Aaron Johnson, vice-président du marketing et de la stratégie client chez Accumold, définit les critères pour des applications de micro-moulage réussies.

Petites pièces: conception pour les applications de composants miniatures de carburants de micro-moulage

En un coup d’oeil:

  • Le moulage par micro-injection se concentre sur production de petites pièces et composants de haute précision avec des tolérances micrométriques.
  • Les concepteurs qui sont strictement liés par un ensemble de règles contrecarreront leurs propres capacités et créativité.
  • Comprendre les propriétés du matériau et l’expérience de faire correspondre le matériau avec la géométrie appropriée peut faire toute la différence.

Le taux d’expansion de miniaturisé, composants d’ingénierie de haute précision démystifie l’affirmation selon laquelle le micro-moulage est une niche. Demande de dispositifs intelligents portables et capteurs implantables activé par de petits composants avec des tolérances serrées continue sans relâche.

Cela n’est nulle part plus évident que dans l’industrie des dispositifs médicaux, où les efforts pour optimiser les facteurs de forme – plus petits, plus rapides, moins chers – ne sont limités que par la capacité à innover. Les systèmes de délivrance de médicaments, les systèmes de délivrance au point de service, la microfluidique et les composants électroniques ne constituent qu’une poignée d’exemples.

Alors que le moulage par injection est approcessus de production de pièces par injection de matière fondue dans un moule, le moulage par micro-injection se concentre sur production de petites pièces et composants de haute précision avec des tolérances micrométriques. Dans les deux cas, le procédé consiste à injecter du plastique fondu dans les cavités d’un moule en acier. Une fois refroidies, les pièces sont éjectées.

Aaron Johnson, vice-président du marketing et de la stratégie client chez Accumold, définit les critères pour des applications de micro-moulage réussies.Accumold

Le moulage par micro-injection permet également un haut niveau de personnalisation et de complexité, ce qui le rend adapté aux applications spécialisées et miniaturisées dans les dispositifs médicaux et les industries automobiles, où les fabricants doivent produire des millions de pièces avec des niveaux constants de qualité, de précision et de fiabilité.

Pour réussir la conception des composants et des pièces micro-moulés, il est essentiel de bien comprendre les besoins déclarés et non déclarés de l’utilisateur final. C’est parce que la production de composants et de dispositifs à partir de paramètres de conception pour de petites ou micro pièces comporte un ensemble unique de défis et d’opportunités – et ceux-ci ne sont généralement pas associés aux techniques de moulage par injection traditionnelles, a fait valoir Aaron Johnson, vice-président du marketing et de la stratégie client chez Accumold, le 30 novembre Semaine de l’ingénierie virtuelle présentation.

Son employeur, Accumold, offre outillage, moulage, conditionnement et métrologie. L’entreprise fonctionne à partir d’un Campus de 15 acres près de Des Moines, Iowa, où ses l’installation climatisée est dotée de cinq salles blanches. Les pièces et composants fabriqués ici sont généralement mesurés en microns; ils vont des matrices de lentilles micro-optiques moulées et des petits dilatateurs de pupille de moule aux pignons de micro-rotor et aux engrenages micro-moulés, ainsi que certains avec des micro-caractéristiques qui peuvent être moulées dans et autour des composants existants.

Le moulage par micro-injection convient aux pièces conçues avec un poids inférieur à un milligramme et une taille inférieure à 1 mm.Le moulage par micro-injection convient aux pièces conçues avec un poids inférieur à un milligramme et une taille inférieure à 1 mm.Accumold

Selon Johnson, un composant ou une pièce de fabrication qui pèse moins d’un gramme est considéré comme un candidat pour le micro-moulage et peut en outre être défini selon trois critères:

  • Taille: « Traiter des pièces de moins d’un centimètre dans de nombreux cas. »
  • Fonctionnalités micro: « Cela fait référence à pièces légèrement plus grandes avec des micro caractéristiques. Parfois, nous produirons une pièce plus grande qui pourrait mesurer trois, quatre ou cinq centimètres, mais elle contient des canaux microfluidiques de 100 microns de long, profonds ou larges.
  • Tolérance: «C’est à ce moment que les tolérances de position ou géométriques doivent être relativement parfaites; nous parlons de micromètres.

À travers une série d’études de cas, sa présentation a montré comment la connaissance des matériaux, la connaissance du traitement, les tolérances dimensionnelles, les parois minces, la vitesse d’injection et l’assemblage ont joué dans le processus de conception pour la micro-fabrication (DfMM) avant que les composants puissent être produits.

Johnson a souligné que les ingénieurs concepteurs sont souvent capables de concevoir des produits innovants à l’écran, mais que cela ne se traduit pas nécessairement dans le processus de moulage. « UNE la conception à l’échelle micro nécessite une attention particulière à ce qui, autrement, ne serait pas un gros problème pour les pièces plus grandes », a-t-il déclaré. «Vous pouvez concevoir des objets en CAO que vous ne pouvez pas mouler.»

Ses collègues pourraient être d’accord. « Certaines lois de la physique comme l’induction électrostatique, l’effet triboélectrique et la loi de Lenz peuvent faire qu’une très petite partie n’aille pas là où nous en avons besoin pour aller, en particulier, vers le bas vers la terre via la gravité », a écrit son collègue Ron Baiotto dans un blog d’entreprise.

Petits composants d'une aide auditive.Petits composants d’une aide auditive.Accumold

Jeter les règles traditionnelles

Une question courante sur le micro-moulage est de savoir s’il a des directives pour le micro-moulage. Une directive générale peut inclure les règles suivantes:

  • Les sections de parois minces doivent avoir une épaisseur de 0,004 po (0,1 mm) ou plus et une attention particulière doit être accordée aux transitions de parois épaisses à fines, ainsi qu’à l’uniformité de l’épaisseur des parois.
  • Caractéristiques des rapports hauteur / largeur d’environ 6: 1 (bien que cela dépende fortement du matériau).
  • Les portes peuvent être aussi petites que 0,1 mm et les broches d’éjection peuvent être aussi petites que 0,25 mm.
  • Il est également essentiel de comprendre comment les taux de retrait affecteront la pièce et d’être conscient de l’inadéquation de la ligne de joint.

Mais Johnson a noté que la fourniture d’un ensemble de règles peut être limitative, en particulier lorsque les règles sont basées sur des principes destinés au moulage par injection traditionnel. «TLes lignes directrices s’effondrent lorsque vous commencez à repousser les limites », a-t-il déclaré. «J’ai demandé à l’un de nos responsables de la technologie qui est ici depuis près de 35 ans: » Quelle est votre directive à donner à un client sur les proportions?  » Il m’a d’abord dit six contre un. Ensuite, vous pourriez le pousser et il pourrait dire 10 contre un ou huit contre unquelque part dans ce royaume.

Le résultat, selon Johnson, est que la conception de composants micro-moulés est situationnelle et que les concepteurs qui sont strictement liés par un ensemble de règles entraveront leurs propres capacités et créativité, ce qui limitera les résultats. La seule règle de conception de micro-moulage à noter, a-t-il dit, est de «commencer par votre idéal… cela dépend vraiment de ce que vous essayez d’accomplir en fin de compte».

Un micro-moulage incroyablement précis produit cette pièce, un engrenage de rotor micro-moulé, avec 18 dents autour du diamètre de 0,092 po (2,3 mm) et une concentricité de 0 0005 (13 µm).Un micro-moulage incroyablement précis produit cette pièce, un engrenage de rotor micro-moulé, avec 18 dents autour du diamètre de 0,092 po (2,3 mm) et une concentricité de 0 0005 (13 µm).Accumold

Variables et compromis

Selon Johnson, les équipementiers intéressés par l’achat de composants micro-moulés ont tendance à avoir des problèmes qui tournent autour de deux aspects: la géométrie et l’échelle.

En termes de géométrie, il y a des questions fondamentales sur les besoins mécaniques que les concepteurs devraient se poser: la conception est-elle une forme moulable? La conception peut-elle atteindre les tolérances? Existe-t-il un moyen d’ouvrir et de fermer ou d’éjecter le composant du moule? «Parfois, il y a la notion que parce qu’il est petit, il n’a pas besoin de certains de ces [parameters], et pourtant, les règles traditionnelles du moulage par injection s’appliquent toujours », a déclaré Johnson.

Certaines propriétés mécaniques sont inhérentes au matériau, qui est généralement un point de départ pour la conception, a déclaré Johnson. Dans le choix des matériaux, des critères tels que la biocompatibilité, la déviation thermique, les modèles d’usure ou la flexibilité sont des considérations importantes. Accumold fonctionne avec des matériaux thermoplastiques courants, notamment le PEEK, l’Ultem, les Nylons chargés de verre et d’autres matériaux atténués et de qualité médicale.

Lorsqu’un client spécifie un matériau particulier afin de répondre à une condition environnementale, la géométrie devra être adaptée pour correspondre à ce choix. Dans certains cas, les propriétés de traitement du matériau peuvent faire ou défaire un projet, a déclaré Johnson.

Considérez PEEK (polyétheréthercétone) par exemple. Couramment utilisé dans les dispositifs implantables, ce matériau est renforcé à 30% de fibre de verre et granulé pour le moulage par injection. L’inconvénient de son utilisation est qu’il ne peut pas remplir les zones ultra-minces. Il en va de même pour Ultem, un autre thermoplastique durable utilisé dans les applications de micro-optique, et une référence pour la fabrication aérospatiale et automobile.

Produire la pièce de la plus haute qualité nécessite de comprendre les défauts potentiels qui pourraient affecter son application, a déclaré Johnson. Ces détails doivent faire partie du processus de conception pour le micro moulage (DfMM) au début de chaque projet. Essentiellement, chez Accumold, le processus DfMM comprend la connexion du client avec un ingénieur de projet, un concepteur de moules et un ingénieur qualité qui guident les clients à travers les étapes du processus. Une quantité considérable de temps est consacrée au début des projets afin de bien comprendre les besoins et les exigences des clients, a-t-il déclaré.

Accumold met également en relation les clients et les fournisseurs de résine afin qu’ils puissent explorer différents matériaux qui peuvent être adaptés aux exigences d’un composant unique. «L’objectif est de fournir aux clients des composants prêts à l’emploi», a-t-il déclaré.

Et, plutôt que d’abandonner une idée qui semble trop compliquée, le conseil de Johnson est d’en discuter avec un micro-mouleur expert. Comprendre les propriétés du matériau et l’expérience de faire correspondre le matériau avec la géométrie appropriée peut faire toute la différence, a-t-il déclaré.

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