DE20215458U1 - Apparatus for producing microstructures comprises injection unit, tool having cavity, and tempering unit having generator for producing short waves and unit for transmitting short waves - Google Patents
Apparatus for producing microstructures comprises injection unit, tool having cavity, and tempering unit having generator for producing short waves and unit for transmitting short wavesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Mikrostrukturen, die eine Einspritzeinheit, ein Werkzeug mit einer Kavität sowie eine Temperiereinheit zum Erwärmen oder Kühlen von mindestens einem Teil der Kavität umfasst, sowie ein diesbezügliches Verfahren.The invention relates to a device for producing microstructures, which comprises an injection unit, a tool with a cavity and a tempering unit for heating or cooling at least a part of the cavity, as well as a related method.
Im Stand der Technik ist die klassische Erwärmung bzw. das Kühlen von Werkzeugen bzw. der Kavitätsoberfläche hinlänglich bekannt. Im allgemeinen wird in das Werkzeug ein Kühlmittelkreislauf integriert, durch den in der Regel zum Erwärmen zunächst temperiertes Wasser oder Öl und nach dem Einspritzvorgang gekühltes Wasser oder Öl gefördert wird. Hierdurch wird erreicht, dass die eingespritzte Kunststoffmasse zunächst an der Werkzeugwandung erstarrt und durch die fortschreitende Kühlung als gesamtes Teil erstarrt, bevor es entformt werden kann.In the state of the art, the classic heating or cooling of tools or the cavity surface is well known. In general, a coolant circuit is integrated into the tool, through which tempered water or oil is fed for heating and then cooled water or oil is fed after the injection process. This ensures that the injected plastic mass first solidifies on the tool wall and then solidifies as a whole part due to the progressive cooling before it can be demolded.
Bei der Fertigung von Klein- und Kleinstteilen besteht das Problem, dass relativ große Werkzeugmassen aufgeheizt und anschließend wieder abgekühlt werden müssen, obwohl die Masse des gefertigten Kunststoffteiles relativ gering ist. Dies führt zu unnötig hohen Zykluszeiten und verhindert oft die wirtschaftliche Fertigung/Produktion solcher Teile.When manufacturing small and tiny parts, there is the problem that relatively large tool masses have to be heated up and then cooled down again, even though the mass of the plastic part being manufactured is relatively small. This leads to unnecessarily long cycle times and often prevents the economical manufacture/production of such parts.
Die DE 101 36 678 beschreibt beispielsweise die partielle Erwärmung einer Kavität über Peltier-Elemente.DE 101 36 678, for example, describes the partial heating of a cavity via Peltier elements.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzubieten, die eine einfache Abbildung von Mikrostrukturen möglich macht, wobei die Zykluszeit verringert werden soll.The object of the invention is to provide a device that enables simple imaging of microstructures while reducing the cycle time.
· K G 049 DE Okt-02 ··· · KG 049 DE Oct-02 ···
Die Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit einen Generator zur Erzeugung von Kurzwellen und eine Vorrichtung zum Übertragen der Kurzwellen umfasst. Es wird hier insbesondere an die Übertragung von Ultraschall- oder Mikrowellen gedacht. Somit kann der Generator zur Erzeugung von Kurzwellen eine Ultraschallsynode oder ein Magnetron sein. Es muss nicht das gesamte Werkzeug eine MikroStruktur umfassen, es kann auch lediglich ein Teilbereich damit ausgestaltet sein.The solution to the problem is characterized in connection with the preamble of claim 1 in that the temperature control unit comprises a generator for generating short waves and a device for transmitting the short waves. The transmission of ultrasound or microwaves is particularly considered here. The generator for generating short waves can thus be an ultrasound synode or a magnetron. The entire tool does not have to comprise a microstructure; only a partial area can be designed with it.
Damit die aufgebrachte Wärme gut und gezielt wieder abgeführt werden kann, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Übertragen der Kurzwellen durch Mittel gekühlt werden kann.In order to ensure that the heat generated can be dissipated effectively and in a targeted manner, it is intended that the device for transmitting the short waves can be cooled by means of a cooling medium.
Es ist bei einigen Anwendungen von Vorteil, die MikroStruktur in einer Folie oder einem Einlegeteil abzubilden und quasi dann beides zu hinterspritzen. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, über der MikroStruktur ein Trägerelement anzuordnen, in dem die MikroStruktur abbildbar ist. Dieses Trägerelement kann als Rollenware endlos bei jedem Herstellzyklus durch die Vorrichtung geführt werden. Es kann nach einer bestimmten Anzahl von gefertigten Teilen abgetrennt werden oder wieder als Trägermaterial aufgerollt werden.In some applications it is advantageous to reproduce the microstructure in a film or an insert and then to inject both into the back of the film. For this reason, it is suggested to arrange a carrier element over the microstructure in which the microstructure can be reproduced. This carrier element can be fed through the device as a roll of material in an endless manner during each production cycle. It can be cut off after a certain number of parts have been manufactured or rolled up again as a carrier material.
Als eine Fortbildung ist vorgesehen, die MikroStruktur direkt mit der Einspritzeinheit zu erzeugen. Die MikroStruktur ist dabei beispielsweise auf einem Einspritzstempel aufgebracht, bei jedem Einspritzvorgang wird somit ein Teil mit MikroStruktur erzeugt.As a further development, the microstructure is to be produced directly with the injection unit. The microstructure is applied to an injection stamp, for example, so that a part with a microstructure is produced with each injection process.
Um sicherzustellen, dass beim Einspritzen keine Lufteinschlüsse und damit Fehlstellen entstehen, wird an der Kavität ein Vakuum angelegt.To ensure that no air pockets and thus defects occur during injection, a vacuum is applied to the cavity.
In einer weiteren Fortbildung ist die gesamte Temperiereinheit über einen Hubzylinder bewegbar.In a further development, the entire temperature control unit can be moved via a lifting cylinder.
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Bei dem Verfahren zum Erzeugen von Mikrostrukturen, bei dem über eine Einspritzeinheit eine plastische Masse in ein Werkzeug mit einer Kavität eingespritzt wird und bei dem mit einer Temperiereinheit mindestens ein Teil des die MikroStruktur bildenden Werkzeuges erwärmt oder gekühlt wird, erfolgt die Temperierung mittels Kurzwellen, vor und/oder während des Einspritzens der plastischen Masse oder während des Auswerfens im Bereich der MikroStruktur.In the method for producing microstructures, in which a plastic mass is injected into a tool with a cavity via an injection unit and in which at least a part of the tool forming the microstructure is heated or cooled using a tempering unit, the tempering is carried out by means of short waves, before and/or during the injection of the plastic mass or during ejection in the area of the microstructure.
In den Zeichnungen ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung wiedergegeben. Es zeigtThe drawings show a schematic representation of a device according to the invention. It shows
Fig. 1 das Schema der Vorrichtung und
Fig. 2 ein Beispiel einer MikroStrukturFig. 1 the scheme of the device and
Fig. 2 an example of a microstructure
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zeigt eine Einspritzeinheit 1, über die in eine Kavität 3 eines Werkzeuges 2 plastifizierte Kunststoffmasse eingebracht wird. Mit der Kunststoffmasse wird ein Trägerelement 9 - hier eine Folie von einer Rolle - es könnte aber ebenso ein Einlegeteil eingesetzt sein, hinterspritzt. In das Trägerelement 9 wird eine MikroStruktur 8 eingebracht. Dies erfolgt durch Erwärmen der Mikrostruktur 8, wobei die Erwärmung über eine Ultraschallsynode 5 erreicht wird, die mit der MikroStruktur 8 über eine geeignete Vorrichtung 6 (Rohr, Hohlkammerprofil, etc.) in Verbindung steht. Das die Mikrostruktur 8 bildende Teil, die Vorrichtung zum Übertragen der Kurzwelle 6 und der Generator 5 - hier die Ultraschallsynode - bilden die Temperiereinheit 4. Diese Temperiereinheit 4 kann über den Hubzylinder 12 in ihrer Gänze verschoben werden.The device shown in Figure 1 shows an injection unit 1, via which plasticized plastic mass is introduced into a cavity 3 of a tool 2. A carrier element 9 - here a film from a roll - but an insert could also be inserted, is back-injected with the plastic mass. A microstructure 8 is introduced into the carrier element 9. This is done by heating the microstructure 8, whereby the heating is achieved via an ultrasonic synode 5, which is connected to the microstructure 8 via a suitable device 6 (pipe, hollow chamber profile, etc.). The part forming the microstructure 8, the device for transmitting the shortwave 6 and the generator 5 - here the ultrasonic synode - form the temperature control unit 4. This temperature control unit 4 can be moved in its entirety via the lifting cylinder 12.
Selbstverständlich kann auch auf das Trägerelement 9 verzichtet werden und die MikroStruktur 8 direkt in der eingebrachten Kunststoffmasse ab-Of course, the carrier element 9 can also be dispensed with and the microstructure 8 can be deposited directly in the introduced plastic mass.
gebildet werden. Die MikroStruktur 8 kann in allen Anwendungsfällen auch in einem Teil der Kavität aufgebracht sein. Zur Erwärmung kann neben Ultraschall auch eine Mikrowelle eingesetzt werden, beide Kurzwellen haben den Vorteil, dass sie nur während ihres Einsatzes Wärme erzeugen und nach dem Abschalten sofort erkalten. Konventionelle Wärmequellen wie Heizbänder oder der gleichen speichern quasi die E-nergie und geben noch eine zeitlang Wärme ab, wodurch der laufende Prozess schwieriger händelbar wird. Um den Kühlprozess beschleunigen zu können, ist vorgesehen, in der Temperiereinheit 4 zumindest im Bereich der Vorrichtung zum Übertragen der Kurzwelle 6 eine Kühlung 10 vorzusehen. Dies kann ein Wärmetauscher mit Flüssigkeitsdurchlauf, aber auch ein Gebläse oder dergleichen sein.formed. The microstructure 8 can also be applied in part of the cavity in all applications. In addition to ultrasound, a microwave can also be used for heating; both shortwaves have the advantage that they only generate heat when they are in use and cool down immediately after being switched off. Conventional heat sources such as heating bands or the like basically store the energy and give off heat for a while, which makes the ongoing process more difficult to manage. In order to be able to accelerate the cooling process, a cooling system 10 is provided in the temperature control unit 4, at least in the area of the device for transmitting the shortwave 6. This can be a heat exchanger with a liquid flow, but also a fan or the like.
In der Figur 1 ist ebenfalls ersichtlich, dass an die Vorrichtung ein Vakuum 11 an die Kavität 3 anlegbar ist. Es wird damit ein Unterdruck erzeugt, womit sichergestellt wird, dass die eingespritzte Kunststoffmasse auch in alle Bereiche der MikroStruktur 8 gelangt und somit das herzustellende Teil auch qualitativ in Ordnung ist.Figure 1 also shows that a vacuum 11 can be applied to the cavity 3 of the device. This creates a negative pressure, which ensures that the injected plastic mass reaches all areas of the microstructure 8 and that the part to be produced is of good quality.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere die Zykluszeit bei der Herstellung von Klein- und Kleinstteilen verringert werden. Besonders vorteilhaft kann die Vorrichtung bei der Herstellung von Kleinteilen in der Medizintechnik eingesetzt werden, es wird hier vor allem an die Herstellung sogenannter „lab on the chip" gedacht. Es kann mit diesen „lab on the chip" zum Beispiel ohne weitere Laboruntersuchungen die relative Lage des Blutzuckers bestimmt werden.The device according to the invention can be used to reduce the cycle time in the manufacture of small and very small parts. The device can be used particularly advantageously in the manufacture of small parts in medical technology, in particular the manufacture of so-called "lab on the chip". This "lab on the chip" can be used to determine the relative position of the blood sugar, for example, without further laboratory tests.
Ein beispielhafter Aufbau eines derartigen Chips ist in Figur 2 dargestellt. An exemplary structure of such a chip is shown in Figure 2.
·..* .I. K G 049 DE Okt-02·..* .I. K G 049 DE Oct-02
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