Name: a soft tooling process chain for injection molding of a 3d component with micro pillars
Uploaded: 2018-08-04T12:30:00
Duration: 5 min 32 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars at JoVE.com

Dit papier rapporteert werk verricht in het kader van het project "geavanceerde oppervlaktebehandeling voor implanteerbare medische hulpmiddelen" gefinancierd door innovatiefonds Denemarken. De auteur mijn dankbaarheid uitspreken voor de steun van de Europese innovatieve opleiding netwerk MICROMAN "Proces vingerafdruk voor continue Net-vorm MICROMANufacturing" gefinancierd door het kaderprogramma voor Horizon 2020 voor onderzoek en innovatie van de Europese Unie.

1. de plaats van fabricage door Additive Manufacturing (AM)
<ol><li>Ontwerp van de benodigde holten van computer aided designsoftware (Zie Aanvullende materialen voor bestanden die worden gebruikt in dit werk). Opmerking: Vervaardigen de inserts rechtstreeks op het podium gebouw zonder steun te vermijden het kromtrekken van de inserts tijdens het genezen. De tolerantie is 0,05 mm.</li>
	<li>Kies een hars voor foto polymerisatie, met name een die bestand is tegen druk en warmte tijdens spuitgieten. Opmerking: De hars we kozen (Zie Tabel van materialen) heeft een treksterkte van 56 MPa, rek bij onderbreking van 3,5%, een buigsterkte van 115 MPa, een belastbaarheid modulus van 3350 MPa en een warmte doorbuiging temperatuur van 140 ° C18.</li>
	<li>Meng de samengestelde fotopolymeer blend (proprietary methylmethacrylaat en acrylamide mengen, met een TiO2 gebaseerd foto initiatiefnemer) voor een minimum van 30 minuten door de materiële busje op een natte-laboratorium fles roller, kolf shaker of soortgelijke menginrichting.</li>
	<li>Bereiden de foto polymerisatie machine (voxel-grootte van 16 µm):<ol>
<li>Controleer of de BTW-coating onbeschadigd en grondig gereinigd is voor onderop AM machines.</li>
		<li>Inspecteer het afvegen systeem voor eventuele gebreken voor topdown machines.</li>
		<li>Inspecteer de bouw fase en aanpassen van de build-plaat met behulp van een folie van 100 µm gauge ter compensatie van de build-plaat aan de BTW correct.</li>
		<li>Vooraf ontbranden de lichtbron van de machine tool indien mogelijk te bereiken van de stationaire toestand temperatuur voordat het verloopt. Deze temperatuur moet 65 ° C in de lichte motor en 30 ° C binnen de BTW.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Importeer de geometrie naar de baan voorbereiding software. Volg de richtlijnen van de machine fabrikant19.<ol>
<li>Passende machine parameters aan de gekozen fotopolymeer (licht intensiteit en laag dikte voor de gebruikte machine) toewijzen.</li>
		<li>De bouw op de hoogste resolutie voor verticale machine (25 µm in dit onderzoek) uitvoeren.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reinig de bedrukte inserts.<ol>
<li>Spoel ze in isopropanol blootgesteld aan ultrasoonbad voor 3 min. Spoel grondig driemaal, en ervoor zorgen dat geen fotopolymeer residuen op het oppervlak van de afgedrukte inserts achterblijven.</li>
		<li>Het toestaan van het oplosmiddel te verdampen volledig bij kamertemperatuur en de inserts in een exsiccator tot droge overnachting bij kamertemperatuur.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Post genezen de gedroogde inzetstukken met behulp van UV licht knippert twee keer, telkens met 2000 flitsen met een frequentie van 10 flitsen per seconde (Zie Tabel van materialen).</li>
</ol>2. injection Molding (IM)
<ol><li>Installeer de micro injectie-module op een conventionele spuitgieten machine (Zie Tabel van materialen). Opmerking: In ons geval de injectie module had een schroef gemonteerd onder een hoek van 45°, de diameter van de schroef was 8 mm en de klemkracht 100 kN.</li>
	<li>Monteer de inserts op schimmel platen.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig1.jpg"> Figuur 1: injectie machine met mallen. (a) de injectie kant wordt geassembleerd met de platen. Het insert wordt gemarkeerd met een rode cirkel. (b) de roerende kant wordt geassembleerd met de platen met uitwerpen pin. Het insert wordt gemarkeerd met een rode cirkel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<ol start="3"><li>Handmatig aanbrengen ter verantwoording voor variaties tijdens het drukproces, eventuele kleine aanpassingen aan de inserts noodzakelijk passen de mal.</li>
	<li>Schroef de schimmel platen op de machine.</li>
	<li>Laden PE korrels op de hopper.</li>
	<li>Stel de parameter van de machine Tschimmel bij 60 ° C, Tvat op 175 ° C en Vinjectie bij 65 mm/s. voldoende koeling tijd gunnen om het gedeelte dat moet worden demolded.</li>
	<li>Verwarm de schroef op 31 ° C, 155 ° C, 165 ° C, 170 ° C en 175 ° C van de 1e tot de 5e sessie. Wanneer de temperatuur van de smelt 175 ° C is, beginnen met nauwkeurige spuitgieten. Zodra de spouw wordt gevuld, handhaven de verpakking druk van 300 bar gedurende 5 seconden om het compenseren van de krimp van PE.</li>
	<li>Open de schimmel en laat de uitwerpen pin te duwen het PE deel uit de roerende kant van invoegen. Als het PE-deel is geklemd op de insert, nemen het deel met de hand.</li>
	<li>De machine stopt bij 100 cycli van spuitgieten (een cyclus wordt gedefinieerd vanaf wanneer de schimmel is gesloten totdat het deel wordt uitgeworpen).</li>
</ol>3. de kwaliteitsbeoordeling
<ol><li>Meet de diameter en de diepte van de gaten op de inzetstukken voor spuitgieten door een laser scannen digitale Microscoop20 . Meten op beide inzetstukken; op elke toevoeging, meet u vier gaten op twee gebieden met verschillende afstanden naar de gate "in de buurt van de poort" en "ver van de poort".</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig2.jpg"> Figuur 2: gemeten gemarkeerde velden op de CAD-afbeelding van de tussenvoegsels. (a) de roerende kant invoegen komen overeen met de achterzijde van de replica; (b) de injectie kant komt overeen met de bovenste zijkanten van de replica. De injectie-poort wordt gezocht in het midden. Twee gebieden met verschil afstand naar de gate, "ver van de poort" en "in de buurt van de poort" worden vergeleken in het onderzoek. (Dit cijfer is gewijzigd van Zhang et al. 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<ol start="2"><li>De diameter van de maatregel en de hoogte van de pilaren op de bijgehouden tanden spuitgieten verkregen. Opmerking: De verkregen PE onderdelen groeperen in batches van 10 stuks; dat wil zeggen, 1-10 is de 1e batch, 11-20 is de 2de partij; tot het laatste stukje. Gebruik van een aselecte steekproef in elke batch en doen de metingen op de boven- en achterkant kanten; meten aan elke kant, vier pijlers op twee gebieden met verschillende afstanden naar de gate ("in de buurt van de poort" en "verre van de poort").</li>
	<li>Gegevens analyseren met behulp van beeld processing software21 om de afmetingen te verkrijgen.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Doan, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-Cost+Photolithographic+Fabrication+of+Nanowires+and+Microfilters+for+Advanced+Bioassay+Devices.">Low-Cost Photolithographic Fabrication of Nanowires and Microfilters for Advanced Bioassay Devices.</a> Sensors. 15 (3), 6091-6104 (2015).</li><li>Lucchetta, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+injection+molded+micro-structured+polystyrene+surfaces+on+proliferation+of+MC3T3-E1+cells.">Effect of injection molded micro-structured polystyrene surfaces on proliferation of MC3T3-E1 cells.</a> Express Polymer Letters. 9 (4), 354-361 (2015).</li><li>Hu, H., Tian, H., Shao, J., Ding, Y., Jiang, C., Liu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+bifocal+microlens+arrays+based+on+controlled+electrohydrodynamic+reflowing+of+pre-patterned+polymer.">Fabrication of bifocal microlens arrays based on controlled electrohydrodynamic reflowing of pre-patterned polymer.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 24 (9), 095027 (2014).</li><li>Kolind, K., Dolatshahi-Pirouz, A., Lovmand, J., Pedersen, F. S., Foss, M., Besenbacher, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+combinatorial+screening+of+human+fibroblast+responses+on+micro-structured+surfaces.">A combinatorial screening of human fibroblast responses on micro-structured surfaces.</a> Biomaterials. 31 (35), (2010).</li><li>Wilkinson, C. D., Riehle, M., Wood, M., Gallagher, J., Curtis, A. S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+materials+patterned+on+a+nano-+and+micro-metric+scale+in+cellular+engineering.">The use of materials patterned on a nano- and micro-metric scale in cellular engineering.</a> Materials Science and Engineering C. 19 (1-2), 263-269 (2002).</li><li>Hansen, H. N., Hocken, R. J., Tosello, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Replication+of+micro+and+nano+surface+geometries.">Replication of micro and nano surface geometries.</a> CIRP Annals. 60 (2), 695-714 (2011).</li><li>Metwally, K., Barriere, T., Khan-Malek, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Replication+of+micrometric+and+sub-micrometric+structured+surfaces+using+micro-injection+and+micro-injection+compression+moulding.">Replication of micrometric and sub-micrometric structured surfaces using micro-injection and micro-injection compression moulding.</a> International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 83 (5-8), 779-789 (2016).</li><li>Nian, S. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+embossing+system+for+replicating+micro-structures+on+curved+surfaces.">Novel embossing system for replicating micro-structures on curved surfaces.</a> International Polymer Processing. 29 (3), 364-370 (2014).</li><li>Bissacco, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+functional+nano-patterning+to+polymer+medical+micro+implants.">Application of functional nano-patterning to polymer medical micro implants.</a> Proceedings of the 4m/icomm2015 Conference. , (2015).</li><li>Diaz Lantada, A., Piotter, V., Plewa, K., Barie, N., Guttmann, M., Wissmann, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+mass+production+of+microtextured+microdevices:+Linking+rapid+prototyping+with+microinjection+molding.">Toward mass production of microtextured microdevices: Linking rapid prototyping with microinjection molding.</a> International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 76 (5-8), 1011-1020 (2015).</li><li>Volpato, N., Solis, D. M., Costa, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+analysis+of+Digital+ABS+as+a+rapid+tooling+material+for+polymer+injection+moulding.">An analysis of Digital ABS as a rapid tooling material for polymer injection moulding.</a> International Journal of Materials and Product Technology. 52 (1-2), 3-16 (2016).</li><li>Mischkot, M., Hansen, H. N., Pedersen, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+manufacturing+for+the+production+of+inserts+for+micro+injection+moulding.">Additive manufacturing for the production of inserts for micro injection moulding.</a> Proceedings of Euspen's 15th International Conference &amp; Exhibition. , (2015).</li><li>Zhang, Y., Hansen, H. N., S&#248;rensen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injection+molding+of+micro+pillars+on+vertical+side+walls+using+polyether-ether-ketone+(PEEK).">Injection molding of micro pillars on vertical side walls using polyether-ether-ketone (PEEK).</a> Proceeding of 11th International Conference on Micro Manufacturing. , (2016).</li><li>Zhang, Y., Mischkot, M., Hansen, H. N., Hansen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Replication+of+microstructures+on+three-dimensional+geometries+by+injection+moulding+of+liquid+silicone+rubber.">Replication of microstructures on three-dimensional geometries by injection moulding of liquid silicone rubber.</a> Proceedings of the 15th International Conference on Metrology and Properties of Engineering Surfaces, ASPE, March 2015. , (2015).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Envisiontec Perfactory MML with ERM. Technical Specifications Document no. MK-MCS-P3MiniMulti-V01-FN-EN. , (2018).</li><li>Hofst&#228;tter, T., Mischkot, M., Pedersen, D. B., Tosello, G., Hansen, H. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+surface+texture+and+cracks+during+injection+molding+of+fiber-reinforced,+additively-manufactured,+injection+molding+inserts.">Evolution of surface texture and cracks during injection molding of fiber-reinforced, additively-manufactured, injection molding inserts.</a> Proceedings of ASPE Summer Topical Meeting 2016: Dimensional Accuracy and Surface Finish in Additive Manufacturing. , (2016).</li><li>. Perfactory&#174; Material Available from: <a target="_blank" href="https://envisiontec.com/wp-content/uploads/2016/09/MK-MTS-HTM140IndustrialIV-V01-FN-EN.pdf">https://envisiontec.com/wp-content/uploads/2016/09/MK-MTS-HTM140IndustrialIV-V01-FN-EN.pdf</a> (2017)</li><li>. Software Manual, 2010 Available from: <a target="_blank" href="https://digfablab.wikispaces.com/file/view/Getting+started.pdf">https://digfablab.wikispaces.com/file/view/Getting+started.pdf</a> (2010)</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Olympus LEXT OLS4100 laser scanning digital microscope Manual. , (2018).</li><li>. SPIP&#8482; - Analytical Software for Microscopy Available from: <a target="_blank" href="https://www.imagemet.com/products/spip/">https://www.imagemet.com/products/spip/</a> (2017)</li><li>Zhang, Y., Pedersen, D. B., G&#248;tje, A. S., Mischkot, M., Tosello, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+soft+tooling+process+chain+employing+additive+manufacturing+for+injection+molding+of+a+3d+component+with+micro+pillars.">A soft tooling process chain employing additive manufacturing for injection molding of a 3d component with micro pillars.</a> Journal of Manufacturing Processes. 27, 138-144 (2017).</li></ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Deze methode is geschikt voor de fabricage van inzetstukken voor polymeer delen met complexe vormen. Het vervangt de tool stalen matrijs holte in het spuitgieten machine met een reeks van zachte gereedschap tussenvoegsels gemaakt van polymeren. de machinale bewerking tijd en kosten wordt verminderd in vergelijking met conventionele metaal bewerking; Dus, de cyclus van productie wordt ingekort. Deze proces-ketting is geschikt voor producten in de tussenliggende schaal (van 1000-10.000 cycli door injectie natpers of gelijkaardig) productie, maar hoge variatie in design. Bovendien, voor 3D bedrukte inserts, geen speciale schimmel platen zijn vereist. Standaard commerciële injection molding platen werden gekocht en machinaal aanpassen aan de inserts.
Bij de huidige technologie mislukt staat, zacht tooling door een verschillend mechanisme17. De mislukking-mechanisme is vastgesteld om de temperatuur warmte doorbuiging van de zachte tooling insert worden gekoppeld en de decompositie is aangewezen om te worden vanwege de explosieve. Daarom is de meest kritische stap om te kiezen van de juiste hars voor de inserts geproduceerd door additieve productie. De thermische en mechanische eigenschap bepaalt het leven van de inserts, dat wil zeggen, hoeveel cycli het kan weerstaan tijdens spuitgieten. Het bepaalt ook het bereik van het gevormde polymeer; de temperatuur van de mal van het gevormde polymeer mag niet hoger dan de temperatuur van de uitwijking van het materiaal invoegen.
De tweede cruciale stap in het protocol is het ontwerp van het donormateriaal. Algemene regels van schimmel ontwerp moeten worden gevolgd en mechanisch zwakke delen moeten worden vermeden op een 3D gedrukte polymeer invoegen; anders, zal de levensduur van het gereedschap worden beïnvloed als gevolg van storingen zoals scheuren.
De oppervlakkwaliteit van de verkregen injectie-gegoten onderdelen wordt beperkt door het toegepaste additieve productieproces. Nabewerking zoals chemische etsen is een mogelijke oplossing voor het verbeteren van de kwaliteit van het oppervlak. Nauwkeurigheid van de oppervlaktekenmerken is een ander probleem te wijten aan het additief productieproces.
Hierdoor ontstaat de mogelijkheid voor het creëren van micro functies op de oppervlakte van de echte vrije-vorm op een nieuwe productie platform bijeenkomst industriële eisen. Dus, deze methode heeft het potentieel om te worden toegepast en onderzocht voor toepassingen in verband met de komende generatie medische hulpmiddelen waarvoor micro functies op complexe vormen, bijvoorbeeld in verband met medische hulpmiddelen of implanteren apparaten14 . Deze methode zal waardecreatie door aanzienlijk lagere kosten voor kleine tot middelgrote volume serie producties te vergemakkelijken, en positieve invloed hebben op de tijdschaal voor de productie in de kloof tussen 1-10 afzonderlijke apparaten en reële massa productie. Het zal openstellen nieuwe hoogwaardige producten en ontwerpoplossingen.

De onderhavige methode is gericht op de productie van complexe oppervlak met micro functies door een soft-tooling proces, dat wil zeggen, met polymeer additieve productie te produceren inzetstukken voor polymeer spuitgieten. Met andere woorden, zijn polymeer delen met functionele oppervlakken spuitgegoten door polymeer inserts.
Oppervlakte functionaliteiten kunnen worden gerealiseerd door micro functies; bijvoorbeeld, Doan et al. 1 en Luchetta et al. 2 tonen functionele oppervlakken op het gebied van celbiologie en Hu et al. 3 ziet u een voorbeeld van optische elementen, enz. Één type van oppervlakte functie, micro pijlers, is intensief onderzocht voor het bevorderen van celproliferatie. Ze zijn in staat om de hechting tussen de verspreide weefsels en de oppervlakte als de micro pijlers zijn patroon in bepaalde manieren4,5.
Polymeer replicaties van micro functies zijn intensief bestudeerd en precieze molding kan worden bereikt door vele processen6. Bijvoorbeeld, heeft Metwally et al. HiFi tussen de vormdelen en schimmel voor replicatie van micro- en sub micro functies voor vlakke oppervlakken7gerapporteerd.
Er zijn veel protocollen voor productie micro pijlers of functies; de meeste van hen kan echter alleen worden toegepast op vlakke oppervlakten of oppervlakken met constante kromming. Bijvoorbeeld, Nian et al. 8 toonde aan dat micro functies kunnen worden bereikt door hete preegdruk op een gebogen oppervlak. Deze protocollen zijn niet geschikt voor complexe vormen met drie-dimensionale oppervlakken, die door de meeste levensechte apparaten worden vereist. Blijkbaar, de fabricage van een drie dimensionale holte met micro functies op het oppervlak uitdagingen huidige protocollen; Ondertussen uitwerpen van de onderdelen voor hoge hoogte-breedteverhouding pijlers op een complex oppervlak kan mislukken als er niet-loodrecht op de demolding richting. Bissacco et al. 9 gebruikt 3D mal inzetstukken en sub micro functies verkregen door spuitgieten; in hun studie, werden specifieke sub micro kenmerken met een lage hoogte-breedteverhouding gegenereerd door een aluminium anodiseren proces en met succes zijn gerepliceerd door polymeer op een complexe component.
Onderzoekers hebben geprobeerd te betrekken van additieve productie in het proces kettingen voor polymeer replicatie met het oog op de ontworpen oppervlaktetextuur. Lantada et al. beschreef een proces keten die begint vanaf AM prototypes, en vervolgens maakt gebruik van coating technieken voor het verkrijgen van metalen mal inzetstukken voor spuitgieten10. Polymeer onderdelen geproduceerd door AM hebben bewezen te zijn rechtstreeks toepasselijk als schimmel voegt11,12, dat het proces van de zachte tooling gepresenteerd in dit protocol is.
In onze eerdere werk, we laten zien dat Ø4 µm PEEK pijlers (2 µm hoge) werden met succes demolded op een verticale muur door spuitgieten13. In dit protocol, het onderzochte product is een ring met vier tanden, elk gekenmerkt door een hoek van 60°. Dit product is bestudeerd door Zhang et al. 14, waar micro functies werden geïntroduceerd door uitvoering van geprefabriceerde platen van nikkel, en micro pijlers (Ø4 µm) met hoogte-breedteverhouding van 0,5 werden verkregen door silicone rubber spuitgieten op de tanden.
In de onderhavige methode, kunnen de micro functies op complexe oppervlakken gemaakt door een zachte tooling proces keten worden verkregen. Stalen mal holtes worden vervangen door een aantal inserts gemaakt door BTW foto polymerisatie-gebaseerde AM. In vergelijking tot metaal AM, ben fotopolymeer gebaseerd technologie is in staat om een hogere precisie15. Bovendien is de machinale bewerking tijd en kosten beperkt aanzienlijk ten opzichte van conventionele tooling processen op basis van CNC verspaning. Volgens een recente casestudy16, met behulp van de soft-tooling voor thermoforming, de kostprijs wordt verlaagd met 91%, terwijl de verbruikte tijd met 93% wordt verminderd. Dit protocol is geschikt voor producten waarvoor een hoge ontwerpflexibiliteit en tussenliggende productievolume. Het is bewezen dat inzetstukken vervaardigd uit koolstofvezel versterkt fotopolymeren delen bevinden tot 2500 spuitgieten cycli voor polyethyleen vóór17verslechtering merkbaar schimmel kunnen weerstaan. De keuze van injectie-gegoten materiaal wordt beperkt door de thermische eigenschappen van de gekozen fotopolymeer voor inzetstukken. Polymeren met een hoge smelttemperatuur temperaturen kunnen niet worden toegepast in een holte van fotopolymeer. In deze studie, werd polyethyleen (PE) gekozen om te voeren de test voor spuitgieten.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="623">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Photopolymer resin&#160;</td>
			<td style="width:121px;">EnvisionTec</td>
			<td style="width:119px;">HTM140 V2</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Resin mixing device</td>
			<td style="width:121px;">IKA</td>
			<td>Vortex Genius 3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">3d printer</td>
			<td>Envisiontec</td>
			<td>Perfactory 3&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">UV light flash unit</td>
			<td style="width:121px;">EnvisionTec</td>
			<td style="width:119px;">Otoflash unit</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:24px;width:216px;">Polyethylene&#160;</td>
			<td style="width:121px;">lyondellbasell</td>
			<td style="width:119px;">PE Purell 1840</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Injection moulding machine</td>
			<td>Arburg</td>
			<td>Allrounder 370A&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Image processing</td>
			<td style="width:121px;">SPIP</td>
			<td style="width:119px;">6.2.8</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a soft tooling process chain for injection molding of a 3d component with micro pillars

Het doel van deze paper is te presenteren van de methode van een zachte tooling proces keten Additive Manufacturing (AM) in dienst voor de fabricage van injection molding inzetstukken met micro oppervlaktekenmerken. De zachte Tooling inserts worden vervaardigd door Digital Light Processing (BTW-foto polymerisatie) met behulp van een fotopolymeer die relatief hoge temperaturea kan weerstaan. Het deel vervaardigd hier heeft vier tanden met een hoek van 60°. Micro pijlers (Ø200 µm, hoogte-breedteverhouding van 1) worden gerangschikt op de oppervlakken van twee rijen. Spuitgieten van polyethyleen (PE) met de zachte tooling inzetstukken wordt gebruikt voor het fabriceren van de laatste delen. Deze methode geeft aan dat het haalbaar is om het verkrijgen van injectie-gegoten onderdelen met microstructuren op complexe geometrie door additieve vervaardigde inserts. De machinale bewerking tijd en kosten wordt verminderd aanzienlijk ten opzichte van conventionele tooling processen op basis van computer numerieke besturing (CNC) draaien. De afmetingen van de micro functies worden beïnvloed door het toegepaste additieve productieproces. De levensduur van de inserts bepaalt dat dit proces meer geschikt voor de productie van de piloot is. De precisie van de inzetstukken productie wordt beperkt door het additieve productieproces zo goed.

Figuur 3 toont de inserts vervaardigd door AM en de delen van de PE geproduceerd door spuitgieten. Twee rijen van circulaire gaten werden verticaal naar het oppervlak op de tanden (Figuur 3 (b)). De nominale dimensie van de openingen van de inserts is Ø200 µm en 200 µm in de diepte, met een centrum-naar-midden afstand 400 µm. De structuren van de laag als gevolg van de AM-proces zijn duidelijk zichtbaar. Op de bodem verlaten van de lijn is er een zichtbare opvouwbare mark, die per ongeluk plaatsvond tijdens de voorbereiding van SEM.
Het demolding proces wordt geïllustreerd in Figuur 4. Pijlers zijn niet parallel aan de demolding richting. Geen pijler breken werd waargenomen in alle bestudeerde monsters (Figuur 5). In deze zin was de demolding succesvol. Het is al zichtbaar dat de pijlers op positie van ver-van-de-gate met name lager dan op de bovenzijde vanwege de daling van de druk zijn. Met betrekking tot de diameter, het verschil van standpunten zijn niet zo prominent wat betreft de hoogte.
Figuur 6 en Figuur 7 illustreren hoe de replicatie doorgegeven langs de 100 cycli van spuitgieten. De mate van replicatie wordt bepaald door de verhouding tussen de dimensie van de pijlers en de dimensie van de inserts. Langs de 100 cycli, werd stabiele proces bereikt op elke positie met betrekking tot zowel verticale en laterale replicatie. De dimensie van de openingen van de inserts waren onveranderd na spuitgieten, die deze conclusie bevestigd. De hoogte van de pijlers geplaatst ver van de poort lager waren dan die in de buurt van de poort, omdat polymeer flow verhoogt de viscositeit wanneer de lengte van de stroom neemt toe.
De injection molding parameters werden gevarieerd binnen het bereik dat is toegestaan door het materiële gegevensblad. In het proces onderzocht venster, allermeest naar de punten bereikt van meer dan 80 cycli, waarin wordt bevestigd dat de standtijd van de AM wordt ingevoegd niet geraakt in het venster onderzocht proces. Echter, kraken is opgetreden om de inserts voor de kant van de injectie in sommige tests wanneer de druk van de injectie hoog was. Dit is te wijten aan het middengedeelte van het donormateriaal wordt veel dunner beeldscherm mogelijk.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig3.jpg"> Figuur 3: Inserts en replica's. (a) de inserts geproduceerd door additieve productieproces vormen de holte van de mal; een replica van polyethyleen (PE) geproduceerd door spuitgieten wordt weergegeven. Markeringen op de liniaal verwijzing zijn millimeter; nummers markeren centimeter. (b) scannende elektronen microscoop (SEM) afbeelding toont het oppervlak van het donormateriaal; (c) het SEM-beeld toont het oppervlak van de onderdelen van de PE gemaakt door spuitgieten. ((a) en (b) zijn gewijzigd van van Zhang et al. 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig4.jpg"> Figuur 4: succesvolle demolding. De demolding was succesvol, alhoewel de pijlers zijn niet parallel aan de demolding richting. (a) mallen sluit en b mallen open voor demolding. (Dit cijfer is gewijzigd van Zhang et al. 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig5.jpg"> Figuur 5: SEM-beeld van het zijaanzicht van een willekeurige tine. De onderzochte vier posities worden aangeduid op de afbeelding. (Dit cijfer is gewijzigd van Zhang et al. 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig6.jpg"> Figuur 6: pijler hoogte replicatie graad. De mate van de replicatie van de hoogte van de pijler wordt gedefinieerd door de hoogte van de pijler/diepte van het gat. De gemiddelde waarde van de replicatie-graad aan de vier posities werd in elke partij weergegeven. Één willekeurig geselecteerde monster werd gemeten in elke partij. De vier posities zijn "Back-ver" voor de positie ver van de poort aan de achterkant, "Back-in de buurt van" voor de positie in de buurt van de poort aan de achterkant, "Top-ver" voor de positie ver van de poort aan de bovenzijde, en "Top-in de buurt van" voor de positie in de buurt van de poort op de bovenzijde. (Dit cijfer is gewijzigd van Zhang et al. 2017 22) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig7.jpg"> Figuur 7: pijler diameter replicatie graad. De mate van de replicatie van de pijlers-diameter wordt bepaald door de diameter van de pijler/diameter van het gat. De gemiddelde waarde van de replicatie-graad aan de vier posities werd in elke partij weergegeven. Één willekeurig geselecteerde monster werd gemeten in elke partij. De vier posities zijn "Back-ver" voor de positie ver van de poort aan de achterkant, "Back-in de buurt van" voor de positie in de buurt van de poort aan de achterkant, "Top-ver" voor de positie ver van de poort aan de bovenzijde, en "Top-in de buurt van" voor de positie in de buurt van de poort op de bovenzijde. (Dit cijfer is gewijzigd van Zhang et al. 2017 22). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars at JoVE.com

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

Een zachte Tooling Process Chain voor spuitgieten van een 3D-Component met Micro pijlers

Een protocol voor het fabriceren van spuitgieten inzetstukken voor complexe geometrie met micro functies op oppervlakken met Additive Manufacturing (AM) wordt gepresenteerd.

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

Fabrication, verdichting, en Replica Molding van 3D Carbon Nanotube Microstructuren

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Micro 3D Printing Met behulp van een digitale projector en de toepassing ervan in de studie van de Soft Materials Mechanica

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component

Proces van het maken van drie-dimensionale Microstructuren behulp Verdamping van een Sacrificial Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Micro-metselwerk voor 3D Additive micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energie-dispersieve X-stralen Tomografie voor 3D Elemental kaart brengen van individuele nanodeeltjes

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

Fabricageproces van siliconen gebaseerde diëlektrische Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Adsorption Device Based on a Langatate Crystal Microbalance for High Temperature High Pressure Gas Adsorption in Zeolite H-ZSM-5

Adsorption Device basis van een Langatate kristal microbalans voor hoge temperatuur hoge druk gas adsorptie in zeoliet H-ZSM-5

We present a high-temperature and high-pressure gas adsorption measurement device based on a high-frequency oscillating microbalance (5 MHz langatate ...

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚Â A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

Uitdagingen in Reologische karakterisering van sterk geconcentreerde Suspensions - Een Case Study for-Zeefdruk Silver Plakt

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

Predicting Catalyst Extrudate Breakage Based on the Modulus of Rupture

Voorspellende katalysator Extrudate breuk op basis van de absolute waarde van de breuk

The mechanical strength of extruded catalysts and their natural or forced breakage by either collision against a surface or by a compressive load in a ...

Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions

Combinatie van Microfluidics en Microrheology om te bepalen de Rheologische eigenschappen van zachte materie tijdens herhaalde fase-overgangen

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement ...