Modelling of the micro injection molding process

Con tassi di crescita annui del 20 per cento (dati relativi a Dicembre 2007), si viene a delineare un nuovo ed interessante campo di attività per l’industria nazionale e, in particolare, per quella della trasformazione plastica. I microsistemi conquistano sempre più settori come la meccanica di precisione, telecomunicazione, tecnologia applicata alla medicina e biotecnologia, ma in misura crescente anche l’industria automobilistica. A causa del crescente fabbisogno e volume richiesto, il microstampaggio ad iniezione è destinato ad assumere un ruolo d’eccellenza nei processi di produzione. Così come nel processo di stampaggio convenzionale ci si avvale della simulazione numerica per l’ottimizzazione del prodotto, dei parametri di processo e la riduzione del costo totale. Gli attuali codici di calcolo offrono risultati accurati nel caso del processo convenzionale, ma necessitano di ulteriori sviluppi per quanto riguarda applicazioni più tecnologiche quale il microstampaggio ad iniezione. Ciò è dovuto principalmente al fatto che parametri e modelli del materiale assunti su macroscala non risultano essere altrettanto validi in un processo in cui il polimero è sottoposto ad alte velocità di deformazione e a gradienti termici notevoli. L’obiettivo principale di questo lavoro è fornire un metodo utile a valutare la capacità degli attuali codici di calcolo nel descrivere correttamente l’avanzamento del flusso in componenti microstrutturati. L’approccio proposto consiste nel valutare il riempimento di una cavità opportunamente progettata e lavorata utilizzando le linee di giunzione come indicatori di flusso. Questo metodo si pone come valida alternativa all’approccio più comunemente seguito e basato sul confronto di riempimenti incrementali tra processo sperimentale e simulazione numerica, laddove la posizione e forma del fronte di flusso è fortemente influenzata da contrazioni termiche e rilassamento delle tensioni residue post-stampaggio. Con questo obiettivo sono state condotte simulazioni numeriche in ambiente Moldflow® e si sono confrontati i loro risultati con prove sperimentali. In secondo luogo è stata condotta un’analisi di sensitività al fine di valutare l’influenza di dati reologici e di un coefficiente all’interfaccia polimero/stampo validi su microscala, della pressione sulla viscosità e di un modello unificato che consideri entrambe la viscosità elongazionale e a taglio sull’accuratezza dei risultati numerici. Una volta appurato che il modello viscoso del materiale implementato nei convenzionali codici di calcolo non risulta essere altrettanto accurato in processi che coinvolgono alte velocità di deformazione, si è deciso di condurre simulazioni numeriche non convenzionali con l’intenzione di considerare anche la componente elastica del polimero. Le simulazioni sono state condotte in ambiente Ansys Polyflow® implementando un modello viscoelastico e confrontando i risultati numerici in termini di evoluzione del flusso durante il riempimento e di caduta di pressione_acquisita_all’iniezione.