微通道注塑成型模具設(shè)計外文文獻翻譯、中英文翻譯

1、 附錄 1：外文翻譯微通道注塑成型模具設(shè)計大規(guī)模生產(chǎn)微流體裝置對于其中的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用是重要的一次性設(shè)備被廣泛使用。注射成型是一種眾所周知的生產(chǎn)方法的設(shè)備以大規(guī)模低成本。在這項研究中，注塑過程適用于制造具有單個微通道的微流體裝置。至提高產(chǎn)品質(zhì)量，采用高精度機械加工制造的微流體裝置的模具。常規(guī)注塑機是在這個過程中實現(xiàn)的。在不同的模具溫度下進行注模。通過測量部件變形來表征注射件的翹曲。評估了模具溫度對最終裝置質(zhì)量的影響在零件變形和粘接質(zhì)量方面。從實驗結(jié)果來看，翹曲和模制件的粘合質(zhì)量之間的一致性被觀察。發(fā)現(xiàn)隨著片的翹曲減小，粘接質(zhì)量下降增加。接合斷裂壓力的最大值和最小值在相同的模具溫度下發(fā)現(xiàn)翹曲點。這

2、個模具溫度被命名為設(shè)計的微流體裝置的最佳溫度。它是觀察到在 45的模具溫度下產(chǎn)生的微流體裝置能夠承受高達 74 巴的壓力1 介紹微流體裝置的微尺度和納米級制造是一種學(xué)術(shù)研究和行業(yè)的熱門話題。重復(fù)，高效，大規(guī)模生產(chǎn)的微流體裝置是對于一次性設(shè)備的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用而言至關(guān)重要廣泛使用。當(dāng)微流體裝置的制造是關(guān)心，基本上有兩種常見的方法：直接基板制造和基于模具的技術(shù)。直接底物制造包括蝕刻，激光燒蝕和機械加工。另一方面，基于模具的技術(shù)包括軟光刻，熱壓花和注射成型。雖然模具的制造可能是復(fù)雜的;一旦模具該模具可以很好地被使用好幾次。之后完成模具，其余的制造程序是簡單且高度可重現(xiàn)（即，低成本復(fù)制）使基于模具的技術(shù)非

3、常適合批量生產(chǎn)。在基于模具的技術(shù)中，注塑成型是一個很好的成型宏觀尺度的制造工藝（尺寸大于毫米），其中熔化的材料被注入進入模具以獲得所需的形狀。使用的材料一般通過陶瓷和金屬的塑料也可以用塑料模塑粘合劑。在此過程中，材料被供應(yīng)到加熱桶，混合，并強制進入其中冷卻的模具腔并根據(jù)腔體的形狀固化1。一旦已經(jīng)制造了一個模具，可以有幾千個零件模仿了很少或沒有額外的努力。產(chǎn)品好 尺寸公差和過程幾乎不需要完成對最終產(chǎn)品的操作?？紤]到這些方面，注射成型是制造零件的流行制造工藝在大規(guī)模上廣泛應(yīng)用于航空航天，汽車，醫(yī)療，玩具和光學(xué)2。但是，這個過程是通常不是短期生產(chǎn)的優(yōu)選制造方法由于工具/運營成本，運行或原型設(shè)計注射成

4、型工藝具有復(fù)雜的性質(zhì)瞬態(tài)和涉及幾個傳熱機制，一個階段模具中的變化和時變邊界條件。而這些挑戰(zhàn)是實質(zhì)性的，過程變得更加復(fù)雜通過材料性質(zhì)和產(chǎn)品的幾何形狀。注射成型也可以轉(zhuǎn)移千分尺或甚至產(chǎn)品的模具亞微米特征4。注塑成型已被用于制造各種微尺度器件及其組件4-10以及納流體通道11。為了獲得良好的產(chǎn)品質(zhì)量，需要制造模具以便以期望的精度產(chǎn)生期望的特征。模具材料可以是基于聚合物或基于金屬的取決于在復(fù)制過程中。然而，金屬材料是更適合于注塑和熱壓花它們對高壓和高溫的強度批量生產(chǎn)的變化5?？紤]到制造金屬模具，軟光刻，電鍍后5或機械加工技術(shù)，如放電可以使用加工和/或微型加工9。尤其是，機械加工技術(shù)允許制造模具用于微流

5、體的具有期望精度的多種材料渠道。而且，它們不需要任何潔凈室設(shè)施。Micromilling 已被用于制造用于熱壓花的鋁模具12-14和聚二甲基硅氧烷（PDMS）成型15,16，制造非標(biāo)準(zhǔn)模具插件尺寸或形狀在 20-500 lm 范圍內(nèi)不同長寬比在 3 到 20 之間12。通常，微流體中不涉及高壓流程。然而，有一些某些應(yīng)用程序如高高效液相色譜（HPLC）要求高設(shè)備內(nèi)的背壓。焊接質(zhì)量微流體裝置是防止故障的重要參數(shù)（破裂和/或泄漏）由于高的微流體裝置背壓。最大允許背壓（爆裂壓力）為基礎(chǔ)的 PDMS（這是常用材料微流體制造的基于軟光刻的微流體裝置）設(shè)備介于 5 到 10 巴之間。但是，使用的不同的熱塑性

6、材料（如 PMMA 和環(huán)烯烴共聚物）與熱粘合可能導(dǎo)致更高的允許壓力高達 15MPa 6。爆裂壓力是一個可以通過優(yōu)化來增強重要參數(shù)的成型和粘合條件。一個重要的參數(shù)影響接合質(zhì)量的是表面的翹曲注射部位。然而，翹曲的表征由于復(fù)雜性相關(guān)，注入部件是一個有問題的任務(wù)具有注塑成型工藝的性質(zhì)并沒有被標(biāo)準(zhǔn)化了幾種不同的翹曲表征方法以前已經(jīng)提出過注射成型宏觀尺度17。然而，有關(guān)的研究很少具有微特征的部件翹曲的表征18。在本研究中，注射成型工藝適應(yīng)于用單個微通道制造微流體裝置。 一個常規(guī)注塑機用于注射成型工藝; 然而，為了獲得所需的產(chǎn)品質(zhì)量，該模具通過高精度制造機械加工。對于注射產(chǎn)品，翹曲使用光學(xué)測量通孔進行表征顯

7、微鏡 在不同的模具下進行注模溫度，以及模具溫度對質(zhì)量的影響根據(jù)零件變形量對最終裝置進行了評估這與產(chǎn)品的翹曲有關(guān)粘接質(zhì)量。 據(jù)我們所知，這項研究是其中之一在產(chǎn)品翹曲表征方面是少數(shù)的具有微特征和唯一涉及翹曲的研究的產(chǎn)品具有微觀特征和粘接質(zhì)量。2 模具和材料選擇的設(shè)計有一些關(guān)鍵的設(shè)計規(guī)則要遵循設(shè)計注塑模具。消除尖角在這部分是至關(guān)重要的，因為它們導(dǎo)致了壓力峰值可能導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)品。在注塑中，大多數(shù)問題不是由模 具腔的填充引起的脫模過程。如果模具設(shè)計不正確或如果使用不當(dāng)?shù)某尚蛥?shù)，具有微觀特征的結(jié)構(gòu)可能會破裂，被撕裂，變形或被毀壞在脫模過程中19。脫模過程可以也會導(dǎo)致模具插入物的磨損，并可能損壞微細(xì)部分即

8、使在單個循環(huán)之后也可以進行模具插入。介紹 aa 的垂直（側(cè)）壁的拔模斜度僅為2 度-5 度部分顯著減少了脫模力，并允許相對容易地 排出微結(jié)構(gòu)。這個問題至關(guān)重要并且比側(cè)壁的粗糙度更重要具有微特征的產(chǎn)品19。另一個重要的問題脫模是在此期間發(fā)生的材料的收縮灌裝和脫模階段之間部分的冷卻20。結(jié)果，脫模力成為取向的功能的微結(jié)構(gòu)相對于收縮方向和關(guān)鍵微特征相對于中心的位置收縮19。精細(xì)的微結(jié)構(gòu)，像針腳高長寬比可以防止由此產(chǎn)生的剪切力通過包含相鄰輔助結(jié)構(gòu)的收縮它們足夠穩(wěn)定以抵抗這些剪切力19。模具是通過考慮上述方法設(shè)計的問題。計算機輔助設(shè)計（CAD）的渲染圖像圖中可以看到模具的拉伸。模具有兩種不同之處微通道特

9、征（微通道結(jié)構(gòu)之一在左上角由橢圓突出顯示）。微通道長度分別為10mm 和 20mm，寬度為 a 深度 200 lm。這種微流體裝置適用于 HPLC 應(yīng)用。模具由頂板和底板組成。該入口和出口儲存器開口（直徑2mm）包括在底板（圖1 中用黑色突出顯示），以及微通道包括在頂板。為了方便脫模，在側(cè)壁引入 5 度拔模角微通道和模腔。為了避免 turnabout（反向?qū)е骂~外流動阻力的熔化材料的流動）的熔融材料，v 形的跑步者被包括在設(shè)計中。還包括作為冷 lug 井的附加空腔（在圖 1 中部的橢圓中突出顯示）中確保使用模具進行多種設(shè)備生產(chǎn)，無需任何污染問題。確保空氣容易順利的填充還引入了通風(fēng)口（圖 1 中

10、的藍線所示）設(shè)計。為了脫模，用于推銷的外殼被包括在內(nèi)模具（可以看作圖 1 中的灰色圓圈）。的深度選擇模腔為 3mm，這是厚度產(chǎn)品（設(shè)計的細(xì)節(jié)以在別處找到21）。選擇合適的聚合物進行注射成型微流體組件是設(shè)計過程中的一項微妙任務(wù)用于微流體應(yīng)用，因為考慮如聚合物對可實現(xiàn)的產(chǎn)品公差的影響并令人滿意必須考慮材料性質(zhì)要求4。 對于微流體應(yīng)用，設(shè)備很重要材料是化學(xué)惰性的（以避免與此相互作用緩沖溶液中的化學(xué)物質(zhì)），生物相容（避免任何物質(zhì)）與生物顆粒的相互作用），透明（用于視覺訪問在生物過程/實驗期間）和便宜（允許一次性裝置）。 考慮到所有這些方面，贏創(chuàng)有機玻璃 6N（PMMA-Acrylics，Evonik

11、Industries AG，Essen，Germany）被選為本研究。3 制作在模具的制造過程中，在模具上加工所需的產(chǎn)品圖案或幾何形狀材料。模具的精度顯著地決定了品質(zhì)最終產(chǎn)品如模具上的任何表面缺陷復(fù)制在聚合物產(chǎn)品中。而且，模具很大程度上取決于模具的表面質(zhì)量。該模具表面更平滑，摩擦力越低脫模時22。為了可靠的高質(zhì)量復(fù)制，模具的粗糙度建議小于 100nm 根均方23。表面形態(tài)，粘附性能成型材料，使用壽命，特征尺寸和成本至關(guān)重要模具制造要考慮的因素22。高精度機械加工（微加工）方法用于制造模具。模具是由空白（未加工）模具系統(tǒng)采用高精度計算機數(shù)控系統(tǒng)（Deckhel Maho DMU 50）at 畢爾

12、肯特大學(xué)微系統(tǒng)設(shè)計和制造中央。選擇模具材料作為不銹鋼模具鋼 CK-50 AISI1.1050。在加工過程中，四齒涂層優(yōu)選硬質(zhì)合金工具。對于模具的加工，所需的G 代碼在 SOLIDCAM 軟件中生成。自從模具幾何形狀包括具有拔模角的側(cè)壁，球形沖擊器和閘門，利用三維（3D）CAM。該模具加工耗時近 4 小時。加工模具可以在圖中可以看出。2（模具制造的細(xì)節(jié)可以是在別的地方21）。該模具產(chǎn)生兩個具有不同的微流體裝置在一個周期的微通道長度。 頂部的空腔 每個微流體裝置的底板位于左側(cè)模板。 將注入的聚合物分配到四個空腔通過跑步者，通過單個進入每個腔門。 模具加工后，為了增加表面質(zhì)量，使用 a 進行表面光潔度操作研磨機和研磨膏。 檢查的準(zhǔn)確性加工，微通道結(jié)構(gòu)的尺寸使用光學(xué)測量顯微鏡測量模具內(nèi)部（Hawk 200，Vision Engineering，Surrey，UK）。 準(zhǔn)確度的尺寸被發(fā)現(xiàn)在 65米以內(nèi)。3.1 注射成型零件。制造后的模具，微通道的注塑成型執(zhí)行。注射在 Modern TeknikPlastik 進行圣。抽動。公司（OST_IM，土耳其安卡拉）。注塑成型機最大注射壓力為 90 MPa 被使用。該機有兩個加熱器：