マイクロ押し出し

マイクロ押し出しは、サブミリメートルの範囲で実行されるマイクロ成形押し出しプロセスです。押し出しと同様に、材料はダイの開口部に押し出されますが、結果として得られる製品の断面は1 ミリメートル四方に収まります。マイクロ成形が 1990 年に構想されて以来、いくつかのマイクロ押し出しプロセスが開発されてきました。^{[1] [2] [3]}最初に導入されたのは、前方 (ラムとビレットが同じ方向に移動する) および後方 (ラムとビレットが反対方向に移動する) のマイクロ押し出しで、後に前方ロッド - 後方カップおよびダブルカップ押し出し方法が開発されました。^{[2] [4]}方法に関係なく、成功するマイクロ押し出し機を作成するための最大の課題の 1 つは、ダイとラムの製造です。「ダイとラムの小さなサイズと厳しい精度要件には、適切な製造プロセスが必要です。」^[2]さらに、フーとチャンが2013年の最先端技術レビューで指摘したように、マイクロ押し出しやその他のマイクロ成形技術をより広く導入するには、変形荷重と欠陥、成形システムの安定性、機械的特性、結晶（粒子）構造と境界に対するその他のサイズ関連の影響など、いくつかの問題を解決する必要があります。^{[2] [3]}

マイクロ押し出しは、1990 年代初頭にはまだ初期段階にあった科学であるマイクロ成形から派生したものです。2002 年に、エンゲルらは、ビレットのせん断の限界やツールの製造と取り扱いの難しさを理由に、その時点までにマイクロ深絞りおよび押し出しプロセスに関する研究実験はわずかしか行われていないと述べました。 ^[1] 2000 年代半ばから後半にかけて、研究者はビレットの流れ、界面摩擦、押し出し力、サイズ効果 (「ワークピースまたはサンプルの寸法が縮小されたときに発生する、予測された結果からの偏差」) などの問題に取り組んでいました。^[2]最近では、超微粒子材料をより高い形成温度で使用し、プロセスに超音波振動を適用する研究により、科学がさらに進歩しました。^{[3] [4]}しかし、マイクロフォーミングやマイクロ押し出し技術を用いたピン、ネジ、ファスナー、コネクタ、ソケットなどのマイクロパーツの大量生産が実現する前に、ビレットの製造、輸送、位置決め、排出に関するさらなる研究が必要である。^{[3] [4]}

マイクロ押し出し技術は、バイオセラミックやプラスチックの押し出し、生体吸収性ステントから制御薬物放出システムまで、吸収性およびインプラント 医療機器の部品の製造にも応用されている。^{[5] [6]}

通常のマクロレベルの押し出しと同様に、同様のマイクロ押し出しプロセスが長年にわたっていくつか説明されてきました。最も基本的なプロセスは、前方（直接）および後方（間接）マイクロ押し出しでした。前方マイクロ押し出しでは、ラム（ビレットを前方に推進する）とビレットの両方が同じ方向に移動しますが、後方マイクロ押し出しでは、ラムとビレットが反対方向に移動します。これらは、マイクロビレット、真鍮マイクロピン、マイクロギアシャフト、マイクロコンデンサーの製造などの特殊なアプリケーションに適用されています。^{[2] [4]}ただし、前方ロッド-後方カップ押し出しやダブルカップ（1つは前方、もう1つは後方）押し出しなど、他のプロセスもマイクロ押し出しに適用されています。^[4]

マイクロ押し出しが他の製造プロセスより優れている点としては、非常に複雑な断面を作成できること、化学的性質を維持できること、物理的性質を調整できること、繊細で物理的または化学的性質に依存する材料を処理できることなどが挙げられます。^{[2] [3] [5] [6]}しかし、マイクロ押し出しにはいくつかの制限があり、主に比較的新しいプロセスの改善の必要性に関連しています。DixitとDasは2012年に次のように説明しています。

物体の寸法が縮小し、幾何学的複雑さが増すにつれて、現在利用可能な技術やシステムでは開発ニーズを満たせない可能性があります。新しい測定装置、原理と計測機器、許容差ルール、手順を開発する必要があります。さまざまな材料とその特性/界面特性（微細構造やサイズ効果を含む）に関する詳細な情報を含む材料データベースは、製品の革新とプロセス設計に非常に役立ちます。マイクロ/ナノ摩耗とマイクロ製造ツールの損傷/故障に関するさらなる研究が必要です。マイクロレベルでのさまざまな種類の材料の成形限界を規定する必要があります。エンジニアリングアプリケーションと要件を満たすために、マイクロ成形用に縮小された機械の設計には、より具体的な考慮事項を組み込む必要があります。^[2]

• Fu , MW; Chan , WL (2013). 「最先端のマイクロフォーミング技術のレビュー」。International Journal of Advanced Manufacturing Technology。67 ( 9): 2411–2437。doi :10.1007/s00170-012-4661-7。
• Fu, MW; Chan, WL (2014)。「第 4 章: マイクロ成形プロセス」。マイクロ成形によるマイクロスケール製品の開発: 変形挙動、プロセス、ツール、およびその実現。Springer Science & Business Media。pp. 73–130。ISBN 9781447163268。