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微注塑成型技术打造超精细微型零件

更新时间:2012-02-29 08:00:00

    始于20世纪80年代末的微注射成型技术是一门新兴先进制造技术,同传统的注射成型技术相比,其对成型材料成型工艺及成型设备等方面都提出了不同要求。随着微、纳米科学技术的进步,产品不断向微型化方向发展,微注射成型技术是微结构零件最主要的成型方式,受到了人们高度重视,微结构零件迅速发展对微量注塑机带来了新的挑战。

    微注射成型产品通常应用于微机电系统和微系统领域,产品尺寸通常非常微小,多为亚微米、微米甚至纳米级,产品质量也仅以毫克度量。

    微技术领跑者——威猛巴顿菲尔展示新型微注塑机

    威猛巴顿菲尔早在1998年的Microsystem的生产,就被认为是微注塑的全球技术领跑者。发展到现在,威猛巴顿菲尔在这一领域已经胜出,其产品的显著特点是高效、精密、灵活、节能。精确至微毫、高效以及微小塑料加工方面,使客户受益显著。

近日,Wittmann Battenfeld公司将在2012NPE(美国NPE塑胶展)展示其下一代微注塑机,以及其两步注射单元。此款微注塑机的锁模力为5-15吨,配置了全电动微功耗的注射装置,由一个螺钉和柱塞组成,射门体积范围为0.05-4m³。

    Wittmann Battenfeld发言人表示,这款微注塑机拥有优秀的特性,它可以使受热均匀化,提高可重复性,同时减少注塑周期时间,并且配备了专为纳米和微零件设计的辅助设备。与普通机器相比,其成本可降低30%-50%。

    微注塑机模块化系统组成包括一个塑机基本平台,可以根据客户的需求延长和旋转磁盘,进行部分切除处理,通过图像处理模块和工作台集成质量监测,伸缩扩展到一个完整的生产单元。

    “在处理昂贵的塑料材料,比如用于医疗技术的骨钉、骨板时,微注塑机就发挥了巨大的作用。”Wittmann Battenfeld在新闻稿中表示。这些昂贵材料的成本都在1200美元至3000美元/磅,因此,通过优质的塑机设备尽量避免剪切,减少对材料的浪费,从而节约成本。

    在德国斯图加特展览中心举办的第十届MEDTEC展(德国医疗器械设计和技术展览会)上,有部分重量为0.003g的医疗钳使用Ticon提供的微注塑机,从生产到被制造出来只花费微功率为15/7.5的四腔模具4秒周期的时间。

微注塑机未来发展趋势分析

    尽管微注塑机已经变得越来越重要,但其进一步发展还面临着许多挑战,未来一段时间关于微注射成型的研究发展趋势可能体现在以下方面:

    ——驱动方式。目前,大多数微量注塑机采用高频高扭矩伺服电机配合高精度机械传动装置的方式实现微注射成型技术要求的精密计量和高速高压注射,但这种方式由于采用了机械动装置,存在传动间隙误差和机构累计变形误差,影响了设备的精密控制和快速反应性。而采用直线电机驱动则存在推力较小和成本较高的问题,将来可对设备的驱动方式进一步研究,开发出更高精度、高灵敏度和高推力、低成本的驱动设备。

    ——塑化方式。微量注塑机的塑化单元均采用螺杆式或柱塞式,由于柱塞式塑化效果欠佳,未成为当前发展的主流,而螺杆式注塑机虽然塑化效果较好,但是仍然存在着小尺寸螺杆加工难度大,使用寿命有限和塑化时间较长等问题。因此,新的环保高效的塑化方式还有待进一步的探索,如超声波塑化、微波塑化及激光塑化等。所以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,达到整洁、高效塑化注射材料的目的也将是微量注塑机的一个发展趋势。

    ——注射材料。多数微量注塑机以高分子材料作为注射对象,而微注射成型技术所涵盖的成型范围不仅包括聚合物而且包括粉末喂料。由于粉末喂料与聚合物熔体在材料物理性能和工艺要求上存在较大差异,因此随着微粉末注射成型技术的日益成熟,针对粉末喂料的专用微量注塑机的研究有待进一步的深入,将来可以进一步完善新材料的微注射成型工艺,开发适用于多种材料的微注射成型设备。

    ——产品性能测试。微注射成型产品尺寸微小,很少有合适的测试仪器能对产品的成型性能进行全面准确的测试,而且测试效率也很低。而成型产品的性能是对成型设备性能和稳定性的重要评价指标,所以完善微量注塑机中产品性能检测模块的功能也是微量注塑机发展面临的主要挑战之一。

    ——设备智能化和网络化。当前微量注塑机主要只是用于生产,而随着计算机技术和机电一体化的发展,微量注塑机不仅要完成产品生产的任务,而且要能通过计算机将产品设计、计算机仿真分析、生产管理及客户服务等系统有效地整合,进行智能化的生产操作。而计算机网络技术的发展,将使微注射成型设备具备网络通讯能力的控制系统和检测系统,使生产管理及控制网络化。通过微注射成型专家系统可以在线操作微量注塑机,对成型零件在线监视并自动调整成型工艺参数,提高零件成型的精度和稳定性,并有效降低操作人员的技术依赖性,有利于多元生产及掌握销售网点。