微热成型技术介绍

微型部件的制造一直是属于注射成型技术的应用范畴，然而，一种“神奇”的热成型加工技术却能够生产出高质量的微型部件。在第16届SPE热成型技术年会上，人们讨论了微热成型工艺，提出了该工艺在微电子机械市场领域中的巨大应用潜力。人们同时讨论的技术还包括：“类铬效果”的TPO部件、可降低成型周期的“四运动工位活塞”，以及可快速更换模具的PD500 Mega 气缸。

微热成型技术

德国Forschungszentrum Karlsruhe公司的微结构技术研究院是一家大型的、以政府基金为基础的研究机构。该机构的研究人员开发了实验室规模的热成型工艺，据说该工艺可成型尺寸在0.1～1000nm之间（1000nm＝1μm）的微型部件，首次达到了工业标准的微成型要求。开发该工艺的目的是为了满足生命科学领域对微型部件的需求，如用于药学研究的生化试剂的合成与分析用一次性LOC微射流装置。

作为一种微观改进的技术，这种新的热成型系统包括3个部分：带有微型型腔的平板模具，一台用于产生真空和气压的带孔压板，以及模具与压板之间的密封设施。其工艺过程是：将模具安装到一台实验室用的压机上，然后将一片塑料薄膜（20～50μm）嵌入模具中。压机闭合后，尽管在模具与压板之间的薄膜没有被压紧，但是仍然获得了一定的真空度。随着模具的完全闭合，薄膜被压紧，同时也被加热，当薄膜达到热变型温度以后，就会在大约50bar的气压作用下流入模具型腔中，这时模具已经冷却到20℃，低于材料的热变型温度。随着气压的下降，模具打开，微型部件即被成型出来。

据介绍，该工艺中使用的模具可以通过机加工、EDM、光刻、电镀、湿法或干法蚀刻、激光等技术进行加工。金属、陶瓷、玻璃和硅碳化合物可用作模具材料。该工艺可使用50μm厚的聚苯乙烯、聚碳酸酯或者环状烯烃共聚物薄膜。

优于注射成型

微热成型技术的第一个应用是10mm×10mm的生物培养芯片，在每一个芯片上有675个凹坑。以前这种芯片是采用微注射成型技术生产的，在成型后还需要由人工去掉料把。现在采用微热成型技术则能够制造出几μm厚的部件，且表面光滑，这一点是其他方法难于实现的。

热成型技术被应用于微型部件的制造领域中。图为由德国研究机构开发出的新型工艺生产的细胞培养片，上面布满了微型凹穴

目前微热成型技术的局限性在于，需要由人工进行操作，从而使成型周期相对较长，一般需要10min，因此，目前该技术的发展方向是开发自动化的压力系统和成型系统，以及先进的加热系统，通过保持模温，以取代对薄膜的预热过程，从而降低成型周期，提高产率。

据说，目前该微热成型技术的研究机构准备将其专利技术许可颁发给欧洲和美国的热成型加工商，医药包装行业将成为该技术应用的首个领域。

类铬效果的TPO部件

在零部件产品的年竞争比赛中，汽车类产品中的最高奖项被授予了一个卡车保险杠部件。该保险杠部件由3部分组成，其两个末端的TPO盖具有类似于铬的表面效果，据说这是通过所谓的厚片材成型技术（Thick Sheet Forming）加工而成的，即将装饰薄膜层压在片材上以成型出该部件。

Hendrickson 国际公司是一家卡车保险杠的制造商，该公司将类铬薄膜粘在0.187in（1in=25.4mm）厚的TPO片材上。Thermoformer Profile Plastics公司使用低压技术生产出的具有A级表面的部件达到了铬钢的效果。据说选择TPO是因为其在－40℃时仍表现出良好的柔性和抗冲击性能。

工具信息

Marbach开发出了一种所谓“四运动工位活塞”（four-motion plug）用于方形PP容器的加工，据说它能够将成型周期降低10％。其凸轮驱动的“手指”可将材料延展到各个角落，因此能够用更薄的片材进行更快速的成型。这种由规则泡沫制成的活塞能够使部件重量减轻达20％以上，可用于PP肉盘或者黄油桶的生产。该技术在欧洲及澳大利亚的第一个用户是Huhtamaki公司。

对于大规格产品的成型制造商来说，一种来自Technology LLC公司的PD500 Mega 气缸能够迅速定位并锁定模具，可承受25000lb的压力。其高强度的钢把手能够耐受高剪切负荷，并快速更换或定位模具，据说它能够将更换时间从1h减少到10min。

（作者：Ioseph A.Grande 来源：PT《现代塑料》）

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