微注射成型的提出源于1985年，微注射成型（也稱微成型）用于生產(chǎn)總體尺寸、或特征功能區(qū)、或公差要求以毫米甚至微米計的制品。隨著高技術(shù)和精密技術(shù)的快速發(fā)展，在光通信、計算機數(shù)據(jù)存儲、醫(yī)療技術(shù)、生物技術(shù)、傳感器和傳動裝置、微光學(xué)器件、電子和消費類產(chǎn)品，以及設(shè)備制造和機械工程等領(lǐng)域中，微注射成型制品呈現(xiàn)快速增長的需求。典型例子包括：手表和照相機部件，汽車撞擊、加速和距離傳感器，硬盤和光盤驅(qū)動器讀寫頭，醫(yī)療傳感器，微型泵，小線軸，高精度齒輪、滑輪和螺旋管，光纖開關(guān)和接插件，微電機，外科儀器和通訊制品等。
由于制品的微型特征，因此需要特殊的成型機械和輔助設(shè)備來完成各種生產(chǎn)操作，如：注射量控制、模具排空（真空）、注射工藝、制品頂出、分離、檢驗、存放、定位和包裝。另外模具嵌件和模腔制造也需要特殊的技術(shù)。
微注射成型分類
盡管迄今為止微注射成型的方法并沒有清楚定義，但一般認為應(yīng)用于生產(chǎn)以下三類產(chǎn)品或部件的工藝可稱為微注射成型。
重幾微克到幾分之一克，尺寸可能在微米（mm）級的微注塑成型制品，如微齒輪、微操縱桿等。圖1是作者在德國Hengstler公司用聚醚酰亞胺（PEI－Ultem1010，G.E.公司產(chǎn)）制得的微齒輪，齒輪軸孔直徑和齒廓寬度均小于1mm。
圖1 微注射成型制成的微齒輪材料: PEI－Ultem1010，G.E.產(chǎn)；料筒機頭溫度370℃
，370℃，360℃，350℃，油溫：150℃, 圖中標尺單位為厘米
傳統(tǒng)尺寸的注射成型制品，但具有微結(jié)構(gòu)區(qū)域或特征功能區(qū)，例如帶有數(shù)據(jù)點隙的光盤、具有微表面特征的透鏡、使用塑料薄片技術(shù)制造微齒輪的薄片等。圖2是作者制作的聚碳酸酯小透鏡（圖2-a）和透明小齒輪（圖2-b）。注意齒輪表面布有寬度小于1mm的同心圓，用于后續(xù)制作計數(shù)器的數(shù)據(jù)區(qū)。
圖2 微注射成型制成的微透鏡（a）和透明
齒輪（b），材料：PC，圖中標尺的單位為厘米
可具有任意尺度，但尺寸公差在微米級的高精度制品，例如光纖技術(shù)用接插件等。圖3是作者制作的一種汽車用微卡子，卡體采用聚甲醛（POM Delrin），卡體尾片厚度為700mm。為減輕運行時卡體振動，采用第二臺注射機和旋轉(zhuǎn)模具，在卡體中部共注射一小塊彈性體，材料為PE-PA共聚物（PEBAX 2533，ATO Chemie公司產(chǎn)）。
圖3 微注射成型制成的汽車用卡子，圖中標尺的單位為厘米。卡體材料：POM Delrin
。料筒機頭溫度：210℃，210℃，190℃，180℃。中部嵌件：二次注射彈性體PE-PA共
聚物，PEBAX2533，ATOChemie公司產(chǎn)，料筒機頭溫度200℃，200℃，180℃，170℃
。熱流道溫度：180℃，模具溫度：50℃
微注射成型的設(shè)備要求
為滿足微注射成型的特殊需求，采用專門設(shè)計的設(shè)備和模具至關(guān)重要。一般來說，應(yīng)考慮以下要求：
應(yīng)采用小型塑化裝置，螺桿直徑在12～18mm范圍內(nèi)，且螺桿長度較短，L/D比值大約為15，以避免長停留時間引起材料降解。
精確的注射量控制和理想的注射速度。為此，機器有時裝備有分離的計量和注射用的柱塞和螺桿。其目的在于準確計量注射量和消除由于傳統(tǒng)注射螺桿的分流和死角造成的與材料降解相關(guān)的問題。
可進行多重控制。比如既可根據(jù)螺桿位置，又可根據(jù)模腔壓力進行從充模到保壓的轉(zhuǎn)換。
模溫可調(diào)，有能力將模具壁溫升高到一定水平，有時略高于聚合物熔融溫度，以避免超薄部分的早期固化。若微注射成型制品的壁厚小于5mm，須具備模具抽空能力，因為這種情況下壁厚與空氣逃逸的氣孔尺寸處于同一數(shù)量級。
推薦采用開關(guān)型噴嘴，以避免由于高加工溫度造成熔體流涎。
精確定位和輕柔的模具開關(guān)速度以避免精巧的微注射成型件發(fā)生變形。
采用特殊操作技術(shù)取出成型件，進行檢驗和包裝。由于微注射成型制品的尺寸和重量與傳統(tǒng)制品存在著顯著差異，故必須采 取一些特定步驟以保證制品正確頂出。例如可在注射機上安裝顯示系統(tǒng)以確認微型制品的頂出。此外可使用吸力墊取出制品，它可以使制品保持分離和定向，便于質(zhì)量控制和包裝，或者使用靜電力或吹出等。對微注射成型制品，傳統(tǒng)的質(zhì)量控制方法如測量制品重量不再適用。新的質(zhì)量控制技術(shù)使用視頻監(jiān)視系統(tǒng)來區(qū)分合格和不合格制品。
盡可能就地準備干凈封閉場所或?qū)訝钪苻D(zhuǎn)箱，以避免污染微注射成型件。微注射成型制品通常是組裝件的一部分，因此將它們按一定方向包裝，準備進行后續(xù)的裝配。
為此，若采用現(xiàn)代化的傳統(tǒng)成型機械生產(chǎn)，必須按上述要求進行改裝，以滿足微注射成型的特殊需要。然而隨著制品體積和注射量的減小，傳統(tǒng)注射機不再是一種經(jīng)濟上可行的解決方案。許多種類“微注射機”因此被開發(fā)出來并投入了商業(yè)應(yīng)用。
圖4是西班牙Babyplast公司最新研制的一種微型注塑機。其中塑化單元和注射單元分離，均采用液壓驅(qū)動活塞式擠出機，活塞直徑10～18mm。斜上方的塑化單元采用獨特的金屬球塑化系統(tǒng)，避免了螺桿塑化的強剪切和強生熱造成的材料降解。注塑料室容積僅15cm3，縮短了物料的高溫滯留時間。機器總功率3kW，凈重150kg。
圖4 Babyplast公司生產(chǎn)的微型注塑機
模具特點和加工制造
微注射成型的模具除尺寸明顯小于傳統(tǒng)模具尺寸外，還具有以下特點：因尺寸小，使型腔數(shù)目減少，有利于改善模具的平衡性，提高產(chǎn)品外觀尺寸精確性；因尺寸小，更容易控制模溫的穩(wěn)定，符合精密成型要求，也節(jié)約了模具加熱/冷卻所需的能量；推薦采用熱流道系統(tǒng)；模具成本低，開發(fā)周期短。
微注射成型模具的加工可以采用傳統(tǒng)的加工方法，如各種機械加工方法和電火花加工（EDM）。但是隨著模具嵌件和模腔尺寸的減小，傳統(tǒng)方法很快達到了它們的加工極限。目前，微電子領(lǐng)域的一些技術(shù)已被用于微注射成型模具嵌件和模腔的制造。一種常用方法是LIGA技術(shù)，它是x-射線深層光刻，電鑄（電鍍）和注射成型復(fù)制的德文單詞縮寫。其他工藝包括：微切削、超精密加工、激光加工和微EDM技術(shù)等。
微注射成型工藝
微注射成型制品的主要特征是尺寸小，形狀特殊，功能區(qū)復(fù)雜。一般來說其大小在幾微米到幾厘米數(shù)量級，長寬比在1到100之間，個別功能區(qū)要求高強度、高光潔度、高透明性等。為了使這些特征能夠以高重現(xiàn)度復(fù)制，工藝上必須滿足一些特殊要求。具體地說，為保證能夠正確充模，需要高注射速度和高注射壓力（達數(shù)百至數(shù)千kg/cm2），料溫在允許范圍內(nèi)（不降解）盡可能取高的熔體溫度，模具壁溫也應(yīng)控制在高端。為獲得足夠大的注射量需要使用大流道和大澆口，這樣能保證聚合物在流動過程中可靠地控制和切換，以避免材料降解。模具需要特殊的分置的加熱和冷卻系統(tǒng)，以便動態(tài)控制模具溫度。例如充模時要求模溫高而冷卻時希望模溫低，因此工藝控制需使用兩個不同溫度的油路，分別在充模和冷卻階段加熱和冷卻模具。為控制生產(chǎn)工藝以及有效處理和包裝微注射成型制品，模具應(yīng)有改進的模具傳感器、高精度模具導(dǎo)向裝置、模具抽空系統(tǒng)、集成流道采集器和用于制品取出的機械手、自動澆口切除系統(tǒng)，以及在每個周期激活的模具清洗系統(tǒng)等，這些裝備對微注射成型制品的正確生產(chǎn)和采集都是至關(guān)重要的。
從材料角度看，幾乎所有適用于宏觀成型的材料都可以用于微成型。文獻報道過的微注射成型材料包括：聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、尼龍（PA）、液晶聚合物（LCP）、聚醚酰亞胺（PEI）和硅橡膠。涉及反應(yīng)注射的也曾應(yīng)用過以丙烯酸、丙烯酰胺和硅氧烷為基礎(chǔ)的材料。
微注射成型的目的是生產(chǎn)微型制品，因此與其它宏觀注射成型工藝不存在競爭關(guān)系，這是它最大的優(yōu)點之一。在各種微成型 工藝中，注射成型工藝又具有其他工藝不可比擬的優(yōu)勢，如它可以借鑒傳統(tǒng)塑料加工技術(shù)長期積累的豐富經(jīng)驗、具有標準化的工藝程序、高自動化程度以及短生產(chǎn)周期等，因此它是各種微成型工藝發(fā)展最快的技術(shù)。它的主要工藝缺點有：流道體積大，有時流道內(nèi)物料可能占到總注射重量的90%。而且對于微注射制品應(yīng)用而言，流道內(nèi)的材料大多數(shù)情況下是不能回收再用的，材料浪費較嚴重。另外由于微注射制品的表面/體積比通常很高，模具在注射過程中必須加熱到熔融溫度以上以防止早期固化，使得生產(chǎn)周期延長。
