Demolding of micro-structured surfaces in the injection molding process

Titel in Übersetzung: Entformung von mikrostrukturierten Oberflächen im Spritzgussverfahren

Tobias Struklec

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Moderne medizinische Anwendungen können mittlerweile ein gesamtes diagnostisches Labor auf einen Polymerchip der Größe einer Kreditkarte zu bringen. Die Herstellung dieser kleine Strukturen ist eine enorme Herausforderung für den Prozess. Die Entformung dieser strukturierten Bauteile im Spritzgussverfahren ist oft ein kritischer Schritt für die Funktionalität. Strukturen können beschädigt werden und in manchen Fällen kann der kontinuierliche Prozess unterbrochen werden. Das grundlegende Verständnis des Entformungsschrittes ist daher unerlässlich für die Bauteilqualität. Um die Entformung zu analysieren wurde ein spezielles Messwerkzeug entwickelt, mit dem Entformungskräfte reproduzierbar unter realen Prozessbedingungen gemessen werden können. Aus diesen Kräften wird anschließend die Entformungsenergie berechnet, welche ein wichtiger Indikator für den Entformungsschritt ist. Hierbei bedeuten niedrigere Energien eine bessere Entformbarkeit und damit ein geringeres Risiko für eine Beschädigung des Teils. Dieses Messgerät wurde verwendet, um vier Einussfaktoren, die den Entformungsschritt bestimmen, zu untersuchen: a) Polymer, b) Geometrie, c) Werkzeugoberfläche und d) Prozessbedingungen. Bezüglich a) dem Polymer wurden drei thermoplastische Polymere, ein thermoplastisches Elastomer und zwei Polymermischungen getestet. Um b) die Geometrie zu untersuchen wurden vier verschiedene Mikrostrukturen in sechs Konfigurationen getestet. Für c) die Oberfläche, wurden verschiedene Beschichtungen getestet. Damit wurde untersucht wie unterschiedliche Oberflächeneigenschaften die Entformung beeinflussen. Schließlich liegt für d) im Spritzgussverfahren der Fokus insbesondere auf der Temperaturführung des Entformungsschrittes. Die Untersuchungen zeigten, dass es keine ideale Beschichtung gibt, die für alle Polymere den Entformungsvorgang verbessert. Statt dessen zeigt sich, dass das Entformungsverhalten für jedes der untersuchten Polymer unterschiedlich ist. PMMA funktioniert gut mit TiN, während TiN nicht in der Lage ist, die Entformung beim Einsatz von COP zu verbessern. Die Anordnung der Mikrostruktur ist ebenfalls wichtig, insbesondere in Kombination mit den Prozesseinstellungen. Hohe Werkzeugtemperaturen erhöhen die Entformungsenergie, was sich zusätzlich zu einer ungeeigneten Struktur Platzierung negativ auswirkt. Aufgrund der Komplexität der Wechselwirkungen ist eine Verbesserung der Entformbarkeit schwierig und kein geradliniger Prozess. Trotzdem können mit dieser Messvorrichtung geeignete Beschichtungen für bestimmte Anwendung und Polymere leichter gefunden werden. Außerdem können Prozessparameter optimiert werden, um möglichen Ausschuss zu reduzieren.
Titel in ÜbersetzungEntformung von mikrostrukturierten Oberflächen im Spritzgussverfahren
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Holzer, Clemens, Beurteiler A (intern)
  • Lucyshyn, Thomas, Betreuer (intern)
  • Gobrecht, Jens, Beurteiler B (extern), Externe Person
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2015

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 13-05-2020

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