Fabrication of polymer microcomponents using CO2 laser melting technique

• Autorzy: Tan W. S. , Zhou J. Z. , Huang S. , Zhu W. L. , Meng X. K.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2015.192

Warianty tytułu

PL

Wytwarzanie mikroelementów polimerowych z zastosowaniem techniki topienia laserem CO2

• Konferencja: Global Conference on Polymer and Composite Materials (27-29.05.2014 ; Ningbo, China)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A new method of laser melting molding to produce high-efficiency and high-quality polymer microcomponents was proposed. Numerical simulation was used to analyze the temperature changes of polymer melt during the laser irradiation process. An orthogonal experiment was also employed to investigate the factors influencing molding accuracy. The molding experiments were conducted on molds with various degrees of roughness, and the surface quality of the molded pieces was tested. The simulation analysis and experimental results showed that the laser power plays a critical role in improving the repetition accuracy. The next factors are irradiation time and mold temperature, followed by molding force. Optimized technological parameters (1.2 W of laser power, 6 mm of laser beam width, 6 s irradiation time, 150 N molding force, and 80 °C mold temperature) were applied to obtain a molded pieces with high repetition accuracy and a microstructure dimensional deviation of less than 1 µm. Using a mold with lower surface roughness provides that we can obtain a molded piece with lower roughness, the roughness difference between the mold and the molded piece was less than 0.012 µm.

PL

Zaproponowano nową metodę formowania mikroelementów polimerowych z zastosowaniem topienia laserowego, zapewniającą wysoką wydajność oraz dobrą jakość wytwarzanych mikroelementów. Istotnym parametrem procesu, wpływającym na jakość formowanych elementów, jest temperatura stopu polimeru. Do analizy zmian tej temperatury pod wpływem napromieniania laserem zastosowano symulację numeryczną. Zastosowano także ortogonalny plan eksperymentu w celu zbadania czynników wpływających na dokładność formowania. Formowania przeprowadzono z użyciem form o różnych stopniach chropowatości i zbadano jakość powierzchni mikroelementów. Analiza wyników symulacji i badań eksperymentalnych wykazała, że moc lasera odgrywa kluczową rolę w uzyskaniu powtarzalnej dokładności. Kolejnymi czynnikami są czas napromieniowania i temperatura formy oraz siły formujące. Zoptymalizowane parametry technologiczne (moc lasera 1,2 W, szerokość wiązki lasera 6mm, czas napromieniania 6 s, siła formująca 150 N i temperatura formowania 80 °C) zastosowano do formowania elementów z powtarzalną dużą dokładnością odtwarzania wymiarów (odchylenia wymiarów nie przekraczały 1 µm). Użycie form o mniejszej chropowatości powierzchni pozwalało także uzyskać mniejszą chropowatość mikroelementów, przy czym różnica chropowatości formy i otrzymanego elementu była mniejsza niż 0,012 µm.

Słowa kluczowe

EN

molding; polymer microcomponents; CO2 laser; irradiation; numerical simulation

PL

formowanie; mikroelementy polimerowe; laser CO2; napromienianie; symulacja numeryczna

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 60, nr 3
• Strony: 192--198
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Tan W. S.

• Center for Photon Manufacturing Science and Technology, School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, People’s Republic of China
• Changzhou College of Information Technology, Changzhou, Jiangsu 213164, People’s Republic of China

autor

Zhou J. Z.

• Center for Photon Manufacturing Science and Technology, School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, People’s Republic of China

autor

Huang S.

• Center for Photon Manufacturing Science and Technology, School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, People’s Republic of China

autor

Zhu W. L.

• Center for Photon Manufacturing Science and Technology, School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, People’s Republic of China

autor

Meng X. K.

• Center for Photon Manufacturing Science and Technology, School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, People’s Republic of China

Bibliografia

• [1] Mohammed M.I., Desmulliez M.P.Y.: Lab. Chip. 2011, 11, 569. http://dx.doi.org/10.1039/C0LC00204F
• [2] Becker H., Gärtner C.: Anal. Bioanal. Chem. 2008, 390, 89. http://dx.doi.org/10.1007/s00216-007-1692-2
• [3] Becker H., Heim U.: Sens. Actuators A: Phys. 2000, 83, 130.
• [4] Giboz J., Copponnex T., Mélé P.: J. Micromech. Microeng. 2007, 17, R96. http://dx.doi.org/10.1088/0960-1317/17/6/R02
• [5] Costela A., Garciamoreno I., Florido F.: J. Appl. Phys. 1995, 77, 2343. http://dx.doi.org/10.1063/1.358756
• [6] Mohammed M.I., Abraham E.M., Desmulliez P.Y.: J. Micromech. Microeng. 2013, 23, 035034. http://dx.doi.org/10.1088/0960-1317/23/3/035034
• [7] Qi H., Wang X.S., Chen T. et al.: J. Chinese Lasers 2009, 36, 1239.
• [8] Li J.M., Liu C., Zhu L.Y.: J. Mater. Process Tech. 2009, 209, 4814. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.01.001
• [9] Zhang Z., Wang X., Luo Y., Wang L.: J. Thermoplast. Compos. Mater. 2009, 23, 647. http://dx.doi.org/10.1177/0892705709356493
• [10] Kim J., Xu X.: J. Laser Appl. 2003, 15, 255.
• [11] Xu S.J., Duan Y.G., Ding Y.C., Lu B.H.: J. China Mech. Eng. 2007, 43, 105.
• [12] Romoli L., Tantussi G., Dini G.: Opt. Laser. Eng. 2011, 49, 419. http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2010.11.013
• [13] Waugh D.G., Lawrence J.: Opt. Laser. Eng. 2010, 48, 707. http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2010.01.005
• [14] Huang Y.G., Liu S.B., Yang W., Yu C.X.: Appl. Surf. Sci. 2010, 256, 1675. http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2009.09.092
• [15] Tan W.S., Zhou J.Z., Huang S.: Adv. Mater. Res. 2012, 472, 2514.
• [16] Li J.C.: “The calculation of laser diffraction and thermal acting”, Beijing Science publisher, Beijing 2008, p. 344.