Dans le micromoulage, le flux de matériaux suit son propre ensemble de règles

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Alors que les composants pour les dispositifs médicaux et l’électronique grand public continuent de diminuer, le micromoulage joue un rôle plus important dans le mix de fabrication.

D’une manière générale, selon MTD Micro Moulding de Charlton, MA, les pièces sont qualifiées de « micro » si elles ont :

• Stocks de mur entre 0,002 et 0,004 po ;
• rapports d’aspect dans la gamme 250:1 ;
• un poids de pièce finie si faible que 520 pièces peuvent être fabriquées à partir d’une seule pastille de plastique.

Cependant, note MTD Micro Molding, « une pièce n’a pas besoin d’être microscopique pour être considérée comme une micro-pièce ». Cela dit, à cette échelle, les choix de matériaux et la compréhension des processus commencent au niveau moléculaire, a expliqué Patrick Haney, ingénieur R&D chez MTD. La complexité de l’application d’une pièce peut entraîner ces considérations.

« Parfois, vous avez besoin d’un matériau pour exécuter une fonction de base, et d’autres fois, le matériau est tout aussi important que d’autres critères pour fonctionner dans un assemblage », a expliqué Haney. « Par exemple, pour une application de pièce mécanique – comme des agrafes, des sutures ou des vis – ce sur quoi vous devez vous concentrer, ce sont les caractéristiques mécaniques de la pièce comme la résistance, la flexibilité, etc. Vous pouvez ajouter le taux de dégradation s’il s’agit d’une application implantable. .

« Si vous avez une application spécifique, comme un matériau que vous surmoulez sur l’électronique pour lui permettre d’interagir avec un appareil intelligent – des choses comme les propriétés isolantes, la conductivité électrique ou, dans certains cas, l’amortissement des ultrasons – ces caractéristiques sont influencées par le structures moléculaires.

L’écoulement des fluides, ou rhéologie, est un problème critique dans la production de micro-pièces.

« En micro, il est réaliste que vous atteigniez un seuil d’amincissement ultime », a déclaré Haney. « Après ce point, la viscosité du polymère cesse de diminuer avec l’augmentation de la pression. Une fois que cela se produit, de nombreuses astuces et outils du métier qu’un processeur utilise pour remplir des parois minces ou dépanner ne s’appliquent plus. Après avoir atteint ce seuil, vous travaillez vraiment avec un fluide non newtonien qui agit Comme un fluide newtonien. Il y a un tout nouvel ensemble de règles que vous devez respecter en ce qui concerne l’écoulement des fluides plastiques. »

Avant que le plastique ne refroidisse et ne se solidifie, poursuit-il, « le front d’écoulement se comporte différemment. La capacité d’un matériau à remplir des rapports d’aspect élevés change. Les matériaux développent une « personnalité alternative » qui doit être réapprise à mesure que les caractéristiques d’écoulement ont changé. Connaître le comportement de l’écoulement de fluide à des vitesses aussi élevées et savoir comment manipuler l’écoulement plastique dans la région au-delà du seuil d’amincissement est la clé du succès.

« Quand tu moules dans cette région [the second Newtonian plateau], la microstructure du matériau – surtout s’il est cristallin – est souvent complètement différente de ce qu’elle serait autrement. Selon le matériau avec lequel vous travaillez, cela peut affecter n’importe quoi, de la rigidité de la pièce et de la résistance chimique à des choses comme le retrait.

Lorsque le matériau refroidit, la matrice polymère subit des changements de phase. Au cours de cette période, « des structures cristallines se forment et les contraintes internes sont gelées sur place », a observé Haney. « Parce que vous avez exposé le matériau à des pressions et à des taux de cisaillement aussi excessifs, les microstructures qui se forment sont entièrement différentes de ce qui se formerait si elles étaient exposées à des taux et des pressions de cisaillement « réguliers ». Comprendre les répercussions des changements est tout aussi important lorsque vous considérez l’application de la pièce et ses performances, ainsi que les caractéristiques des matériaux qui sont importantes.

Dans le travail de MTD sur le moulage de micro-pièces implantables, la validation des critères de réussite signifie « que nous surveillons des éléments tels que la viscosité intrinsèque et la teneur en monomère résiduel », a déclaré Haney, « donc l’homogénéité moléculaire d’une résine est essentielle pour que MTD développe des fenêtres de processus robustes. Lorsque nous nous associons à des fournisseurs de matériaux, nous les mettons au défi de respecter des distributions de poids moléculaire plus strictes d’un lot à l’autre, ainsi que de maintenir une norme plus élevée en matière d’homogénéité des matériaux. »

La fonctionnalité des polymères hautes performances doit être rigide dans le micromoulage car lorsque les pièces sont si petites, l’acier du moule entourant les cavités agit comme un dissipateur thermique rapide, a expliqué Haney.

« Avec ce transfert de chaleur rapide, le changement de phase de cristallisation ne peut pas toujours se terminer avant que le matériau n’atteigne la température d’éjection. Pour optimiser la cristallisation, qui influence directement la rigidité de la pièce, sans allonger le temps de cycle, il faut manipuler de nombreux paramètres de moulage par injection et leurs combinaisons. À moins de comprendre la combinaison d’effets que les paramètres de moulage par injection peuvent avoir sur la mécanique de cristallisation d’un matériau, vous ne pourrez pas optimiser les propriétés du matériau de cette manière.