MICROINYECCION: Micropiezas

Manipulación y verificación de micropiezas

Uno de los principales problemas en el campo de la micro-inyección es la manipulación y verificación de las piezas inyectadas, no solo dimensionalmente sino también a nivel estructural.

Brazo-robot empleado en la manipulación de micropiezas

Manipulación de micro-piezas

Trabajando en tamaños micrométricos aparecen una serie de dificultades que en los tamaños habituales no existen, como las fuerzas de cohesión, tales como fuerzas electroestáticas, de Van der Waals y de capilaridad. Muchas veces el inconveniente no es tomar la micro-pieza sino poderla dejar sin dificultad ya que las fuerzas antes mencionadas toman protagonismo a estas escalas.

El entorno de trabajo es de suma importancia: deber ser un ambiente controlado de temperatura, humedad, vibraciones y polvo ambiente, es decir, una sala blanca.

Básicamente existen dos sistemas de manipulación: con y sin contacto, aunque este último, si bien soluciona el problema de las fuerzas de cohesión, está limitado debido al orden de magnitud de las fuerzas que puede aplicar a las piezas.

Una forma de disminuir las fuerzas cohesión es intentar disminuir las fuerzas de contacto.

Manipulador de micro-pieza

No hay que olvidar que en el caso de manipuladores con contacto tenemos que controlar la fuerza aplicada a la pieza. Para ello una opción es la de incorporar sensores piezo-resistivos:

Sensor piezo-resistivo

Algunas máquinas específicas para micro-inyección como la Battenfeld Microsystem 50 suministra sistemas de manipulación e inspección para las piezas micro-inyectadas, pero hay que tener en cuenta que una vez  fabricadas las piezas formarán parte de un conjunto, es decir, se tendrán que ensamblar. Incluso, quizás interese una modificación posterior de las mismas.

Con un movimiento global de 1cm cúbicos y una resolución de posicionamiento de 1µm, es capaz de incorporar en sus extremos diferentes herramientas en función del trabajo a realizar: pinzas, ganchos, elementos de corte y herramientas para desbarbado y eliminación de virutas.

Las micropiezas requieren, debido a su tamaño, un adecuado embalaje. Un ejemplo sería su disposición en blísteres

Blíster de micropiezas

Inspección de micropiezas
Análisis del acabado superficial
El AFM (Atomic Force Microscopy) permite obtener fotografías como la mostrada a continuación en la que se observa la superficie de una pieza inyectada en POM y donde se pueden ver los surcos de 5 µm causados por la herramienta de mecanizado del postizo.

Fotografía obtenida con el AFM y esquema de funcionamiento

El principio de funcionamiento consiste en un micro-voladizo de silicio con una punta en su extremo, la deflexión de la cual es monitorizada gracias a una fuente láser y a un detector.

Este sistema no solo da información “topográfica”; en función del modo de funcionamiento, es decir, usando el voladizo como un sistema de transmisión de vibraciones generadas por el equipo con una amplitud y fase determinadas, se logra medir la respuesta (amplitud y desfase) con lo cual se obtienen características estructurales y de tipo de material.

El interferómetro de luz blanca es otra técnica que permite obtener un mapa de perfiles de la pieza, pero esta vez sin contacto, mediante reflexión óptica. Consiste básicamente en una fuente láser divergente, la cual, al encontrarse un divisor de haz, es separada en dos frentes de onda idénticos, propagándose en direcciones perpendiculares. Estos haces se reflejan en sendos espejos planos, volviéndose a recombinar tras el divisor de haz. Si los espejos estuviesen situados a la misma distancia del divisor de haz, entonces, despreciando las diferencias debidas al espesor del espejo, los haces se recombinarían en fase, y no se obtendría ningún patrón de interferencia. Si se alejan los espejos, entonces las diferencias de camino óptico producirá franjas de interferencia, que dependerán tanto de la distancia entre los espejos como de la longitud de onda de la radiación utilizada. Por esta razón, el interferómetro se utiliza tanto para determinar distancias como para determinar longitudes de onda.

Interferómetro de luz blanca y resultado de la Interferometría

Las técnicas de medida mediante medios ópticos tienen dos limitaciones básicas, la multi-reflexión debido a la rugosidad superficial y la imposibilidad de detección del retorno del haz por motivos geométricos de la pieza a medir.

Metrología óptica

Análisis morfológico

Técnicas de disolución que permiten de forma selectiva eliminar la parte amorfa de un material semicristalino para posteriormente analizar su estructura. Para este ensayo hay que escoger un material semicristalino que soporte el ataque químico del disolvente.

Fotografías del análisis morfológico

El resultado del ensayo, el cual podemos ver en las fotografías anteriores, muestra como en la parte interna de la pieza a 125 µm de la superficie se producen formaciones esferulíticas cristalinas, pero a medida que nos desplazamos hacia la superficie el crecimiento cristalino disminuye, hasta llegar a la superficie (imagen última de la derecha) donde el crecimiento cristalino es nulo.

Ello es debido a un enfriamiento demasiado rápido de la pieza, y por tanto se puede concluir que mecánicamente no será homogénea.

Análisis mecánico

El micro-durómetro permite realizar análisis de durezas superficiales en micro-piezas, así como de visco-elasticidad (realizando cargas cíclicas) módulo elástico y también de creep.

Micro-durómetro (Equipo, detalle de cabezal e impronta obtenida)

MicroDAC (micro deformation analysis by means of correlation) es una técnica que permite visualizar tensiones superficiales en micro-piezas realizando previamente una digitalización por zonas de la pieza y comparándolas mediante algoritmos matemáticos con las mismas zonas a diferentes niveles de tensión.

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Fuentes:
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