Herstellung von magnetoresponsiven lamellaren Oberflächen mit einem Universalofen

Magnetoaktive Elastomere (MAEs) sind Hybridmaterialien, die aus mikrometergroßen ferromagnetischen Partikeln bestehen, die in eine Polymermatrix eingebettet sind, die ihre physikalischen Eigenschaften durch Einwirkung eines Magnetfeldes verändern können. Sie haben viele potenzielle Anwendungen wie die Kontrolle der Oberflächenbenetzbarkeit, Haftung und Reibung und können in der tröpfchenbasierten Mikrofluidik, der weichen Roboterfortbewegung und mehr verwendet werden. MAEs können mit Techniken wie Replika-Moulding, Magnetpulver-Assisted Moulding, magnetisches Micropillar-Bonding und Sprühbeschichtung strukturiert werden, aber es gibt Herausforderungen in der additiven Fertigung von MAEs. Es besteht ein Bedarf an alternativen Mikrostrukturierungsmethoden, um die Anwendbarkeit von MAEs zu erweitern. Das Experiment 2021 nutzt den Memmert Universalofen UF30, Teil der Trockenofenserie des Unternehmens. Die vollständige Studie ist hier verfügbar.

Laserbasierte direkte Mikrobearbeitung von magnetoresponsiver lamellarer Oberflächenstruktur

Laser-based direct micromachining (LDM) ist ein Verfahren zur Herstellung magnetoresponsiver lamellarer Oberflächenstrukturen. Dabei wird die Oberfläche mit hochintensiven Laserpulsen in einem vorgewählten Einfallswinkel mit einem Hochgeschwindigkeits-Abtastkopf beaufschlagt.

Das LDM-Verfahren ermöglicht die Erstellung einer breiten Palette von Gefüge Geometrien wie parallele Lamellen, Pfeile, Zickzack und Säulen mit symmetrischen oder asymmetrischen Querschnitten. Die laterale Dimension der Strukturen beträgt typischerweise 50 µm, während die Höhe mehr als 200 µm beträgt.

Prozess

Das LDM-Verfahren basiert auf der Absorption des hochintensiven Laserlichts und der anschließenden schnellen Erwärmung des Materials über die Verdampfungstemperatur. Das Volumen des abgetragenen Materials hängt vom Laserstrahldurchmesser und der Pulsenergie ab. Die heterogenen Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials stellen eine Herausforderung für eine konsistente Ablation dar und eine Laserleistung von 70% der maximalen Leistung wurde in vorläufigen Experimenten ausgewählt, um das Material effektiv abzutragen und gleichzeitig die Hitze-Betroffene Zonen und übermäßige Fragmentierung. Experimente zeigten, dass es möglich ist, Strukturen mit einem großen Höhen-Breiten-Verhältnis von bis zu 6:1 herzustellen. Die Strukturen haben ein niedriges Elastizitätsmodul, so dass sich die Lamellen an der Richtung eines angelegten Magnetfeldes ausrichten können. Die Ergebnisse zeigten auch, dass die Tiefe der Rillen linear von der Anzahl der Wiederholungen des Laserstrahls abhängt, mit einer minimalen Lamellendicke von etwa 20 µm und einer maximalen Tiefe von 300 14 µm. Die Nutbreite blieb unabhängig von der Tiefe der Lamellen konstant.

Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass der LDM-Prozess ein effektiver Weg ist, um magnetoresponsive lamellare Oberflächenstrukturen mit einer breiten Palette von Geometrien und hoher Schlankheit herzustellen. Es bedarf jedoch weiterer Forschung, um Einschränkungen wie die minimale Lamellendicke anzugehen, die durch die heterogene Zusammensetzung des zu bearbeitenden Materials begrenzt ist.

Analyse

Eine neue laserbasierte Methode zur Erzeugung strukturierter magnetischer Betätigungs- und Emissionsoberflächen (MAE) wurde entwickelt. Der Prozess ist direkt und ermöglicht die Herstellung komplexer kleiner Strukturen. Die Praktikabilität der Technologie wird demonstriert, indem lamellare Mikrostrukturen mit einem hohen Aspektverhältnis erzeugt werden, die durch ein schwaches Magnetfeld gebogen werden können. Der Gleitwinkel eines Wassertropfens auf den Strukturen kann durch Magnetfelder gesteuert werden und eignet sich daher für Anwendungen wie intelligente Oberflächen, mikrofluidische Geräte und weiche Robotik. Die Technologie eröffnet neue Möglichkeiten zur weiteren Exploration und Nutzung.

Experimentieren und Aushärten mit dem Memmert Universalofen

Dieser Artikel beschreibt die Herstellung und Charakterisierung von magnetischen Anisotropieelastomer (MAE)-Proben. Die Proben wurden unter Verwendung einer spezifischen Mischung von Bestandteilen, einschließlich weich-magnetisches Carbonyleisenpulver (CIP) und Silikon-basierte Polymere synthetisiert.

Die Mischung wurde gründlich gemischt und auf ein Polyvinylchlorid (PVC) Folie gegossen und anschließend in einem Memmert UF30 Universalofen ausgehärtet. Die Oberfläche der Proben wurde dann mit einem Nanosekunden gepulsten Nd:YAG-Laser laserbearbeitet. Die Struktur der MAE-Proben wurde mit einem Zoom-Stereomikroskop und einem benutzerdefinierten Versuchsaufbau, der Gleitwinkel gemessen, charakterisiert. Alle statistischen Analysen wurden mit Python durchgeführt. Der Memmert Ofen UF30 spielte eine entscheidende Rolle bei der Aushärtung der MAE-Proben und der Sicherstellung der Qualität des Endprodukts.

Über den Memmert Universalofen

Der Memmert Universalofen, Teil seiner Trockenofenserie, ist ein vielseitiger Laborofen mit präziser und schonender Temperaturregelung. Es ist in 9 Modellgrößen mit einem Volumenbereich von 32 bis 1060 Litern und zwei Modellvarianten erhältlich: SingleDISPLAY und TwinDISPLAY. Der Ofen verfügt über einen Temperaturbereich von bis zu +300°C, und der Benutzer kann zwischen natürlicher Konvektion oder erzwungener Luftzirkulation wählen. Der Ofen ist mit einem intuitiven Menü einfach zu bedienen und verfügt über programmierbare Temperatur- und Luftwechselrampen sowie ein vorgewärmtes Frischluftsystem, das Temperaturschwankungen verhindert. Der Ofen ist aus hochwertigem, korrosionsbeständigem Edelstahl gefertigt und bietet vielfältige Möglichkeiten zur Programmierung und Dokumentation über Schnittstellen, integrierten Datenlogger und AtmoCONTROL-Software. Es kommt auch mit einer 3-jährigen weltweiten Garantie. Darüber hinaus kann das Um-Modell als medizinisches Gerät zum Erwärmen von Fango-, Silikat- und APS-Packungen für die physikalische Therapie verwendet werden.