微注射成型机的发展现状与展望

 随着科学技术的进步，产品不断向微型化方向发展，因而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，其主要产品在光电通讯、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件，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、精密磨削和精密切削等。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。

    1 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相比，微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：

    (1)高注射速率：微注射成型零件质量、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200mm/s，电气伺服马达驱动式注射成型机的注射速度为600mm/s，而微注射成型工艺通常要求聚合物熔体的注射速度达到800mm/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。

    (2)精密注射量计量：微注射成型零件的质量仅以毫克计量，因此微注射成型机需要具备精密计量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量控制要求，对零件成型品质的影响较大。

    (3)快速反应能力：微注射成型过程中注射量相当微小，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。

    2 微注射成型机的分类??

    针对传统注射成型机在微注射成型领域中的应用局限性，进入20世纪90年代，欧洲、日本和美国的一些公司与科研机构合作开发了各类型专用微注射成型机(通常锁模力＜15t＝，目前国外主要设备供应厂商包括Nissei、Dr.Boy、Battenfeld、MCP、Babyplast、高桥等。微注射成型机的主要功能通常包括塑化、计量和注射三部分，可以通过各部分的驱动方式分类，也可以通过各部分的机构设计分类。 

    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/气压式驱动即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机驱动，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机构设计分类，可分为螺杆式、柱塞式、螺杆柱塞混合式及其他特殊形式。

    2.1螺杆式??

    微注射成型机的塑化、计量和注射均由一组螺杆完成，各单元旋转和往复运动均在一条轴线上，构造简单，容易控制。但是由于螺杆前端的止逆环结构，设备对一次注射量的控制精度较差。此类微注射成型机的代表型号有德国Dr.BOY公司的BOY12A，日精树脂工业株式会社的HM7-DENKEY，树研工业的JMW-015S-5T及东芝的EC5。

    2.2 柱塞式??

    微注射成型机包括单一柱塞型和柱塞-柱塞型两种，单一柱塞型将粒状或粉状的塑料向前推送，绕经一鱼雷状分流梭，经由喷嘴注入模腔，分流梭的功能是将塑料分散于管内部表层，使塑料更容易塑化；而柱塞-柱塞型是由两组柱塞分别完成塑化和计量注射功能。该型微注射成型机通常塑化量较小，塑化的品质不高，混料性能也较差。其