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微熱成型技術
微型部件的制造一直是屬于注塑件成型技術的應用范疇,然而,一種“神奇”的熱成型加工技術卻能夠生產出高質量的微型部件。在第16屆SPE熱成型技術年會上,人們討論了微熱成型工藝,提出了該工藝在微電子機械市場領域中的巨大應用潛力。人們同時討論的技術還包括:“類鉻效果”的TPO部件、可降低成型周期的“四運動工位活塞”,以及可快速更換注塑件模具的PD500 Mega 氣缸。 微熱成型技術 德國Forschungszentrum Karlsruhe公司的微結構技術研究院是一家大型的、以政府基金為基礎的研究機構。該機構的研究人員開發(fā)了實驗室規(guī)模的熱成型工藝,據說該工藝可成型尺寸在0.1~1000nm之間(1000nm=1μm)的微型部件,首次達到了工業(yè)標準的微成型要求。開發(fā)該工藝的目的是為了滿足生命科學領域對微型部件的需求,如用于藥學研究的生化試劑的合成與分析用一次性LOC微射流裝置。 作為一種微觀改進的技術,這種新的熱成型系統(tǒng)包括3個部分:帶有微型型腔的平板注塑件模具,一臺用于產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施。其工藝過程是:將注塑件模具安裝到一臺實驗室用的壓機上,然后將一片塑料薄膜(20~50μm)嵌入注塑件模具中。壓機閉合后,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,同時也被加熱,當薄膜達到熱變型溫度以后,就會在大約50bar的氣壓作用下流入注塑件模具型腔中,這時注塑件模具已經冷卻到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熱成型保險杠首先被應用于卡車上據介紹,該工藝中使用的注塑件模具可以通過機加工、EDM、光刻、電鍍、濕法或干法蝕刻、激光等技術進行加工。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 微熱成型技術的第一個應用是10mm×10mm的生物培養(yǎng)芯片,在每一個芯片上有675個凹坑。以前這種芯片是采用微注塑件成型技術生產的,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則能夠制造出幾μm厚的部件,且表面光滑,這一點是其他方法難于實現(xiàn)的。 熱成型技術被應用于微型部件的制造領域中。圖為由德國研究機構開發(fā)出的新型工藝生產的細胞培養(yǎng)片,上面布滿了微型凹穴目前微熱成型技術的局限性在于,需要由人工進行操作,從而使成型周期相對較長,一般需要10min,因此,目前該技術的發(fā)展方向是開發(fā)自動化的壓力系統(tǒng)和成型系統(tǒng),以及先進的加熱系統(tǒng),通過保持模溫,以取代對薄膜的預熱過程,從而降低成型周期,提高產率。 據說,目前該微熱成型技術的研究機構準備將其專利技術許可頒發(fā)給歐洲和美國的熱成型加工商,醫(yī)藥包裝行業(yè)將成為該技術應用的首個領域。 類鉻效果的TPO部件 在零部件產品的年競爭比賽中,汽車類產品中的最高獎項被授予了一個卡車保險杠部件。該保險杠部件由3部分組成,其兩個末端的TPO蓋具有類似于鉻的表面效果,據說這是通過所謂的厚片材成型技術(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,時間從1h減少到10 minHendrickson 國際公司是一家卡車保險杠的制造商,該公司將類鉻薄膜粘在0.187in(1in=25.4mm)厚的TPO片材上。Thermoformer Profile Plastics公司使用低壓技術生產出的具有A級表面的部件達到了鉻鋼的效果。據說選擇TPO是因為其在-40℃時仍表現(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“四運動工位活塞”(four-motion plug)用于方形PP容器的加工,據說它能夠將成型周期降低10%。其凸輪驅動的“手指”可將材料延展到各個角落,因此能夠用更薄的片材進行更快速的成型。這種由規(guī)則泡沫制成的活塞能夠使部件重量減輕達20%以上,可用于PP肉盤或者黃油桶的生產。該技術在歐洲及澳大利亞的第一個用戶是Huhtamaki公司。 對于大規(guī)格產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。其高強度的鋼把手能夠耐受高剪切負荷,并快速更換或定位注塑件模具,據說它能夠將更換時間從1h減少到10min。
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