微光器件生产中的注塑工艺比较【中文4900字】
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微光器件生产中的注塑工艺比较【中文4900字】,微光,器件,生产,出产,中的,注塑,工艺,比较,对比,中文
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第1页共11页【中文4900字】外文原文版出处HTTP/WWWSCIENCEDIRECTCOM/SCIENCE/ARTICLE/PII/S1877705814003683译文2013年第二十四届DAAAM智能制造与自动化国际研讨会微光器件生产中的注塑工艺比较摘要注塑成型是一个复杂的过程，受多种因素的影响（注塑速度、注塑压力、熔体温度和其他）。尽管如此，过程控制和参数优化，它往往是难以取代热塑性塑料，因为具有足够的尺寸精度的组件，特别是在高纵横比的几何形状的情况下。有以下原因，因为这是一个创新的成型技术，如注塑压缩成型、注射压缩成型或真空注射成型、真空注塑。本文在传统注射成型注射成型与光学复制注射压缩成型和真空注塑典型的热塑性微尺度棱镜模式。一个完整的设计实验，包括几个微结构棱镜的几何形状，注塑工艺和特定的工艺参数，共288项测试。数据分析证明通过注射压缩成型工件的质量更高，而真空注塑是一个小的工艺改进。关键词注塑成型；注塑成型；真空注射成型；精度1简介电信、光伏技术、医学影像诊断学的最新成果表明，监控系统和照明系统强烈增强了制造复杂形状光学的兴趣元件，其尺寸范围从10M到100M，通常被称为微型光学元件。可用于大规模生产主要工艺为热压成型，用于生产微结构化的塑料薄膜（全息图，可穿戴式反射，反射镜为街头应用，和其他），注塑成型，适用于生产三维光学元件（用于CCD，紧凑的光学微扩散器，菲涅耳镜片，和其他1）。在目前，只有注塑成型是经济的大规模生产，由于他有高的生产力2。这些技术的效率，在微光学制造领域是非常有限的，这是一个创新仪器和制造方法的强烈需求。此外，尺寸精度光学元件所需的精度，往往难以达到所需的质量标准。微尺度下的注塑成型工艺十分复杂，影响因素很多，如注塑速度、注塑压力、熔体温度、模具温度等3。有很大的过程参数之间的相互作用，工艺条件的变化和其他可能的现象（例如，空气陷阱），这可以减少工艺的可重复性。因此，先进的技术（如自适应注入成型、脉冲冷却技术、超高速注塑成型和其他）已经开发。一般而言，通过调节工艺参数或通过调节工艺参数或模具和生产装置的轻微修改来提高加工精度并不总是可能的。这第2页共11页些方面是特别的相关性的，当模制组件是一个光学装置，这需要高的尺寸精度和表面质量。在本文中，传统的注射成型，注射成型相比于两种创新的方法，如注射压缩成型ICM和真空注塑真空注塑是用于光学热塑性微尺度棱镜模式的复制典型的。最近的出版社第一次讨论处理这一主题，然后详细描述了实验过程。最后，实验数据进行了讨论和得出结论。在表1，最近的科学出版社处理创新注射成型技术和调查注塑参数的影响如下。表1光学元件的注塑成型研究综述形状类型材料（）技术（）主要方面判别年份盘零件2DPSIM，ICM注塑成型过程模拟42000样本部分，板2DPCIM，ICM通过不同的注塑工艺获得的光学质量52000单球面透镜2DPCIM成型条件对表面轮廓误差的影响62001导光（楔形）2DPMMAIM，ICM工艺参数对收缩率的影响72003光盘2DPCIM注塑成型过程模拟82003拾波镜3DPMMAIM注塑成型过程模拟92005衍射光栅的拾取透镜3DPMMAIM，ICM衍射光栅的制作工艺比较102005带五槽板50微米2DPMMAIM，VIM各种即时通讯程序的转录比率112006光盘2DPSIM，ICM注塑成型过程模拟122007衍射光学元件2DPCHFPTFEETIM，VIM不同材料的复制精度和优化132007厚壁透镜3DIM，ICM不同注塑工艺获得的几何精度和光学质量142007带五槽板50微米2DPCIM不同材料的转录精度和光学性能研究152008光学透镜2DPSICM三维过程仿真162012（）PS聚苯乙烯；PC聚碳酸酯；COC环状烯烃共聚物；PMMA甲基丙烯酸甲酯；第3页共11页SAN苯乙烯丙烯腈共聚物；HFPTFEET氟四氟乙烯乙烯共聚物；（）IM注射成型；ICM注射压缩成型；VIM真空注塑；HE热压印（各种）。该表是为了表示组件的形状、尺寸、材料、应用注塑技术，主要方面调查了相关年份的书籍。可以看到，大多数的科学作品集中在二维光盘组件的复制（磁盘部件和光盘）。在这些应用中，当组件的纵横比很高时，有效地防止熔体的热力学条件的强烈变化。研究三维光学元件如透镜的出版物数量有限。收缩和内应力是限制三维构件尺寸精度和质量的主要问题。有几项研究工作，是说传统的注塑成型与注射压缩成型或真空注塑成型相比。一般来说，通过注射压缩成型获得的精度高于常规成型571014。此外，有令人鼓舞的结果，就是真空注塑成型相比于传统的注塑1113。没有一个出版社有完整的对比，而且这三个过程和结果是非常具体的考虑和应用。许多作品研究表明控制过程和和热动力条件对收缩的影响，并且通过计算机模拟残余应力和双折射。作为一个一般性的结论，通过计算机模拟得到的结果的可靠性是受局部瞬态效应的强烈影响。因此，以实验室测试验证数值模拟的结果是非常重要的17。2实验步骤光学棱镜模式的参考几何在这项研究中考虑的是在图1。光学模式由锯齿槽几何参数定义如下棱镜高度HM，棱镜的角度和拔模角。由于工艺的限制，热塑性塑料填不饱模槽完全。因此，棱镜顶部平滑和取得的棱镜高度H低于在母盘嗯槽的高度。棱镜的光学效率可以通过上面等人介绍转录率指标定量表征。在200611。转录率TR是棱镜H和HM的实际高度之间的比例关系，如图1所示，方程（1）。（1）MHTR图1微型光学棱镜模式的几何形状六棱镜的几何形状已被用作测试几何形状，如表2。这些几何形状已被选定，因为它们是根据微光学平面透镜，如透镜。机械加工的棱镜功能如表2所示。所有棱镜几何形状的角度都是2度。第4页共11页棱镜的几何形状已使用穆尔纳米技术为250的金刚石刀具在车床加工，在50X15毫米6040黄铜成型镶单点车削加工。不同的切割工具，不同的鼻子半径已被施加到机器的棱镜槽。采用扫描电镜检查验证机床模具镶件的准确性和评估可达到的最大高度HM棱镜，如图2所示。表2调查棱镜几何形状几何码棱镜角度棱镜HM高（微米）P160100P260141P345240P430426P530368P630221图2（A）微机械模具插入实例（B）加工槽的扫描电镜检查第5页共11页图3模具设计的三维表示选择应用的聚合物PMMAV825ALTUGLAST，是一种常用的PMMA级汽车照明光学零件。模压机是NEGRIBOSSIVE70（最大夹紧力70吨左右；最大注射速度80毫米/秒；最大注射压力190MPA；最大压力150MPA），兼容注射压缩成型。同时兼容三种注塑成型的方法和可交换插入的原形模具已经被设计与制造，如图3和图4所示。微黄的铜压模是夹在活动压板（见图4）是为了方便修改和改变棱镜腔结构几何。切换动作是为了调节注射压缩成型。图4模板（A）快速换模装置（B）第6页共11页（A）真空泵；（B）真空罐；（C）真空管道；（D）模具；（E）压缩空气管路；（F）阀模管；（G）三通阀；（H）动板图5真空注塑装置真空注塑的真空装置如图5。真空装置是三通阀分别连接模具腔，压缩空气线和真空线，这是一种模具型腔的控制状态。圈是应用在模具。模具闭合后，将模具连接到真空管路中。真空被施加间接地，使用真空罐，受到一个真空泵连续抽真空操作。当模腔内的压力低于01巴时，开始注射。真空排气管被保持，直至完全填充使用一个自动真空阀放置在模具内。压缩空气流量被用于零件的脱模和成型周期结束时清洗真空阀。由于需要达到的真空条件下在模具型腔的时间，VM循环时间较长（约10秒）比注射成型和注射压缩成型的周期。然而，这个时间可以很容易地减少使用较大的真空水库。对主要模具几何尺寸的正确性验证（浇道、浇口、冷却管道）和每个注塑工艺参数的方法适用范围的选择是基于MOLDFLOWCAE软件模拟。根据CAE，文献综述和经验分析结果，一个实现注塑成型方法的设计实验与三个工艺参数的影响因素，如表3和表4所示。表3工艺参数实验设计因素1因素2因素3技术低（1）高（1）低（1）高（1）低（1）高（1）注射成型模具温度保持压力栏喷射速度毫米/秒第7页共11页9010030010003070注射压力棒保持压力栏压缩间隙毫米注射压缩成型50010005009000615注射压力棒保持压力栏喷射速度毫米/秒真空注塑60016003008003070因素水平注塑成型方法3棱镜几何6因素12因素22因素32重复2全测3X6X2X2X2X2288每个样品使用VEECO斯隆DEKTAK3ST的接触轮廓与针尖半径25M检查，检查长度4500M，接触力30毫克，点密度0625米/分，（图6，从轮廓检测得到的数字文件的一个例子如图6中的B）。数字化档案进行了MATLAB确定各峰的转录比TR和存储在一个数据库进行统计分析。图6A表面轮廓仪测量配置B模制零件的测量实例3数据分析与讨论盒状图转录率的注射成型方法和每个棱镜几何形状如图7所示。理想的情况是，在这个红色的线代表平均点应尽量靠近100精度和垂直尺寸的盒子事关分散/精密要小。第8页共11页图7方块图（IM注射成型；ICM注射压缩成型；VIM真空注塑）可以观察到，有一个显著的统计区别转录比之间的差异。具体来说，注射压缩成型方法获得平均转录率最高和色散最低。因此，注射压缩成型可以被公认为最高精确和可重复的三种注射成型方法之一。真空注塑的方法平均转录率低于注射压缩成型，但比注射成型的高对于所有棱镜的几何形状。真空注塑这个盒子的尺寸在几个注射成型大小相同的情况下大，在其他情况下，较小的。这一分析的证据，真空注塑是传统注塑成型工艺的一个小的改进，其有效性取决于他的应用。在P4、P5、P6例，棱镜的角度是30和45之间，转录率小于其他棱镜结构。例如，例P3和P6有相同的棱镜高度HM250M和两个不同的棱角，45P3和P630。P3转录率约7580而P6是6070。因此，当棱镜角为小的时候，其转录率很低，这可能是合理的。同样，几何形状的P4，P5和P6有相同的棱镜角30减少棱镜高他可以看到在这些情况下的转录率范围在6070。根据这一观察，棱镜高度HM没有转录率影响显著。第9页共11页图8数量的平均影响和检查获得棱镜的注射成型和注射压缩成型每个注射成型方法的平均效应因素和各棱镜几何形状同注射成型和注射压缩成型得到的成型棱镜几何实例如图8所示。所有的注射成型过程最相关的因素是保压压力，导致变异的注射成型2和9之间的TR，注射压缩成型的0和35，25和55的活力。对于注射成型，第二最相关的因素是较大的棱镜角度几何形状的模具温度P1、P2和P3注射小棱镜角度几何速度P4，P5和P6。这些数据是按照以前的研究得来的。在注射压缩成型的情况中，第二最相关的因素是产生变异的TR1左右注射压力。注射速度是迄今为止在真空注塑过程的第二最相关的因素，产生变异的TR12左右。4结论创新的注射成型方法注射压缩成型中的应用（ICM）和真空注塑成型（VIM）用于光学MISCROSCALE塑料部件的质量复制相比传统注射成型。注塑压缩成型工艺只能在专用机器，而真空注塑成型工艺可以应用于传统的注塑机，具有较小的设置和模具修改。由于所需的时间，以达到在空腔内的真空条件。真空注塑意味着周期时间增加。转录率数据分析表明，注射压缩成型是最精确的注射成型方法的分析，而真空注塑是一个小小的工艺改进。然而，最大的转录比强烈地依赖于光学棱镜几何。具体而言，高水平的转录率仅当棱镜角度是大的。没有证据表明棱镜的HM的高度对转录率的强烈效果。保持压力是影响所有注塑成型工艺和生产变化的主要因素。TR比起注射成型高于第10页共11页9，比CIM高于35，比真空注塑高于55。由注射成型获得的转录比也受到影响，可能是因为模具温度和注射速度。注射速度也是影响真空注塑过程的第二最相关的因素。结合注射压缩成型和真空注塑方法继续对本课题的研究并且延伸到其他棱镜几何结构，这将是另外一种兴趣。致谢作者要感谢米歇尔PASCOLO，尼古拉DEL和CENTRORICERCHEPLASTOPTICA,AMARO（UD），意大利，支持本研究。参考文献1ADAVIS,RCBUSH,JCHARVEY,MFFOLEY,FRESNELLENSESINREARPROJECTIONDISPLAYS,SIDDIGESTOFTECHNICALPAPERXXXIII,200895982MWORGUL,HOTEMBOSSINGTHEORYANDTECHNOLOGYOFMICROREPLICATION,2009,WILLLIAMANDREWPUBLICATION3DOKAZMER,DHATCH,TOWARDSCONTROLLABILITYOFINJECTIONMOLDING,PROCEEDINGSOFMATERIALPROCESSINGSYMPOSIUM1999ASME,INTERNATIONALMECHANICALENGINEERINGCONGRESSANDEXPOSITION,NASHVILLE,TENNESSEE19994SCCHEN,YCCHEN,HSPENG,SIMULATIONOFINJECTIONCOMPRESSINGMOLDINGPROCESSPARTIIINFLUENCEOFPROCESSCHARACTERISTICONPARTSHRINKAGE,JOURNALOFAPPLIEDPOLYMERSCIENCE,752000164016545WMICHAELI,MWIELPUETZ,OPTIMIZATIONOFTHEOPTICALPARTQUALITYOFPOLYMERGLASSESINTHEINJECTIONMOULDINGPROCESS,MACROMOLECULARMATERIALSANDENGINEERING,284/28520008136XLU,LSKHIM,ASTATISTICALEXPERIMENTALSTUDYOFTHEINJECTIONMOLDINGOFOPTICALLENS,JOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY,113,20011891957CHWU,YLSU,OPTIMIZATIONOFWEDGESHAPEDPARTSFORINJECTIONMOLDINGANDINJECTIONCOMPRESSIONMOLDING,INTCOMMHEATMASSTRANSFER,30/220032152248BFAN,DOKAZMER,WCBUSHKO,RCTHERIAULT,AJPOSLINSKI,WARPAGEPREDICTIONOFOPTICALMEDIA,JOURNALOFPOLYMERSCIENCEB,4120038598729WBYOUNG,EFFECTSOFPROCESSPARAMETERSONINJECTIONCOMPRESSIONMOULDINGOFPICKUPLENS,APPLIEDMATHEMATICALMODELLING,29200599599710CHWU,WSCHIEN,INJECTIONMOLDINGANDINJECTIONCOMPRESSIONMOULDINGOFTHREEBEAMGRATINGOFDVDPICKUPLENS,SENSORSANDACTUATORSA,125200536737511HYOKOI,XHAHN,EFFECTSOFMOLDINGCONDITIONONTRANSCRIPTIONMOLDINGOFMICROSCALEPRISMPATTERNSUSINGULTRAHIGHSPEEDINJECTIONMOLDING,POLYMERENGINEERINGANDSCIENCE,4620061140114612HSLEE,AIISAYEV,NUMERICALSIMULATIONOFFLOWINDUCEDBIREFRINGENCECOMPARISONOFINJECTIONANDINJECTION/COMPRESSIONMOULDING,8/120076672第11页共11页13VKALIMA,JPIETARINEN,SSIITONEN,JIMMONEN,MSUVANTO,MKUITTEN,KMONKKONEN,TTPAKKANEN,TRANSPAR
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