॉल तीन आयामी सतहों, जो सबसे वास्तविक जीवन उपकरणों के लिए आवश्यक है के साथ जटिल आकृतियों के लिए उपयुक्त नहीं हैं । जाहिर है, सतह पर सूक्ष्म सुविधाओं के साथ एक तीन आयामी गुहा के निर्माण वर्तमान प्रोटोकॉल चुनौतियों; इस बीच, भागों के इंजेक्शन एक जटिल सतह पर उच्च पहलू अनुपात स्तंभों के लिए असफल हो सकता है अगर वे गैर सीधा करने के लिए मोल्ड दिशा । Bissacco एट अल. 9 इंजेक्शन मोल्डिंग द्वारा 3 डी मोल्ड आवेषण और प्राप्त उप माइक्रो सुविधाओं का इस्तेमाल किया; उनके अध्ययन में, एक कम पहलू अनुपात के साथ विशिष्ट उप-सूक्ष्म सुविधाओं एक एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण प्रक्रिया द्वारा उत्पंन और सफलतापूर्वक एक जटिल घटक पर बहुलक द्वारा दोहराया गया ।
शोधकर्ताओं ने डिजाइन सतह बनावट को प्राप्त करने के क्रम में बहुलक प्रतिकृति के लिए प्रक्रिया श्रृंखला में additive विनिर्माण शामिल करने का प्रयास किया है । Lantada एट अल. एक प्रक्रिया श्रृंखला है कि AM प्रोटोटाइप से शुरू होता है वर्णित है, और फिर इंजेक्शन मोल्डिंग10के लिए धातु मोल्ड आवेषण प्राप्त करने के लिए कोटिंग तकनीक को रोजगार । बहुलक भागों द्वारा उत्पादित कर रहा हूं सीधे के रूप में लागू मोल्ड आवेषण11,12, जो नरम टूलींग इस प्रोटोकॉल में प्रस्तुत की प्रक्रिया है साबित हो गया है ।
हमारे पिछले काम में, हम प्रदर्शन किया है कि Ø4 µm तिरछी नज़र स्तंभों (2 µm उच्च) सफलतापूर्वक इंजेक्शन मोल्डिंग13द्वारा एक ऊर्ध्वाधर दीवार पर ढाला गया । इस प्रोटोकॉल में, जांच उत्पाद चार tines, ६० ° का एक कोण होने से प्रत्येक विशेषता के साथ एक अंगूठी है । इस प्रॉडक्ट को झांग एट अल ने अध्ययन किया है । 14, जहां सूक्ष्म सुविधाओं पूर्व गढ़े निकल प्लेटों को लागू करने के द्वारा पेश किया गया, और ०.५ के पहलू अनुपात के साथ सूक्ष्म स्तंभों (Ø4 µm) tines पर सिलिकॉन रबर इंजेक्शन मोल्डिंग द्वारा प्राप्त किया गया ।
प्रस्तुत विधि में, सूक्ष्म सुविधाओं एक नरम टूलींग प्रक्रिया श्रृंखला के द्वारा बनाई गई जटिल सतहों पर प्राप्त किया जा सकता है । स्टील मोल्ड गुहाओं वैट फोटो-बहुलकीकरण-आधारित AM द्वारा किए गए आवेषण का एक सेट द्वारा प्रतिस्थापित कर रहे हैं । धातु की तुलना में हूं, photopolymer आधारित हूं प्रौद्योगिकी उच्च परिशुद्धता15को प्राप्त करने में सक्षम है । इसके अलावा, मशीनिंग समय और लागत काफी कम सीएनसी मशीनिंग पर आधारित पारंपरिक टूलींग प्रक्रियाओं की तुलना में है । हाल के एक मामले के अध्ययन के अनुसार16, thermoforming के लिए नरम टूलींग का उपयोग करके, लागत ९१% से कम है, जबकि भस्म समय ९३% से कम है । इस प्रोटोकॉल एक उच्च डिजाइन लचीलापन और मध्यवर्ती उत्पादन की मात्रा की आवश्यकता उत्पादों के लिए उपयुक्त है । यह साबित हो गया है कि आवेषण कार्बन फाइबर से निर्मित प्रबलित photopolymers ध्यान देने योग्य मोल्ड गिरावट17से पहले पॉलीथीन के लिए २५०० इंजेक्शन मोल्डिंग चक्र के लिए सामना कर सकते हैं । इंजेक्शन ढाला सामग्री का चुनाव आवेषण के लिए चुना photopolymer के थर्मल गुण द्वारा सीमित है । उच्च पिघलने तापमान के साथ पॉलिमर एक photopolymer गुहा में लागू नहीं किया जा सकता है । इस अध्ययन में पॉलीथीन (पीई) को इंजेक्शन मोल्डिंग टेस्ट के संचालन के लिए चुना गया ।
इस विधि जटिल आकार के साथ बहुलक भागों के लिए आवेषण के निर्माण के लिए उपयुक्त है । यह इंजेक्शन मोल्डिंग मशीन में उपकरण स्टील मोल्ड गुहा की जगह बहुलक से बना नरम उपकरण आवेषण का एक सेट के साथ । मशीनिंग समय और लागत पारंपरिक धातु मशीनिंग की तुलना में कम है; इसलिए, उत्पादन का चक्र छोटा है । इस प्रक्रिया श्रृंखला मध्यवर्ती पैमाने में उत्पादों के लिए उपयुक्त है (इंजेक्शन मोल्डिंग या इसी तरह से १०००-१०,००० चक्र से) उत्पादन, लेकिन डिजाइन में उच्च भिन्नता. इसके अलावा, 3 डी मुद्रित आवेषण के लिए, कोई विशेष मोल्ड प्लेट की आवश्यकता है । मानक वाणिज्यिक इंजेक्शन मोल्डिंग प्लेट खरीदे गए थे और आवेषण फिट करने के लिए मशीन ।
वर्तमान प्रौद्योगिकी राज्य में, नरम टूलींग एक अलग तंत्र17से विफल रहता है । विफलता तंत्र नरम टूलींग डालने के गर्मी विक्षेपन तापमान से जुड़े होने की पहचान की गई है और अपघटन outgassing के कारण होने के लिए पहचान की गई है । इसलिए, सबसे महत्वपूर्ण कदम additives विनिर्माण द्वारा उत्पादित आवेषण के लिए सही राल का चयन करने के लिए है । थर्मल और यांत्रिक संपत्ति आवेषण के जीवन को निर्धारित करता है, यानी, इंजेक्शन मोल्डिंग के दौरान कितने चक्र यह सामना कर सकते हैं । यह भी ढाला बहुलक की सीमा निर्धारित करता है; ढाला बहुलक का मोल्ड तापमान सम्मिलित सामग्री के विक्षेपन तापमान से अधिक नहीं होना चाहिए ।
प्रोटोकॉल में दूसरा महत्वपूर्ण कदम डालने की डिजाइन है । मोल्ड डिजाइन के सामान्य नियमों का पालन किया जाना चाहिए और यांत्रिक रूप से कमजोर भागों एक 3 डी मुद्रित बहुलक डालने पर बचा जाना चाहिए; अन्यथा, दरारें जैसी विफलताओं के कारण टूल लाइफ प्रभावित होगी ।
प्राप्त इंजेक्शन ढाला भागों की सतह की गुणवत्ता लागू additive विनिर्माण प्रक्रिया द्वारा सीमित है । पोस्ट प्रोसेसिंग जैसे रासायनिक नक़्क़ाशी सतह की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए एक संभव समाधान है । सतह सुविधाओं की परिशुद्धता additive विनिर्माण प्रक्रिया की वजह से एक और मुद्दा है ।
यह विधि औद्योगिक मांगों को पूरा करने के लिए एक नया उत्पादन मंच पर वास्तविक मुक्त फार्म सतह पर सूक्ष्म सुविधाओं बनाने के लिए संभावना पैदा करेगा । इसलिए, इस विधि को लागू किया जा करने के लिए संभावित है और अगली पीढ़ी के चिकित्सा उपकरणों के संबंध में अनुप्रयोगों के लिए जांच की है कि जटिल आकार पर सूक्ष्म सुविधाओं की आवश्यकता, चिकित्सा उपकरणों या प्रत्यारोपण उपकरणों के संबंध में उदाहरण के लिए14 . इस विधि छोटे से मध्यम मात्रा श्रृंखला प्रोडक्शंस के लिए काफी कम खर्च के माध्यम से मूल्य निर्माण की सुविधा होगी, और सकारात्मक 1-10 व्यक्तिगत उपकरणों और वास्तविक बड़े पैमाने पर उत्पादन के बीच की खाई में उत्पादन के लिए टाइमस्केल को प्रभावित । यह नए उच्च मूल्य उत्पादों और डिजाइन समाधान खुल जाएगा ।
The authors have nothing to disclose.
इस कागज रिपोर्ट परियोजना “प्रत्यारोपित चिकित्सा उपकरणों के लिए उंनत सतह उपचार” नवाचार कोष डेनमार्क द्वारा वित्त पोषित के संदर्भ में किए गए काम करते हैं । लेखक आभार यूरोपीय अभिनव प्रशिक्षण नेटवर्क MICROMAN से समर्थन स्वीकार “शूंय दोष नेट के लिए प्रक्रिया फिंगरप्रिंट-आकार MICROMANufacturing” अनुसंधान और यूरोपीय के नवाचार के लिए क्षितिज २०२० फ्रेमवर्क कार्यक्रम द्वारा वित्त पोषित संघ.
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 |