ITTO970814A1 - Dispositivo e procedimento per la formatura di strutture di tecniche microsistematiche. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invezione industriale dal titolo "Dispositivo e procedimento per la formatura di strutture di tecniche microsistemiche

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda la formatura di strutture di tecniche microsistemiche, con un dispositivo il quale contiene una coppia di parti disposte l 'una di fronte all'altra di una camera con possibilità di chiusura, le quali servono da supporto per alloggiare un utensile di coniatura e un materiale deformabile, e dei quale una parte della camera è fissa rispetta ad un telaio, e l'altra viene guidata con possibilità di regolazione entro un telaio.

Nell'ambito del procedimento divenuto noto con il nome di tecnica LIGA (Litografia con irradiazione di sincrotroni, gal vanoformatura , tecnica di deformazione con materiali plastici) per la produzione d.i elementi costruttivi nella tecnica dei rnicrosistemi, la formatura è una chiave» per la produzione di grande serie. Mediante l'inserimento a pressione di un utensile d.i formatura in uno strato di materiale termoplastico oopure in un altro materiale di preferenza sotto vuoto e con una temperatura superiore alla temperatura di rammollimento del termoplastico, vengono prodotte strutture tridimensionali con altezze delle strutture comprese in un campo che va tra pochi nanometri fino ad alcune centinaia di micron.

Il DE 40 10 hb9 C1 e DE 4222 S56 C1, il cui oggetto riguarda un procedimento per la produzione di corpi in materiale plastico microstrutturati, descrivono il cosiddetto procedimento di coniatura sotto vuoto con maggiore dettaglio nelle sue operazioni. Più altre verrà trattata la forma costruttiva di un dispositivo adatto per la formatura di grande serie.

Un tale genere di dispositivo deve soddisfare al requisito di possibilità flessibili di impiego. Esso deve essere in grado tra l'altro di risolvere i problemi che si originano per effetto delle diverse al tezze degli utensili di -Formatura da impiegare e anche dei diversi spessori del materiale di formatura e della profondita di formatura (profondità della struttura). Questa possibilità di adattamento viene ulter iorrnente resa difficoltosa per effetto del requisito., contenuto nel DE 4222 856 CI e relativo alla guida parallela molto precisa dell'utensile.

Lo scopo della invenzione è quindi duello di compensare questi tipi di oscillazioni di spessori con il procedimento di coniatura da effettuare sotto vuota garantendo una elevata costanza dimensionale, e di garantire diverse profondità di form atura.

il problema viene risolto mediante un dispositivo per la formatura di strutture di tecniche microsistemi che con una coppia di parti disposte l'una di fronte all'altra di una camera che pub venire chiusa, i quali servono da supporti per l 'alloggiamento di un utensile di coniatura e di un materiale deformabile e dei quali una parte della camera è fissa rispetto ad un telaio e l'altra parte viene guidata in modo da potersi spostare entro un telaio, per il fatto che la camera presenta delle pareti laterali le quali sono formate da una parte interna e da. una parte esterna e la parte interna è fissata sulla parte fissa della camera e la parte esterna, sulla cui superficie anteriore rivolta verso l'esterno appoggia contro la forza di una molla la parte regolabile della camera a seguito della chiusura della camera, si pud spostare lungo elementi di guida sulla parte fissa della camera tra due arresti. La distanza tra gli arresti. determina praticamente la larghezza della camera.

La parte interna viene formata da una prima flangia cilindrica il cui allargamento è fissato sulla parte fissa della camera. L'allargamento contiene in una scanalatura un anello a sezione circolare per realizzare una chiusura a tenuta rispetto alla parte fissa della camera.

La parte esterna a forma di una seconda flangia cilindrica racchiude sia la prima flangia con la sua superficie interna sia anche gli elementi di guida provvisti di fori nel suo allargamento per cui mediante un anello guadrangolare viene realizzato un collegamento scorrevole a tenuta rispetto alla depressione tra la prima e la seconda flangia.

Malgrado gli spostamenti della parte regolabile della camera. necessari durante il processo di formatura e le sue operazioni, effettuate in precedenza e successivamente. la camera rimane nella condizione chiusa per cui non vengono modificate le condizioni di processo re9o].ate.

La camera viene vantaggiosamente chiusa su tutti i lati e almeno in parte. da suoerfici esterne isolanti del calore, per cui su lati delle parti delle camera rivolti verso l'esterno sono montate delle piastre di protezione contro la temperatura e avviene una riduzione delle perdite laterali per irraggiamento termico mediante dei ripari di forma anulare che riflettano il calore e sono disposti in modo sfalsato.

L'oggetto della invenzione è inoltre un procedimento per la formatura di strutture di tecniche microsistemiche, nel quale un materiale deformabile viene spinto a pressione con una forza di formatura e per una durata di tempo prestabilita all'interno di una camera con possibilità di chiusura entro un utensile di formatura mediante spostamento di una parte mobile della camera rispetto ad una parte fissa della camera, dopo di che avviene una regolazione delle condizioni. atmosferiche di una tempe ratura di formatura adattata al materiale deformabile e nel quale ha lungo un prelievo del materiale formato ad una temperatura di sfornatura. La regolazione in funzione delle condizioni atmosferiche e della temperatura del processo avviene nel momento della chiusura della camera- nel quale un aumento di una forza che agisce sulla parte fissa della camera raggiunge valori prestabiliti.

Così la regolazione delle condizioni atmosf eriche ha inizio per un primo valore prestabilito della porta, per il quale è avvenuta una chiusura della camera mediante l'appoggio della parte della camera con possibilità di chiusura contro la superficie anteriore rivolta verso l'esterno della parte esterna delle pareti laterali .

La regolazione della temperatura di processo presuppone un secondo valore prestabilito, nel quale l'utensile di formatura e il materiale deformabile appoggiano l'uno contro l'altro con un contatto termico ottimale.

Un aumento dovuto alla dilatazione termica della forza che agisce sulla parte fissa della camera viene convenientemente compensato mediante uno spostamento di regolazione con allontanamento della parte regolabile della camera.

L'invenzione verrà descritta con maggiore dettaglio nel seguito sulla base del disegno schematico, nel quale:

la figura 1 mostra la struttura di. base di un imoianto di formatura

la figura 2 mastra una camera di depressione che serve per 3a formatura

la figura 3 mostra dei mezzi per regolare l'altezza della camera, in un particolare ingrandito.

Da un telaio di carico 1 vengono Doriate secondo la figura 1 una parte 2 fissa rispetto ad un telaio e una parte regolabile 3. sulle quali sono fissate le flange 4 e 5. Entrambe le flange 4, 5 servono per l'alloggiamento di parti 6. 7 disposte l'una di fronte all'altra di una camera a depressione illustrata con maggiore dettaglio nelle figure 2 e 3.

Con una combinazione incorporata nel telaio di carico 1 e formata da un motore, un alberino e da una guida quale unità di produzione di una forza, è possibile spostare la parte regolabile 3 con la cooperazione di un dispositivo per la mi sura di una forza 9. di un dispositivo di comanda 10 e con dispositivi non illustrati per la misurazione di uno spostamento e per la regolazione della forza di compressione. con possi bilità di spostamento contro la carte fissa 2 solidale rispetto al telaio.

Per aumentare la temperatura e per realizzare il. raffreddamneto durante e dopo il processo della formatura a caldo, viene impiegata una unità di riscaldamento 13 che funziona con olia quale supoorto termico.

Piastre di protezione 14, 15 contro la temperatura disposte tra le flange 4, 5 e le parti 6, 7 riscaldabili delle camere limitano in maniera sufficiente una trasmissione del calore rispetto alle parti componenti adiacenti del dispositivo.

Non sono illustrati mezzi per la produzione e il controllo della depressione, per la ventilazione e per la rilevazione della temperatura .

In base alle figure 2 e 3, i canali 16, 17 collegati con l'unità di riscaldamento 13 vengono guidati attraversa le parti 6, 7 della camera.

Il fissaggio della parte 6 della camera sulla flangia 4 avviene per mezzo di sei viti le quali vengono guidate attraverso manicotti 18 e delle quali per ciascuna figura se ne possono vedere una a due. (Per ragioni di maggiore chierezza nella figura 2 non tutte le parti sono provviste dei loro numeri di riferimenio).

Le pareti laterali della camera a depressione sano separate secondo una parte interna e una parte esterna. L.a parte interna è formata da una prima flangia cilindrica 19, il cui allargamento viene fissato mediante le viti 20 alla parte 6 della carriera. Per la chiusura a tenuta viene inserito in una scanalatura 21 un anello 22 a sezione circolare.

La parte esterna racchiude sotto forma di una seconda flangia cilindrica 23 sia la prima flangia 19 con la sua superficie interna' sia anche i manicotti 18 con i fori 24 nel suo allargamento. Mediante un anello 25 a sezione quadrangolare si realizza un collegamento di scorrimento con tenuta rispetto alla depressione. Sui manicotti 18 che servono da guida per la seconda flangia 23 sono spinte molle di compressione 26 le quali appoggiano sull'allargamento della seconda flangia 24 e sono sostenute contro la parte 6 della camera.

Le teste 27. 23 delle viti formano deoli arresti i quali delimitano uno spostamento della seconda flangia 33. la quale a seguito della apertura della camera a depressione per effetto delle molle di compressione 26 viene spinta contro le teste 23 delle viti e contro la cui superficie anteriore 29. rivolta verso l'esterno, appoggia contro la forza delle molle di compressione 26 la parte regolabile 7 della camera a seguito della chiusura della camera a depressione. Per scopi di tenuta un anello 30 è inserito entro una scanalatura 31 nella superficie anteriore 29.

Il vano interno della camera a depressione che serve da vano per il processo è racchiuso pili volte al fine di ridurre le perdite laterali per irraggiamento termico, mediante dei ripari di forma anulare i quali riflettono il calore. Un primo riparo interno 32 è disposto all'interno della prima flangia 19 e lascia rispetto a questo uno spazio libero 33. Ripari intermedie 35 e 36 sono disposti in modo adiacente alle parti 6. 7 delle camere su lati rivolti verso l'esterno e in modo da lasciare liberi gli spazi 34. 37. Infine ripari esterni 38, 39 formano una ultima protezione .

Su di una delle parti 6 , 7 della camera che servono da. parte superiore e da parte inferiore v iene ricavato un alloggiamento non iliustrato per mezzo del quale si può mantenere in una instai iazione fissa un utensile di formatura e/o un punzone di coniatura oppure è adatto per allogai are una struttura strat ifirata formata all'esterno del dispositivo e costituita ad esempio dall 'utensile di formatura, dal materiale di formatura, dal punzone e da fogli di separazione dipendenti dalla tecnologia. Il carico può avvenire sia manualmente sia anche automaticamente .

Al fine di evitare una ossidazione dell'utensile di formatura o di inclusioni di aria nelle strutture da ricavare non solamente è necessario un ambiente sotto vuoto bensì anche l'impiego di. un gas protettivo quale condizione atmosferica. La camera sotto vuoto descritta nel presente esempio può essere realizzata senza modificare i componenti importanti per l'invenzione anche sotto forma di una camera con possibilità di chiusura nella quale si può lavorare sotto una atmosfera di gas protettivo.

L'appoggio di una superficie di tenuta 40 della parte inferiore 7 della camera contro l'anello di zero 30 nella superficie anteriore 29 rivolta verso l'esterno, all' atto della chiusura della camera a depressione provoca un incremento di una forza di compressione misurata con .il dispositivo 9 di misura delle forze. Quando viene raggiunta una prima forza prestabilita. viene arrestato lo spostamento della parte regolabile 3, e la posizione viene mantenuta costante con regolazione dello spostamento. Avviene una evacuazione della camera sotto vuoto. senza che venga esercitata una forza sul materiale deformabile .

Quando è avvenuta l'evacuazione, ha inizio il processo della formatura. In un primo tempo il dispositivo viene azzerato per misurare la forza 9. dal momento che le forze prodotte sulla camera dopo 1'evacuazione per effetto della depressione non hanno alcun effetto sulla formatura. L.a parte regolabile 3 viene allora spostata fino a che si ottiene una seconda forza nuovamente prestabilita per la quale l'utensile di formatura e il materiale deformabile si trovano in un contatto ottimale reciproca per il trattamento in temperatura. Per il fatto che la seconda flangia P3 scorre al di sopra della prima flangia 19. si ottiene la riduzione necessaria a questo scopo della altezza della esimerà mantenendo le condizioni sotto vuoto.

L'utensile di formatura e il materiale deformabile cengono portati alla temperatura di. formatura necessaria per cui mediante la regolazione della forza, viene mantenuta costante la forza regolata. Un aumento della forza di compressione provocato dalla dilatazione termica dei materiali viene compensato per mezzo della parte regolabile 3 e mediante una regolazione dello spostamento.

A seguita della possibilità di spostamento della flangia 33 rispetto alla flangia 19, anche con questo intervento viene garantita in modo vantaggiosa la chiusura della camera sotto vuoto con tenuta rispetto alla depressione.

Un arresto contro le teste 27 delle viti produce un incremento misurabile della forza misurata con il dispositivo di misura 9 per cui è possibile controllare il massimo percorso di spostamento degli elementi coinvolti nella farmatura .

Quando è stata raggiunta la temperatura di formatura necessaria, la forza di formatura necessaria per il processo di formatura viene aρplicata per mezzo della parte regolabile 3 e il ρrecesso di formatura viene comandato oon regolazione della forza.

Dopo che il processo di formatura è terminato, la. parte regolabile 3 viene spostata fino a che si ottiene una terza forza ρrestabilita. Allora l'utensile di formatura e il punzone di formatura vengono raffreddati fino ad una temperatura di sformatura mediante la commutazione del regime di temperatura per mezzo delle parti 6, 7 delle camere che possono essere portate a temperature diverse. Quando viene raggiunta questa temperatura di sformatura la camera sotto vuoto viene lavata con un aas protettivo e viene aperta mediante l'inversione dello spostamento della parte regolabile 3. Per effetto delle molle di compressione 26 la seconda flangia 23 viene spinta a pressione contro le teste 2B delle viti per cui si raggiunge la posizione di partenza con la massima larghezza della camera.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1. - Dispositivo per la formatura di strutture di tecniche microsistemich e con una coppia di. parti disposte l 'una di fronte all'altra di. una camera che può venire chiusa, le quali servono da supporti per alloggiare un utensile di coniatura e un materiale def arrnabile, e delle aitali. una parte della camera è solidale rispetto ad un telaio e l'altra parte viene guidata con possibilità di spostamento entro un telaio, caratterizzato dal fatto, che la camera presenta pareti laterali le quali sono formate da una parte interna e da una parte esterna, e che la parte interna è fissata sulla parte fissa (6) della camera e la parte esterna, contro la cui superficie anteriore ( 29 ) rivolta verso l'esterno appoggia la parte regolabile (7) della camera a seguito della chiusura della camera contro la forza di una molla ( 26 ) , si può spostare lungo elementi di guida (18) sulla parte fissa (6) della camera tra due arresti, la cui distanza determina praticamente la larghezza della camera.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la parte interna è formata da una prima flangia cilindrica (19), il cui allarmamento è fissata sulla parte fissa (6) della camera e che contiene in una scane1atura (21) un anello (22) a sezione circolare per la chiusura a tenuta contro la carte fissa (6) della camera. 3. - Dispositiva secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto, che la parte esterna sotto forma di una seconda flangia cilindrica (.23 ) racchiude sia la prima flangia (19) con la sua superficie interna sia anche con i fori (24) nel suo allargamento racchiude gli elementi di guida (18), per cui si realizza mediante un anello (E5) a sezione quadrangolare un collegamento scorrevole a tenuta rispetto alla depressione tra la prima e la seconda flangia (19, 23). 4. - Dispositivo secondo la rivendirazione 3. caratte rizzato dal fatto, che la camera è circondata da tutti i lati. almeno in parte, da superfici esterne isolanti rispetto al calore. 5. - Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto, che su lati rivolti verso l'esterno delle parti (6. 7 ) della camera sano applicate piastre (14. 15) di protezione contro la terrineratura e avviene una riduzione delle perdite laterali per irraggiamento termico mediante dei riparti di forma anulare che riflettano il calore e sono disposti in modo sfalsata. 6. - Procedimento per la formatura di strutture di tecniche di microsistemi, nel quale un materiale deformabile viene spinto a pressione con una forza di formatura e per una durata di tempo prestabilita all'interno di una camera con possibilità di chiusura in un utensile di formatura mediante lo spostamento di una parte mobile della camera contro una parte fissa della camera, dopo che ha avuto luogo una regolazione delle condizioni atmosferiche ed è stata raggiunta una temperatura di formatura adattata al materiale deformabile, e nel quale ha luogo un prelievo del materiale deformato ad una temperatura di sformatura, caratterizzato dal fatto, che la regolazione delle condizioni atmosferiche e della temperatura di processo avvengono durante la chiusura della camera in momenti nei quali un aumento di una forza che agisce sulla parte fissa (6) della camera raggiunge dei valori prestabiliti. 7. - Procedimento secondo la rivendicazione 6. caratterizzato dal fatto, che la regolazione delle condizioni atmosferiche comincia con un primo valore prestabilito della forza, per il quale è avvenuta una chiusura della camera. 8. - Procedimento secondo la rivendicazione 7. caratterizzato dal fatto, che la regolazione della temperatura diprocesso presuppone un secondo valore prestabilito, per il quale l'utensile di formatura e il materiale deformabile appoggiano l'uno contro l'altra con un contatto termico ottimale. 9. - Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto, che un aumento dovuto alla dilatazione termica della forza che agisce sulla parte fissa della camera viene compensato mediante una regolazione dello spostamento della parte regolabile della camera.