제시 하는 방법 소프트 금형 과정, 즉, 폴리머 사출 성형에 대 한 삽입을 생산 하기 위해 폴리머 첨가제 제조를 사용 하 여 마이크로 기능 복잡 한 표면 제조 목표로 합니다. 즉, 폴리머 기능성 표면 부품은 사출 성형 고분자 삽입에 의해입니다.
표면 기능을 마이크로 기능;에 의해 실현 될 수 있다 예를 들어, Doan 외. 1 과 Luchetta 외. 2 세포 생물학과 Hu 외 의 분야에서 기능성 표면 설명 3 광학 요소, 등 의 예를 보여 줍니다. 한 가지 유형의 표면 기능, 마이크로 기둥, 세포 증식 촉진을 위한 집중적으로 조사 했다. 그들은 마이크로 기둥 특정 방법4,5에 꽃무늬는 경우 증식된 조직 및 표면 사이의 결합을 향상 시킬 수 있습니다.
마이크로 기능 고분자 복제 집중적으로 연구, 그리고 정확한 성형 많은 프로세스6에 의해 달성 될 수 있다. 예를 들어, Metwally 그 외 여러분 평면 표면7에 성형된 부품 및 복제 마이크로 마이크로 하위 기능에 대 한 금형 사이 고 충실도 보도 했다.
있다 많은 프로토콜 제조 마이크로 기둥 또는 기능; 그러나, 그들의 대부분은 평면 서피스 또는 일정 곡률으로 표면에 적용할 수 있습니다. 예를 들어, Nian 외. 8 마이크로 기능 핫 엠보싱 곡선된 표면에 의해 달성 될 수 있었다 보여주었다. 그 프로토콜 3 차원 표면, 대부분 실제 장치에 의해 요구 되는 복잡 한 모양을 위한 적합 하지 않습니다. 분명히, 제작 3 차원 캐비티 표면에 마이크로 기능 도전 현재 프로토콜; 만약 그들이 비 수직 사출 부품의 복잡 한 표면에 높은 종횡비 기둥에 대 한 실패할 수 있습니다 한편, demolding 방향에. Bissacco 외. 9 3D 금형 인서트를 사용 하 고 사출 성형;에 의해 얻은 하 마이크로 기능 그들의 연구에서 낮은 종횡비와 특정 하 마이크로 기능 프로세스를 아노다이징 알루미늄에 의해 생성 된 되었고 폴리머 복잡 한 구성 요소에 의해 성공적으로 복제.
연구팀은 고분자 복제에 대 한 프로세스 체인에 첨가제 제조 설계 표면 질감을 달성 하기 위하여 포함 하려고 했습니다. Lantada 외. 오전 프로토 타입에서 시작 하 여 다음 금속 금형 인서트 사출 성형10을 얻기 위해 코팅 기법을 사용 하 여 프로세스 체인을 설명 합니다. 오전에 의해 생산 하는 고분자 부품 형 삽입11,12이 프로토콜에 부드러운 금형 과정으로 직접 적용할 수 있도록 입증 되었다 있다.
우리의 이전 작품에서는, 우리는 Ø4 µ m 픽 기둥 (2 µ m 높은) 성공적으로 사출 성형13에 의해 수직 벽에 demolded는 증명 하고있다. 이 프로토콜에서 조사 제품 4 가지 반지, 각 60 °의 각도 함으로써 특징. 이 제품은 장 수 그 외 여러분 에 의해 공부 하고있다 14, 마이크로 기능을 구현 하 여 소개 되었다 사전 조작 니켈 플레이트, 그리고 마이크로 기둥 (Ø4 µ m) 0.5의 비율로 tines에 실리콘 고무 사출 성형 하 여 얻은 했다.
제시 방법에서 마이크로 기능 소프트 툴 프로세스 체인에 의해 만들어진 복잡 한 표면에 얻어질 수 있다. 철강 금형 충 치 통 사진 중 합-기반 오전 의해 삽입의 집합으로 대체 됩니다. 금속 오전에 비해, photopolymer 기반 기술은 이다 높은 정밀도15달성할 수 있어요. 또한, 가공 시간 및 비용 CNC 가공에 따라 기존의 금형 프로세스에 비해 크게 감소 된다. 최근 사례 연구16에 따르면 thermoforming에 대 한 소프트-도구를 사용 하 여 비용 감소 됩니다 91%, 소비 시간 93%로 감소 하는 동안. 이 프로토콜은 중간 생산 볼륨과 높은 설계 유연성을 요구 하는 제품에 적합 합니다. 그것은 탄소 섬유 강화 광에서 제조 삽입 2500 사출 성형 눈에 띄는 금형 악화17전에 폴 리 에틸렌 대 주기까지 견딜 수 있습니다 입증 되었습니다. 사출 성형 재료의 선택은 삽입에 대 한 선택한 photopolymer의 열 특성에 의해 제한 됩니다. 높은 녹는 온도와 폴리머 photopolymer 캐비티에 적용 되지 않을 수 있습니다. 이 연구에서는 폴 리 에틸렌 (PE) 사출 성형 테스트 실시 선정 되었습니다.
이 방법은 시범 생산 시 가공 시간과 비용을 줄이는 방법과 같이 제조 분야의 핵심 질문들을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 적층 제조 덕분에 복잡한 부품의 표면에 미세 형상을 구현할 수 있다는 점입니다. 적층 제조 부분은 선임 연구원인 Dr.David Bue Pedersen이 시연할 예정이며, PhD 과정 학생인 Federico와 기술자인 Michael이 사출 성형 부분을 담당할 것입니다.
먼저, 컴퓨터 보조 설계(CAD) 소프트웨어를 사용하여 인서트를 설계합니다. 다음은 4개의 가지(tine)가 있는 링을 제작하기 위한 금형의 가동측과 고정측의 묘사입니다. 가지의 각도는 60도입니다.
제조 허용 오차는 1/20mm입니다. 다음으로, 광중합을 위해 레진을 준비하십시오. 혼합 장치를 사용하여 구성 성분을 30분 동안 충분히 혼합합니다.
제작을 위해 광중합 장비를 선택하십시오. 빌드 스테이지를 점검하고, 제작 단계에 맞게 장비가 적절히 설정되었는지 확인하십시오. 디자인을 불러온 후, 장비의 최고 수직 해상도로 빌드를 수행하십시오.
제작 후, 출력된 인서트를 가져와 세척합니다. 초음파 세척기의 이소프로판올에 넣고 3분씩 3회 세척합니다. 상온에서 용매를 증발시킨 후, 인서트를 상온 데시케이터에 보관합니다.
인서트를 회수하고 UV 플래시라이트로 두 번 경화시킵니다. 완료되면 인서트를 제거하십시오. 이는 이 시점의 인서트 예시입니다.
이를 평가하기 위해 레이저 스캐닝 디지털 현미경을 사용하십시오. 가동측 인서트의 게이트 근처에 있는 4개 구멍과 사출측에 있는 4개 구멍의 직경 및 깊이를 측정하십시오. 또한, 게이트에서 멀리 떨어진 4개 구멍에 대해서도 측정을 수행하십시오.
이 현미경 이미지들은 이 단계에서의 가동측 인서트와 고정측 인서트의 예시를 보여줍니다. SEM 사진은 표면 품질을 나타냅니다. 일반적인 사출 성형기를 사용하여 작업하십시오.
마이크로인젝션 모듈이 설치되었는지 확인하십시오. 그런 다음, 인서트와 몰드 플레이트를 사용하여 작업하십시오. 이어서, 호퍼에 폴리에틸렌 과립을 채웁니다.
제어판에서 기기 파라미터를 설정하고 성형품을 탈형하기 위한 냉각 시간을 부여합니다. 1회차부터 5회차 세션 동안 스크류를 가열합니다. 용융 온도가 175 °C에 도달하면 정밀 사출 성형을 시작합니다.
캐비티가 충전되면 300 bar의 보압을 5초 동안 유지합니다. 다음으로 금형을 엽니다. 이젝터 핀이 부품을 밀어내도록 합니다.
이것은 본 프로토콜로 성형된 부품의 예시입니다. 총 100회의 사이클이 수행되었습니다. 성형된 조각들을 평가하려면 레이저 스캐닝 디지털 현미경으로 돌아가십시오.
표면에 기둥들이 형성됩니다. 게이트로부터 거리가 서로 다른 두 영역의 추적선 상에서 기둥의 직경과 높이를 측정합니다. 이것은 적층 제조로 제작된 인서트 표면의 주사 전자 현미경 이미지입니다.
비교를 위해, 사출 성형으로 제작된 폴리에틸렌 부품의 SEM 이미지를 제시합니다. 인서트 구멍의 공칭 치수는 직경 200 micrometers, 깊이 200 micrometers입니다. 이는 기둥 높이를 구멍 깊이로 나눈 값으로, 기둥 높이 재현도로 정의하여 비교한 것입니다.
배치는 100개의 생산 부품 런(run)에서 생산된 순서대로 10개씩 그룹화되어 있습니다. 값은 각 그룹에서 무작위로 선택한 하나의 샘플에서 얻은 것입니다. 서로 다른 색상의 막대는 인서트의 서로 다른 위치를 나타냅니다.
다음은 기둥 직경 재현도에 대한 유사한 그래프입니다. 기둥 직경을 구멍 직경으로 나눈 값입니다. 이 그래프들은 100회 사이클 동안 각 위치에서 공정이 안정적이었음을 보여줍니다.
사출 성형 후 부품의 구멍 크기가 변하지 않았으며, 이는 해당 결론을 뒷받침합니다. 이 기술은 제조 및 폴리머 가공 분야의 연구자들이 소프트 툴링 공정을 탐구할 수 있는 길을 열어주었습니다. 이를 통해 산업적 요구를 충족하는 새로운 생산 플랫폼에서 자유 형상 표면에 미세 구조를 생성하는 것이 가능해졌습니다.