Mikrowytłaczanie

Mikrowytłaczanie to proces wytłaczania mikroformowania wykonywany w zakresie submilimetrowym. Podobnie jak w przypadku wytłaczania , materiał jest przepychany przez otwór matrycy, ale przekrój otrzymanego produktu może zmieścić się w kwadracie o boku 1 mm. Odkąd w 1990 roku przewidziano mikroformowanie, opracowano kilka procesów mikrowytłaczania . poruszają się w tym samym kierunku) i do tyłu (tłok i kęs poruszają się w przeciwnym kierunku) po raz pierwszy wprowadzono mikrowytłaczanie, a metody wytłaczania do przodu z tłokiem do tyłu i z podwójnym kubkiem rozwinęły się później. Niezależnie od metody, jednym z największych wyzwań związanych ze stworzeniem udanej maszyny do mikrowytłaczania jest wyprodukowanie matrycy i stempla. „Mały rozmiar matrycy i stempla, wraz z surowymi wymaganiami dotyczącymi dokładności, wymaga odpowiednich procesów produkcyjnych”. Ponadto, jak zauważyli Fu i Chan w przeglądzie najnowocześniejszych technologii z 2013 r., przed szerszym wdrożeniem technologii mikrowytłaczania i innych technologii mikroformowania należy jeszcze rozwiązać kilka problemów, w tym obciążenie deformacyjne i defekty , stabilność systemu formującego, właściwości mechaniczne i inne związane z wielkością skutki na strukturę i granice krystalitów (ziarn).

Rozwój i użytkowanie

Mikrowytłaczanie jest następstwem mikroformowania, nauki, która była w powijakach na początku lat 90. W 2002 roku Engel i in. wyraził, że do tego momentu podjęto tylko kilka eksperymentów badawczych obejmujących procesy mikro-głębokiego tłoczenia i wytłaczania, powołując się na ograniczenia w ścinaniu na kęsy i trudności w produkcji i obsłudze narzędzi. Od połowy do końca 2000 roku naukowcy pracowali nad takimi kwestiami, jak płynięcie kęsów, tarcie międzyfazowe, siła wytłaczania i efekty wielkości, „odchylenia od oczekiwanych wyników, które występują, gdy zmniejsza się wymiar przedmiotu obrabianego lub próbki”. Ostatnio badania nad wykorzystaniem ultradrobnoziarnistego materiału w wyższych temperaturach formowania i zastosowanie wibracji ultradźwiękowych w procesie posunęły naukę dalej. Jednak przed masową produkcją mikroczęści, takich jak szpilki, śruby, elementy złączne, złącza i gniazda, z wykorzystaniem technik mikroformowania i mikrowytłaczania, konieczne są dalsze badania nad produkcją kęsów, transportem, pozycjonowaniem i wyrzucaniem.

Techniki mikrowytłaczania zostały również zastosowane do wytłaczania bioceramiki i tworzyw sztucznych oraz wytwarzania komponentów do resorbowalnych i wszczepialnych urządzeń medycznych , od bioresorbowalnych stentów po systemy kontrolowanego uwalniania leków .

Procesy mikroekstruzji

Podobnie jak normalne wytłaczanie na poziomie makro, na przestrzeni lat opisano kilka podobnych procesów mikrowytłaczania. Najbardziej podstawowymi procesami były mikroekstruzja do przodu (bezpośrednia) i do tyłu (pośrednia). Tłok (który napędza kęs do przodu) i kęs poruszają się w tym samym kierunku przy mikrowytłaczaniu do przodu, podczas gdy w mikrowytłaczaniu do tyłu tłok i kęs poruszają się w przeciwnych kierunkach. Te z kolei zostały zastosowane w specjalistycznych zastosowaniach, takich jak produkcja mikrokęsów, mosiężnych mikropinów, wałów mikroprzekładni i mikrokondensatorów. Jednak do mikrowytłaczania zastosowano inne procesy, w tym wytłaczanie do przodu z tłokiem do tyłu i wytłaczanie z podwójnym kubkiem (jeden do przodu, jeden do tyłu).

Mocne strony i ograniczenia

Mocne strony mikrowytłaczania w porównaniu z innymi procesami produkcyjnymi obejmują zdolność do tworzenia bardzo złożonych przekrojów poprzecznych, zachowania właściwości chemicznych, kondycjonowania właściwości fizycznych oraz przetwarzania materiałów delikatnych lub zależnych od właściwości fizycznych lub chemicznych. Mikrowytłaczanie ma jednak pewne ograniczenia, choć przede wszystkim związane z potrzebą udoskonalenia stosunkowo młodego procesu. Dixit i Das tak opisali to w 2012 roku:

Wraz ze zmniejszaniem się wymiarów i rosnącą złożonością geometryczną obiektów, obecnie dostępne technologie i systemy mogą nie być w stanie sprostać potrzebom rozwojowym. Należy opracować nowe urządzenia pomiarowe, zasady i oprzyrządowanie, zasady tolerancji i procedury. Bazy danych materiałów zawierające szczegółowe informacje o różnych materiałach i ich właściwościach/właściwościach międzyfazowych, w tym o mikrostrukturach i efekcie wielkości, byłyby bardzo przydatne przy wprowadzaniu innowacji produktowych i projektowaniu procesów. Konieczne są dalsze badania nad mikro/nanozużyciem oraz uszkodzeniami/awariami mikroprodukcji narzędzia. Należy określić granice formowania dla różnych rodzajów materiałów na poziomie mikro. Bardziej szczegółowe względy muszą zostać uwzględnione przy projektowaniu maszyn, które są zmniejszane do mikroformowania w celu spełnienia wymagań i zastosowań inżynieryjnych.

Dalsza lektura

• Fu, MW; Chan, WL (2013). „Przegląd najnowocześniejszych technologii mikroformowania”. International Journal of Advanced Manufacturing Technology . 67 (9): 2411–2437. doi : 10.1007/s00170-012-4661-7 .
•   Fu, MW; Chan, WL (2014). „Rozdział 4: Procesy mikroformowania” . Rozwój produktów w skali mikro poprzez mikroformowanie: zachowania deformacyjne, procesy, oprzyrządowanie i jego realizacja . Springer Science & Business Media. s. 73–130. ISBN 9781447163268 .