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　　導(dǎo)語

　　微注射成型點(diǎn)擊認(rèn)領(lǐng)開放分類：技術(shù)微注射成型的提出源于1985年，微注射成型(也稱微成型)用于生產(chǎn)總體尺寸、或特征功能區(qū)、或公差要求以毫米甚至微米計(jì)的制品。隨著高技術(shù)和精密技術(shù)的快速發(fā)展，在光通信、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、醫(yī)療技術(shù)、生物技術(shù)、傳感器和傳動(dòng)裝置、微光學(xué)器件、電子和消費(fèi)類產(chǎn)品，以及設(shè)備制造和機(jī)械工程等領(lǐng)域中，微注射成型制品呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的需求。

　　微注射成型 - 簡(jiǎn)介

微齒輪

　　微注射成型的提出源于1985年，微注射成型(也稱微成型)用于生產(chǎn)總體尺寸、或特征功能區(qū)、或公差要求以毫米甚至微米計(jì)的制品。隨著高技術(shù)和精密技術(shù)的快速發(fā)展，在光通信、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、醫(yī)療技術(shù)、生物技術(shù)、傳感器和傳動(dòng)裝置、微光學(xué)器件、電子和消費(fèi)類產(chǎn)品，以及設(shè)備制造和機(jī)械工程等領(lǐng)域中，微注射成型制品呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的需求。典型例子包括：手表和照相機(jī)部件，汽車撞擊、加速和距離傳感器，硬盤和光盤驅(qū)動(dòng)器讀寫頭，醫(yī)療傳感器，微型泵，小線軸，高精度齒輪、滑輪和螺旋管，光纖開關(guān)和接插件，微電機(jī)，外科儀器和通訊制品等。 由于制品的微型特征，因此需要特殊的成型機(jī)械和輔助設(shè)備來完成各種生產(chǎn)操作，如：注射量控制、模具排空(真空)、注射工藝、制品頂出、分離、檢驗(yàn)、存放、定位和包裝。另外模具嵌件和模腔制造也需要特殊的技術(shù)。

　　微注射成型 - 分類

　　盡管微注射成型的方法并沒有清楚定義，但一般認(rèn)為應(yīng)用于生產(chǎn)以下三類產(chǎn)品或部件的工藝可稱為微注射成型。

　　1、 重幾微克到幾分之一克，尺寸可能在微米(mm)級(jí)的微注塑成型制品，如微齒輪、微操縱桿等。圖1是德國(guó)Hengstler公司用聚醚酰亞胺制得的微齒輪，齒輪軸孔直徑和齒廓寬度均小于1mm。

聚碳酸酯小透鏡

　　2、 傳統(tǒng)尺寸的注射成型制品，但具有微結(jié)構(gòu)區(qū)域或特征功能區(qū)，例如：帶有數(shù)據(jù)點(diǎn)隙的光盤、具有微表面特征的透鏡、使用塑料薄片技術(shù)制造微齒輪的薄片等。圖2和圖3是聚碳酸酯小透鏡和透明小齒輪。注意齒輪表面布有寬度小于1mm的同心圓，用于后續(xù)制作計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)區(qū)。

　　3、可具有任意尺度，但尺寸公差在微米級(jí)的高精度制品，例如光纖技術(shù)用接插件等。圖4是一種汽車用微卡子，卡體采用聚甲醛(POM Delrin)，卡體尾片厚度為700mm。為減輕運(yùn)行時(shí)卡體振動(dòng)，采用第二臺(tái)注射機(jī)和旋轉(zhuǎn)模具，在卡體中部共注射一小塊彈性體，材料為PE-PA共聚物。

　　微注射成型 - 設(shè)備要求

透明小齒輪圖冊(cè)

　　為滿足微注射成型的特殊需求，采用專門設(shè)計(jì)的設(shè)備和模具至關(guān)重要。一般來說，應(yīng)考慮以下要求：

　　1、應(yīng)采用小型塑化裝置，螺桿直徑在12～18mm范圍內(nèi)，且螺桿長(zhǎng)度較短，L/D比值大約為15，以避免長(zhǎng)停留時(shí)間引起材料降解。

　　2、精確的注射量控制和理想的注射速度。為此，機(jī)器有時(shí)裝備有分離的計(jì)量和注射用的柱塞和螺桿。其目的在于準(zhǔn)確計(jì)量注射量和消除由于傳統(tǒng)注射螺桿的分流和死角造成的與材料降解相關(guān)的問題。

　　3、可進(jìn)行多重控制。比如既可根據(jù)螺桿位置，又可根據(jù)模腔壓力進(jìn)行從充模到保壓的轉(zhuǎn)換。

　　4、 模溫可調(diào)，有能力將模具壁溫升高到一定水平，有時(shí)略高于聚合物熔融溫度，以避免超薄部分的早期固化。若微注射成型制品的壁厚小于5mm，須具備模具抽空能力，因?yàn)檫@種情況下壁厚與空氣逃逸的氣孔尺寸處于同一數(shù)量級(jí)。

　　5、推薦采用開關(guān)型噴嘴，以避免由于高加工溫度造成熔體流涎。

汽車用微卡子

　　6、精確定位和輕柔的模具開關(guān)速度以避免精巧的微注射成型件發(fā)生變形。

　　7、采用特殊操作技術(shù)取出成型件，進(jìn)行檢驗(yàn)和包裝。由于微注射成型制品的尺寸和重量與傳統(tǒng)制品存在著顯著差異，故必須采取一些特定步驟以保證制品正確頂出。例如可在注射機(jī)上安裝顯示系統(tǒng)以確認(rèn)微型制品的頂出。此外可使用吸力墊取出制品，它可以使制品保持分離和定向，便于質(zhì)量控制和包裝，或者使用靜電力或吹出等。對(duì)微注射成型制品，傳統(tǒng)的質(zhì)量控制方法如測(cè)量制品重量不再適用。新的質(zhì)量控制技術(shù)使用視頻監(jiān)視系統(tǒng)來區(qū)分合格和不合格制品。

　　8、盡可能就地準(zhǔn)備干凈封閉場(chǎng)所或?qū)訝钪苻D(zhuǎn)箱，以避免污染微注射成型件。微注射成型制品通常是組裝件的一部分，因此將它們按一定方向包裝，準(zhǔn)備進(jìn)行后續(xù)的裝配。

　　為此，若采用現(xiàn)代化的傳統(tǒng)成型機(jī)械生產(chǎn)，必須按上述要求進(jìn)行改裝，以滿足微注射成型的特殊需要。然而隨著制品體積和注射量的減小，傳統(tǒng)注射機(jī)不再是一種經(jīng)濟(jì)上可行的解決方案。許多種類“微注射機(jī)”因此被開發(fā)出來并投入了商業(yè)應(yīng)用。Babyplast公司最新研制的一種微型注塑機(jī)。其中塑化單元和注射單元分離，均采用液壓驅(qū)動(dòng)活塞式擠出機(jī)，活塞直徑10～18mm。斜上方的塑化單元采用的是金屬球塑化系統(tǒng)，避免了螺桿塑化的強(qiáng)剪切和強(qiáng)生熱造成的材料降解。注塑料室容積僅15cm3，縮短了物料的高溫滯留時(shí)間。機(jī)器總功率3kW，凈重150kg。

　　微注射成型 - 加工制造

　　微注射成型模具的加工可以采用傳統(tǒng)的加工方法，如各種機(jī)械加工方法和電火花加工(EDM)。但是隨著模具嵌件和模腔尺寸的減小，傳統(tǒng)方法很快達(dá)到了它們的加工極限。微電子領(lǐng)域的一些技術(shù)已被用于微注射成型模具嵌件和模腔的制造。一種常用方法是LIGA技術(shù)，它是x-射線深層光刻，電鑄(電鍍)和注射成型復(fù)制的德文單詞縮寫。其他工藝包括：微切削、超精密加工、激光加工和微EDM技術(shù)等。

　　微注射成型 - 工藝特征

　　微注射成型制品的主要特征是尺寸小，形狀特殊，功能區(qū)復(fù)雜。一般來說其大小在幾微米到幾厘米數(shù)量級(jí)，長(zhǎng)寬比在1到100之間，個(gè)別功能區(qū)要求高強(qiáng)度、高光潔度、高透明性等。為了使這些特征能夠以高重現(xiàn)度復(fù)制，工藝上必須滿足一些特殊要求。具體地說，為保證能夠正確充模，需要高注射速度和高注射壓力(達(dá)數(shù)百至數(shù)千kg/cm2)，料溫在允許范圍內(nèi)盡可能取高的熔體溫度，模具壁溫也應(yīng)控制在高端。為獲得足夠大的注射量需要使用大流道和大澆口，這樣能保證聚合物在流動(dòng)過程中可靠地控制和切換，以避免材料降解。模具需要特殊的分置的加熱和冷卻系統(tǒng)，以便動(dòng)態(tài)控制模具溫度。例如：充模時(shí)要求模溫高而冷卻時(shí)希望模溫低，因此工藝控制需使用兩個(gè)不同溫度的油路，分別在充模和冷卻階段加熱和冷卻模具。為控制生產(chǎn)工藝以及有效處理和包裝微注射成型制品，模具應(yīng)有改進(jìn)的模具傳感器、高精度模具導(dǎo)向裝置、模具抽空系統(tǒng)、集成流道采集器和用于制品取出的機(jī)械手、自動(dòng)澆口切除系統(tǒng)，以及在每個(gè)周期激活的模具清洗系統(tǒng)等，這些裝備對(duì)微注射成型制品的正確生產(chǎn)和采集都是至關(guān)重要的。 從材料角度看，很多適用于宏觀成型的材料都可以用于微成型。微注射成型材料包括：聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、尼龍(PA)、液晶聚合物(LCP)、聚醚酰亞胺(PEI)和硅橡膠。涉及反應(yīng)注射的也曾應(yīng)用過以丙烯酸、丙烯酰胺和硅氧烷為基礎(chǔ)的材料。

　　微注射成型 - 優(yōu)點(diǎn)

　　微注射成型的模具除尺寸明顯小于傳統(tǒng)模具尺寸外，還具有以下特點(diǎn)：因尺寸小，使型腔數(shù)目減少，有利于改善模具的平衡性，提高產(chǎn)品外觀尺寸精確性;因尺寸小，更容易控制模溫的穩(wěn)定，符合精密成型要求，也節(jié)約了模具加熱/冷卻所需的能量;推薦采用熱流道系統(tǒng);模具成本低，開發(fā)周期短。微注射成型的目的是生產(chǎn)微型制品，因此與其它宏觀注射成型工藝不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，這是它的優(yōu)點(diǎn)之一。在各種微成型工藝中，注射成型工藝還具有其他一些優(yōu)勢(shì)，如：它可以借鑒傳統(tǒng)塑料加工技術(shù)長(zhǎng)期積累的豐富經(jīng)驗(yàn)、具有標(biāo)準(zhǔn)化的工藝程序、高自動(dòng)化程度以及短生產(chǎn)周期等，因此注射成型工藝是各種微成型工藝發(fā)展最快的技術(shù)。

　　微注射成型 - 缺點(diǎn)

　　微注射成型的主要工藝缺點(diǎn)有：流道體積大，有時(shí)流道內(nèi)物料可能占到總注射重量的90%。而且對(duì)于微注射制品應(yīng)用而言，流道內(nèi)的材料大多數(shù)情況下是不能回收再用的，材料浪費(fèi)較嚴(yán)重。另外由于微注射制品的表面/體積比通常很高，模具在注射過程中必須加熱到熔融溫度以上以防止早期固化，使得生產(chǎn)周期延長(zhǎng)。