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微制造的机遇与挑战

作者:  信息来源:news.machine365.com  2008-3-13

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“微制造”是一个常见的行话术语,但它真的是一个具有成长性的行业吗。在本文中,专家解释了微制造的潜在效益、从事这一特殊制造方式所需的硬件条件以及随之而来的各种困难和挑战。 微成型(micromolding)加工是一种利基(niche)技术(或称“缝隙技术”——译注),用于注塑制造较大零件上的微细形貌和微型装置上的微...

微成型加工的原理研究

目前对于微尺度下的基本物理学原理的理解还相当有限,而掌握这些原理对于开发可靠而有效的微型模具是必不可少的。虽然在该领域已经进行了许多研究工作,但为了进一步完善微注塑加工软件、材料规格、可靠性模型和制造微型零件的仿真模型,仍然需要完成大量的研究工作。

仿真模型研究(如模流分析、有限元分析和实验设计分析)通常用于解决微成型工艺故障。由于模具结构和工件极其微小,用于常规或宏观模塑加工的快速、可见的人工干预反馈链在微成型加工中已变得不可行或不经济。

工件搬运/静电干扰

由于微型注塑零件的尺寸极其微小,因此工件的搬运就成为一个极具挑战性的任务。许多微型模具制造商利用侧浇口流道将微型工件从一个位置运送到另一个位置。如果工件无法采用侧浇注方式,则可相应地采用特制的机械臂端工具、真空吸附系统、卷轴式拾取设备和铝塑包装来搬运工件。静电干扰是令微型模具制造商最为头痛的一个问题。如果工件收集系统、机器人、包装系统和检测系统不能使工件正确落位,这些小如微尘的工件就很容易丢失。静电枪、静电棒、气帘和底垫等都是微成型加工中的常用设备。

微型模具加工刀具的制造

制造微型刀具需要采用相应的微尺度加工工艺。目前此类工艺包括激光加工、化学铣削加工、电火花蚀刻/线切割加工、超声加工、等离子加工、CNC数控加工、电化学加工、照相化学加工等。

虽然上述加工方法都已被使用,但目前X射线成像加工和离子束加工还未在模具加工中被普遍采用。随着微加工在全球范围被日益广泛地接受,这两种加工技术的重要性将日益显现。

高速微铣削加工的一个缺点是加工时产生的高热可能会在工件中引起微裂纹,从而导致钢模失效。采用激光束在铣削加工前和加工中对工件材料进行预热,有可能减少因高速加工而引起的工件裂纹。位于美国新泽西州New Brunswick的Rutgers Engineering公司目前正在对其作用机理进行研究。

离子束加工是另一种能够制造出某些最小尺度微细形貌的加工工艺。该工艺可利用聚焦离子束轰击整体刀具毛坯而刻蚀加工出亚微米级的刀具形貌和100纳米的刀尖圆弧半径。该工艺还能与化学加工方法结合使用,以提高材料去除率。

电火花蚀刻加工(EDM)是一种应用广泛的无应力加工方法,但其加工速度较慢,并且需要经过两个步骤:第一个步骤是制造电极;第二个步骤是用电极烧蚀加工刀具。线切割(Wire EDM)的加工速度则较快,采用最细的电极丝可以加工出小至0.01mm的刀尖圆弧半径。但对于大部分工件而言,线切割的应用仅局限于贯通形状的加工和二维加工。

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