Computed tomography based quality optimization of micro injection molding

Il micro-srampaggio a iniezione è una tecnica di produzione ben consolidata per la replica in massa di micro parti. Tuttavia, lo sviluppo di un nuovo prodotto richiede un'ottimizzazione di processo conforme ai parametri di qualità desiderati. Dal punto di vista della qualità, sono richieste nuove tecnologie per la valutazione della qualità di micro prodotti e parti. La tomografia computerizzata a raggi X (CT) è una tecnologia emergente per il controllo della qualità nel settore industriale. L'attuale progetto si concentra sull'ottimizzazione della qualità di parti micro-stampate a micro iniezione, utilizzando la CT a raggi X. I parametri di lavorazione giocano un ruolo significativo nella qualità del prodotto finale; i parametri più importanti sono: temperatura del fuso, temperatura dello stampo, tempo di raffreddamento, pressione di compattazione, ecc. L'influenza dei parametri di processo sulla qualità del pezzo viene analizzata tramite la progettazione dell'approccio sperimentale. La tomografia a raggi X è uno strumento estremamente potente che può essere utilizzato per diverse valutazioni e analisi, ad es. metrologia dimensionale, porosità interna, orientamento delle fibre, ecc. Nell'ambito di questo progetto, sono stati condotti tre diversi studi in base agli elementi di qualità più rilevanti. Il primo studio si è concentrato sulla microfluidica dove è desiderato un controllo qualitativo dimensionale olistico. La tomografia a raggi X è stata utilizzata per la misurazione complessiva del pezzo, in particolare per le dimensioni e le deformazioni; mentre la profilometria ottica tridimensionale è stata utilizzata per le misurazioni dei micro canali. La fusione dei dati, ottenuti tramite l’uso della CT è stata utilizzata per le misurazioni olistiche del pezzo. Inoltre, l'effetto dell'allineamento del fascio di elettroni è stato studiato tramite le misurazioni di parti micro stampate utilizzando la tecnologia CT . I polimeri rinforzati con fibre sono comunemente usati nelle applicazioni di micro iniezione in cui sono desiderabili proprietà meccaniche superiori, ad es. nei connettori elettronici. Tuttavia, l'uso di polimeri rinforzati con fibre influisce sulla precisione desiderata, che è attribuita principalmente all'orientamento delle fibre nel prodotto finale. La natura non distruttiva della tecnologia CT a raggi X consente di studiare l'orientamento delle fibre e la sua influenza sulla precisione dimensionale delle parti. È stata condotta un'indagine sperimentale, focalizzando quest’ultima sull'influenza dei parametri di processo (temperatura del fuso, temperatura dello stampo, tempo di raffreddamento e pressione di riempimento) sulle caratteristiche delle fibre (orientamento, contenuto di volume della fibra ecc.). È stato inoltre eseguito uno studio che include l'analisi e la simulazione numerica delle acquisizioni per validare la caratterizzazione, eseguita con tecnologia CT, di compositi rinforzati con fibre. L'ultima parte si focalizza su una specifica applicazione del micro-stampaggio a iniezione dove i difetti interni (i vuoti) alterano la qualità in modo avverso. Una serie di indagini sperimentali sono state eseguite variando i parametri critici del processo. La tomografia a raggi X è stata utilizzata per la caratterizzazione delle parti e la valutazione della qualità considerando i diversi criteri di qualità, ad es. volume totale dei difetti, volume della parte (restringimento) ecc. Il set ottimale dei parametri di processo è stato identificato tramite analisi statistica.