Analysis on factors affecting the demolding of micro-structured devices in the injection molding process

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Mit der ständig steigenden Nachfrage nach patientennaher Labordiagnostik, steigen auch die Anforderungen an die Diagnostiksysteme und deren Herstellung. Bei der Massenproduktion solcher Systeme mit Spritzgießtechnologie ist der Entformungsprozess ausschlaggebend für die erfolgreiche Replikation, da während des Entformens die Entstehung eines Defekts an den Mikrostrukturen besonders wahrscheinlich ist. Aus diesem Grund wurde ein Messsystem entwickelt, bei dem während des Produktionsprozesses die Entformungsenergie, die den Entformungsprozess quantitativ beschreibt, gemessen wird. Basierend auf einer Literaturstudie und theoretischen Überlegungen wurden vier Haupteinflussfaktoren auf den Entformungsprozess abgeleitet: Polymer, Maschinenparameter, Design der Mikrostrukturen und Werkzeugoberfläche. Jedem dieser Haupteinflussfaktoren wurden dann entsprechende Parameter zugeordnet und systematisch untersucht. Das Ziel dieser Arbeit war es, die vier Haupteinflussfaktoren sowie deren Interaktion zu untersuchen und zu verstehen. Die Untersuchungen erlaubten es, die Parameter zu identifizieren, die zu geringem Stress und Verformung im Kunststoff und somit zur Erniedrigung der Entformungsenergie führten. Bei den Polymeren wurden ein semi-kristallines (PP) und zwei amorphe Materialien (COP und PMMA), sowie ein COC basiertes thermoplastisches Elastomer untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die Entformungsenergie zu einem größeren Teil von der Elastizität des Polymers als von der Schwindung abhängt. In Bezug auf die Maschinenparameter wurden die Werkzeugtemperatur und variotherme Prozessführung untersucht. Eine kritische Entformungstemperatur T_dcr, wie schon in anderen Arbeiten beobachtet, wurde für amorphe Polymere bestätigt. Zudem verringerte der Einsatz der variothermen Werkzeugheizung die Entformungskräfte um bis zu 50 %. Dieser Effekt wurde Relaxationsmechanismen aber auch einer Einschränkung des Messsystems zugeschrieben. Für die Anordnung der Mikrostrukturen wurde eine Platzierung nahe des Angusses und Design in Fließrichtung für vorteilhaft befunden, wobei der relativ geringe Einfluss dieser beiden Parameter wiederum auf den geringen Einfluss der Schwindung auf die Entformungsenergie hindeutet. Eine TiN-Beschichtung, die einige Studien empfohlen hatten, wirkte sich im Vergleich zu Ni in einem eingeschränkten Temperaturbereich, vor allem aber bei höheren Werkzeugtemperaturen, vorteilhaft auf die Entformungsenergie aus. Trotzdem bleibt die Untersuchung der jeweiligen Polymer-Beschichtungs-Kombination notwendig. Alles in allem wurde die Entformungstemperatur aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften von Kunststoffen als der größte Einflussfaktor auf die Entformungsenergie identifiziert.

Details

Titel in ÜbersetzungUntersuchung der Einflussfaktoren auf den Entformungsprozess beim Spritzgießen von mikrostrukturierten Teilen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung26 Juni 2015
StatusVeröffentlicht - 2015