隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品不斷向微型化方向發(fā)展，因而產(chǎn)生了新世紀(jì)產(chǎn)業(yè)需求的微機電系統(tǒng)技術(shù)。2002年*在這一領(lǐng)域創(chuàng)造出450億美元的產(chǎn)值，其主要產(chǎn)品在光電通訊、影像傳輸、生化醫(yī)療、信息存儲、精密機械等應(yīng)用領(lǐng)域扮演著重要角色。為了能夠生產(chǎn)具有實用價值的微細(xì)組件，許多新興制造技術(shù)隨之產(chǎn)生，包括光刻，電鑄及脫模技術(shù)（LIGA）、紫外光蝕刻技術(shù)（UV）、放電加工（EDM）、微注射成型、精密磨削和精密切削等。其中，微注射成型技術(shù)以容易實現(xiàn)低成本大規(guī)模生產(chǎn)具有精密微細(xì)結(jié)構(gòu)零件的優(yōu)點成為世界制造技術(shù)的研究熱點之一。

  成品質(zhì)量以毫克為計算單位，成品幾何尺寸以微米為度量單位的微注射成型技術(shù)，始于20世紀(jì)80年代末，是一門新興*制造技術(shù)，同傳統(tǒng)的、常規(guī)的注射成型技術(shù)相比，其對成型材料、成型工藝及成型設(shè)備等方面都提出了不同要求。許多現(xiàn)有的、成熟的注射成型技術(shù)和理論并不適用于微注射成型技術(shù)，必須在理論和實踐上對微注射成型工藝的技術(shù)特點進(jìn)行系統(tǒng)和*的研究與探討。

1 微注射成型機的特殊要求

微注射成型技術(shù)發(fā)展之初，并未有注射成型機用于微型零件制造。生產(chǎn)實際中，通常采用傳統(tǒng)的中、大型注射成型機配合多模腔模具設(shè)計實現(xiàn)零件制備，這不僅對模具的流道平衡設(shè)計要求很高，而且零件的成型品質(zhì)也難以控制。因此，需要的注射成型機適應(yīng)零件微型化和高精度的要求，與傳統(tǒng)注射成型技術(shù)相比，微注射成型技術(shù)對生產(chǎn)設(shè)備有許多特殊要求，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

（1）高注射速率：微注射成型零件質(zhì)量、體積微小，注射過程要求在短時間內(nèi)完成，以防止熔料凝固而導(dǎo)致零件欠注，因此成型時要求注射速度高。傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動式注射成型機的注射速度為200mm/s，電氣伺服馬達(dá)驅(qū)動式注射成型機的注射速度為600mm/s，而微注射成型工藝通常要求聚合物熔體的注射速度達(dá)到 800mm/s以上，利用聚合物熔體的剪切變稀原理，以高注射速度降低熔體的黏度，使其順利充填微尺度型腔。

（2）精密注射量計量：微注射成型零件的質(zhì)量僅以毫克計量，因此微注射成型機需要具備精密計量注射過程中一次注射的控制單元，其質(zhì)量控制精度要求達(dá)到毫克級，螺桿行程精度要達(dá)到微米級。而傳統(tǒng)注射成型機通常采用直線往復(fù)螺桿式注射結(jié)構(gòu)，注射控制量誤差相對較大，無法滿足微注射成型的微量控制要求，對零件成型品質(zhì)的影響較大。

（3）快速反應(yīng)能力：微注射成型過程中注射量相當(dāng)微小，相應(yīng)注射設(shè)備的螺桿/柱塞的移動行程也相當(dāng)微小，因此要求微注射成型機的驅(qū)動單元必須具備相當(dāng)快的反應(yīng)速度，從而保證設(shè)備能在瞬間達(dá)到所需注射壓力。

2 微注射成型機的分類

針對傳統(tǒng)注射成型機在微注射成型領(lǐng)域中的應(yīng)用局限性，進(jìn)入20世紀(jì)90年代，歐洲、日本和美國的一些公司與科研機構(gòu)合作開發(fā)了各類型微注射成型機（通常鎖模力＜15t＝，目前國外主要設(shè)備供應(yīng)廠商包括Nissei、Dr.Boy、Battenfeld、MCP、Babyplast、高橋等。微注射成型機的主要功能通常包括塑化、計量和注射三部分，可以通過各部分的驅(qū)動方式分類，也可以通過各部分的機構(gòu)設(shè)計分類。

按驅(qū)動方式分類，可分為液壓 /氣壓式驅(qū)動、全電式驅(qū)動和電液復(fù)合式驅(qū)動。液壓/氣壓式驅(qū)動即塑化單元和注射單元的旋轉(zhuǎn)/往復(fù)運動均靠液壓/氣壓系統(tǒng)來驅(qū)動，其優(yōu)點是所能達(dá)到的注射壓力和注射速度高，可以滿足微注射成型工藝的要求；缺點是控制精度較差。全電式驅(qū)動即設(shè)備所有單元均采用伺服電機驅(qū)動，其優(yōu)點是控制精度高，反應(yīng)速度快，對環(huán)境污染小；缺點是伺服電機輸出的推力有限，所能達(dá)到的注射壓力和速度不高。電液復(fù)合式驅(qū)動即將液壓式驅(qū)動的高注射壓力、注射速度與全電工驅(qū)動的控制和快速反應(yīng)相結(jié)合，作為系統(tǒng)的驅(qū)源。
按塑化和注射單元的機構(gòu)設(shè)計分類，可分為螺桿式、柱塞式、螺桿柱塞混合式及其他特殊形式。

2.1螺桿式

微注射成型機的塑化、計量和注射均由一組螺桿完成，各單元旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運動均在一條軸線上，構(gòu)造簡單，容易控制。但是由于螺桿前端的止逆環(huán)結(jié)構(gòu)，設(shè)備對一次注射量的控制精度較差。此類微注射成型機的代表型號有德國Dr.BOY公司的BOY12A，日精樹脂工業(yè)株式會社的HM7-DENKEY，樹研工業(yè)的JMW -015S-5T及東芝的EC5。

2.2 柱塞式

微注射成型機包括單一柱塞型和柱塞-柱塞型兩種，單一柱塞型將粒狀或粉狀的塑料向前推送，繞經(jīng)一魚雷狀分流梭，經(jīng)由噴嘴注入模腔，分流梭的功能是將塑料分散于管內(nèi)部表層，使塑料更容易塑化；而柱塞-柱塞型是由兩組柱塞分別完成塑化和計量注射功能。該型微注射成型機通常塑化量較小，塑化的品質(zhì)不高，混料性能也較差。其代表機型有西班牙Cronoplast公司的 Babyplast6/10，英國MCP公司的Rabbit2/3和美國Medical Murray公司的Sesame。
2.3 螺桿柱塞混合式

微注射成型機以螺桿作為塑化單元，完成混料與塑化，以小直徑柱塞配合伺服馬達(dá)與控制器作為微注射單元，完成精密計量與注射，該微注射成型機又可按塑化計量機構(gòu)設(shè)計分為二段計量式和三段計量式兩種。
（1） 二段計量式：塑化螺桿先將塑料塑化并進(jìn)行粗計量，然后送至注射室中，再由小直徑柱塞進(jìn)行精密計量和注射，此類微注射成型機的代表型號有英國MCP公司的 12/90HSP，日本Sodick公司的TR18S3A，日精樹脂株式會社的Au3E和田瑞公司的EPOCH SHOT7。

（2）三段計量式：塑化螺桿將塑料塑化并進(jìn)行粗計量后，送入*段計量室，由*段計量柱塞計量后，注射送入第二段計量室，再由第二段計量柱塞作精密計量后進(jìn)行注射。該型微注射成型機的代表機型有Battenfeld公司的Microsystem50和德國Ferromatik Milacron公司與亞琛大學(xué) IKV研究所合作改進(jìn)的FX25。

2.4 其他特殊形式

德國Ettlinger公司的注射機有一個同軸螺桿/柱塞復(fù)合式注射單元，可以生產(chǎn)0.1-5.0g的塑料零件，該型機構(gòu)的突出特點是采用直接注射成型，通過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的針式噴嘴將熱流道系統(tǒng)集成到注射機中，使得微注射成型過程能夠采用無流道模具，節(jié)省了材料，縮短了成型周期。

3 微注射成型機的發(fā)展趨勢

微注射成型機是注射成型設(shè)備發(fā)展的一個新方向，開創(chuàng)了微細(xì)結(jié)構(gòu)零件和系統(tǒng)制造研究的新途徑，其突出優(yōu)點就是能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高精細(xì)零件的大批量、低成本生產(chǎn)。對于螺桿式微注射成型機，其塑化、計量和注射均由一組螺桿完成，所以結(jié)構(gòu)簡單，易于控制。其不足之處在于由于螺桿前端的止逆環(huán)結(jié)構(gòu)，使得設(shè)備對一次注射量的控制精度較差，并且增加了材料在注射料筒中降解的幾率，影響零件成型質(zhì)量的穩(wěn)定性。對于柱塞式微注射成型機，雖然其對注射量的控制精度較螺桿式高，但是其塑化量小，混料性能差，材料的塑化品質(zhì)較螺桿式差，不利于成型表面質(zhì)量和光學(xué)特性要求較高的零件。而螺桿柱塞混合式微注射成型機，則綜合了柱塞式和螺桿式的優(yōu)點，以螺桿作為塑化單元，柱塞作為計量和注射單元，使微注射成型的控制精度和零件的成型品質(zhì)均有明顯提高，但是通常其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，控制和維護(hù)較柱塞式和螺桿式繁瑣。

上述各種不同原理的微注射成型機有著不同的性能指標(biāo)，適合不同微細(xì)結(jié)構(gòu)零件的需求。因此要根據(jù)具體的微細(xì)結(jié)構(gòu)零件的成本、尺寸和質(zhì)量等各方面因素綜合考慮選擇配置適當(dāng)?shù)奈⒆⑸涑尚蜋C。但是，由于微注射成型技術(shù)是新興的技術(shù)領(lǐng)域，許多基礎(chǔ)理論還不夠完善，微注射成型工藝也不夠成熟，還需要進(jìn)一步探索和研究。同時，隨著機電一體化技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，為微注射成型機的開展提供許多新思路和新方向。因此，微注射成型機的進(jìn)一步發(fā)展還面臨著許多挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在如下幾方面：

（1）驅(qū)動方式：目前，大多數(shù)微注射成型機采用高頻高扭矩伺服電機配合高精度機械傳動裝置的方式實現(xiàn)微注射成型技術(shù)要求的精密計量和高速高壓注射，但是這種方式由于采用了機械傳動裝置，存在傳動間隙誤差和機械累計變形誤差，影響了設(shè)備的精密控制和快速反應(yīng)性。而采用直線電機驅(qū)動則存在推力較小和成本較高的問題，目前僅有美國的Medical Murray公司和日本的FANUC公司采用了這種驅(qū)動方式。 

（2） 塑化方式：微注射成型機的塑化單元均采用螺桿式或柱塞式，由于柱塞式塑化效果欠佳，未成為當(dāng)前發(fā)展的主流，而螺桿式雖然塑化效果較好，但是仍然存在著小尺寸螺桿加工難度大，使用壽命有限和塑化時間較長等問題。因此，新的環(huán)保的塑化方式還有待進(jìn)一步的探索，如超聲波塑化、微波塑化及激光塑化等。目前德國 IKV研究中心對注射成型機的超聲波塑化方式進(jìn)行了研究并取得了可喜的進(jìn)展。

（3）注射材料：多數(shù)微注射成型機以聚合物作為注射對象，而微注射成型技術(shù)所涵蓋的成型范圍不僅包括聚合物而且包括粉末喂料。由于粉末喂料與聚合物熔體在材料物性和工藝要求上存在較大差異，因此隨著微粉末注射成型技術(shù)的日益成熟，針對粉末喂料的微注射成型機的研究有待進(jìn)一步的深入。

（4）產(chǎn)品性能測試：微注射成型產(chǎn)品尺寸微小，很少有合適的測試儀器能對產(chǎn)品的成型性能進(jìn)行全面準(zhǔn)確的測試，而且測試效率也很低。而成型產(chǎn)品的性能是對成型機性能和穩(wěn)定性的重要評價指標(biāo)，所以完善微注射成型機中產(chǎn)品性能檢測模塊的功能也是微注射成型機發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

（5）設(shè)備智能化：當(dāng)前微注射成型機主要擔(dān)任產(chǎn)品生產(chǎn)的角色，而隨著計算機和機電一體化的發(fā)展，微注射成型機不僅要完成產(chǎn)品生產(chǎn)的任務(wù)，還要通過計算機將產(chǎn)品設(shè)計、計算機仿真分析、生產(chǎn)管理及客戶服務(wù)等系統(tǒng)有效的整合，進(jìn)行智能化的生產(chǎn)操作。

（6） 網(wǎng)絡(luò)化：隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，微注射成型機將發(fā)展具備網(wǎng)絡(luò)通訊能力的控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)，使生產(chǎn)管理及控制網(wǎng)絡(luò)化。通過微注射成型專家系統(tǒng)可以在線操作微注射成型機，對成型零件在線監(jiān)視并自動調(diào)整成型工藝參數(shù)，提高零件成型精度和穩(wěn)定性，并有效降低操作人員的技術(shù)依賴性，有利于多元生產(chǎn)及行銷網(wǎng)點的掌控。

4 結(jié)論與展望

微注射成型機的發(fā)展建立在機電技術(shù)和注射成型技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上，以微注射成型產(chǎn)品的需求為驅(qū)動力。從目前微注射成型機研究狀態(tài)看，未來一段時間關(guān)于微注射成型的研究發(fā)展趨勢可能體現(xiàn)在以下方面：

（1）對設(shè)備的驅(qū)動方式進(jìn)行進(jìn)一步研究，開發(fā)高精度、高靈敏度和高推力、低成本的驅(qū)動設(shè)備和方式；

（2）探索新的材料塑化方式，解決現(xiàn)有塑化方式帶來的諸多問題，達(dá)到整潔、塑化注射材料的目的；

（3）進(jìn)一步完善新材料的微注射成型工藝研究，發(fā)展適用于多種成型材料的微注射成型機；

（4）微注射成型機的高精度、率產(chǎn)品檢測單元的探索，為微注射成型機提供可靠的性能測試和評價標(biāo)準(zhǔn)；

（5）智能化和網(wǎng)絡(luò)化微注射成型要的開發(fā)應(yīng)用研究，使微注射成型機在計算機和網(wǎng)絡(luò)的幫助下實現(xiàn)多元控制和遠(yuǎn)程在線控制生產(chǎn)。

綜上所述，微注射成型機的研制發(fā)展歷史并不長，但它是一個發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)領(lǐng)域，開展這一領(lǐng)域的研究不僅可以帶動傳統(tǒng)注射成型技術(shù)的發(fā)展，同時也可以促進(jìn)精細(xì)微結(jié)構(gòu)制品的制造和應(yīng)用。隨著各國致力于微機電系統(tǒng)（MEMS）及精細(xì)CAD/CAE/CAM制品開發(fā)的力度不斷加強，精細(xì)微結(jié)構(gòu)制品的市場將持續(xù)增長，對精密微注射成型機的需求也會相應(yīng)逐年增加， 微注射成型機在*制造領(lǐng)域必將發(fā)揮日益重要的作用。