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微熱成型技術(shù)
微型部件的制造一直是屬于注塑件成型技術(shù)的應(yīng)用范疇，然而，一種“神奇”的熱成型加工技術(shù)卻能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的微型部件。在第16屆SPE熱成型技術(shù)年會(huì)上，人們討論了微熱成型工藝，提出了該工藝在微電子機(jī)械市場(chǎng)領(lǐng)域中的巨大應(yīng)用潛力。人們同時(shí)討論的技術(shù)還包括：“類鉻效果”的TPO部件、可降低成型周期的“四運(yùn)動(dòng)工位活塞”，以及可快速更換注塑件模具的PD500 Mega 氣缸。 微熱成型技術(shù) 德國(guó)Forschungszentrum Karlsruhe公司的微結(jié)構(gòu)技術(shù)研究院是一家大型的、以政府基金為基礎(chǔ)的研究機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的研究人員開發(fā)了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的熱成型工藝，據(jù)說該工藝可成型尺寸在0.1～1000nm之間（1000nm＝1μm）的微型部件，首次達(dá)到了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微成型要求。開發(fā)該工藝的目的是為了滿足生命科學(xué)領(lǐng)域?qū)ξ⑿筒考男枨?，如用于藥學(xué)研究的生化試劑的合成與分析用一次性LOC微射流裝置。 作為一種微觀改進(jìn)的技術(shù)，這種新的熱成型系統(tǒng)包括3個(gè)部分：帶有微型型腔的平板注塑件模具，一臺(tái)用于產(chǎn)生真空和氣壓的帶孔壓板，以及注塑件模具與壓板之間的密封設(shè)施。其工藝過程是：將注塑件模具安裝到一臺(tái)實(shí)驗(yàn)室用的壓機(jī)上，然后將一片塑料薄膜（20～50μm）嵌入注塑件模具中。壓機(jī)閉合后，盡管在注塑件模具與壓板之間的薄膜沒有被壓緊，但是仍然獲得了一定的真空度。隨著注塑件模具的完全閉合，薄膜被壓緊，同時(shí)也被加熱，當(dāng)薄膜達(dá)到熱變型溫度以后，就會(huì)在大約50bar的氣壓作用下流入注塑件模具型腔中，這時(shí)注塑件模具已經(jīng)冷卻到20℃，低于材料的熱變型溫度。隨著氣壓的下降，注塑件模具打開，微型部件即被成型出來。 用類似鉻的裝飾膜裝飾的由3部分組成的TPO熱成型保險(xiǎn)杠首先被應(yīng)用于卡車上據(jù)介紹，該工藝中使用的注塑件模具可以通過機(jī)加工、EDM、光刻、電鍍、濕法或干法蝕刻、激光等技術(shù)進(jìn)行加工。金屬、陶瓷、玻璃和硅碳化合物可用作注塑件模具材料。該工藝可使用50μm厚的聚苯乙烯、聚碳酸酯或者環(huán)狀烯烴共聚物薄膜。 優(yōu)于注塑件成型 微熱成型技術(shù)的第一個(gè)應(yīng)用是10mm×10mm的生物培養(yǎng)芯片，在每一個(gè)芯片上有675個(gè)凹坑。以前這種芯片是采用微注塑件成型技術(shù)生產(chǎn)的，在成型后還需要由人工去掉料把?，F(xiàn)在采用微熱成型技術(shù)則能夠制造出幾μm厚的部件，且表面光滑，這一點(diǎn)是其他方法難于實(shí)現(xiàn)的。 熱成型技術(shù)被應(yīng)用于微型部件的制造領(lǐng)域中。圖為由德國(guó)研究機(jī)構(gòu)開發(fā)出的新型工藝生產(chǎn)的細(xì)胞培養(yǎng)片，上面布滿了微型凹穴目前微熱成型技術(shù)的局限性在于，需要由人工進(jìn)行操作，從而使成型周期相對(duì)較長(zhǎng)，一般需要10min，因此，目前該技術(shù)的發(fā)展方向是開發(fā)自動(dòng)化的壓力系統(tǒng)和成型系統(tǒng)，以及先進(jìn)的加熱系統(tǒng)，通過保持模溫，以取代對(duì)薄膜的預(yù)熱過程，從而降低成型周期，提高產(chǎn)率。 據(jù)說，目前該微熱成型技術(shù)的研究機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備將其專利技術(shù)許可頒發(fā)給歐洲和美國(guó)的熱成型加工商，醫(yī)藥包裝行業(yè)將成為該技術(shù)應(yīng)用的首個(gè)領(lǐng)域。 類鉻效果的TPO部件 在零部件產(chǎn)品的年競(jìng)爭(zhēng)比賽中，汽車類產(chǎn)品中的最高獎(jiǎng)項(xiàng)被授予了一個(gè)卡車保險(xiǎn)杠部件。該保險(xiǎn)杠部件由3部分組成，其兩個(gè)末端的TPO蓋具有類似于鉻的表面效果，據(jù)說這是通過所謂的厚片材成型技術(shù)（Thick Sheet Forming）加工而成的，即將裝飾薄膜層壓在片材上以成型出該部件。 來自于Tooling Technology的PD500 Mega氣缸可承受25000lb的壓力，它能夠快速更換注塑件模具，時(shí)間從1h減少到10 minHendrickson 國(guó)際公司是一家卡車保險(xiǎn)杠的制造商，該公司將類鉻薄膜粘在0.187in（1in=25.4mm）厚的TPO片材上。Thermoformer Profile Plastics公司使用低壓技術(shù)生產(chǎn)出的具有A級(jí)表面的部件達(dá)到了鉻鋼的效果。據(jù)說選擇TPO是因?yàn)槠湓冢?0℃時(shí)仍表現(xiàn)出良好的柔性和抗沖擊性能。 工具信息 Marbach開發(fā)出了一種所謂“四運(yùn)動(dòng)工位活塞”（four-motion plug）用于方形PP容器的加工，據(jù)說它能夠?qū)⒊尚椭芷诮档?0％。其凸輪驅(qū)動(dòng)的“手指”可將材料延展到各個(gè)角落，因此能夠用更薄的片材進(jìn)行更快速的成型。這種由規(guī)則泡沫制成的活塞能夠使部件重量減輕達(dá)20％以上，可用于PP肉盤或者黃油桶的生產(chǎn)。該技術(shù)在歐洲及澳大利亞的第一個(gè)用戶是Huhtamaki公司。 對(duì)于大規(guī)格產(chǎn)品的成型制造商來說，一種來自Technology LLC公司的PD500 Mega 氣缸能夠迅速定位并鎖定注塑件模具，可承受25000lb的壓力。其高強(qiáng)度的鋼把手能夠耐受高剪切負(fù)荷，并快速更換或定位注塑件模具，據(jù)說它能夠?qū)⒏鼡Q時(shí)間從1h減少到10min。
