Микроэкструзия — это процесс микроформовочной экструзии, выполняемый в субмиллиметровом диапазоне. Как и при экструзии , материал проталкивается через отверстие матрицы, но поперечное сечение полученного продукта может пройти через квадрат размером 1 мм. С момента изобретения микроформовки в 1990 году было разработано несколько процессов микроэкструзии. [1] [2] [3] Сначала были представлены прямая (плунжер и заготовка движутся в одном направлении) и обратная (плунжер и заготовка движутся в противоположных направлениях) микроэкструзия, а позже были разработаны методы экструзии с прямым стержнем и обратной чашкой и двойной чашкой. [2] [4] Независимо от метода, одной из самых больших проблем создания успешной машины для микроэкструзии является изготовление матрицы и плунжера. «Небольшой размер матрицы и плунжера, а также строгие требования к точности требуют соответствующих производственных процессов». [2] Кроме того, как отметили Фу и Чан в обзоре современных технологий за 2013 год, еще предстоит решить несколько вопросов, прежде чем микроэкструзия и другие технологии микроформования смогут быть внедрены более широко, включая деформационную нагрузку и дефекты , стабильность системы формования, механические свойства и другие эффекты, связанные с размером, на структуру и границы кристаллитов (зерен). [2] [3]
Микроэкструзия является ответвлением микроформовки, науки, которая находилась в зачаточном состоянии в начале 1990-х годов. В 2002 году Энгель и др. заявили, что до этого момента было предпринято лишь несколько исследовательских экспериментов, включающих процессы микроглубокой вытяжки и экструзии, ссылаясь на ограничения при сдвиге заготовок и трудности в изготовлении и обработке инструментов. [1] К середине-концу 2000-х годов исследователи работали над такими вопросами, как поток заготовки, межфазное трение, сила экструзии и размерные эффекты, «отклонения от ожидаемых результатов, которые возникают при уменьшении размера заготовки или образца». [2] Совсем недавно исследования по использованию сверхмелкозернистого материала при более высоких температурах формования и применению ультразвуковой вибрации к процессу продвинули науку дальше. [3] [4] Однако, прежде чем можно будет приступить к массовому производству микродеталей, таких как штифты, винты, крепежи, соединители и гнезда с использованием методов микроформования и микроэкструзии, необходимо провести дополнительные исследования в области производства, транспортировки, позиционирования и выталкивания заготовок. [3] [4]
Методы микроэкструзии также применяются для экструзии биокерамики и пластика , а также для производства компонентов для рассасывающихся и имплантируемых медицинских устройств , от биорассасывающихся стентов до систем контролируемого высвобождения лекарств . [5] [6]
Как и при обычной макроэкономической экструзии, на протяжении многих лет было описано несколько похожих процессов микроэкструзии. Самыми основными процессами были прямая (прямая) и обратная (косвенная) микроэкструзия. При прямой микроэкструзии плунжер (который продвигает заготовку вперед) и заготовка движутся в одном направлении, тогда как при обратной микроэкструзии плунжер и заготовка движутся в противоположных направлениях. Они, в свою очередь, применялись для специализированных применений, таких как изготовление микрозаготовок, латунных микроштифтов, микрошестеренчатых валов и микроконденсаторов. [2] [4] Однако к микроэкструзии применялись и другие процессы, включая экструзию с прямым стержнем и обратной чашкой и двойную чашку (одну вперед, одну назад). [4]
Преимущества микроэкструзии по сравнению с другими производственными процессами включают ее способность создавать очень сложные поперечные сечения, сохранять химические свойства, обуславливать физические свойства и обрабатывать материалы, которые являются деликатными или зависят от физических или химических свойств. [2] [3] [5] [6] Однако микроэкструзия имеет некоторые ограничения, хотя в первую очередь связанные с необходимостью улучшения относительно молодого процесса. Диксит и Дас описали его таким образом в 2012 году:
С уменьшением масштабов и увеличением геометрической сложности объектов, имеющиеся в настоящее время технологии и системы могут не соответствовать потребностям разработки. Необходимо разработать новые измерительные приборы, принципы и приборы, правила допусков и процедуры. Базы данных материалов с подробной информацией о различных материалах и их свойствах/свойствах интерфейса, включая микроструктуры и размерный эффект, были бы очень полезны для инноваций в продуктах и проектирования процессов. Необходимо больше исследований по микро/наноизносу и повреждениям/отказам инструментов микропроизводства . Должны быть установлены пределы формования для различных типов материалов на микроуровне. Более конкретные соображения должны быть включены в проектирование машин, которые уменьшаются для микроформования, чтобы соответствовать инженерным приложениям и требованиям. [2]