سلسلة عملية أدوات ناعمة لحقن صب عنصر ثلاثي الأبعاد مع مايكرو الركائز
Summary
ويرد وضع بروتوكول لاختلاق حقن صب إدراج لهندسة معقدة مع ميزات الدقيقة على الأسطح توظف صناعة مضافات (صباحا).
Abstract
والغرض من هذه الورقة تقديم أسلوب سلسلة العملية الأدوات الناعمة توظيف التصنيع المضافة (صباحا) لتلفيق من حقن صب إدراج مع السمات السطحية الصغيرة. إدراج “الأدوات الناعمة” تصنع “المعالجة الضوئية الرقمية” (ضريبة القيمة المضافة صور البلمرة) استخدام صانعوا التي يمكن أن تحمل تيمبيراتوريا عالية نسبيا. وقد الجزء صنعت هنا أربعة قواديس بزاوية 60 درجة. يتم ترتيب الأركان الصغرى (Ø200 ميكرومتر، نسبة العرض إلى الارتفاع من 1) على الأسطح من صفين. صب حقن البولي إيثيلين (PE) مع إدراج الأدوات الناعمة تستخدم لاختلاق الأجزاء النهائية. هذا الأسلوب يوضح أنه من الممكن الحصول على حقن مصبوب أجزاء مع المجهرية في هندسة معقدة بإدراج المصنعة المضافة. يتم تقليل وقت التشغيل الميكانيكي وتكلفة إلى حد كبير بالمقارنة مع عمليات الأدوات التقليدية التي تقوم على أساس القطع الكمبيوتر التحكم العددي (الحاسب الآلي). أبعاد الميزات الصغرى التي تتأثر بعملية التصنيع المضافة المطبقة. عمر إدراج يحدد أن هذه العملية أكثر ملاءمة للإنتاج التجريبي. دقة إنتاج إدراجات يحد من عملية التصنيع المضافة كذلك.
Introduction
طريقة عرض يهدف إلى صنع سطح معقدة مع ميزات الصغيرة بعملية ميسرة-الأدوات، أي استخدام البوليمر التصنيع المضافة لإنتاج إدراج لصب حقن البوليمر. وبعبارة أخرى، أجزاء البوليمر مع الأسطح الوظيفية حقن مصبوب بإدراج البوليمر.
وظائف السطحية يمكن أن تتحقق بميزات الصغرى؛ على سبيل المثال، دوان et al. 1 ولوتشيتا et al. 2 تثبت الأسطح الوظيفية في مجال بيولوجيا الخلية، وهو جين تاو et al. 3 يبين مثال للعناصر البصرية، و ما إلى ذلك نوع واحد من ميزة السطحية، والأركان الصغرى، حقق مكثفة لتشجيع انتشار الخلايا. فقادرة على تعزيز الترابط بين الأنسجة المتكاثرة والسطح إذا منقوشة دعائم الجزئي في بعض طرق4،5.
بوليمر تكرار السمات الجزئية قد درست مكثفة، وصب دقيقة يمكن أن يتحقق بالعديد من العمليات6. على سبيل المثال، أبلغت متولي et al. عالية الدقة بين أجزاء مصبوب والعفن للنسخ متماثل سمات الجزئية والفرعية الصغرى على الأسطح المسطحة7.
وهناك العديد من البروتوكولات للتصنيع الجزئي ركائز أو الميزات؛ ومع ذلك، يمكن تطبيق معظمها فقط على الأسطح المسطحة أو الأسطح مع انحناء ثابتة. على سبيل المثال، نيان et al. 8 أظهرت أن الميزات الصغرى يمكن أن يتحقق بالنقش الساخنة على سطح منحن. تلك البروتوكولات ليست مناسبة للأشكال المعقدة مع الأسطح ثلاثية الأبعاد، التي مطلوبة من قبل معظم أجهزة الحياة الحقيقية. على ما يبدو، تلفيق ثلاثة تجويف الأبعاد مع ميزات الصغيرة على السطح تحديات البروتوكولات الحالية؛ وفي الوقت نفسه، قد تفشل قذف الأجزاء لركائز ارتفاع نسبة العرض إلى الارتفاع على سطح معقدة إذا كانوا غير عمودي على اتجاه ديمولدينج. بيساككو et al. 9 استخدام إدراج 3D العفن والحصول على الميزات الفرعية الصغرى بحقن صب؛ في دراستهم، التي تم إنشاؤها بواسطة عملية طلاء بأكسيد ألومنيوم الميزات الفرعية الصغرى المحددة مع نسبة العرض إلى الارتفاع منخفض ونسخ بنجاح بواسطة بوليمر مكون معقدة.
حاول الباحثين تشمل التصنيع المضافة في سلاسل عملية النسخ المتماثل البوليمر بغية تحقيق نسيج سطح التصميم. ووصف لانتادا et al. سلسلة عملية التي تبدأ من النماذج صباحا، وثم يستخدم تقنيات الطلاء للحصول على إدراج القالب المعدني لحقن صب10. قد ثبتت أجزاء البوليمر التي تنتجها صباحا تكون قابلة للتطبيق مباشرة كما العفن إدراج11،12، التي هي عملية الناعمة الأدوات المعروضة في هذا البروتوكول.
وفي عملنا السابق، أثبتنا أن Ø4 مكم خاطفة الركائز (ارتفاع 2 ميكرومتر) تم بنجاح ديمولديد على حائط عمودي بحقن صب13. في هذا البروتوكول، المنتج التحقيق خاتم مع أربعة قواديس، كل منها يتميز بوجود بزاوية 60 درجة. وقد درست هذا المنتج تشانغ et al. 14، حيث أدخلت الميزات الصغرى بتنفيذ لوحات النيكل الجاهزة، وحصلت سيليكون المطاط حقن صب في قواديس الأركان الصغرى (Ø4 ميكرومتر) مع نسبة 0.5.
في طريقة عرض، يمكن الحصول على السمات الجزئية على أسطح معقدة تم إنشاؤها بواسطة سلسلة عملية أدوات ناعمة. يتم استبدال تجاويف القالب الصلب بمجموعة من إدراج المقدمة من ضريبة القيمة المضافة تعتمد الصورة-البلمرة صباحا. بالمقارنة مع المعادن صباحا، أنا صانعوا على أساس التكنولوجيا قادرة على تحقيق دقة أعلى15. وعلاوة على ذلك، يتم تقليل وقت التشغيل الميكانيكي وتكلفة إلى حد كبير بالمقارنة مع العمليات الأدوات التقليدية القائمة على التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. ووفقا لدراسة الحالة الأخيرة16، باستخدام الأدوات الغازية للتشكيل الحراري، هو تخفيض التكلفة بنسبة 91 في المائة، بينما يتم تقليل الوقت المستهلك بنسبة 93%. هذا البروتوكول مناسبة للمنتجات التي تتطلب مرونة عالية التصميم، وحجم الإنتاج الوسيطة. فقد ثبت أن إدراج المصنوعة من ألياف الكربون التي عززت فوتوبوليميرس يمكن أن تحمل ما يصل إلى 2500 حقن صب دورات للبولي إيثيلين قبل تدهور ملحوظ العفن17. اختيار مواد الحقن مصبوب محدود بالخصائص الحرارية من صانعوا المختار لإدراج. قد لا يتم تطبيق البوليمرات مع ارتفاع درجات الحرارة في ذوبان في تجويف صانعوا. في هذه الدراسة، تم اختيار البولي إيثيلين (PE) لإجراء حقن صب الاختبار.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذا الأسلوب مناسبة لتلفيق إدراج أجزاء البوليمر مع الأشكال المعقدة. فإنه يستبدل تجويف القالب الصلب أداة في حقن صب الإله مع مجموعة من إدراج أداة الناعمة المصنوعة من البوليمرات. يتم تقليل وقت التشغيل الميكانيكي وتكلفة مقارنة بالقطع المعدنية التقليدية؛ ولذلك، يتم تقصير دورة الإنتاج. هذه السلسلة العملية مناسبة للمنتجات في إنتاج متوسطة الحجم (من 1000-10,000 دورات عن طريق حقن صب أو ما شابه ذلك)، ولكن تباين عالية في التصميم. وعلاوة على ذلك، لإدراج مطبوع ثلاثي الأبعاد، لا توجد لوحات العفن الخاصة مطلوبة. لوحات صب حقن التجارية القياسية التي تم شراؤها وتشكيله لاحتوائه إدراج.
في التكنولوجيا الحالية فشل الدولة، لينة الأدوات إليه متميزة17. تم التعرف على إليه عدم ربط انحراف الحرارة درجة حرارة إدراج الأدوات الناعمة وتم التعرف التحلل بسبب الغازي. ولذلك، أن الخطوة الأكثر أهمية أن تختار الراتنج الحق لإدراج التصنيع المضافة التي تنتجها. تحدد الخصائص الحرارية والميكانيكية في حياة إدراج، أي، كم عدد دورات يمكن أن تحمل أثناء حقن صب. كما أنها تحدد نطاق البوليمر مصبوب؛ لا ينبغي أن تكون درجة حرارة العفن البوليمر مصبوب أعلى من درجة حرارة انحراف المواد إدراج.
الخطوة الحاسمة الثانية في البروتوكول هو تصميم الإدراج. ينبغي أن يتبع القواعد العامة لتصميم القالب وينبغي تجنب أجزاء ضعيفة ميكانيكيا في إدراج 3D البوليمرات مطبوعة؛ وبخلاف ذلك، سوف تتأثر حياة أداة سبب الفشل مثل الشقوق.
محدودة نوعية السطح من أجزاء مصبوب الحقن التي تم الحصول عليها خلال عملية التصنيع المضافة المطبقة. بعد تجهيز مثل النقش الكيميائية حل ممكن لتحسين نوعية السطحية. دقة السمات السطحية مسألة أخرى بسبب عملية التصنيع المضافة.
سيتم إنشاء هذا الأسلوب إمكانية لخلق ميزات الصغيرة على سطح الشكل الحر الحقيقي على مطالب صناعية جديدة إنتاج منصة اجتماع. ولذلك، هذا الأسلوب ينطوي على إمكانية تطبيقها والتحقيق للتطبيقات فيما يتعلق بالأجهزة الطبية الجيل القادم التي تتطلب ميزات الصغرى في الأشكال المعقدة، على سبيل المثال فيما يتعلق بالأجهزة الطبية أو وسائل ترسيخ14 . هذا الأسلوب سوف تيسر خلق القيمة من خلال النفقات انخفاضا كبيرا لإنتاج سلسلة الصغيرة والمتوسطة الحجم، وتؤثر تأثيراً إيجابيا على مقياس الوقت للإنتاج في الفجوة بين 1-10 أجهزة فردية والإنتاج الجماهيري الحقيقي. فإنه سيتم فتح جديدة من المنتجات ذات القيمة العالية وتصميم الحلول.
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وتفيد هذه الورقة الأعمال المضطلع بها في إطار المشروع “متقدمة المعالجة السطحية للأجهزة الطبية القابلة للغرس” تموله الدانمرك “صندوق الابتكار”. صاحب البلاغ الاعتراف بامتنان الدعم من ميكرومان شبكة تدريب مبتكرة الأوروبية “بصمة عملية زيروديفيكت صافي-الشكل ميكرومانوفاكتورينج” الممولة من أفق 2020 البرنامج الإطاري للبحث والابتكار الأوروبي الاتحاد.
Materials
| 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 |
Referências
- Doan, N., et al. Low-Cost Photolithographic Fabrication of Nanowires and Microfilters for Advanced Bioassay Devices. Sensors. 15 (3), 6091-6104 (2015).
- Lucchetta, G., et al. Effect of injection molded micro-structured polystyrene surfaces on proliferation of MC3T3-E1 cells. Express Polymer Letters. 9 (4), 354-361 (2015).
- Hu, H., Tian, H., Shao, J., Ding, Y., Jiang, C., Liu, H. Fabrication of bifocal microlens arrays based on controlled electrohydrodynamic reflowing of pre-patterned polymer. Journal of Micromechanics and Microengineering. 24 (9), 095027 (2014).
- Kolind, K., Dolatshahi-Pirouz, A., Lovmand, J., Pedersen, F. S., Foss, M., Besenbacher, F. A combinatorial screening of human fibroblast responses on micro-structured surfaces. Biomaterials. 31 (35), (2010).
- Wilkinson, C. D., Riehle, M., Wood, M., Gallagher, J., Curtis, A. S. G. The use of materials patterned on a nano- and micro-metric scale in cellular engineering. Materials Science and Engineering C. 19 (1-2), 263-269 (2002).
- Hansen, H. N., Hocken, R. J., Tosello, G. Replication of micro and nano surface geometries. CIRP Annals. 60 (2), 695-714 (2011).
- Metwally, K., Barriere, T., Khan-Malek, C. Replication of micrometric and sub-micrometric structured surfaces using micro-injection and micro-injection compression moulding. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 83 (5-8), 779-789 (2016).
- Nian, S. -. C. Novel embossing system for replicating micro-structures on curved surfaces. International Polymer Processing. 29 (3), 364-370 (2014).
- Bissacco, G., et al. Application of functional nano-patterning to polymer medical micro implants. Proceedings of the 4m/icomm2015 Conference. , (2015).
- Diaz Lantada, A., Piotter, V., Plewa, K., Barie, N., Guttmann, M., Wissmann, M. Toward mass production of microtextured microdevices: Linking rapid prototyping with microinjection molding. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 76 (5-8), 1011-1020 (2015).
- Volpato, N., Solis, D. M., Costa, C. A. An analysis of Digital ABS as a rapid tooling material for polymer injection moulding. International Journal of Materials and Product Technology. 52 (1-2), 3-16 (2016).
- Mischkot, M., Hansen, H. N., Pedersen, D. B. Additive manufacturing for the production of inserts for micro injection moulding. Proceedings of Euspen’s 15th International Conference & Exhibition. , (2015).
- Zhang, Y., Hansen, H. N., Sørensen, S. Injection molding of micro pillars on vertical side walls using polyether-ether-ketone (PEEK). Proceeding of 11th International Conference on Micro Manufacturing. , (2016).
- Zhang, Y., Mischkot, M., Hansen, H. N., Hansen, P. Replication of microstructures on three-dimensional geometries by injection moulding of liquid silicone rubber. Proceedings of the 15th International Conference on Metrology and Properties of Engineering Surfaces, ASPE, March 2015. , (2015).
- . . Envisiontec Perfactory MML with ERM. Technical Specifications Document no. MK-MCS-P3MiniMulti-V01-FN-EN. , (2018).
- Hofstätter, T., Mischkot, M., Pedersen, D. B., Tosello, G., Hansen, H. N. Evolution of surface texture and cracks during injection molding of fiber-reinforced, additively-manufactured, injection molding inserts. Proceedings of ASPE Summer Topical Meeting 2016: Dimensional Accuracy and Surface Finish in Additive Manufacturing. , (2016).
- . Perfactory® Material Available from: https://envisiontec.com/wp-content/uploads/2016/09/MK-MTS-HTM140IndustrialIV-V01-FN-EN.pdf (2017)
- . Software Manual, 2010 Available from: https://digfablab.wikispaces.com/file/view/Getting+started.pdf (2010)
- . . Olympus LEXT OLS4100 laser scanning digital microscope Manual. , (2018).
- . SPIP™ – Analytical Software for Microscopy Available from: https://www.imagemet.com/products/spip/ (2017)
- Zhang, Y., Pedersen, D. B., Gøtje, A. S., Mischkot, M., Tosello, G. A soft tooling process chain employing additive manufacturing for injection molding of a 3d component with micro pillars. Journal of Manufacturing Processes. 27, 138-144 (2017).
