Микроформование – это не просто литье под давлением, сделанное меньшего размера. Ниже определенного размера детали некоторые детали перестают образовываться и начинают вести себя по-другому, а оборудование, настроенное для обычного формования, дает плохие результаты независимо от навыков оператора.
Сдвиг происходит постепенно, а не по определенному порогу, но детали весом менее грамма или с характеристиками, измеряемыми десятками микрон, прочно находятся на территории микроформования. Компоненты медицинского оборудования, электронные разъемы, оптические детали и микрофлюидные устройства являются обычными областями применения.
В этом руководстве рассказывается, что на самом деле меняется, что это значит для дизайна и что спросить у поставщика.
Почему для изготовления мелких деталей требуется разное оборудование
Размер выстрела и размер машины
Обычная формовочная машина имеет размер, соответствующий ее производительности. Использование большой машины для обработки крошечной детали означает, что материал находится в стволе гораздо дольше, чем предполагалось, что для многих технических полимеров означает термическое разложение.
Время пребывания является практическим вопросом. Машина, рассчитанная на 100-граммовую дробь с деталью массой 0,05 грамма, многократно пропускает один и тот же материал через ствол. Термочувствительные полимеры разрушаются, причем разрушение не всегда заметно в детали, но проявляется в свойствах.
В микроформовочных машинах используются гораздо меньшие по размеру блоки впрыска, часто с другими дозирующими устройствами, чем у обычного возвратно-поступательного шнека, в частности, для точного контроля размера порции при этих объемах и ограничения времени пребывания.
Разрешение управления впрыском
Для точного введения доли грамма требуется разрешение, которого нет у обычных машин. Небольшие вариации, которые по большей части были бы незначительными, представляют собой большую часть микроснимка.
Оборудование для микроформования создано для такого контроля и имеет более точное разрешение положения и давления.
Соотношение бегунов к деталям
Что касается микродетали, бегунок часто весит значительно больше, чем сама деталь. Иногда в разы больше.
Это имеет два последствия. Потери материала становятся значительными по отношению к весу детали, а термическая история материала зависит от бегуна, а не от детали. Для этого в инструментах для микроформования часто используются миниатюрные горячеканальные системы или тщательно разработанные микролитовальные системы.
Различия в инструментах
Допуски на инструменте более жесткие.Если размер детали составляет 100 микрон и требуется выдержка в пределах нескольких процентов, инструмент должен быть изготовлен с точностью до этой доли. Это выводит инструменты на территорию прецизионной обработки, проволочной электроэрозионной обработки, а иногда и микроэрозионной обработки.
Вентиляция становится критической.Воздух должен выходить по мере заполнения полости, но вентиляционные отверстия традиционного размера будут мигать на микродетали. Глубина вентиляционных отверстий обычно измеряется несколькими микронами, что требует точной механической обработки и тщательного обслуживания, поскольку они легко блокируются.
Выбрасывать сложнее.Выталкивающие штифты на очень маленькой детали могут быть сопоставимы по размеру с элементами, а деталь может быть слишком хрупкой, чтобы ее можно было толкнуть. Становятся необходимыми альтернативные стратегии выброса, в том числе использование воздуха, стрипперов или тщательная конструкция ворот.
Обработка и упаковка.Детали, слишком маленькие для того, чтобы их можно было подобрать по отдельности, требуют автоматизированной обработки, а упаковка должна предотвращать потери и повреждения. Это звучит тривиально, но это не так, поскольку деталь, которую невозможно надежно перенести из формы в упаковку, не подлежит массовому производству.
Допуски
Микроформованные детали могут иметь жесткие абсолютные допуски, но взаимосвязь между допуском и размером детали ведет себя иначе, чем подсказывает интуиция.
Достижимый допуск не уменьшается пропорционально размеру детали. Допуск, который является обычным в процентах для больших деталей, становится очень требовательным для маленьких, потому что абсолютное значение приближается к пределам точности инструмента, предсказуемости усадки и возможности измерения.
Три фактора устанавливают предел:
Точность инструмента.Полость не может быть изготовлена точнее, чем позволяет процесс механической обработки.
Прогнозируемость усадки.Полимеры сжимаются по мере охлаждения, и хотя усадка компенсируется конструкцией инструмента, ее изменение не является совершенно равномерным. В небольшой части небольшие изменения абсолютной усадки составляют большую часть поля допуска.
Измерение.Это приводит к моменту, который удивляет многих покупателей.
Инспекция — это отдельная проблема
Для измерения микродеталей требуются разные методы. Контактное измерение может деформировать деталь. Стандартным координатно-измерительным машинам может не хватать требуемого разрешения, а их датчик может быть больше, чем объект.
Обычно используются оптические и зрительные измерительные системы, а в некоторых случаях компьютерная томография для выявления внутренних особенностей.
Это имеет коммерческое значение по двум причинам. Во-первых, поставщик, заявляющий о жестких микродопусках, должен быть в состоянии продемонстрировать, как он их измеряет, и фразы «у нас есть КИМ» недостаточно в этом масштабе. Во-вторых, неопределенность измерения занимает часть вашего диапазона допуска. Если ваш допуск составляет 10 микрон, а система измерения имеет значительную погрешность, то фактически для процесса доступно менее 10 микрон этого диапазона.
Спросите конкретно, какое оборудование используется, каково его разрешение и как учитывается неопределенность измерений.
Материалы
Большинство технических термопластов можно подвергать микроформованию, но выбор материалов ограничен больше, чем в обычных масштабах.
Размер наполнителя имеет значение.Стеклянные волокна, рассчитанные на обычные детали, могут быть сравнимы по длине с микродеталями, что вызывает проблемы с заполнением и нестабильность свойств. Обычно предпочтительны ненаполненные марки или марки с мелкими наполнителями.
Характеристики потока имеют большее значение.Заполнение очень маленькой полости через очень маленький затвор требует хорошего потока. Высоковязкие марки, которые адекватно заполняют обычные детали, могут не заполнять микрополости.
Термическая стабильность имеет большее значение.Из-за времени пребывания и соотношения бегунов к деталям термочувствительные материалы подвергаются большему термическому воздействию на единицу веса детали, чем при обычном масштабе.
Распространенные материалы для микроформованиявключают PEEK, LCP, POM, PC, PP, нейлон и различные полимеры медицинского назначения. Если требуется конкретная марка, подтвердите пригодность микроформования как у поставщика материала, так и у формовщика.
Рекомендации по проектированию
Многие традиционные правила проектирования все еще применяются, а некоторые применяются более строго.
Равномерная толщина стенкиостается важным, и последствия его нарушения те же: дифференциальная усадка, коробление и раковина.
Углы уклонаоставаться необходимым. Очень мелкие детали более подвержены повреждениям при выбрасывании, поэтому достаточная тяга имеет большее, а не меньшее значение.
Расположение воротстановится более ограниченным. Ворота большие по сравнению с деталью, поэтому их положение и следы, которые они оставляют, являются важными конструктивными соображениями, а не деталями.
Радиусы в углахпомогают заполнить и уменьшить напряжение, а на микромасштабе острые углы сложнее точно врезать в инструмент.
Соотношения стороннуждаются в уходе. Очень глубокие и очень тонкие детали трудно заполнить и трудно извлечь, а образующая их инструментальная сталь хрупкая.
Допуски следует указывать только там, где этого требует функция.Как и в любом масштабе, здесь издержки более значительны.
Объем и стоимость
Инструменты для микроформования стоят дороже, чем обычные инструменты с сопоставимой кавитацией, поскольку требуемая точность выше, а обработка более сложна.
При этом продолжительность цикла обычно невелика, поскольку мелкие детали быстро охлаждаются, а инструменты с несколькими полостями являются обычным явлением. Когда инструменты появятся, затраты на единицу продукции при больших объемах могут быть очень низкими.
Результатом является более высокий объем безубыточности, чем при обычном формовании. Микроформовочные костюмы создали крупномасштабные программы, а не исследовательские мелкообъемные работы. Для проверки количества обработанных или напечатанных на 3D-принтере деталей или прототипа оснастки с уменьшенной кавитацией обычно разумным путем перед запуском в производство оснастки является разумный путь.
Приложения
Медицинские приборыявляются самой большой областью применения: компоненты катетеров, детали для доставки лекарств, компоненты хирургических устройств, диагностические расходные материалы. Формование в чистых помещениях и полная отслеживаемость являются общими требованиями.
Электроника и разъемынужны небольшие точные детали из материалов с особыми электрическими и тепловыми свойствами, часто LCP из-за его текучести и температурных характеристик.
Оптикатребует качества поверхности и точности размеров, что затрудняет использование инструментов и управление процессом.
Микрофлюидикатребует очень точной геометрии канала с постоянным поперечным сечением, которое сочетает в себе жесткие допуски и сложное заполнение.
Что спросить у поставщика микроформовок
- Какие машины вы используете и каков диапазон размеров дроби?
- Как управлять временем пребывания термочувствительных материалов?
- Какие допуски вы можете соблюдать для детали моего размера и на чем это основано?
- Какое инспекционное оборудование вы используете и какое у него разрешение?
- Как вы учитываете неопределенность измерений в пределах диапазона допуска?
- Как обрабатываются и упаковываются детали после формовки?
- Каков ваш опыт использования моего материала и его применения?
Вопросы измерения являются наиболее полезным фильтром. Поставщик, который тщательно продумал метрологию такого масштаба, является поставщиком, который разбирается в микроформовании. Тот, кто отвечает с помощью обычного оборудования для контроля, скорее всего, применяет традиционную практику формования к мелким деталям, что и является основной проблемой, описанной в этой статье.
Получение реалистичной оценки
Возможность микроформования зависит от конкретной геометрии, сочетания материалов и допусков, и общая статья не может сказать вам, жизнеспособна ли ваша деталь. Некоторые проекты, которые кажутся сложными, являются рутинными, а некоторые, которые выглядят простыми, таковыми не являются.
Elite Mold Tech осуществляет микроформование наряду с традиционным литьем под давлением, оснасткой и прецизионной механической обработкой на одном предприятии. Отправка файла детали с допусками и предполагаемым материалом позволяет получить технико-экономическое обоснование, охватывающее подход к оснащению, достижимый допуск и метод контроля, а не только цену.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Насколько маленькими могут быть детали, отлитые под давлением?
Ответ: Обычно производятся очень мелкие детали весом в доли грамма, характеристики которых измеряются в микронах. Практический предел зависит от геометрии, характеристик потока материала и достижимой точности инструмента.
Вопрос: Почему для микродеталей нужны специализированные машины?
Ответ: Обычные машины не могут точно отмерить крошечные порции, а материал находится в слишком большом стволе достаточно долго, чтобы подвергнуться термическому разложению. В машинах для микроформования используются меньшие по размеру блоки впрыска с более точным управлением и более коротким временем пребывания.
Вопрос: Какие допуски может выдерживать микроформование?
Ответ: Жесткие абсолютные допуски достижимы, но они не уменьшаются пропорционально размеру детали. Точность инструмента, изменение усадки и возможности измерения — все это устанавливает практические ограничения, которые необходимо оценивать для каждой детали.
Вопрос: Можно ли микроформовать стеклонаполненные материалы?
О: С осторожностью. Волокна, размер которых предназначен для обычных деталей, могут быть сравнимы по длине с микроструктурами, что приводит к проблемам с заполнением и нестабильным свойствам. Обычно предпочтительны ненаполненные сорта или мелкие наполнители.
Вопрос: Как проверяются микроформованные детали?
Ответ: Обычно с оптическими или видеосистемами, а иногда и с компьютерной томографией для выявления внутренних элементов, поскольку контактное измерение может деформировать деталь, а стандартные датчики могут превышать размер элемента.