微注塑成形是热塑性塑料成形的一种重要工艺方法,与目前在微机械领域广泛应用的硅基材料微小构件成形工艺相比,具有制造成本低、生产周期短、工艺简单、成形质量高、便于实现批量和自动化生产等优点。微模具作为微塑件的重要工艺装备,其制造水平直接影响着微塑件的成形质量 。
微模具的制造依赖于微细加工技术。随着微机电系统(Micro-Electronic-MechanicalSystem,MEMS)技术的发展,微制件的需求日益增加,微细加工技术也日新月异,从传统微细切削加工到微细特种加工,如电化学、电火花、激光、超声波、离子束等,再到UV-LIGA技术和深反应离子蚀刻技术(DRIE)。这些特种技术中,微细光加工技术在微模具制造中的应用更具优势,而UV-LIGA技术最有代表性和应用前景。UV-LIGA技术主要由曝光、显影、电铸和去胶组成,其特定的曝光方式使得该技术通常情况下只能制作含有直壁特征的2.5D微结构,而不易制作含有复杂结构特征的微结构 。
为获得三维微结构,大连理工大学的杜立群等提出基于UV-LIGA技术的新工艺制备三维微结构,并研究了UV-LIGA技术在制作细胞培养器微注塑模具型腔中的应用。Pfeiffer等人利用飞秒激光分层平面扫描烧蚀工艺,在硬质合金和不锈钢板上蚀刻出了深度为100μm的三维微结构。江苏大学张朝阳等构建了纳秒脉冲激光电化学加工系统,实现了线宽在140μm左右、深度较大的微细刻蚀加工,获得了较好的加工质量和成形精度。Li等以微超声加工和微细电火花加工为基础制备了球形微结构。Park和Chu等提出了线切割和电解抛光相结合的方法,制备了表面质量较好的透镜样式模具。为了提高微结构的表面质量和加工精度,Nguyen等提出通过微细电火花加工结合微细电解加工来制备微结构。大连理工大学的宋满仓等研究了利用常规电火花线切割技术加工薄镍板微小结构的方法,该技术可为电火花线切割加工其他材料的薄板微小零件提供支持与参考。清华大学佟浩、李勇等以放电间隙伺服控制实时补偿电极损耗技术为基础,提出三维微细电火花伺服扫描加工方法,制备出了各种复杂的三维微结构。但是微细电火花加工所用的微细电极制作困难,加工后模具的表面粗糙度难以达到要求,需要进行后续研抛加工,从而降低了生产效率,并且由于在电火花加工的过程中始终存在微细电极损耗,因此该技术难以获得大深宽比的微结构 。
近年来,为了制备三维微模具,徐斌等人提出了微型双工位叠层成形方法(MicroDouble-stagedLaminatedObjectManufacturing,Micro-DLOM)。Micro-DLOM以分层实体制造工艺(LOM)为基础,通过多层二维微结构的叠加拟合来获得三维微模具。凌世全等人采用飞秒激光切割结合微细电阻滑焊制备了2阶、3阶级联齿轮微型腔模具,,并通过铜箔对上述齿轮腔进行胀形复制得到了微成形件,从而验证了该工艺方法的可行性。但限于飞秒激光的功率,切割的单层不锈钢箔厚度不能超过20μm,所以叠层成形的微模具深度受到一定的限制 。