微注塑成型技術(shù)四大組成部分發(fā)展現(xiàn)狀分析

【亞洲注塑網(wǎng)】據(jù)了解，傳統(tǒng)的、宏觀上的注塑成型技術(shù)在理論及工藝上已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，但微注塑成型技術(shù)及其相關(guān)研究仍處于起步階段。由于微注塑成型技術(shù)的研究涉及到很多相關(guān)領(lǐng)域，如微流變學(xué)、微流體力學(xué)、微傳熱學(xué)、聚合物的微觀流動(dòng)形態(tài)學(xué)等，且這些相關(guān)領(lǐng)域的理論和技術(shù)本身都還很不成熟，因此尚未形成能夠指導(dǎo)微注塑成型技術(shù)的理論和方法。

微注塑成型技術(shù)四大組成部分發(fā)展現(xiàn)狀分析

微注塑成型技術(shù)四大組成部分發(fā)展現(xiàn)狀分析

而隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的迅猛發(fā)展，又迫切需要復(fù)雜微塑件或微注塑封裝技術(shù)在微機(jī)械系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，因此對微注塑成型技術(shù)的進(jìn)一步深入研究至關(guān)重要。與傳統(tǒng)的注塑成型技術(shù)一樣，微注塑成型技術(shù)包括微注塑成型機(jī)、微注塑成型模具、微注塑成型材料、微注塑成型工藝四個(gè)方面。以下為這四個(gè)方面的發(fā)展現(xiàn)狀：

微注塑成型機(jī)的研究現(xiàn)狀

具體的微注塑機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀前節(jié)已經(jīng)作了介紹。德國Aachen大學(xué)的IKV研究所一直從事注塑成型及其模具技術(shù)的研究，他們新近研制了一種高技術(shù)含量的微注塑成型概念機(jī)，獲得了比Microsystem50更小的注射量。這種微注塑機(jī)技術(shù)代表了目前最新的研究進(jìn)展，它仍采用螺桿預(yù)塑化和柱塞注射單元分離式設(shè)計(jì)，只是注射推桿的直徑由Microsystem50型的Ф5mm減小到Ф2mm,其注射量可在5mg-300mg范圍內(nèi)變化。

微注塑成型模具

在制造技術(shù)方面，由于微注塑成型模具的成型尺寸微小、加工精度高，傳統(tǒng)的模具制造方法已不能滿足其要求。目前主要應(yīng)用以下制造技術(shù)來加工微注塑模具。

①LIGA技術(shù)

LIGA技術(shù)起源于德國，它是1986年由德國卡魯塞爾(Karlsruhe)核技術(shù)研究中心微結(jié)構(gòu)研究所的W.Ehrfeld教授及其同事為了分離鈾同位素而首先開發(fā)出來的。LIGA技術(shù)以三個(gè)主要工藝為基礎(chǔ):射線蝕刻、電鑄成型、注塑復(fù)制。由于LIGA技術(shù)可加工任意復(fù)雜的圖形結(jié)構(gòu)，制造出具有高深寬比的超微細(xì)元件，加工精度高，可達(dá)亞微米級(jí)，因此它己經(jīng)成為微型模具制造中的一種常用方法。

②微銑削加工技術(shù)

為了提高其加工精度，研究者們在不斷地改進(jìn)傳統(tǒng)的銑削加工技術(shù)。德國亞深的Fraunhofer產(chǎn)品技術(shù)研究所(IPT)和美國Fraunhofer機(jī)械制造技術(shù)改造中心設(shè)計(jì)了一種特殊的微型銑削加工機(jī)床，該機(jī)床帶有氣動(dòng)軸承和主軸，在切削加工中，氣動(dòng)軸承和主軸傳送切削刀具的運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定，每次傳送切削刀具的步距在30納米以內(nèi)。

③激光加工技術(shù)

激光加工是一種既快捷又精密的微機(jī)械加工技術(shù)，它是一種脈沖工藝，在該工藝中光波脈沖可調(diào)至10ns-100ns.激光加工精度可達(dá)士um，制品尺寸可小至10um。激光加工技術(shù)可加工任何金屬，甚至碳鎢化合物，并能獲得很高的表面精度。

④微細(xì)放電加工技術(shù)(EDM)

美國的微型工業(yè)模具公司(MTD)功是應(yīng)用EDM技術(shù)進(jìn)行微型模具制造的先驅(qū)，該公司的數(shù)控EDM機(jī)床可以提供小至1.5um的步距進(jìn)給，使用直徑從0.25mm到25um的黃銅和鍍鋅的金屬絲。MTD曾成功地制造出一種用于生產(chǎn)的大小為1.52X0.038mm、重量只有0.13mg塑件的微型模具，該模具的澆口尺寸小至0.05mm，型芯直徑只有0.11mm。德國亞深的IPT與瑞士的Agie合作開發(fā)了直徑只有20um的金屬絲。日本東京大學(xué)開發(fā)的微細(xì)電火花加工機(jī)床可以加工5um左右的細(xì)軸和微孔。

微注塑成型材料

由于微注塑成型中流道及型腔尺寸非常微小，因此用于微注塑成型加工的材料要求具有粘度低、機(jī)械性能高、快速固化、流動(dòng)性好、固化溫度差值小、尺寸穩(wěn)定性好等性能,現(xiàn)階段常用的微注射成型聚合物原料主要有PMMA、PC、PA、POM、PSU、PEEK、LCP、PE及PA12-C等。但現(xiàn)有的聚合物材料很少能同時(shí)兼顧所有的成型與使用性能的要求,因此用具有微小尺寸的填料填充基體,通過加入特殊助劑的方法使物料更適合微注射成型。當(dāng)填料為同樣數(shù)量的超細(xì)氧化鋯粉,并在較好的充模能力與高生坯穩(wěn)定性。

微注塑成型工藝

當(dāng)微注射成型機(jī)、微注射成型模具及成型材料確定后，微注射成型工藝就成為保證微型塑件成型質(zhì)量的重要因素。與傳統(tǒng)的注射成型工藝類似，目前國內(nèi)外對微注塑成型工藝的研究也包括注射壓力、注射速度、成型溫度和時(shí)間等工藝參數(shù)，但是傳統(tǒng)注射成型的工藝條件并不完全適合于微注射成型，各工藝參數(shù)及其交互作用對成型的影響規(guī)律是目前微注射成型技術(shù)研究中的一大熱點(diǎn)。

總之，微注塑成型機(jī)發(fā)展過程很快，德國在此方面的研究起步最早，美國、日本緊隨其后。我國目前有清華大學(xué)微納米中心、上海交通大學(xué)微納米研究院、大連理工大學(xué)精密與特種加工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院力學(xué)所和中南大學(xué)模具技術(shù)研究所對流體流動(dòng)行為、微流體實(shí)驗(yàn)技術(shù)及微注塑成型機(jī)理進(jìn)行了一些卓有成效的研究探討;蘇州大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)等一些高校也正在進(jìn)行一些相關(guān)研究。