Ocena wpływu warunków wtryskiwania na przebieg napełniania mikrokanałów termoplastycznym materiałem z proszkami

• Autorzy: Skalski A. , Biało D. , Wiśniewski W.

Warianty tytułu

EN

Influence of injection condition on micro channel filling by thermoplastic - powder feedstocks

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca przedstawia problemy związane z formowaniem mikroelementów z materiałów proszkowych i obejmuje pierwszy etap - wtryskiwanie do gniazd formujących i napełnianie mikrokanałów. Wtryskiwano materiał stanowiący kompozycję złożoną ze specjalnego termoplastycznego lepiszcza i proszku metalowego. Do badań zastosowano proszki żelaza karbonylowego o ziarnistości 1 i 4 žm oraz proszek stali kwasoodpornej o ziarnistości 16 žm. Składnikami lepiszcza były: wosk, polietylen i parafina. Mieszaninę proszku z lepiszczem przygotowano w mieszalniku typu 2Z w temperaturze 125°C przez 1 godzinę, co zapewniało uzyskanie masy homogenicznej. Udział proszku w przygotowywanych masach wynosił Vp = 60% obj. Wtryskiwanie przeprowadzono na specjalnej mikrowtryskarce własnej konstrukcji, umożliwiającej wtryskiwanie porcji materiału (masy) w zakresie od 1 do 200 mm2. Do przeprowadzenia badań w tym zakresie została wykonana specjalna wkładka formująca, zawierająca mikrokanały o szerokości od 50 do 500 m. Stosowano następujące parametry wtrysku: temperatura masy (Tw) 115 i 125° C, ciśnienie (p) 60 MPa, temperatura formy (Tf) od 25 do 80°C. Przedstawiono badania dotyczące wpływu parametrów wtryskiwania: temperatury formy, temperatury materiału oraz składu materiału na jakość wypełniania przez materiał mikroformy. Jako wskaźnik zachowania masy podczas wtryskiwania przyjęto drogę L wpływania masy do mikrokanałów i do gniazd mikroform. Wykazano, że najważniejszym parametrem decydującym o przebiegu napełniania mikrokanałów jest temperatura formy i dla badanych mas nie powinna być niższa niż 70°C. Uzyskane informacje wykorzystano w próbach wtryskiwania kształtek do prób na zginanie i rozciąganie oraz koła zębatego.

EN

In the last few years micro system technology has gained increasing development and new method of fabrication of micro components are needed. Micro metal injection moulding (žMIM) is the process which allows to manufacture very small elements (micro parts) with dimensions below 1 mm in large - scale production cycle, complex shape, wide range of materials and in economic way. In žMIM very fine powders are mixed with special, complex binder with thermoplastic properties. Obtained mass (feedstock for injection) is injected to the micro mould. Next the binder is removed and shapes undergo sintering. Selected problems of micro injection moulding of micro parts is presented in this paper. It deals with first step of the micro forming process. The metal powder used in this study was carbonyl iron powder with particles of 1, 4 žm and stainless steel powder with particles of 16 žm. The binder system was based on wax, polyethylene and paraffin. Powder / binder feedstock was prepared in 2Z type mixer with heating system at temperature of 125°C in 1 hour. Volume fraction of powder in the feedstock Vp was 60%. For the purpose of micro injection, special micro form was designed. Micro form was equipped in heating - cooling system and insert having 6 micro channel with cross - section ranged from 2 to 210 žm2. The following injection parameters were used: feedstock temperature of 115 and 125°C, pressure of 60 MPa and mould temperature of 25 to 80 C. The way of channel feeling i.e. the distance L on which the feedstock flow - in to the channel was taken as the indicator of feedstock behavior during injection. The research has shown that the principal parameter influenced on distance L is temperature of the mould Tf. The higher is Tf, the longer is L. It is worth to note that characteristic threshold value of temperature above which feeling of channel is possible occurs. For the feedstock tested it was above 70°C. The following conclusion which may be drown from the presented research is that the higher is volume fraction of the powder in the feedstock the more difficult is micro channel feeling. It has strong connection with higher viscosity of the feedstock.

Słowa kluczowe

PL

formowanie wtryskowe; mikroelementy; proszki metali

EN

injection moulding; micro parts; metal powders

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 4
• Strony: 322--326
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., zdj.

Twórcy

autor

Skalski A.

autor

Biało D.

autor

Wiśniewski W.

• Politechnika Warszawska, Instytut Inżynierii Precyzyjnej i Biomedycznej, ul. św. A. Boboli 8, 02-525 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Oczoś K.E., Kształtowanie mikroczęści - charakterystyka sposobów mikroobróbki i ich zastosowanie, Mechanik 1999, 5-6, 309-327.
• [2] Mrugalski Z., Rymuza Z., Mikromechanizmy, Pomiary, Automatyka i Kontrola 1998, 6, 4-9.
• [3] Gad-el-Hak M, The MEMS Handbook, Second Edition, Virginia Com. University 2005.
• [4] Poiter V. et al., Micro Powder Injection Moulding, EURO PM2000, Oct. 18-20, 2000, Munich, Germany, vol. PIM, 259-264.
• [5] Hasselbach J. et al., Investigation on the International State of Art of Micro Production Technology. Euspen Int. Topical Conf., Aachen, Germany, May 19-20, 2003, 11-18.
• [6] Piotter V. et al., Micro Injection Molding of Components for Microsystems, lst Euspen Topical Conf. on Fabrication and Metrology in Nanotechnology, Copenhagen, May 28-30, 2000, vol. 1,182-189.
• [7] Biało D., Skalski A., Paszkowski L., Selected Problems of Micro Injection Moulding of Microelements, (w.) Recent Advances in Mechatronics, pr. zbiorowa pod red. J. Jabłońskiego, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2007, 370-374.
• [8] Benzler T. et al., Fabrication of Microstructures by MIM and CIM, PM World Congress PIM, Granada, Spain 1998, 3,9-14.
• [9] Zauner R., Korb G., Micro Powder Injection Molding for Microstructured Components, PM Plansee Seminar, Reute, Austia, 2005.PL 5, 59-68.
• [10] Biało D., Metoda formowania wyrobów z proszków poprzez wtrysk, Konferencja Nauk.-Techn. Postępy w Elektrotechnologii, Szklarska Poręba, 14-16 września 1994, t. 1, 235-240.