Цепь процесса мягкая оснастка для литья 3D компонента с микро столбы
4 августа 2018 г.
Протокол для изготовления литья вставки для сложной геометрии с микро функций на поверхности, используя Аддитивные производства (AM) представил.
Этот метод может помочь решить ключевые вопросы в области производства, такие как сокращение времени обработки и стоимости опытного производства. Основное преимущество этой технологии заключается в том, что благодаря аддитивному производству можно добиться микроэлементов на поверхностях сложных деталей. Часть аддитивного производства будет демонстрировать доктор Дэвид Буэ Педерсен, который является старшим научным сотрудником, и Федерико, который является аспирантом, Майкл, который является техником, будет заниматься деталями литья под давлением.
Во-первых, используйте программное обеспечение для автоматизированного проектирования для проектирования пластины. Здесь представлены изображения подвижной стороны и инжекторной стороны формы для изготовления кольца с четырьмя зубьями. Зубья расположены под углом 60 градусов.
Производственный допуск составляет 1/20 миллиметра. Далее подготовьте смолу к фотополимеризации. Тщательно перемешайте его компоненты в смесительном устройстве в течение 30 минут.
Для изготовления выберите машину для фотополимеризации. Осмотрите этап сборки и убедитесь, что машина правильно настроена для этапа изготовления. Импортируйте проект и запустите сборку с максимальным вертикальным разрешением машины.
После изготовления возьмите напечатанные вставки для их очистки. Поместите их в изопропанол в ультразвуковую ванну на три минуты, три раза. После того как растворитель испарится при комнатной температуре, поместите вставки в эксикатор комнатной температуры.
Восстановите вставки и дважды высушите их с помощью ультрафиолетовых фонариков. Когда закончите, снимите вставки. Это пример вставок на данном этапе.
Чтобы оценить их, используют лазерный сканирующий цифровой микроскоп. Измерьте диаметр и глубину четырех отверстий рядом с затвором на вставке подвижной стороны и на стороне впрыска. Кроме того, выполняйте замеры на четырех отверстиях вдали от ворот.
На этих изображениях микроскопа представлены примеры подвижной боковой вставки и боковой вставки для инъекции на данном этапе. Изображение SEM иллюстрирует качество поверхности. Работа с обычной термопластавтоматом.
Убедитесь, что модуль микровпрыска установлен. Затем поработайте со вставками и формовочными пластинами. Затем загрузите бункер полиэтиленовыми гранулами.
На элементах управления задайте параметры станка и дайте время охлаждения детали, подлежащей извлечению из формы. Нагрейте винт во время первого-пятого сеанса. Когда температура расплава достигнет 175 градусов по Цельсию, приступайте к точному литью под давлением.
После того, как полость будет заполнена, поддерживайте давление упаковки 300 бар в течение пяти секунд. Далее откройте форму. Дайте штифту выталкивания вытолкнуть деталь наружу.
Это пример детали, отлитой по этому протоколу. Было выполнено сто циклов. Чтобы оценить отлитые детали, вернитесь к лазерному сканирующему цифровому микроскопу.
Столбы получаются на поверхности. Измерьте диаметр и высоту столбов на гусеничных линиях на двух участках на разном расстоянии от ворот. Это сканирующее электронное микрографическое изображение поверхности вставки, изготовленной методом аддитивного производства.
Для сравнения приведено СЭМ-изображение полиэтиленовой детали, изготовленной методом литья под давлением. Номинальные размеры отверстий на вкладыше составляют 200 микрометров в диаметре и 200 микрометров в глубину. Это сравнение высоты столба, деленное на глубину отверстия, называемое степенью репликации высоты столба.
Партии разбиваются на группы по 10 штук в порядке, произведенном тиражом 100 произведенных деталей. Значения взяты из одной случайно выбранной выборки из каждой группы. Полосы разного цвета указывают на разные положения на пластине.
Вот аналогичный график для степени репликации диаметра столба. Диаметр столба делится на диаметр отверстия. Эти графики показывают, что процесс был стабильным в каждой позиции в течение 100 циклов.
Размеры отверстий на деталях не изменились после литья под давлением, что подтверждает вывод. Этот метод проложил путь исследователям в области производства и обработки полимеров к изучению процесса изготовления мягкой оснастки. Это делает возможным создание микроэлементов на поверхностях произвольной формы на новой производственной платформе, отвечающей промышленным требованиям.
Обзор
В данной статье представлен протокол изготовления вставок для литья под давлением с использованием методов аддитивного производства. Данный метод позволяет создавать микроэлементы на объектах со сложной геометрией, решая основные производственные задачи.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Производство
- Аддитивное производство
- Литье под давлением
Теоретические сведения
- Микроэлементы могут расширить функциональные возможности сложных деталей.
- Сокращение времени механической обработки и затрат имеет решающее значение для опытного производства.
- Аддитивное производство позволяет с высокой точностью изготавливать изделия сложной конфигурации.
- Использование систем автоматизированного проектирования является необходимым этапом данного процесса.
Цель исследования
- Разработать надежный метод создания вставок для литья под давлением.
- Продемонстрировать эффективность аддитивного производства при создании микроструктур.
- Предоставить подробный протокол для исследователей в области производства и переработки полимеров.
Используемые методы
- Проектирование вставок с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования.
- Подготовка смолы для фотополимеризации и использование установки для фотополимеризации.
- Очистка и отверждение изготовленных вставок.
- Проведение измерений с помощью лазерного сканирующего цифрового микроскопа.
Основные результаты
- Согласно протоколу, на вставках были успешно созданы микроструктуры.
- Измерения показали стабильность размеров на протяжении всех производственных циклов.
- Снимки СЭМ подтвердили качество изготовленных поверхностей.
- Данный метод способствует изучению процессов мягкого инструментального оснащения в производстве.
Выводы
- Данный метод позволяет создавать сложные геометрии с микроструктурными особенностями.
- Он отвечает промышленным требованиям к точности изготовления.
- Исследователи могут использовать этот метод для дальнейшего совершенствования процессов переработки полимеров.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Эта технологическая цепочка мягкого инструментального обеспечения позволяет экономически выгодно производить микроструктурированные компоненты для опытного производства, устраняя критическое узкое место на ранних стадиях разработки устройств. Благодаря использованию аддитивного производства для изготовления вставок для литья под давлением, отделы исследований и разработок в области биофармацевтики могут быстро создавать прототипы микрофлюидных платформ или систем «лаборатория на чипе» со сложной геометрией и функциональными особенностями поверхности. Данный подход сокращает сроки выполнения заказа и затраты на оснастку, поддерживая итерационную проверку проекта перед переходом к инструментам для высокосерийного производства.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Раннее обнаружение и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет изготавливать микрофлюидные устройства с точными массивами микростолбиков для анализа отдельных клеток или скрининга биомаркеров.
- Практическая ценность: обеспечивает быструю итерацию геометрии устройств для оптимизации гидродинамики и поверхностных взаимодействий на ранних этапах разработки анализа.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Позволяет создавать воспроизводимые микроструктуры на сложных поверхностях, обеспечивая стабильное управление потоками жидкости и соотношение поверхности к объему, что критически важно для чувствительности анализа.
- Практическая ценность: Обеспечивает стабильность размерной репликации на протяжении более 100 циклов литья под давлением, что поддерживает надежность рабочих процессов скрининга со средней пропускной способностью.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: способствует переходу от разработки микроинженерных конструкций к доклиническим испытаниям, обеспечивая серийное производство функциональных прототипов.
- Практическая ценность: снижает зависимость от традиционной обработки на станках с ЧПУ, сокращая сроки прототипирования терапевтических или диагностических платформ на базе устройств.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод вписывается в континуум от открытия до доклинических исследований, обеспечивая быстрое прототипирование микрофлюидных компонентов, используемых при валидации мишеней, оптимизации анализа и ранней доклинической оценке комбинаций «устройство-препарат».
- Биология открытий: обеспечивает проверку гипотез с помощью настраиваемых микросред, имитирующих физиологические ниши или паттерны клеточного взаимодействия.
- Скрининг: позволяет стандартизировать производство совместимых с анализом субстратов с количественно определяемой топографией поверхности для скрининга соединений или клеток.
- Аналитика: предоставляет измеримые показатели, такие как высота столбиков и степень воспроизведения их диаметра, что позволяет количественно оценить точность процесса в различных производственных сериях.
- Трансляционные исследования: связывает проектирование и валидацию путем создания опытных образцов, сохраняющих геометрическую точность и свойства поверхности для доклинических исследований осуществимости.
- Корпоративное повторное использование: создает воспроизводимый рабочий процесс с использованием мягкого инструментария для итерационных циклов проектирования в рамках нескольких проектов по разработке микрофлюидных устройств.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования рабочих характеристик устройств, обеспечивая точное воспроизведение микроструктур, имеющих критическое значение для биологического функционирования.
- Эксплуатационная ценность: сокращает время и стоимость механической обработки по сравнению с традиционным инструментарием, увеличивая пропускную способность на этапах прототипирования.
- Стратегическая ценность: оптимизирует принятие решений о целесообразности дальнейшей разработки за счет возможности ранней оценки технологичности изготовления и функциональных характеристик микроструктурированных устройств.
- Влияние на портфель проектов: способствует продвижению проектов с учетом рисков путем подтверждения осуществимости производства до инвестирования в специализированный инструмент для масштабирования.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области аддитивного производства, фотополимеризации и контроля процессов литья под давлением.
- Зависит от наличия 3D-принтеров на базе технологии DLP и совместимых высокотемпературных фотополимеров.
- Необходима стандартная постобработка, включая ультразвуковую очистку, УФ-отверждение и размерную метрологию с помощью лазерной сканирующей микроскопии.
- Ограничено сроком службы вставок, что делает данный метод более подходящим для опытного производства, чем для серийного изготовления больших объемов.
- Требуется межфункциональное взаимодействие между группами проектирования, изготовления и контроля качества для обеспечения точности воспроизведения микроструктур в разных производственных партиях.
