微型注塑机的发展 - SUSTC-XLAB/MiniFactory GitHub Wiki

微型化发展

随着科学技术的进步，产品不断向微型化方向发展，因为产生了新世纪产业需求的微机电系统技术。2002年全世界在这一领域创造出450亿美元的产值，其主要产品在广电通讯、影像传输、生化医疗、信息存储、精密机械等应用领域扮演着重要角色。为了能够生产具有实用价值的微细组建，许多新兴制造技术随之产生，包括光刻，电铸及脱模技术（LIGA）、紫外光蚀刻技术（UV）、放电加工（EDM）、微注射成型、精密切削等。其中，微注射成型技术以容易实现低成本大规模生产具有精密微细结构零件的优点成为世界制造技术的研究热点之一。

成品质量以毫克为计算单位，成品几何尺寸以微米为度量单位的微注射成型技术，始于20世纪80年代末，是一门新兴先进制造技术，同传统的、常规的注射成型技术相比，其对成型材料、成型工艺以及成型设备等方面都提出了不同要求。许多现有的、成熟的注射成型技术和理论并不适用于微型注射成型技术，必须在理论和实践上对微注射成型工艺的技术特点进行系统和彻底的研究与探讨。

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微注射成型机的特殊要求

微注射成型技术发展之初，并未有专用注射成型机用于微型零件制造。生产实际中，通常采用传统的中、大型注射成型机配合多模腔模具设计实现零件制备，这不仅对模具的流道平衡设计要求很高，而且零件的成型品质也难以控制。因此，需要专用的注射成型机适应零件微型化和高精度的要求，与传统注射成型技术性比，微型注射成型技术对生产设备有许多特殊要求，主要表现为以下几个方面：

高注射速率：微型注射成型零件质量、体积微小，注射过程要求在短时间内完成，以防止熔料凝固而导致零件欠注，因此成型时要求注射速度高。传统的液压驱动式注射成型机的注射速度为200 mm/s，电气伺服马达驱动式注射成型机的注射速度为600 mm/s，而微注射成型工艺通常要求聚合物熔料的注射速度达到800 mm/s以上，利用聚合物熔体的剪切变稀原理，以高注射速度降低熔体的黏度，使其顺利充填微尺度型腔。
精密注射量计算:微注射成型零件的质量仅以毫克计算，因此微注射成型机需要具备精密计算注射过程中一次注射的控制单元，其质量控制精度要求达到毫克级，螺杆行程精度要求达到微米级。而传统注射成型机通常采用直线往复螺杆式注射结构，注射控制量误差相对较大，无法满足微注射成型的微米控制要求，对零件成型品质的影响较大，
快速反应能力：微注射成型过程中注射量相对微小，相应注射设备的螺杆/柱塞的移动行程也相当微小，因此要求微注射成型机的驱动单元必须具备相当快的反应速度，从而保证设备能在瞬间达到所需注射压力。

微型注射及的分类

按驱动方式分类，可分为液压/气压式驱动，全电式驱动和电液复合式驱动。液压/气压式驱动及塑化单元和注射单元的旋转/往复运动均靠液压/气压系统来驱动，其优点是所能达到的注射压力和注射速度高，可以满足微注射成型工艺的要求；缺点是控制精度较差。全电式驱动即设备所有单元均采用伺服电击驱动，其优点是控制精度高，反应速度快，对环境污染小；缺点是伺服电机输出的推力有限，所能达到的注射压力和速度不高。电液复合式驱动即将液压式驱动的高注射压力、注射速度与全电工驱动的精确控制和快速反应相结合，作为系统的驱源。

按塑化和注射单元的结构设计分类，可分为螺杆式、柱塞式、螺杆柱塞混合式及其他特殊形式。

微注射成型机的发展趋势

微注射成型机是注射成型设备发展的一个新方向，开创了微细结构零件和系统制造研究的新途径，其突出优点就是能够实现高精度、高精细零件的大批量、低成本生产。对于螺杆式微注射成型机，其塑化、计量和注射均由一组螺杆完成，所以结构简单，易于控制。其不足之处在于由于螺杆前端的止逆环结构，使得设备对一次注射量的控制精度较差，并且增加了材料在注射料筒中降解的几率，影响零件成型质量的稳定性。对于柱塞式微注射成型机，虽然其对注射量的控制精度较螺杆式高，但是其塑化量小，混料性能差，材料的塑化品质较螺杆式差，不利于成型表面质量和光学特性要求较高的零件。而螺杆柱塞混合式微注射成型机，则综合了柱塞式和螺杆式的优点，以螺杆作为塑化单元，柱塞作为计量和注射单元，使微注射成型的控制精度和零件的成型品质均有明显提供，但是通常其结构较为复杂，控制和维护较柱塞式和螺杆式繁琐。

上述各种不同原理的微注射成型机有着不同的性能指标，适合不同微细结构零件的需求。因此要根据具体的微细结构零件的成本、尺寸和质量等各方面因素综合考虑选择配置适当的微注射成型机。但是，由于微注射成型技术是新兴的技术领域，许多基础理论还不够完善，微注射成型工艺也不够成熟，还需要进一步探索和研究。同时，随着机电一体化技术、计算机网络技术等相关技术的不断发展，为为注射成型机的开展提供许多新思路和新方向。因此，微注射成型机的进一步发簪还面临着许多挑战，主要表现在驱动方式、塑化方式、注塑材料、产品性能测试、设备智能化、网络化。

展望

微注射成型机的发展建立在机电技术和注射成型技术的发展基础上，以微注射成型产品的需求为驱动力。从目前为注射成型机研究状态看，未来一段时间关于为注射成型的研究发展趋势可能体现在以下的方面

1.对设备的驱动方式进行进一步研究，开发高精度、高灵敏度和高推力、低成本的驱动设备和方式

2.探索新的材料塑化方式，解决现有塑化方式带来的诸多问题，达到高洁、高效塑化注射材料的目的

3.进一步完善新材料的为注射成型工艺研究，发展适用于多种成型材料的微注射成型机。

4.微注射成型机的高精度、高效率产品检测单元的探索，为微注射成型机提供可靠的性能测试和评价标准

5.智能化和网络化微注射成型要的开发应用研究，使微注射成型机在计算机和网络的帮助下实现多元控制和远程在线控制生产

微注射成型机的研究发展历史并不长，但它使一个极具发展潜力的技术领域，开展这一领域不仅可以带动传统注射成型技术的发展，同时也可以促进精细微结构制品的制造和应用。