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從材料選擇、模具設(shè)計(jì)到組裝，今天我們將要分享的是關(guān)于微注塑工藝的多項(xiàng)精密要求。

編輯醫(yī)療制造相關(guān)內(nèi)容的商業(yè)出版物時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)微創(chuàng)手術(shù)是一個(gè)熱門(mén)話題。聽(tīng)合同制造商說(shuō)，客戶經(jīng)常會(huì)把這個(gè)問(wèn)題掛在嘴邊：“最小能做到多??？”那時(shí)，微型成型已經(jīng)出現(xiàn)，不過(guò)還是一個(gè)相當(dāng)小眾的行業(yè)。伴隨著醫(yī)療設(shè)備的體積不斷縮?。娮与娦女a(chǎn)品和汽車(chē)零組件就更不用提了），微注塑的市場(chǎng)份額越來(lái)越大。Research and Markets最近的一份報(bào)告顯示，全球微成型市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2020年的9.04億美元增長(zhǎng)到2025年的16億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）達(dá)11.8%。在筆者看來(lái)，這個(gè)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(jiǎn)單地將注塑工藝應(yīng)用于生產(chǎn)小型零件，不是說(shuō)除了產(chǎn)品尺寸縮小之外就沒(méi)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(gòu)、構(gòu)造設(shè)計(jì)、零件組裝（如有）。我們采訪了Isometric Micro Molding公司的業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Donna Bibber，揭開(kāi)了微注塑的神秘面紗。她知無(wú)不言，與筆者分享了自己的觀點(diǎn)。

01

首先，對(duì)應(yīng)微注塑的零件尺寸應(yīng)該是多大？這個(gè)數(shù)值有固定標(biāo)準(zhǔn)嗎？

微注塑有鮮有人知的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義，內(nèi)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?qū)е聠挝⒚坠畹寞B加公差；

高長(zhǎng)度-厚度（L:T）比或長(zhǎng)度-直徑（L:D）的長(zhǎng)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(lái)，制造設(shè)計(jì)（DfM）在微成型中非常重要。它與傳統(tǒng)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(xì)介紹所有子過(guò)程的工藝圖，圖中標(biāo)明了產(chǎn)品和裝配的所有關(guān)鍵屬性。這些子過(guò)程通常包括模具設(shè)計(jì)/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(gè)過(guò)程圖都不同，但重要的是消除每個(gè)過(guò)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(fā)揮著過(guò)程故障模式效果分析（PFMEA）和控制計(jì)劃的作用。即使在報(bào)價(jià)階段，這個(gè)過(guò)程也能用于詳細(xì)介紹解決方案，便于我們技術(shù)嫻熟、經(jīng)驗(yàn)豐富的塑料工程人員開(kāi)展初步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。這樣一來(lái)，我們?cè)O(shè)計(jì)的項(xiàng)目解決方案就已經(jīng)通過(guò)了審核，成功概率就會(huì)更大。 

傳統(tǒng)的DfM工藝通常不是為解決單微米的堆積公差而設(shè)計(jì)的，它們的主要目標(biāo)是正負(fù)千分之幾英寸的公差。通常來(lái)說(shuō)，微注塑件的公差更為嚴(yán)格，壁厚更薄，在操作和包裝時(shí)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(jì)劃百分比時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)更加嚴(yán)格。

03

模具設(shè)計(jì)在微型成型中的重要性指得強(qiáng)調(diào)。

那么能講講其中都有哪些難點(diǎn)嗎？

模具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)師。在垂直整合的公司中，模具設(shè)計(jì)師是否具備豐富經(jīng)驗(yàn)是模具能否制成的關(guān)竅。Isometric的模具設(shè)計(jì)師深知如何微加工零件特征只有人類(lèi)發(fā)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(guò)燒工藝，以及電火花加工或銑削是否能以最佳形態(tài)呈現(xiàn)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(wú)法外包。談到基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，無(wú)論是設(shè)計(jì)模具、為CT掃描儀編程還是自動(dòng)化生產(chǎn)，都要做好模具設(shè)計(jì)和計(jì)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(yīng)用中的表現(xiàn)也不一樣，對(duì)嗎？

不同材料在微注塑中的表現(xiàn)確實(shí)有差異，微型模具澆口直徑產(chǎn)生的瞬時(shí)聚合物剪切力是產(chǎn)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(shí)間只有0.01秒，這種情況并不罕見(jiàn)。如果流量平衡得當(dāng)，瞬時(shí)但看似重要的剪切率有利于填充高長(zhǎng)徑比零件。

我們可以看一下Isometric拉力棒的圖片[見(jiàn)下方]，拉力試棒的大小相當(dāng)于鍵盤(pán)上的字母I。借助澆口、剪切效應(yīng)，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(chǎn)模具所需的注塑成型參數(shù)，進(jìn)而降低風(fēng)險(xiǎn)。這些拉力棒還能模擬將在生產(chǎn)中使用的澆口直徑和澆口樣式。

設(shè)計(jì)工程師可能會(huì)下意識(shí)地避免設(shè)計(jì)尺寸過(guò)小的零件，他們認(rèn)為這些零件過(guò)于輕薄，不夠“結(jié)實(shí)”，或者過(guò)于輕巧脆弱，無(wú)法發(fā)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(guān)知識(shí)已經(jīng)過(guò)時(shí)，那么項(xiàng)目發(fā)展到后期就可能會(huì)功虧一簣。這些失敗完全可以提早預(yù)防，也可以用微型拉力棒的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)支持有限元分析（FEA）的理論數(shù)據(jù)，以加大監(jiān)管力度。