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嘉峪檢測網 2021-11-29 12:55
從材料選擇、模具設計到組裝，今天我們將要分享的是關于微注塑工藝的多項精密要求。
編輯醫療制造相關內容的商業出版物時，筆者發現微創手術是一個熱門話題。聽合同制造商說，客戶經常會把這個問題掛在嘴邊：“最小能做到多??？”那時，微型成型已經出現，不過還是一個相當小眾的行業。伴隨著醫療設備的體積不斷縮?。娮与娦女a品和汽車零組件就更不用提了），微注塑的市場份額越來越大。Research and Markets最近的一份報告顯示，全球微成型市場預計將從2020年的9.04億美元增長到2025年的16億美元，復合年增長率（CAGR）達11.8%。在筆者看來，這個估值比較保守。
正如微注塑商和他們的客戶所言，微注塑不是簡單地將注塑工藝應用于生產小型零件，不是說除了產品尺寸縮小之外就沒有其他變化了。從宏觀到微觀，微注塑涉及很多因素，如材料采購、構造設計、零件組裝（如有）。我們采訪了Isometric Micro Molding公司的業務發展副總裁Donna Bibber，揭開了微注塑的神秘面紗。她知無不言，與筆者分享了自己的觀點。
01
首先，對應微注塑的零件尺寸應該是多大？這個數值有固定標準嗎？
微注塑有鮮有人知的工業標準定義，內容如下：
零件為塑料顆粒的一部分；
零件重量不足一克；
零件壁厚為0.005至0.015英寸。（125至375微米）；
單微米公差的零件或子組件，或導致單微米公差的疊加公差；
高長度-厚度（L:T）比或長度-直徑（L:D）的長寬比。
零件最大尺寸6英寸，具有微觀特征或單微米公差。
02
筆者看來，制造設計（DfM）在微成型中非常重要。它與傳統成型的DfM有什么不同呢？
Isometric Micro Molding的DfM/DfA方法叫做Microns Matter，其中包括一張精確、詳細介紹所有子過程的工藝圖，圖中標明了產品和裝配的所有關鍵屬性。這些子過程通常包括模具設計/制造、注塑成型工藝變量、量具R&R、多批次材料的差異，以及材料水分百分比范圍。
雖然每個過程圖都不同，但重要的是消除每個過程步驟中的公差百分比誤差。例如，按照20%的公差建造模具，將80%留給其他注明的變量。
它在許多方面，都發揮著過程故障模式效果分析（PFMEA）和控制計劃的作用。即使在報價階段，這個過程也能用于詳細介紹解決方案，便于我們技術嫻熟、經驗豐富的塑料工程人員開展初步風險評估。這樣一來，我們設計的項目解決方案就已經通過了審核，成功概率就會更大。
傳統的DfM工藝通常不是為解決單微米的堆積公差而設計的，它們的主要目標是正負千分之幾英寸的公差。通常來說，微注塑件的公差更為嚴格，壁厚更薄，在操作和包裝時難度更高，因此，在審查所有工藝輸入，以及它們將包含的公差的計劃百分比時，標準應當更加嚴格。
03
模具設計在微型成型中的重要性指得強調。
那么能講講其中都有哪些難點嗎？
模具設計和模具制造都有助于微注塑成型成功。Isometric共有七名全職模具設計師。在垂直整合的公司中，模具設計師是否具備豐富經驗是模具能否制成的關竅。Isometric的模具設計師深知如何微加工零件特征只有人類發絲直徑幾分之一的模具。他們需要了解合理的刀具尺寸和深度，電火花加工中的過燒工藝，以及電火花加工或銑削是否能以最佳形態呈現出所需的特征和表面效果。這些技能和制造模具所需的技能幾乎無法外包。談到基準結構，無論是設計模具、為CT掃描儀編程還是自動化生產，都要做好模具設計和計劃的工作，這樣才能制出單微米公差的組件和部件。
04
那該如何選擇材料呢？不同的材料在微成型應用中的表現也不一樣，對嗎？
不同材料在微注塑中的表現確實有差異，微型模具澆口直徑產生的瞬時聚合物剪切力是產生這種差異的原因之一。微注塑件需要40000到50000磅/平方英寸的注塑壓力，而填充時間只有0.01秒，這種情況并不罕見。如果流量平衡得當，瞬時但看似重要的剪切率有利于填充高長徑比零件。
我們可以看一下Isometric拉力棒的圖片[見下方]，拉力試棒的大小相當于鍵盤上的字母I。借助澆口、剪切效應，以及0.001至0.008英寸厚的拉力棒樣品，Isometric僅需兩到三天即可成型這些拉力棒，并推斷生產模具所需的注塑成型參數，進而降低風險。這些拉力棒還能模擬將在生產中使用的澆口直徑和澆口樣式。
設計工程師可能會下意識地避免設計尺寸過小的零件，他們認為這些零件過于輕薄，不夠“結實”，或者過于輕巧脆弱，無法發揮作用。在很多情況下，如果我們不清楚該如何挑選材料，或者相關知識已經過時，那么項目發展到后期就可能會功虧一簣。這些失敗完全可以提早預防，也可以用微型拉力棒的經驗數據來支持有限元分析（FEA）的理論數據，以加大監管力度。
來源：Medtec醫療器械設計與制造
