浅谈微注塑成型模具制造技术的发展及特点

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1、浅谈微注塑成型模具制造技术的发展及特点　　随着20世纪80年代后期微机械电子系统（MEMS）等新兴学科的兴起，工业产品的设计和制造呈现微型化、轻量化、精密化的发展趋势。聚合物材料因具有密度小、比刚度和比强度高、生物相容性好等其他材料不可比拟的优势，逐渐成为微小工业产品的主要成型材料之一。光学装置、电子产品、通信设备、医疗器械等对聚合物制品提出了微型化的要求，聚合物微成型技术应运而生。微注塑成型技术，具有成型制件效率高、尺寸与质量一致性好等特点。可以满足各类微小装置或器件对复杂塑件的需求。微塑件既可作为微结构件在微机电系统中发挥重要功能作用，还可以将各种微小尺寸的元器件通过聚合物注

2、塑封装成一体，简化系统整体或部分装配工艺。微注塑成型方法与其他聚合物成型方法相比，主要优势是高生产效率和低制造成本。　　微模具是微注塑成型的核心，其机械精度直接决定了注塑件的质量，而微模具的成本和寿命则是影响大批量注塑生产的关键因素，微注塑过程的模温控制、排气控制、塑件顶出等设计也与微模具结构密不可分。　　聚合物微成型技术是采用模塑成型方法高效率、高精度、低成本、批量生产聚合物微制品的成型技术，主要包括微注射成型技术、微热压成型技术和微挤出成型技术等。目前，对于聚合物微成型尚未形成统一的定义和分类，主要通过其成型的微制品进行定义和分类。广义上讲，聚合物微制品包括以下3种类型：5　

3、　（1）制品体积或质量微小，整体尺寸小于1mm，如微机械系统中使用的微齿轮、微透镜、微螺栓螺母等。　　（2）制品整体尺寸在毫米和厘米量级，但表面具有微细特征结构，如光学、生化医疗领域使用的导光板、微光栅、微流控芯片、介入导管等。　　（3）制品整体尺寸和特征尺寸均无限制，但局部尺寸精度在微米量级，如聚合物高精度非球面镜片等。微成型模具是成型上述微制品的重要装备，其设计的合理性和加工质量直接决定了微制品的成型质量。　　聚合物微成型模具的型腔或流道尺寸跨越宏―微观尺度范围，受到尺度效应的影响，成型过程中熔体的流动、传热都与宏观尺度下不同；对模具型腔的通气、排气、微小制品的脱模取件等有特

4、殊要求，传统的模具设计理论和方法在微成型模具设计中不再完全适用，因此微成型模具的设计已成为国内外研究的热点和难点。　　微注塑成型模具的特点：近年来，关于微注塑模具制造技术的研究受到广泛关注。一般认为微模具应符合以下特征：其应用对象的整体尺寸或局部尺寸小于1mm；微模具微细尺寸从几微米到几百微米；微模具表面粗糙度值在0.1μm以下。随着微加工和精密加工的发展，微模具的概念也不断向前演变。目前，采用LIGA制造的微注塑模具已可用来生产质量小于1mg或者局部结构化面积只有几平方微米的极微小型注塑制品。　　微注塑成型模具制造技术：5　　1、微注塑成型模具组成。微注塑模具由模架部分和型芯组

5、成，二者可以制作为一体，也可以分别加工，然后通过螺纹或过盈配合连接，称为镶块式微模具。后者更有利于拆卸更换和零部件的重复利用，同时也能够发挥不同加工方法的优势。对于镶块式微模具，其模架材料多选择优质模具钢，可以根据注塑机尺寸选定标准模架再加工，在模架上通常设置有热流道、浇口、冷水道、真空排气槽、顶出塑件机构等。模架上不含要复制的微细结构，采用机械加工方法就能满足一般精度要求。镶块式微模具中，用于复制的微结构部分镶嵌在模架中，称为型芯，有些文献也称之为镶块。微注塑工艺要求型芯尺寸精度高、耐高温、耐冲击、耐疲劳、并且能与模架机构和特征位置相配合。根据型芯所用材料可以将微注塑型芯分为金

6、属微型芯和非金属微型芯。　　2、金属材料微型芯加工。通常考虑热膨胀系数小、弹性系数大的材料作为制作微注塑型芯或整体模具材料。在微注塑起步阶段，人们多选择耐热和耐冲击的金属材料制作整体模具或模具型芯，如钢、铝合金、镍、铍铜合金等。适用于这些材料的加工方法可分为去除材料成型和堆积材料成型。　　微成型模具的精密制造是成型高质量聚合物微制品的技术保证。传统加工方法可以实现微成型模具部分零部件的加工，但难以加工具有微细三维结构的成型零件，而微细加工技术为微成型模具微细结构的加工提供了条件。微细加工技术是指制造微小尺寸制品或结构的生产加工技术，可以分为以下3种类型：3种类型：（1）在传统加工

7、方法上发展起来的微机械加工技术，如微车削、微铣削、微磨削技术等。（2）在特种加工方法上发展起来的微细特种加工技术，如微细电火花加工、微细电化学加工、微细高能束加工、微细电铸加工、水射流微细切割技术等。（3）基于LIGA的加工技术如LIGA、UV-LIGA、电子束LIGA和激光LIGA5技术等。微细加工技术的选择主要取决于加工尺寸、表面质量、深宽比和经济条件等。微成型模具存在跨尺度的几何尺寸，局部特征尺寸微小，几何精度和装配精度要求极高，因此制造微成型模具关键零部件可能需要结合多种