微注射成型機(jī)的研制發(fā)展歷史并不長(zhǎng)，但它是一個(gè)極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)領(lǐng)域航夺，開(kāi)展這一領(lǐng)域的研究不僅可以帶動(dòng)傳統(tǒng)注射成型技術(shù)的發(fā)展奥邮，同時(shí)也可以促進(jìn)精細(xì)微結(jié)構(gòu)制品的制造和應(yīng)用。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步枫弟，產(chǎn)品不斷向微型化方向發(fā)展邢享，因而產(chǎn)生了新世紀(jì)產(chǎn)業(yè)需求的微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)。2002年全世界在這一領(lǐng)域創(chuàng)造出450億美元的產(chǎn)值淡诗，其主要產(chǎn)品在光電通訊骇塘、影像傳輸、生化醫(yī)療韩容、信息存儲(chǔ)款违、精密機(jī)械等應(yīng)用領(lǐng)域扮演著重要角色。為了能夠生產(chǎn)具有實(shí)用價(jià)值的微細(xì)組件群凶，許多新興制造技術(shù)隨之產(chǎn)生奠货，包括光刻，電鑄及脫模技術(shù)(LIGA)座掘、紫外光蝕刻技術(shù)(UV)递惋、放電加工(EDM)、微注射成型驳疚、精密磨削和精密切削等炬伶。其中，微注射成型技術(shù)以容易實(shí)現(xiàn)低成本大規(guī)模生產(chǎn)具有精密微細(xì)結(jié)構(gòu)零件的優(yōu)點(diǎn)成為世界制造技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一贞触。

　　成品質(zhì)量以毫克為計(jì)算單位吻拼，成品幾何尺寸以微米為度量單位的微注射成型技術(shù)，始于20世紀(jì)80年代末吗屏，是一門(mén)新興先進(jìn)制造技術(shù)局权，同傳統(tǒng)的、常規(guī)的注射成型技術(shù)相比，其對(duì)成型材料拒徐、成型工藝及成型設(shè)備等方面都提出了不同要求硅盹。許多現(xiàn)有的、成熟的注射成型技術(shù)和理論并不適用于微注射成型技術(shù)莽每，必須在理論和實(shí)踐上對(duì)微注射成型工藝的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)和徹底的研究與探討又竞。

　　1.微注射成型機(jī)的特殊要求

　　微注射成型技術(shù)發(fā)展之初，并未有專(zhuān)用注射成型機(jī)用于微型零件制造辖备。生產(chǎn)實(shí)際中咸唇，通常采用傳統(tǒng)的中、大型注射成型機(jī)配合多模腔模具設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)零件制備拷泽，這不僅對(duì)模具的流道平衡設(shè)計(jì)要求很高疫鹊，而且零件的成型品質(zhì)也難以控制。因此司致，需要專(zhuān)用的注射成型機(jī)適應(yīng)零件微型化和高精度的要求拆吆，與傳統(tǒng)注射成型技術(shù)相比，微注射成型技術(shù)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備有許多特殊要求蚌吸，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

　　(1)高注射速率：微注射成型零件質(zhì)量锈拨、體積微小砌庄，注射過(guò)程要求在短時(shí)間內(nèi)完成羹唠，以防止熔料凝固而導(dǎo)致零件欠注，因此成型時(shí)要求注射速度高娄昆。傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動(dòng)式注射成型機(jī)的注射速度為200mm/s佩微，電氣伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)式注射成型機(jī)的注射速度為600mm/s，而微注射成型工藝通常要求聚合物熔體的注射速度達(dá)到800mm/s以上萌焰，利用聚合物熔體的剪切變稀原理哺眯，以高注射速度降低熔體的黏度，使其順利充填微尺度型腔篱瀑。

　　(2)精密注射量計(jì)量：微注射成型零件的質(zhì)量?jī)H以毫克計(jì)量止槽，因此微注射成型機(jī)需要具備精密計(jì)量注射過(guò)程中一次注射的控制單元，其質(zhì)量控制精度要求達(dá)到毫克級(jí)送县，螺桿行程精度要達(dá)到微米級(jí)揍久。而傳統(tǒng)注射成型機(jī)通常采用直線(xiàn)往復(fù)螺桿式注射結(jié)構(gòu)，注射控制量誤差相對(duì)較大桌偎，無(wú)法滿(mǎn)足微注射成型的微量控制要求迁耘，對(duì)零件成型品質(zhì)的影響較大。

　　(3)快速反應(yīng)能力：微注射成型過(guò)程中注射量相當(dāng)微小徊岂，相應(yīng)注射設(shè)備的螺桿/柱塞的移動(dòng)行程也相當(dāng)微小粤未，因此要求微注射成型機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元必須具備相當(dāng)快的反應(yīng)速度，從而保證設(shè)備能在瞬間達(dá)到所需注射壓力。

　　2.微注射成型機(jī)的分類(lèi)

　　針對(duì)傳統(tǒng)注射成型機(jī)在微注射成型領(lǐng)域中的應(yīng)用局限性缚袒，進(jìn)入20世紀(jì)90年代付找，歐洲、日本和美國(guó)的一些公司與科研機(jī)構(gòu)合作開(kāi)發(fā)了各類(lèi)型專(zhuān)用微注射成型機(jī)(通常鎖模力＜15t)苛瞬，目前國(guó)外主要設(shè)備供應(yīng)廠商包括Nissei许起、Dr.Boy、Battenfeld菩鲜、MCP园细、Babyplast、高橋等接校。微注射成型機(jī)的主要功能通常包括塑化猛频、計(jì)量和注射三部分，可以通過(guò)各部分的驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)蛛勉，也可以通過(guò)各部分的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分類(lèi)鹿寻。

　　按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)，可分為液壓/氣壓式驅(qū)動(dòng)诽凌、全電式驅(qū)動(dòng)和電液復(fù)合式驅(qū)動(dòng)毡熏。液壓/氣壓式驅(qū)動(dòng)即塑化單元和注射單元的旋轉(zhuǎn)/往復(fù)運(yùn)動(dòng)均靠液壓/氣壓系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是所能達(dá)到的注射壓力和注射速度高侣诵，可以滿(mǎn)足微注射成型工藝的要求痢法；缺點(diǎn)是控制精度較差。全電式驅(qū)動(dòng)即設(shè)備所有單元均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)杜顺，其優(yōu)點(diǎn)是控制精度高财搁，反應(yīng)速度快，對(duì)環(huán)境污染星洳拧蝉丧；缺點(diǎn)是伺服電機(jī)輸出的推力有限，所能達(dá)到的注射壓力和速度不高本博。電液復(fù)合式驅(qū)動(dòng)即將液壓式驅(qū)動(dòng)的高注射壓力就留、注射速度與全電工驅(qū)動(dòng)的精確控制和快速反應(yīng)相結(jié)合，作為系統(tǒng)的驅(qū)源何大。

　　按塑化和注射單元的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分類(lèi)拭奖，可分為螺桿式、柱塞式删摸、螺桿柱塞混合式及其他特殊形式莉紊。

　　2.1螺桿式

　　微注射成型機(jī)的塑化、計(jì)量和注射均由一組螺桿完成攀誓，各單元旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)均在一條軸線(xiàn)上幼潮，構(gòu)造簡(jiǎn)單恤仁，容易控制。但是由于螺桿前端的止逆環(huán)結(jié)構(gòu)坯苹，設(shè)備對(duì)一次注射量的控制精度較差隆檀。此類(lèi)微注射成型機(jī)的代表型號(hào)有德國(guó)Dr.BOY公司的BOY12A，日精樹(shù)脂工業(yè)株式會(huì)社的HM7-DENKEY粹湃，樹(shù)研工業(yè)的JMW-015S-5T及東芝的EC5恐仑。

　　2.2 柱塞式

　　微注射成型機(jī)包括單一柱塞型和柱塞-柱塞型兩種，單一柱塞型將粒狀或粉狀的塑料向前推送为鳄，繞經(jīng)一魚(yú)雷狀分流梭裳仆，經(jīng)由噴嘴注入模腔，分流梭的功能是將塑料分散于管內(nèi)部表層孤钦，使塑料更容易塑化歧斟；而柱塞-柱塞型是由兩組柱塞分別完成塑化和計(jì)量注射功能。該型微注射成型機(jī)通常塑化量較小偏形，塑化的品質(zhì)不高静袖，混料性能也較差。其代表機(jī)型有西班牙Cronoplast公司的Babyplast6/10俊扭，英國(guó)MCP公司的Rabbit2/3和美國(guó)Medical Murray公司的Sesame队橙。

　　2.3 螺桿柱塞混合式

　　微注射成型機(jī)以螺桿作為塑化單元，完成混料與塑化贝泞，以小直徑柱塞配合伺服馬達(dá)與控制器作為微注射單元淮辕，完成精密計(jì)量與注射，該微注射成型機(jī)又可按塑化計(jì)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分為二段計(jì)量式和三段計(jì)量式兩種肚浴。

　　(1)二段計(jì)量式：塑化螺桿先將塑料塑化并進(jìn)行粗計(jì)量掷佑，然后送至注射室中苇恤，再由小直徑柱塞進(jìn)行精密計(jì)量和注射淡碟，此類(lèi)微注射成型機(jī)的代表型號(hào)有英國(guó)MCP公司的12/90HSP，日本Sodick公司的TR18S3A供窝，日精樹(shù)脂株式會(huì)社的Au3E和田瑞公司的EPOCH SHOT7一步。

　　(2)三段計(jì)量式：塑化螺桿將塑料塑化并進(jìn)行粗計(jì)量后，送入第一段計(jì)量室百涕，由第一段計(jì)量柱塞計(jì)量后率满，注射送入第二段計(jì)量室，再由第二段計(jì)量柱塞作精密計(jì)量后進(jìn)行注射斩角。該型微注射成型機(jī)的代表機(jī)型有Battenfeld公司的Microsystem50和德國(guó)Ferromatik Milacron公司與亞琛大學(xué)IKV研究所合作改進(jìn)的FX25夷呐。

　　2.4 其他特殊形式

　　德國(guó)Ettlinger公司的注射機(jī)有一個(gè)同軸螺桿/柱塞復(fù)合式注射單元，可以生產(chǎn)0.1-5.0g的塑料零件伶丐，該型機(jī)構(gòu)的突出特點(diǎn)是采用直接注射成型悼做，通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的針式噴嘴將熱流道系統(tǒng)集成到注射機(jī)中，使得微注射成型過(guò)程能夠采用無(wú)流道模具，節(jié)省了材料肛走，縮短了成型周期漓雅。

　　3.微注射成型機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

　　微注射成型機(jī)是注射成型設(shè)備發(fā)展的一個(gè)新方向，開(kāi)創(chuàng)了微細(xì)結(jié)構(gòu)零件和系統(tǒng)制造研究的新途徑朽色，其突出優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)崿F(xiàn)高精度邻吞、高精細(xì)零件的大批量、低成本生產(chǎn)葫男。對(duì)于螺桿式微注射成型機(jī)抱冷，其塑化、計(jì)量和注射均由一組螺桿完成梢褐，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單徘层，易于控制。其不足之處在于由于螺桿前端的止逆環(huán)結(jié)構(gòu)利职，使得設(shè)備對(duì)一次注射量的控制精度較差趣效，并且增加了材料在注射料筒中降解的幾率，影響零件成型質(zhì)量的穩(wěn)定性撼盈。對(duì)于柱塞式微注射成型機(jī)绊叙，雖然其對(duì)注射量的控制精度較螺桿式高，但是其塑化量小节讹，混料性能差夸营，材料的塑化品質(zhì)較螺桿式差，不利于成型表面質(zhì)量和光學(xué)特性要求較高的零件漾肩。而螺桿柱塞混合式微注射成型機(jī)贫介，則綜合了柱塞式和螺桿式的優(yōu)點(diǎn)，以螺桿作為塑化單元掘鱼，柱塞作為計(jì)量和注射單元翠蓄，使微注射成型的控制精度和零件的成型品質(zhì)均有明顯提高，但是通常其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜鸣拦，控制和維護(hù)較柱塞式和螺桿式繁瑣抢纹。

　　上述各種不同原理的微注射成型機(jī)有著不同的性能指標(biāo)，適合不同微細(xì)結(jié)構(gòu)零件的需求葱妒。因此要根據(jù)具體的微細(xì)結(jié)構(gòu)零件的成本谚剿、尺寸和質(zhì)量等各方面因素綜合考慮選擇配置適當(dāng)?shù)奈⒆⑸涑尚蜋C(jī)。但是连锯，由于微注射成型技術(shù)是新興的技術(shù)領(lǐng)域归苍，許多基礎(chǔ)理論還不夠完善，微注射成型工藝也不夠成熟运怖，還需要進(jìn)一步探索和研究拼弃。同時(shí)齿拂，隨著機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展肴敛，為微注射成型機(jī)的開(kāi)展提供許多新思路和新方向署海。因此，微注射成型機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展還面臨著許多挑戰(zhàn)医男，主要表現(xiàn)在如下幾方面：

　　(1)驅(qū)動(dòng)方式：目前砸狞，大多數(shù)微注射成型機(jī)采用高頻高扭矩伺服電機(jī)配合高精度機(jī)械傳動(dòng)裝置的方式實(shí)現(xiàn)微注射成型技術(shù)要求的精密計(jì)量和高速高壓注射，但是這種方式由于采用了機(jī)械傳動(dòng)裝置镀梭，存在傳動(dòng)間隙誤差和機(jī)械累計(jì)變形誤差刀森，影響了設(shè)備的精密控制和快速反應(yīng)性。而采用直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)則存在推力較小和成本較高的問(wèn)題报账，目前僅有美國(guó)的Medical Murray公司和日本的FANUC公司采用了這種驅(qū)動(dòng)方式研底。 

　　(2)塑化方式：微注射成型機(jī)的塑化單元均采用螺桿式或柱塞式，由于柱塞式塑化效果欠佳迄帘，未成為當(dāng)前發(fā)展的主流修扁，而螺桿式雖然塑化效果較好，但是仍然存在著小尺寸螺桿加工難度大榔况，使用壽命有限和塑化時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題峡逆。因此，新的環(huán)保高效的塑化方式還有待進(jìn)一步的探索钩榄，如超聲波塑化念弧、微波塑化及激光塑化等。目前德國(guó)IKV研究中心對(duì)注射成型機(jī)的超聲波塑化方式進(jìn)行了研究并取得了可喜的進(jìn)展武也。

　　(3)注射材料：多數(shù)微注射成型機(jī)以聚合物作為注射對(duì)象依播，而微注射成型技術(shù)所涵蓋的成型范圍不僅包括聚合物而且包括粉末喂料。由于粉末喂料與聚合物熔體在材料物性和工藝要求上存在較大差異耿逐，因此隨著微粉末注射成型技術(shù)的日益成熟娱必，針對(duì)粉末喂料的專(zhuān)用微注射成型機(jī)的研究有待進(jìn)一步的深入。

　　(4)產(chǎn)品性能測(cè)試：微注射成型產(chǎn)品尺寸微小玩冷，很少有合適的測(cè)試儀器能對(duì)產(chǎn)品的成型性能進(jìn)行全面準(zhǔn)確的測(cè)試窿侈，而且測(cè)試效率也很低炼幔。而成型產(chǎn)品的性能是對(duì)成型機(jī)性能和穩(wěn)定性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)秋茫，所以完善微注射成型機(jī)中產(chǎn)品性能檢測(cè)模塊的功能也是微注射成型機(jī)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

　　(5)設(shè)備智能化：當(dāng)前微注射成型機(jī)主要擔(dān)任產(chǎn)品生產(chǎn)的角色乃秀，而隨著計(jì)算機(jī)和機(jī)電一體化的發(fā)展肛著，微注射成型機(jī)不僅要完成產(chǎn)品生產(chǎn)的任務(wù)，還要通過(guò)計(jì)算機(jī)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)跺讯、計(jì)算機(jī)仿真分析枢贿、生產(chǎn)管理及客戶(hù)服務(wù)等系統(tǒng)有效的整合殉农，進(jìn)行智能化的生產(chǎn)操作。

　　(6)網(wǎng)絡(luò)化：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展局荚，微注射成型機(jī)將發(fā)展具備網(wǎng)絡(luò)通訊能力的控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)超凳，使生產(chǎn)管理及控制網(wǎng)絡(luò)化。通過(guò)微注射成型專(zhuān)家系統(tǒng)可以在線(xiàn)操作微注射成型機(jī)耀态，對(duì)成型零件在線(xiàn)監(jiān)視并自動(dòng)調(diào)整成型工藝參數(shù)轮傍，提高零件成型精度和穩(wěn)定性，并有效降低操作人員的技術(shù)依賴(lài)性首装，有利于多元生產(chǎn)及行銷(xiāo)網(wǎng)點(diǎn)的掌控抱典。

　　4.結(jié)論與展望

　　微注射成型機(jī)的發(fā)展建立在機(jī)電技術(shù)和注射成型技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上，以微注射成型產(chǎn)品的需求為驅(qū)動(dòng)力赊偿。從目前微注射成型機(jī)研究狀態(tài)看绵另，未來(lái)一段時(shí)間關(guān)于微注射成型的研究發(fā)展趨勢(shì)可能體現(xiàn)在以下方面：

　　(1)對(duì)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行進(jìn)一步研究，開(kāi)發(fā)高精度绅鉴、高靈敏度和高推力姨莽、低成本的驅(qū)動(dòng)設(shè)備和方式；

　　(2)探索新的材料塑化方式既蛙，解決現(xiàn)有塑化方式帶來(lái)的諸多問(wèn)題千雏，達(dá)到整潔、高效塑化注射材料的目的农帝；

　　(3)進(jìn)一步完善新材料的微注射成型工藝研究误目，發(fā)展適用于多種成型材料的微注射成型機(jī)；

　　(4)微注射成型機(jī)的高精度舆飒、高效率產(chǎn)品檢測(cè)單元的探索轴私，為微注射成型機(jī)提供可靠的性能測(cè)試和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；

　　(5)智能化和網(wǎng)絡(luò)化微注射成型要的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究能真，使微注射成型機(jī)在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的幫助下實(shí)現(xiàn)多元控制和遠(yuǎn)程在線(xiàn)控制生產(chǎn)赁严。

　　綜上所述，微注射成型機(jī)的研制發(fā)展歷史并不長(zhǎng)粉铐，但它是一個(gè)極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)領(lǐng)域疼约，開(kāi)展這一領(lǐng)域的研究不僅可以帶動(dòng)傳統(tǒng)注射成型技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也可以促進(jìn)精細(xì)微結(jié)構(gòu)制品的制造和應(yīng)用蝙泼。隨著各國(guó)致力于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)及精細(xì)CAD/CAE/CAM制品開(kāi)發(fā)的力度不斷加強(qiáng)程剥，精細(xì)微結(jié)構(gòu)制品的市場(chǎng)將持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)精密微注射成型機(jī)的需求也會(huì)相應(yīng)逐年增加汤踏， 微注射成型機(jī)在先進(jìn)制造領(lǐng)域必將發(fā)揮日益重要的作用织鲸。

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