医療機器、電子機器、バイオ医薬品メーカーは、より新しいものを必要としている。 マイクロインジェクション成形 マイクロ射出成形部品は、ホコリの一粒ほどの小さな部品である。マイクロ射出成形部品は、塵の一片のように小さくすることができます。

マイクロ射出成形部品とは何ですか？

多くの新しい進歩 マイクロ射出成形 技術は、熱可塑性プラスチック、シリコーン、金属粉末のマイクロ射出成形を可能にするマイクロ金型の設計と製造を可能にした。

このコンピューティングによって、世界中で低侵襲の医療・製薬用マイクロデバイスの開発が促進されている。

本稿では、従来のマイクロデバイスとコンポーネントの成功のために直面した多くの主要な要因と課題、そして解決策について述べる。 射出成形.

マイクロ成形への挑戦

ほとんどのマイクロ製品は、ある程度の極端な挑戦から始まる。それらは通常、市場に出回っている類似製品の縮小版である。

微小部品は、極小で繊細な動脈、ポンプ、カテーテル、内視鏡などに取り付けられ、その内部には動作する必要のある微小部品があるかもしれないので、ますます複雑になっていく。

かつては2つ以上の部品として設計されていたが、顕微鏡下で組み立てる必要がないように、コスト上の圧力から1つの部品に減らされたためである。

これらの装置には、ポリマー、金属、膜に直接配合されたり、添加されたりする薬剤が必要な場合があり、装置を繰り返し作動させ、信頼できる寿命を持たせるために、作動する歯車、レバー、駆動機構が付属している。

このような特徴や、人体に直接埋め込むという要件を考慮すると、これらの器具を頑丈に開発し、形状、フィット感、機能について十分にテストすることが重要である。

マイクロインジェクション金型流動解析

マイクロ金型やプロトタイプ部品は、その開発サイクルにおいてコストがかかるため、マイクロ金型流動シミュレーション解析は、特定の設計に基づく充填期待のシミュレーションを提供することができる。

従来の成形部品とマイクロ成形部品を比較する場合、非常に一般的な仮定は、マイクロ部品は同じソフトウェアと同じモデリング・アプローチで充填できるということです。

例えば、典型的な500ミクロンのゲートを含む流れ解析は、75ミクロンのゲートを通る流れのシミュレーションとは大きく異なるだろう。

主な違いは、マイクロゲートを除けば、小さなオリフィスを通過する際に、より多くのせん断誘起熱が発生することである。

そのため、ソリッドモデルのメッシュは、ゲートや薄肉部で何が起きているかを判断するために、非常に高い解像度を持つ必要がある。

金型流動シミュレーションで使用されるソリッドモデルメッシュは、部品では数十ミクロンであるのに対し、数ミクロンのメッシュサイズが必要です。

マイクロモールド部品のゲートは、キャビティに入る材料に過度の熱応力がかからないように、適切な大きさにする必要があります。

生体吸収性ポリマーやバイオ医薬品ポリマーのような熱に敏感な材料の場合、バレル、ノズル、ホットランナーにおける材料の滞留時間と、射出プロセス中に材料に伝達される可能性のある追加の熱との関係を理解することが重要である。

材料がプロセスの選択を左右することもあれば、プロセスが材料の選択を左右することもある。

一般的に使用される微細成形材料には、PEEK、PLA、PGA、LSR、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、LCP、PMMA、環状オレフィンコポリマー（COC）、ステンレス鋼（金属射出成形）などがある。

マイクロインジェクション金型

製品の設計と素材の選択が決まったら、次は、その設計に必要なものを作る番だ。 マイクロインジェクションユニット金型.

材料が熱可塑性プラスチックであれ、シリコーンであれ、金属粉末であれ、金型は成功のために最も重要な要素である。

製品と金型が非常に小さいため（下図）、寸法の公差も小さくなります。金型は、良好な加工ウィンドウを提供するために、部品の公差の25%を満たす必要があります。

製品の公差は±0.01mm、金型の公差は±0.003mmで、良好なプロセスウィンドウを達成する必要があります。

このような公差を一般の金型メーカーが達成するのは、主に2つの理由から難しい。

1.±0.003mmを測定できないため、検証できない。

2.これらの公差を達成するための設備や技能がない。

マイクロモールディング・ランナー

自動化された組立作業では、部品を所定の位置に保持するためのハンドルとして使用したり、特別な位置決めポイントをランナーに追加して、組立ネスト内での部品の位置決めを支援したりすることができる。

マイクロ射出成形パーティングライン

のパーティングライン。 マイクロインジェクション金型 は微小部品のサイズに関係する。パーティングラインで10ミクロンの違いがあれば、製品の組み立ては簡単に中断してしまう。

マイクロ射出離型スロープ

もちろん、離型勾配は多ければ多いほど良いが、最小のテーパーは0.2度までである。このようなテーパーがあると、射出成形部品の取り扱いが面倒になる。微小部品をテーパー上に置くと、表面に凹凸ができ、組み立てに支障をきたすことがある。

マイクロインジェクション・ゲーティング・ポジション

通常の 射出成形金型マイクロインジェクション金型のゲート位置を選ぶ目的は、キャビティ内でプラスチックの均一な流れを確保することである。

そうしないと、部品が十分に充填されず、金型内の精密ピンやキャビティ部品を損傷する恐れがある。

マイクロモールディングゲート残渣

ほとんどのマイクロ成形部品はエッジゲートを使用する。その場合、小さな材料が動脈損傷を引き起こしたり（移植された医療機器）、自動化や組立の問題を引き起こしたりする問題を避けるために、ゲートから適切に取り外す必要がある。

これらの問題は、ゲート残渣がアセンブリのガイドまたは相手部品の表面下に設計されるように、肉厚にくぼみを配置することによって金型設計で解決することができます。

マイクロ成形加工 表面仕上げ

しばしば見落とされがちなのは、組み立ての際に成形品を保持したり、他の成形品に案内したりする際の成形品の表面仕上げの重要性である。

例えば、接着性を高めるために粗い表面を必要とする製品もある。平滑な表面は、成形品から排出される際に一連の問題を引き起こす可能性がある。 射出成形金型 妥協が必要だ。

マイクロ射出成形プロセス

の精度が高いからだ。 マイクロ射出成形品 射出成形部品で良好な寸法再現性を達成するには、いくつかの課題があります。

金型鋼に鋭利な角や空洞（半径1ミクロン以下）を作ることと、この小さな空間にポリマーを充填することはまったく別のことだ。

マイクロ金型では、適切な通気とカスプ充填を実現するために、適切な通気と、時には非常に薄いラミネートの使用が必要となる。

マイクロ成形部品の一般的な射出圧力は30,000～50,000psiであり、極小で毛のように細いコアピンを損傷させることなく適切な圧力で充填するためには、微妙なバランスを取る必要がある。

極薄肉（0.001～0.0015インチ）のダストスペックサイズ部品では、パーティングライン全体でキャビティとコアのアライメント精度を極限まで高める必要があります。

マイクロコアピンの損傷は、ポリマーが未充填の状態で冷却されたり、片側が他方より多く充填されたりした場合に起こりやすい。

この課題は、短時間（通常0.1秒未満）で高圧充填することで克服できる。

マイクロフォーマーは、ごく少量の接着剤を注入し、バレル内でのプラスチックの滞留時間を最小限に抑えることができなければならない。これは、剪断や熱に敏感な生体吸収性ポリマー（PLA、PGA）にとって特に重要である。

充填、ハンドリング、脱型、計量、そしてこれらの小さな装置の組み立てを正確に行うためには、特殊なスクリュー、ノズル、補助装置も必要となる。

組み立てと取り扱い

マイクロ・アセンブリのために形状を最小数の部品に組み立てることは、非常に価値のある設計努力である。というのも、それらを拾い集め、巣に組み立て、類似または異なる素材の他の部品に取り付けることは、設計段階で前もって時間を費やすよりもはるかに高くつく可能性があるからだ。

二次マイクロフォーミング

2つの異なる材料を2つの異なる金型に2つの異なる位置で注入するプロセス、または回転する金型を使って2つの異なる材料を同じ位置で注入し、組み合わされた形状と材料を実現するプロセス。

例えば、ポンプのピストンにシールやシリコン・ガスケットが必要な場合、Oリングを精密機構にはめ込み、ハサミでOリングをクランプしてピストンに装着するよりも、ガスケットをピストンと同じ金型のOリング溝に二次成形する方が簡単です。

レーザー溶接

三次元形状を二次成形で組み合わせることができず、材料強度がそれを可能にする場合、レーザー溶接は小型部品を接合する良い方法である。

精密に制御されたレーザーエネルギーと出力密度は、ワイヤーなどの材料を選択的に素早く非破壊でクリーニングしたり剥離したりするのにも使用できる。

超音波溶接

超音波溶接は、熱可塑性プラスチックと適合する金属を効果的に接合することもできる。強力な溶接に必要なエネルギーは極めて低いため、微細部品には専用の低エネルギー・ブースターと超音波発生装置が必要です。

溶剤接着

これは、マイクロコンポーネントを接合するための、迅速で設備投資の少ない方法としてよく使用される。選択する溶剤は、特にインプラント用途に使用されるコンポーネントの場合、接合される材料に適合するものでなければならない。

ソルベントボンディングを使用して大量組立プロセスを加速することは、この方法が自動化されにくく再現性がないため困難であり、また大量生産領域での検証が困難である。

リベッティング

マイクロリベットは、ポリマーと金属部品を接合する非常に安価な方法である。例えば、電池缶では、圧着やロックは、良好なシールを作り出し、腐食性の液体が電池容器から漏れるのを防ぐ非常に一般的な方法です。

安価なプログレッシブ・スタンピング金型により、ある材料を別の材料に圧力で「折り曲げる」ことによって、ポリマーと金属をリベットで接合する中程度の速度の方法が可能になる。材料のバッチ間のばらつきや変化は、この方法の欠点となりうる。

テスト

自動マイクロアセンブリーシステムの重要な側面は、導電性、漏れや圧力の減衰、破裂強度などの試験である。これらの試験には破壊的なものもあれば、非破壊的なものもある。

最終的なアセンブリやサブアセンブリが適切に機能しているかどうかを判断する最善の方法は、アセンブリを構成する各コンポーネントの製造工程管理を維持することである。

各コンポーネントの統計的検証とアセンブリの再バリデーションは、自動化セルで後でコストのかかるテストや検査を防ぐことができる；

しかし、特に植え込み型や重要な薬剤の用途では、こうした問題が避けられないこともある。

テスト測定

測定できなければ製造できない」というのは、誰もが聞いたことがあるでしょう。医療機器や製薬機器では、重要な部品は生死に関わることもあり、「検証できなければ製造できない」ということでもある。

もし部品が一貫して製造され、検証されるなら、商業的な マイクロ射出成形 システムは回避できるはずだ。しかし、100%を保証することはほとんど不可能である。

微細なプラスチック部品やアセンブリを検査する方法や手段は数多くあります。製品の特徴や表面仕上げを確認するために、高解像度カメラで検査できるものもあります。

重要な寸法を確認するために3Dレーザースキャンを必要とするものもある。また、粉末や液晶ポリマーが正しい用量で分注されたかどうかを示すために高速度カメラを必要とするものもある。