Mikrowtryskiwanie tworzyw polimerowych technologia, narzêdzia i maszyny



Podobne dokumenty
INFORMACJA TECHNICZNA CELLMOULD technologia spieniania fizycznego tworzyw.

Wtryskiwanie tworzyw polimerowych wspomagane wod¹ oraz uk³adem gaz + woda

Mega trendy w technologiach wtryskiwania Battenfeld Polska PLASTECH 2013

Plastech 2013, Serock r. Optymalna produkcja na wtryskarkach


Badania wybranych w³aœciwoœci mechanicznych wyrobów z poliamidów i innych tworzyw konstrukcyjnych (uzupe³nienie)

Instrukcja monta u i obs³ugi EB PL. Regulator ciœnienia typu Wydanie: czerwiec 2009 (01/09) o zwiêkszonej wydajnoœci powietrza

o yska wrzecionowe o yska serii S 618/619/60/62... typ nieroz³¹czny o yska wrzecionowe, serie ³o ysk i ich typy

Projektowanie logistycznych gniazd przedmiotowych

SYMULACJA KOMPUTEROWA WTRYSKIWANIA TWORZYWA SZTUCZNEGO W PROCESIE FORMOWANIA OSŁONY SILNIKA SAMOCHODOWEGO

Skurcz przetwórczy wyprasek a warunki wtryskiwania *)

OFERTA WSPÓŁPRACY W DZIEDZINIE PRZETWÓRSTWA TWORZYW SZTUCZNYCH

OPERATOR OBRABIAREK SKRAWAJĄCYCH

PRACA DYPLOMOWA W BUDOWIE WKŁADEK FORMUJĄCYCH. Tomasz Kamiński. Temat: ŻYWICE EPOKSYDOWE. dr inż. Leszek Nakonieczny

Schemat systemu wtryskiwania z tłokiem gazowym: Airmould Aquamould

WTRYSKIWANIE PRECYZYJNE. Elżbieta Bociąga, Tomasz Jaruga

- na konsolach jezdnych typu KNJ

Nowoczesne metody metalurgii proszków. Dr inż. Hanna Smoleńska Materiały edukacyjne DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO Część III

Skanowanie trójwymiarowej przestrzeni pomieszczeñ

BADANIA WYTRZYMA OŒCI NA ŒCISKANIE PRÓBEK Z TWORZYWA ABS DRUKOWANYCH W TECHNOLOGII FDM

C U K I E R N I A. K Warszawa, ul. Opaczewska 85 (róg ul. Kurhan) tel.: , fax: k-2@k-2.com.

Romuald Radwan*, Janusz Wandzel* TESTY PRODUKCYJNE PO CZONE ZE WSTÊPNYM ODSIARCZANIEM SUROWEJ ROPY NAFTOWEJ NA Z O U LGM

WIRTUALNA WTRYSKARKA TWORZYW SZTUCZNYCH

Dysponujemy nowoczesną halą produkcyjną pozwalającą zachować wysoką jakość produkowanych detali oraz pomieszczeniami biurowymi pozwalającymi na

PRÓBA WERYFIKACJI WYNIKÓW SYMULACJI PROCESU WTRYSKIWANIA W WARUNKACH RZECZYWISTYCH

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

TWORZYWA BIODEGRADOWALNE

Instrukcja Prasy Termotransferowej Secabo TS7

DOJRZA Oή W KA DYM DETALU

7 Oparzenia termiczne

INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Hoval SolKit kompaktowy system dla solarnego ogrzewania wody

KONSTRUKCJA, BUDOWA i EKSPLOATACJA UKŁADÓW UPLASTYCZNIAJĄCYCH WTRYSKAREK MGR INŻ. SZYMON ZIĘBA

PRODUKCJA ODLEWÓW CIŚNIENIOWYCH ZE STOPU CYNKU, STOPU ALUMINIUM, STOPU MAGNEZU ORAZ TWORZYW SZTUCZNYCH

SZKOLENIA ZAWODOWE 2018

WÓJCIK Ryszard 1 KĘPCZAK Norbert 2

PRODUKCJA ODLEWÓW CIŚNIENIOWYCH ZE STOPU CYNKU, STOPU ALUMINIUM, STOPU MAGNEZU ORAZ TWORZYW SZTUCZNYCH

Zakład Narzędziowy EKOPLAST Roman Glazik pragnie poinformować, że realizuje projekt pt.:

Technologia elementów optycznych

NARZĘDZIA DO PRZETWÓRSTWA POLIMERÓW

TECHNOLOGICZNOŚĆ WYPRASEK

NARZĘDZIA DO PRZETWÓRSTWA POLIMERÓW

Rok akademicki: 2015/2016 Kod: RBM KW-n Punkty ECTS: 2. Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Niestacjonarne

Nazwa przedmiotu Wymiar ECTS blok I II III

Miniaturowe zawory rêczne i mechaniczne - przy³¹cza z gwintem M5 Seria 105

GRAVUREM prasa sprê ynowa

WENTYLACJA + KLIMATYZACJA KRAKÓW NAWIEWNIKI WIROWE ELEMENTY WYPOSAŻENIA INSTALACJI WENTYLACJI I KLIMATYZACJI

Przemysłowe zastosowania technologii generatywnych

Oferta Kooperacyjna SIMET SA

KONSTRUKCJA HYBRYDOWYCH NARZĘDZI DO OBRÓBKI ELEMENTÓW OPTYCZNYCH. Grzegorz BUDZIK *, Sławomir SOŁTYS

PL B1. Uniwersytet Śląski w Katowicach,Katowice,PL BUP 20/05. Andrzej Posmyk,Katowice,PL WUP 11/09 RZECZPOSPOLITA POLSKA

INSTYTUT TECHNOLOGII MECHANICZNYCH

Powstawanie obszarów ³¹czenia strumieni tworzywa w wypraskach z wielogniazdowej formy wtryskowej )

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Nawiewniki wirowe typ DLA 7 i DLA 8. LTG Aktiengesellschaft

Zastosowanie ekologicznych tworzyw kompozytowych. w aplikacjach wykonywanych metodą wtrysku dla przemysłu samochodowego

The development of the technological process in an integrated computer system CAD / CAM (SerfCAM and MTS) with emphasis on their use and purpose.

Zastosowanie tworzyw sztucznych w instalacjach spalinowych

PREZENTACJA FIRMY 2014

PADY DIAMENTOWE POLOR

Niekonwencjonalne metody wtryskiwania *)

Technologia sprzętu optoelektronicznego. dr inż. Michał Józwik pokój 507a

Metody łączenia metali. rozłączne nierozłączne:

Opracowanie technologii wytwarzania rdzeni łopatek turbin gazowych i turbosprężarek metodą wtrysku wysokociśnieniowego

Oferta Handlowa rok 2014/2015

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Przeciąganie Gratowanie Automatyzacja

CZYM JEST NANOSREBRO?

Właściwe rozwiązania i odpowiedzi

FORM-PLAST S.A. PREZENTACJA FIRMY

Szczegółowe informacje na temat gumy, rodzajów gumy oraz jej produkcji można znaleźć w Wikipedii pod adresem:

Zarządzanie jakością

STRUKTURA WYPRASEK WTRYSKOWYCH UZYSKANA PRZY RÓŻNYCH WARTOŚCIACH TEMPERATURY FORMY

SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ JAKO NIEZBÊDNY ELEMENT POWSZECHNEJ TAKSACJI NIERUCHOMOŒCI**

Wp³yw sekurytyzacji aktywów na kszta³towanie siê wybranych wskaÿników finansowych

Przetwornica DC-DC podwy szaj¹ca napiêcie

W Y B R A N E P R O B L E M Y I N Y N I E R S K I E

Oferta współpracy Wydziału Mechanicznego UZ z przemysłem

Gatunki do toczenia pokrywane CVD

JUMO plastosens T. Wysokowydajny polimerowy czujnik temperatury

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Wśród technik wtrysku wspomaganego gazem, przy doprowadzeniu gazu do wnętrza strumienia tworzywa, można wyróżnić następujące metody:

PLASTINVENT, Ossa Hotel, 05/10/2012

Poniżej przedstawiony jest zakres informacji technicznych obejmujących funkcjonowanie w wysokiej temperaturze:

UCHWAŁA Nr 217 RADY MINISTRÓW. z dnia 24 grudnia 2010 r. w sprawie Krajowego planu gospodarki odpadami 2014

Gilotyna. Inne cechy. Elektryczny zderzak zapewnia du ¹ efektywnoœæ i powtarzalnoœæ. * Opcja dla modeli IW-45, IW45K, IW50A, IW60H

S³awomir Wysocki*, Danuta Bielewicz*, Marta Wysocka*

PRELIMINARY BROCHURE CORRAX. A stainless precipitation hardening steel

Instytut Politechniczny Zakład Inżynierii Mechanicznej i Transportu. Małgorzata Kastelik, mgr (mkastelik@pwsz.pila.pl)

Drukarki 3D firmy Z Corporation Z Corporation

Uzdatnianie wody. Ozon posiada wiele zalet, które wykorzystuje się w uzdatnianiu wody. Oto najważniejsze z nich:

Piece rozp³ywowe. Maschinen- und Vertriebs GmbH & Co.KG

Profesjonalna szóstka w sprawdzonych zastosowaniach

PLAN STUDIÓW - STUDIA NIESTACJONARNE I STOPNIA kierunek: mechanika i budowa maszyn

Zawory mechaniczne i rêczne G 1/4" Seria 200

WZORU UŻYTKOWEGO. da,opis OCHRONNY EGZEMPLARZ ARCHIWALNY. Aleksander Nakonieczny, Warszawa, PL Andrzej Wojnar, Warszawa, PL Henryk Kopiec, Lublin, PL

SYSTEM WIELKOWYMIAROWY MID-Form INSTRUKCJA OBS UGI

Firma NUKON jeden z czo³owych producentów wycinarek laserowych typu fiber. Wieloletnie doœwiadczenie w dziedzinie produkcji urz¹dzeñ do ciêcia stali

Zawory mechaniczne i rêczne G 1/8" Seria 200

Transkrypt:

POLIMERY 2007, 52,nr3 179 ALEKSANDRA BRZOSTEK, JACEK W. KACZMAR *) Politechnika Wroc³awska Wydzia³ Mechaniczny, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Laboratorium Tworzyw Sztucznych ul. ukasiewicza 5, 50-371 Wroc³aw Mikrowtryskiwanie tworzyw polimerowych technologia, narzêdzia i maszyny Streszczenie Scharakteryzowano dwie podstawowe metody wytwarzania mikrourz¹dzeñ wygniatanie na gor¹co i mikrowtryskiwanie, uwypuklaj¹c przy tym ten drugi sposób. Omówiono etapy procesu technologicznego oraz przebieg mikrowtryskiwania tworzyw polimerowych. Przedstawiono budowê narzêdzi formuj¹cych oraz stawiane im wymagania procesowe. Opisano techniki wytwarzania wk³adek formuj¹cych, takie jak obróbka mikromechaniczna, dr¹ enie elektroerozyjne, a w szczególnoœci proces LIGA. Wskazano na ró nice istniej¹ce pomiêdzy mikrowtryskiwaniem a konwencjonalnym formowaniem wtryskowym. S³owa kluczowe: mikrowtryskiwanie, tworzywa polimerowe, wk³adki formuj¹ce. MICRO INJECTION MOLDING OF POLYMERS TECHNOLOGY, TOOLS AND MACHINES Summary Two basic methods of micro-devices manufacturing: hot embossing and micro injection molding were characterized, the latter method was stressed. The stages of technological process and the course of micro injection molding of polymers were described. The constructions of forming tools and the processing requirements were presented. The techniques of fabrication of mold inserts, such as micromachining, electro-erosion machining and especially LIGA process (Fig. 2), were described. The differences between micro injection molding and conventional injection molding were pointed. Key words: micro injection molding, polymers, mold inserts. W ci¹gu ostatnich piêciu lat wartoœæ œwiatowego rynku mikrosystemów (nale ¹cych do grupy produktów mikrotechnologicznych) wzros³a z 30 mld USD w 2000 r. do ok. 68 mld USD w roku 2005 [1]. Rysunek 1 przedstawia te dane w rozbiciu na g³ówne obszary zastosowañ. Dla porównania œwiatowy rynek mikroelektroniki wyceniono w 2000 r. na 204 mld USD. Wdra anie mikrosystemów do rozwi¹zañ przemys³owych jest wolniejsze ni pierwotnie przewidywano, czego powodem s¹ skomplikowane, a zatem kosztowne technologie produkcji [1]. Dodatkowym czynnikiem ograniczaj¹cym rozwój w tej dziedzinie jest tak e ma³a elastycznoœæ metod wytwarzania mikrourz¹dzeñ. Tak wiêc wdra anie nowych produkowanych na niewielk¹ skalê mikrostruktur nieelektronicznych poci¹ga za sob¹ koniecznoœæ ponoszenia du ych nak³adów inwestycyjnych [1]. METODY WYTWARZANIA MIKROURZ DZEÑ *) jacek.kaczmar@pwr.wroc.pl ca³kowity obrót, mld $ 40 30 20 10 0 Mikroformowanie polimerów termoplastycznych jest jedn¹ z najbardziej obiecuj¹cych technik produkcji mikrodetali i mikrourz¹dzeñ nieelektronicznych. Koszty wytwarzania zale ¹ od z³o onoœci mikroelementów, poniewa w wiêkszoœci przypadków zu ycie materiaprzemys³ medycyna przemys³ przemys³ komputerowy samochodowy AGD telekomunikacja Rys. 1. Wartoœci rynku mikrosystemów nieelektronicznych w najwa niejszych obszarach ich zastosowañ [1]: 2000 r., 2005 r. Fig. 1. Values of non-electronic microsystems market in the major fields of their applications [1]; 2000, 2005

180 POLIMERY 2007, 52,nr3 ³ów (a wiêc i ich koszt) s¹ niewielkie. Z tego powodu nawet te elementy, które otrzymuje siê metod¹ mikroformowania z najdro szych materia³ów o specyficznych w³aœciwoœciach znajduj¹ zastosowanie w rozwi¹zaniach wymagaj¹cych precyzyjnych, a zarazem tanich detali. Do mikroformowania tworzyw polimerowych najczêœciej stosuje siê wygniatanie na gor¹co (ang. hot embossing) oraz wtryskiwanie [2, 3]. Proces wygniatania na gor¹co polega na wyt³aczaniu wzoru w prefabrykowanym materiale polimerowym (najczêœciej w postaci p³yt) zmiêkczonym w wyniku podgrzania go do temperatury wy szej ni temperatura zeszklenia. Przeciwnie ni we wtryskiwaniu, wystêpuj¹ tu ma³e przep³ywy materia³u, które ograniczaj¹ naprê- enia wewnêtrzne. Mo e to powodowaæ powstawanie np. obszarów intensywnego rozpraszania fal œwietlnych, co jest niekorzystne w niektórych zastosowaniach optycznych [4]. Ponadto, w procesie tym tworzywo mo e byæ podgrzane do temperatury ni szej ni w przypadku wtryskiwania, gdy masa polimerowa nie musi pokonywaæ d³ugiej drogi zanim wype³ni formê. Tym samym redukcji ulega zarówno skurcz podczas ch³odzenia, jak i si³y tarcia dzia³aj¹ce na wypraskê podczas usuwania jej z formy wtryskowej [2]. Dziêki temu, wygniatanie, w porównaniu z mikrowtryskiwaniem, umo liwia wykonywanie wytworów o bardziej z³o onym kszta³cie i o wiêkszym stosunku wysokoœci do szerokoœci [2, 4]. Metod¹ t¹ otrzymuje siê mikroreaktory [5] urz¹dzenia do przeprowadzania reakcji równoleg³ych stosowane m.in. w systemach do kompleksowej analizy (ang. micrototal analysis systems, µtas) [6]. Etapy takiej analizy mog¹ obejmowaæ wyodrêbnianie sk³adnika wykrywanego lub oznaczanego, zmianê stê enia, znakowanie izotopami promieniotwórczymi b¹dÿ inkubacjê. Przyk³adem s¹ tu mikroreaktory do detekcji i rozdzielania DNA [6, 7] oraz elementy i urz¹dzenia stosowane do mikroprzep³ywów [6]. Wtryskiwanie mikroelementów stanowi podstawow¹, korzystn¹ ekonomicznie technologiê produkcji œrednich oraz du ych serii mikrokszta³tek [8, 9]. Na drodze mikrowtryskiwania mo na otrzymywaæ detale ze œciankami gruboœci 10 µm, z elementami budowy o wymiarach 0,2 µm i chropowatoœci¹ powierzchni nieprzekraczaj¹c¹ 0,05 µm [10, 11]. Jako przyk³ady tego rodzaju mikrodetali mo na wymieniæ m.in. z³¹czki do wielo y- ³owych kabli œwiat³owodowych RibCon [12], mikrosoczewki i ich uk³ady [13] b¹dÿ pojemniki na komórki pochodzenia biologicznego [14]. Bardziej szczegó³owo ró norodne zastosowania wtryskiwanych mikroelementów opisaliœmy w naszej poprzedniej publikacji [15]. ETAPY TECHNOLOGICZNEGO PROCESU MIKROWTRYSKIWANIA Na pierwszym etapie procesu wytwarzania mikrosystemu metod¹ mikrowtryskiwania okreœla siê wartoœci parametrów wymiarowych wyprasek (maksymalny stosunek wysokoœci do gruboœci œcianek oraz wymiary minimalne) wp³ywaj¹cych na ich wytrzyma³oœæ [16]. Dokonuje siê tak e wyboru sposobu otrzymywania formy i zwi¹zanych z ni¹ czynników technologicznych, takich jak chropowatoœæ powierzchni b¹dÿ k¹t nachylenia œcianek. Nastêpnym etapem jest wykonanie formy oraz zrealizowanie w³aœciwego procesu formowania mikrodetalu. Uzyskane mikrodetale poddaje siê obróbce wykañczaj¹cej, prowadz¹cej do gotowego produktu. Stosuje siê przy tym nastêpuj¹ce rodzaje takiej obróbki [16]: wykonywanie otworów (mechanicznie lub za pomoc¹ lasera), metalizacja powierzchni, nak³adanie warstwy innego polimeru, odcinanie wlewków, funkcjonalizacja (np. aktywacja) powierzchni, ³¹czenie elementów. PRZEBIEG MIKROWTRYSKIWANIA Proces mikrowtryskiwania obejmuje nastêpuj¹ce operacje [2, 9]: zamkniêcie formy zaopatrzonej we wk³adkê z gniazdami formuj¹cymi, usuniêcie powietrza, podgrzanie formy do temperatury wy szej ni temperatura zeszklenia polimeru; wtrysk uplastycznionego polimeru do formy; och³odzenie wyrobu do temperatury ni szej ni temperatura zeszklenia tworzywa i usuniêcie wypraski z formy. Prowadzenie procesu w warunkach tradycyjnego wtryskiwania, tzn. w stosunkowo niskiej temperaturze formy i pod zwykle stosowanym ciœnieniem wtrysku, prowadzi do nieca³kowitego wype³nienia gniazd formuj¹cych stosowanych w mikrowtryskiwaniu [9]. W wiêkszoœci przypadków w metodzie tej temperatura ciek³ego tworzywa polimerowego oraz dyszy wtryskowej jest zbli ona do maksymalnej temperatury przetwórstwa danego materia³u [9]. W mikrowtryskiwaniu czasy cyklu s¹ d³u sze ni we wtryskiwaniu konwencjonalnym. Ich wartoœci przed³u- aj¹ siê ze wzrostem lepkoœci ciek³ego tworzywa oraz stosunkiem wysokoœci do gruboœci œcianek wypraski i osi¹gaj¹ nawet wartoœæ 9 minut [9]. Najd³u ej (niekiedy ponad 90 % czasu ca³kowitego) trwaj¹ procesy zwi¹zane z ogrzewaniem i ch³odzeniem formy (tzw. zmienne termostatowanie, ang. variotherm process) [9]. NARZÊDZIE FORMUJ CE Stosowane w mikrowtryskiwaniu narzêdzie formuj¹ce sk³ada siê z wk³adki z gniazdami formuj¹cymi oraz z elementów spe³niaj¹cych funkcje zamkniêcia formy i usuwania z niej uformowanego detalu. Ponadto musi ono byæ zaopatrzone w czêœci umo liwiaj¹ce odpowie-

POLIMERY 2007, 52,nr3 181 trzenie gniazd formuj¹cych na pocz¹tku formowania oraz zapewniaj¹ce zmienne termostatowanie [2]. Wyewakuowanie powietrza z narzêdzia jest konieczne w celu prawid³owego przeprowadzenia procesu mikrowtryskiwania. W przeciwnym bowiem przypadku ciek³e tworzywo polimerowe przemieszcza siê wewn¹trz gniazd nieodpowietrzonej formy powoduj¹c wzrost ciœnienia powietrza, co prowadzi do jego ogrzania do wysokiej temperatury i, w konsekwencji, do spalenia tworzywa. Odpowietrzona forma musi byæ podgrzana do temperatury wy szej ni temperatura zeszklenia w przypadku wtryskiwania polimerów amorficznych [np. poli(metakrylanu metylu) lub poliwêglanu] b¹dÿ te powy ej temperatury topnienia w odniesieniu do polimerów semikrystalicznych [np. poli(tlenku fenylenu) albo poliamidu], tak aby niewielka iloœæ przetwarzanego materia³u nie ulega³a natychmiastowemu zestaleniu w kontakcie z du ¹ mas¹ wk³adki formuj¹cej. Aby usun¹æ wypraskê z formy, wk³adkê formuj¹c¹ nale y och³odziæ do temperatury, której wartoœæ zale y od rodzaju materia³u i w³aœciwoœci uzyskiwanego z niego detalu [2, 9, 17]. Wk³adki formuj¹ce winny charakteryzowaæ siê nastêpuj¹cymi cechami [2]: g³adk¹ powierzchni¹ wewnêtrzn¹ zmniejszaj¹c¹ tarcie podczas usuwania detalu z formy, wzglêdnie ma³ym k¹tem nachylenia œcianek, stabilnoœci¹ kszta³tu i wymiarów gniazd podczas wielu cykli wtryskiwania (co poci¹ga za sob¹ koniecznoœæ stosowania materia³ów konstrukcyjnych o okreœlonej plastycznoœci i twardoœci). a) promieniowanie X maska b) PMMA TiO 2 Ti Cu c) d) Ni Cu Au Ni e) f) Rys. 2. Etapy wytwarzania wk³adki formuj¹cej z zastosowaniem technologii LIGA (por. tekst) [21]: a) dzia³anie promieniami Rentgena na poli(metakrylan metylu) (PMMA), b) wywo³any fotorezyst umieszczony na bazowej p³ycie metalowej, c) naniesione warstwy poœrednie, d) na³o ona warstwa niklu stanowi¹ca w³aœciw¹ wk³adkê formuj¹c¹, e) rozdzielona od miedzi warstwa niklu (rozdzielenie nastêpuje na granicy faz Au/Ni w warstwie poœredniej), f) gotowa wk³adka formuj¹ca Fig. 2. Steps of the fabrication of mold insert in LIGA technology (see text) [21]: a) X-ray irradiation of poly(methyl methacrylate) (PMMA), b) developed photoresist on the base metal plate, c) intermediate layers put on, d) nickel layer put on, constituting the actual insert, e) separated nickel and copper layers (between gold and nickel in the intermediate layer), f) ready mold insert

182 POLIMERY 2007, 52,nr3 Aby uzyskaæ takie w³aœciwoœci, projekt wypraski i formy a tak e wykonawstwo formy musz¹ byæ zgodne z wymogami procesu mikrowtryskiwania. Mikroformy metalowe wytwarza siê najczêœciej w wyniku kopiowania w metalu wczeœniej otrzymanego mikrodetalu [18]. Natomiast kszta³towanie wk³adek formuj¹cych odbywa siê na drodze obróbki mikromechanicznej b¹dÿ laserowej, dr¹ enia elektroerozyjnego (EDM electric discharge machining)wprocesachlitograficznych z zastosowaniem promieniowania rentgenowskiego lub UV a tak e metodami galwanotechnicznymi [2]. Metody obróbki mikromechanicznej s¹ zbli one do rozpowszechnionych technik obróbki ubytkowej. Mianowicie, wk³adki formuj¹ce w mikrowtryskiwaniu wytwarza siê poprzez toczenie, wiercenie i frezowanie za pomoc¹ obrabiarek sterowanych numerycznie. Najg³adsze œcianki gniazd uzyskuje siê przy u yciu narzêdzi diamentowych, nie mog¹ byæ one jednak stosowane do wykonywania form ze stali (ze wzglêdu na tendencjê wêgla w postaci diamentu do migracji w g³¹b stali i zanieczyszczania tego materia³u), która jest najbardziej rozpowszechnionym materia³em konstrukcyjnym. W porównaniu z procesami litograficznymi, na drodze obróbki mikromechanicznej, np. wykorzystuj¹c narzêdzia frezuj¹ce o ¹danym przekroju, ³atwiej jest otrzymaæ wk³adki formuj¹ce nawet z powierzchniami charakteryzuj¹cymi siê du ymi krzywiznami [2]. Dr¹ enie elektroerozyjne pozwala tak e na uzyskanie po ¹danych kszta³tów i wymiarów z dok³adnoœci¹ rzêdu mikrometrów. Do tego celu stosuje siê druty œrednicy 30 µm lub elektrody wykonane metod¹ galwanotechniczn¹. Wykorzystuj¹c dr¹ enie erozyjne mo na przenieœæ kszta³t wzorcowych mikrodetali z niklu lub innych metali na stalowe wk³adki formuj¹ce. Wad¹ tej techniki w porównaniu z frezowaniem jest wiêksza chropowatoœæ œcianek formy [2]. Obecnie du ¹ rolê w produkcji mikrodetali z materia³ów innych ni krzem odgrywa technologia LIGA [niem.: Lithographie (litografia), Galvanoformung (kszta³towanie galwaniczne), Abformung (formowanie)] z zastosowaniem promieni Rentgena [19, 20]. Otrzymywanie wk³adek formuj¹cych w procesie LIGA stwarza wiêksze ni dotychczasowe mo liwoœci w zakresie projektowania detali i uzyskiwania lepszych jakoœciowo powierzchni, wymaganych np. w mikrooptyce. Metod¹ t¹ wytwarza siê formy o ma³ej chropowatoœci œcianek formy (R z = 0,05 µm ir a = 0,02 µm), zatem niewymagaj¹ce wyrzutników (co zapobiega deformacji wyrobu) [17]. Materia³em, z którego najczêœciej wykonuje siê wstawki formuj¹ce jest nikiel [21], poniewa jakoœæ powierzchni wstawek z tego metalu jest dobra i nie powoduje zakleszczeñ podczas usuwania detalu z formy. Pierwszym etapem otrzymywania wstawek formuj¹cych (rys. 2 [21]) z zastosowaniem technologii LIGA jest ich odwzorowanie litograficzne za pomoc¹ promieniowania rentgenowskiego na warstwie poli(metakrylanu metylu) (PMMA) [22] umieszczonej na rdzeniu zbudowanym z Cu/Ti/TiO 2. Pochodz¹ce z synchrotronu promieniowanie rentgenowskie jest czêœciowo przepuszczane lub blokowane przez maskuj¹cy absorber (z³oto) z ukszta³towan¹ struktur¹ wk³adki formuj¹cej (rys. 2a). Promienie penetruj¹ warstwê PMMA powoduj¹c rozpad ³añcuchów polimerowych w naœwietlanych obszarach [23]. Fotorezyst (naœwietlany PMMA) jest nastêpnie wywo³ywany przy u yciu organicznego rozpuszczalnika, który rozpuszczaj¹c obszary o mniejszym ciê arze cz¹steczkowym [19] powoduje powstawanie wolnych przestrzeni a do metalowego rdzenia (jeœli dostarczona energia by³a wystarczaj¹ca do ca³kowitego naœwietlenia fotorezystu) [24] (rys. 2b). Kolejny etap omawianego procesu stanowi na³o enie na ukszta³towan¹ warstwê PMMA tzw. warstw poœrednich (ang. intermediate layers) (rys. 2c). Nak³adane s¹ one w kolejnoœci Ni/Au/Cu i gruboœci odpowiednio 2, 1 oraz 5 µm w otworach tworz¹cych siê w ywicy podczas procesu litografii. Warstwy te pomagaj¹ zmniejszyæ liczbê defektów, wp³ywaj¹ wiêc na jakoœæ powierzchni otrzymywanej niklowej wstawki formuj¹cej. MiedŸ w tym uk³adzie dzia³a separuj¹co, poniewa jednak wykazuje ona zbyt s³ab¹ adhezjê do niklu, niezbêdne jest spojenie tych dwóch warstw z³otem. Nastêpnym etapem procesu jest naniesienie na rdzeñ pokryty ywic¹ i warstwami poœrednimi pow³oki z niklu gruboœci ok. 5 mm, stanowi¹cej w³aœciw¹ wstawkê formuj¹c¹ (rys. 2d). Gruboœæ ta zapewnia wprawdzie optymaln¹ wytrzyma³oœæ mechaniczn¹ kszta³towanej wstawki, jednak jej formowanie (osadzanie galwaniczne) trwa a 2 3 tygodnie, w zale noœci od kszta³tu. Proces musi byæ prowadzony w stabilnych warunkach temperatury, wartoœci ph (wzrost ph mo e powodowaæ powstawanie wodorotlenku niklu, który inhibituje póÿniejsze osadzanie siê czystego metalu niklu i pogarsza w³aœciwoœci mechaniczne wstawki formuj¹cej) oraz stê- enia elektrolitu. Po uzyskaniu ¹danej gruboœci warstwy niklu, dalsze jego osadzanie zostaje zatrzymane a ca³y uk³ad jest poddawany obróbce mechanicznej w celu nadania odpowiednich wymiarów zewnêtrznych. Kolejnym krokiem jest mechaniczne oddzielenie uzyskanej wstawki niklowej od miedzi. Rozdzia³ ten nastêpuje najczêœciej pomiêdzy z³otem i niklem w warstwie poœredniej (rys. 2e). MiedŸ i z³oto pokrywaj¹ce utworzon¹ wstawkê niklow¹ usuwa siê na drodze wytrawiania miedzi. Ostatnim etapem jest oczyszczanie powierzchni niklowej wstawki formuj¹cej z pozosta³oœci PMMA (rys. 2f). WTRYSKARKI Jednym z ograniczeñ we wdra aniu technologii mikrowtryskiwania jest ma³a liczba wytwórców oferuj¹cych odpowiednie wtryskarki. Do mikrowtryskiwania stosuje siê wiêc obecnie tradycyjne maszyny z przystosowanymi dyszami o ma³ych œrednicach, umo liwiaj¹-

POLIMERY 2007, 52,nr3 183 cymi wprowadzenie do formy niewielkiej iloœci stopionego polimeru. Niestety, powoduje to powstawanie du- ych wlewków, zatem znacznych strat materia³u, czêsto dochodz¹cych do 90 %. Przed³u a siê tak e czas ch³odzenia, a w konsekwencji i czas pe³nego cyklu, co dodatkowo zwiêksza koszt wyrobu [8]. Wtryskarki wykorzystywane do mikrowtryskiwania musz¹ byæ zaopatrzone w odpowiednie urz¹dzenia peryferyjne umo liwiaj¹ce usuniêcie powietrza z gniazd formuj¹cych oraz utrzymanie odpowiedniej temperatury formy [9]. Typ maszyny przeznaczonej do mikrowtryskiwania produkuje firma Arburg; jest to Allrounder 170 U o sile zamkniêcia formy 125 kn b¹dÿ 150 kn oraz minimalnej masie wtryskiwanego tworzywa wynosz¹cej setne czêœci grama [26]. Wtryskarki do mikrowtryskiwania maj¹ w swojej ofercie tak e firmy Battenfeld i Boy. PODSUMOWANIE Wzrost zapotrzebowania na mikrodetale powoduje koniecznoœæ opracowania prostych i tanich metod ich wytwarzania. Formowanie wtryskowe jest w³aœnie metod¹, któr¹ stosunkowo ³atwo dostosowaæ do wymagañ, jakie stawia produkcja detali o wymiarach mikrometrowych. Zmienne termostatowanie oraz usuwanie powietrza z gniazd formuj¹cych umo liwia wytwarzanie mikrodetali z materia³ów polimerowych. W zwi¹zku z rozpowszechnieniem mikrowtryskiwania niezbêdne sta³o siê tak e rozwiniêcie odpowiednich metod otrzymywania mikrowk³adek formuj¹cych, na przyk³ad mikroobróbki mechanicznej lub dr¹ enia elektroerozyjnego. Coraz wiêkszego znaczenia nabiera produkcja wk³adek formuj¹cych z zastosowaniem procesu LIGA; umo liwia ono wytwarzanie trójwymiarowych wk³adek formuj¹cych o du ej g³adkoœci œcianek niewymagaj¹cych wyrzutników deformuj¹cych mikrowypraski. Obecnie na rynku pojawia siê te coraz szersza oferta wtryskarek charakteryzuj¹cych siê ma³ymi objêtoœciami wtrysku oraz niewielkimi si³ami zamkniêcia formy. LITERATURA 1. Pfeifer T., Driessen S., Dussler G.: Microsystem Techn. 2004, 10,211. 2. Heckele M., Schomburg W. S.: J. Micromech. Microeng. 2004, 14, R1. 3. Boci¹ga E.: Polimery 2005, 50, 10. 4. Heckele M., Bacher W., Muller K. D.: Microsystem Techn. 1998, 4, 122. 5. Jensen K. F.: Chem. Eng. Sci. 2001, 56, 293. 6. Goretty Alonso-Amigo M.: J. Assoc. Labor. Automat. 2000, 5, 96. 7. Lee G.-B., Chen S.-H., Huang G.-R., Sung W.-C., Lin Y.-H.: Sensors and Actuators B 2001, 75, 142. 8. Michaeli W., Spennemann A., Gärtner R.: Microsystem Techn. 2002, 8, 55. 9. Piotter V., Hanemann T., Ruprecht R., Hausselt J.: Microsystem Techn. 1997, 3, 129. 10. Piotter V., Bauer W., Benzler T., Emde A.: Microsystem Techn. 2001, 7, 99. 11. Piotter V., Mueller K., Plewa K., Ruprecht R., Hausselt J.: Microsystem Techn. 2002, 8, 387. 12. Wallrabe U., Dittrich H., Friedsam G., Hanemann Th., Mohr J., Müller K., Piotter V., Ruther P., Schaller Th., Zissler W.: Microsystem Techn. 2002, 8, 83. 13. Lee B.-K., Kim D. S., Kwon T. H.: Microsystem Techn. 2004, 10, 531. 14. Piotter V., Hanemann T., Ruprecht R., Hausselt J.: Microinjection moulding of medical device components, Business Briefing Medical Device Manufacturing and Technology, Materials/Biomaterials Plastics, 2002, str 63 66. 15. Kaczmar J. W., Brzostek A.: Polimery 2007, 52, nr2. 16. Rötting O., Röpke W., Becker H., Gärtner C.: Microsystem Techn. 2002, 8, 32. 17. Ruprecht R., Gietzelt T., Müller K., Piotter V., Hausselt J.: Microsystem Techn. 2002, 8, 351. 18. Ruprecht R., Hanemann T., Piotter V., Hausselt J.: Microsystem Techn. 1998, 5, 44. 19. Kupka R. K., Bouamrane F., Cremers C., Megtert S.: Appl. Surface Sci. 2000, 164, 97. 20. Malek Ch. K., Saile V.: Microelectronics J. 2004, 35, 131. 21. Bacher W., Bade K., Matthis B., Saumer M., Schwarz R.: Microsystem Techn. 1998, 4, 117. 22. Hormes J., Gottert J., Lian K., Desta Y., Jian L.: Nucl. Instr. Meth. Physics Res. B 2003, 199, 332. 23. Henry A. C., McCarley R. L., Das S., Khan Malek C., Poche D. S.: Microsystem Techn. 1998, 4, 104. 24. http://www.me.mtu.edu/~microweb/graph/ Intro/BASLITH.JPG Otrzymano 16 I 2006 r.