微通道注塑成型模具设计外文文献翻译中英文翻译.docx

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微通道注塑成型模具设计外文文献翻译中英文翻译

附录1：

外文翻译

微通道注塑成型模具设计

大规模生产微流体装置对于其中的生物医学应用是重要的一次性设备被广泛使用。

注射成型是一种众所周知的生产方法的设备以大规模低成本。

在这项研究中，注塑过程

适用于制造具有单个微通道的微流体装置。

至提高产品质量，采用高精度机械加工制造

的微流体装置的模具。

常规注塑机是在这个过程中实现的。

在不同的模具温度下进行注模。

通过测量部件变形来表征注射件的翘曲。

评估了模具温度对最终装置质量的影响在零件变形和粘接质量方面。

从实验结果来看，

翘曲和模制件的粘合质量之间的一致性被观察。

发现随着片的翘曲减小，粘接质量下降

增加。

接合断裂压力的最大值和最小值在相同的模具温度下发现翘曲点。

这个模具温度

被命名为设计的微流体装置的最佳温度。

它是观察到在45℃的模具温度下产生的微流体装置能够承受高达74巴的压力

1介绍

微流体装置的微尺度和纳米级制造是一种学术研究和行业的热门话题。

重复，高效，大规模生产的微流体装置是对于一次性设备的生物医学应用而言至关重要广泛使用。

当微流体装置的制造是关心，基本上有两种常见的方法：

直接基板制造和基于模具的技术。

直接底物制造包括蚀刻，激光烧蚀和机械加工。

另一方面，基于模具的技术包括软光刻，热压花和注射成型。

虽然模具的制造可能是复杂的;一旦模具该模具可以很好地被使用好几次。

之后完成模具，其余的制造程序是简单且高度可重现（即，低成本复制）使基于模具的技术非常适合批量生产。

在基于模具的技术中，注塑成型是一个很好的成型

宏观尺度的制造工艺（尺寸大于毫米），其中熔化的材料被注入进入模具以获得所需的形状。

使用的材料一般通过陶瓷和金属的塑料也可以用塑料模塑粘合剂。

在此过程中，材料被供应到加热桶，混合，并强制进入其中冷却的模具腔并根据腔体的形状固化[1]。

一旦已经制造了一个模具，可以有几千个零件模仿了很少或没有额外的努力。

产品好

尺寸公差和过程几乎不需要完成对最终产品的操作。

考虑到这些方面，注射成型是制造零件的流行制造工艺在大规模上广泛应用于航空航天，汽车，医疗，玩具和光学[2]。

但是，这个过程是通常不是短期生产的优选制造方法由于工具/运营成本，运行或原型设计注射成型工艺具有复杂的性质瞬态和涉及几个传热机制，一个阶段模具中的变化和时变边界条件。

而这些挑战是实质性的，过程变得更加复杂通过材料性质和产品的几何形状。

注射成型也可以转移千分尺或甚至产品的模具亚微米特征[4]。

注塑成型已被用于制造各种微尺度器件及其组件[4-10]以及纳流体通道[11]。

为了获得良好的产品质量，需要制造模具以便以期望的精度产生期望的特征。

模具材料可以是基于聚合物或基于金属的取决于在复制过程中。

然而，金属材料是更适合于注塑和热压花它们对高压和高温的强度

批量生产的变化[5]。

考虑到制造金属模具，软光刻，电镀后[5]或机械加工技术，如放电可以使用加工和/或微型加工[9]。

尤其是，机械加工技术允许制造模具用于微流体的具有期望精度的多种材料渠道。

而且，它们不需要任何洁净室设施。

Micromilling已被用于制造用于热压花的铝模具[12-14]和聚二甲基硅氧烷（PDMS）成型[15,16]，制造非标准模具插件尺寸或形状在20-500lm范围内不同长宽比在3到20之间[12]。

通常，微流体中不涉及高压流程。

然而，有一些某些应用程序如高高效液相色谱（HPLC）要求高设备内的背压。

焊接质量微流体装置是防止故障的重要参数（破裂和/或泄漏）由于高的微流体装置背压。

最大允许背压（爆裂压力）为基础的PDMS（这是常用材料

微流体制造的基于软光刻的微流体装置）设备介于5到10巴之间。

但是，使用的

不同的热塑性材料（如PMMA和环烯烃共聚物）与热粘合可能导致更高的允许压力高达15MPa[6]。

爆裂压力是一个可以通过优化来增强重要参数的成型和粘合条件。

一个重要的参数影响接合质量的是表面的翘曲注射部位。

然而，翘曲的表征由于复杂性相关，注入部件是一个有问题的任务具有注塑成型工艺的性质并没有被标准化了几种不同的翘曲表征方法以前已经提出过注射成型宏观尺度[17]。

然而，有关的研究很少具有微特征的部件翘曲的表征[18]。

在本研究中，注射成型工艺适应于用单个微通道制造微流体装置。

一个常规注塑机用于注射成型工艺;然而，为了获得所需的产品质量，该模具通过高精度制造机械加工。

对于注射产品，翘曲使用光学测量通孔进行表征显微镜在不同的模具下进行注模温度，以及模具温度对质量的影响根据零件变形量对最终装置进行了评估这与产品的翘曲有关粘接质量。

据我们所知，这项研究是其中之一在产品翘曲表征方面是少数的具有微特征和唯一涉及翘曲的研究的产品具有微观特征和粘接质量。

2模具和材料选择的设计

有一些关键的设计规则要遵循设计注塑模具。

消除尖角在这部分是至关重要的，因为它们导致了压力峰值可能导致裂纹的产品。

在注塑中，大多数问题不是由模具腔的填充引起的脱模过程。

如果模具设计不正确或如果使用不当的成型参数，具有微观特征的结构

可能会破裂，被撕裂，变形或被毁坏在脱模过程中[19]。

脱模过程可以也会导致模具插入物的磨损，并可能损坏微细部分即使在单个循环之后也可以进行模具插入。

介绍a

a的垂直（侧）壁的拔模斜度仅为2度-5度部分显着减少了脱模力，并允许相对容易地

排出微结构。

这个问题至关重要并且比侧壁的粗糙度更重要具有微特征的产品[19]。

另一个重要的问题脱模是在此期间发生的材料的收缩灌装和脱模阶段之间部分的冷却[20]。

结果，脱模力成为取向的功能的微结构相对于收缩方向和关键微特征相对于中心的位置

收缩[19]。

精细的微结构，像针脚高长宽比可以防止由此产生的剪切力通过包含相邻辅助结构的收缩它们足够稳定以抵抗这些剪切力[19]。

模具是通过考虑上述方法设计的问题。

计算机辅助设计（CAD）的渲染图像图中可以看到模具的拉伸。

模具有两种不同之处微通道特征（微通道结构之一在左上角由椭圆突出显示）。

微通道长度分别为10mm和20mm，宽度为a深度200lm。

这种微流体装置适用于HPLC应用。

模具由顶板和底板组成。

该入口和出口储存器开口（直径2mm）包括在底板（图1中用黑色突出显示），以及微通道包括在顶板。

为了方便脱模，在侧壁引入5度拔模角微通道和模腔。

为了避免turnabout（反向导致额外流动阻力的熔化材料的流动）的熔融材料，v形的跑步者被包括在设计中。

还包括作为冷lug井的附加空腔（在图1中部的椭圆中突出显示）中

确保使用模具进行多种设备生产，无需任何污染问题。

确保空气容易顺利的填充还引入了通风口（图1中的蓝线所示）设计。

为了脱模，用于推销的外壳被包括在内模具（可以看作图1中的灰色圆圈）。

的深度选择模腔为3mm，这是厚度产品（设计的细节以在别处找到[21]）。

选择合适的聚合物进行注射成型微流体组件是设计过程中的一项微妙任务用于微流体应用，因为考虑如聚合物对可实现的产品公差的影响并令人满意必须考虑材料性质要求[4]。

对于微流体应用，设备很重要材料是化学惰性的（以避免与此相互作用缓冲溶液中的化学物质），生物相容（避免任何物质）与生物颗粒的相互作用），透明（用于视觉访问在生物过程/实验期间）和便宜（允许一次性装置）。

考虑到所有这些方面，赢创有机玻璃6N（PMMA-Acrylics，EvonikIndustriesAG，Essen，Germany）

被选为本研究。

3制作

在模具的制造过程中，在模具上加工所需的产品图案或几何形状材料。

模具的精度显着地决定了品质最终产品如模具上的任何表面缺陷复制在聚合物产品中。

而且，模具很大程度上取决于模具的表面质量。

该模具表面更平滑，摩擦力越低脱模时[22]。

为了可靠的高质量复制，模具的粗糙度建议小于100nm根均方[23]。

表面形态，粘附性能成型材料，使用寿命，特征尺寸和成本至关重要模具制造要考虑的因素[22]。

高精度机械加工（微加工）方法用于制造模具。

模具是由空白（未加工）模具系统采用高精度计算机数控系统（DeckhelMahoDMU50）at毕尔肯特大学微系统设计和制造中央。

选择模具材料作为不锈钢模具钢CK-50AISI1.1050。

在加工过程中，四齿涂层优选硬质合金工具。

对于模具的加工，所需的G代码在SOLIDCAM软件中生成。

自从模具几何形状包括具有拔模角的侧壁，球形冲击器和闸门，利用三维（3D）CAM。

该模具加工耗时近4小

时。

加工模具可以在图中可以看出。

2（模具制造的细节可以是在别的地方[21]）。

该模具产生两个具有不同的微流体装置在一个周期的微通道长度。

顶部的空腔每个微流体装置的底板位于左侧模板。

将注入的聚合物分配到四个空腔通过跑步者，通过单个进入每个腔门。

模具加工后，为了增加表面质量，使用a进行表面光洁度操作研磨机和研磨膏。

检查的准确性加工，微通道结构的尺寸使用光学测量显微镜测量模具内部

（Hawk200，VisionEngineering，Surrey，UK）。

准确度的尺寸被发现在65米以内。

3.1注射成型零件。

制造后的模具，微通道的注塑成型执行。

注射在ModernTeknikPlastik进行圣。

抽动。

公司（OST_IM，土耳其安卡拉）。

注塑成型机最大注射压力为90MPa被使用。

该机有两个加热器：

一个用于熔化注射材料，另一个用于调整模具温度。

注塑成型采用六种不同的模具温度进行：

35℃，45℃，55℃，65℃，75℃，85℃。

熔化有机玻璃的温度（245℃）和注射压力（90℃）MPa）在注射实验期间保持恒定。

只有模具温度在注射期间变化。

为了监控模具温度精确，外部热电偶是安装。

要安装热电偶（见图3），有一个孔被尽可能靠近模具腔进行钻孔。

然后，热电偶插入孔中。

在注射实验期间，只监测模具温度。

附录2：

外文原文