[實用新型]一種基于激光加工的微型塑料件成形裝置

無效

• 申請號: 200720037573.7
• 申請日: 2007-05-21
• 公開（公告）號: CN201070823Y
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 楊昆;王勻;王霄
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B29C43/02
• 分類號: B29C43/02;B29C43/34;B29C43/36;B29C43/32
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本實用新型專利涉及特種加工微成形領域，特指一種基于激光加工的微型塑料件成形裝置，是將激光沖擊和激光加熱技術融合在一起的一種新型塑料成形裝置，能夠實現塑料的微成形以及高效率加工，并且克服傳統微型加工精度低的問題。

背景技術

微成形是塑料成形的一個發展趨勢，微型塑料廣泛地應用在精密儀器和電子儀表中。傳統的微塑料成形的方法中，注塑法能夠獲得較高的精度，比如，德國多特蒙德的STEAG公司生產的微注塑機能夠生產出齒高為2um的齒輪。但是傳統的微注射成形的過程一般由加料，塑化，注射入模，保壓，冷卻和脫模六個步驟組成，工藝較為復雜，對設備的要也很高，尺寸效應和摩擦行為都使得塑料性能有較大改變，塑化過程中仍然采用普通的加熱方法很難保證塑料受熱的均勻性，而且加熱時間過長容易導致塑料內部成分的改變。在注射的時候，模具和軟化塑料的溫差會引起塑料的流動性下降；最為關鍵的是傳統注射入模工藝的壓力一般比較大，無法精確滿足微加工所需要的微小壓力。另外，在冷卻過程中速度太快，容易引起成形后工件表面性能差異和內部缺陷，殘余應力的存在也嚴重破壞工件的尺寸精度。如何設計一個澆注系統來完成注射就是一個非常復雜的問題，對模具型芯的冷卻也很難得到加工的要求。

目前比較先進的微成形工藝有LIGA，電加工，粉末燒結，熱壓成形等方法，新工藝為微型注塑模具的制造提供了技術基礎，在國外LIGA制造技術已經能夠制造出外形尺寸為3-1100um的工件，LIGA工藝涉及以下過程：X射線蝕刻、電分度成型和成型，但是模具結構側面必須具有良好的拉模角，加上塑料的特殊性，因此會影響加工的質量，另外，光刻過程中的參數設定較為復雜，制造時間比較長，成本高，而且加工能量的輸出不夠，所以很難形成大規模生產。

近來，國內外LSF技術的應用也日趨成熟，日本Tsuyoshi?Masumoto申請專利：Formingprocess?of?amorphous?alloy?material非晶合金材料的成形工藝，批準號為US5324368，其原理是應用油浴或者加熱爐對材料加熱，并以靜水壓力作為成型力對非結晶材料進行微成形。中國專利200510010099.4、03132554.8報導了利用電加熱方式實行對微小工件的間接加熱后進行微塑性成形。國內江蘇大學張永康等人在金屬板料的激光沖擊成形實驗中取得成功，證明激光的照射能對金屬產生沖擊力使金屬產生塑性變形，并且沖擊力的能量是可控的。但是目前激光沖擊成形的利用大多是在宏觀制造，加工的材料成形機理也大多只是塑性變形，而且加工多為金屬板料，很少涉及到塑料，使得激光沖擊成形的范圍還有比較大的應用空間。

總的來說，由于微型塑件的特殊性，最為重要的兩個加工參數是準確獲得微小的力和成形溫度。傳統的加工工藝已經逐漸不能滿足現代生產要求，所以必然需要我們利用一些現代的加工方法去實現塑料的快速微成形。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種基于激光加工的微型塑料件成形裝置，其由Nd:YAG激光器、CO₂激光器、反射鏡、激光沖擊控制計算機和加熱控制計算機、導光和分光系統、約束層、涂層、壓模、凹模、工作臺、旋轉反射鏡組成；Nd:YAG激光器通過光纖依次與反射鏡，旋轉反射鏡、導光和分光系統連接，壓模位于凹模內，凹模固定在工作臺上，位于導光和分光系統的正下方，壓模的上方依次為涂層和約束層；CO₂激光器與反射鏡、旋轉反射鏡、導光分光系統組成一個通路，位置在工作臺下方，正對著凹模；激光沖擊控制計算機和加熱控制計算機分別控制Nd:YAG激光器和CO₂激光器。本實用新型主要利用了激光沖擊產生的壓力以及激光照射塑料產生的熱量，獲得塑料成形需要的條件。

Nd:YAG激光器可以選用波長為1.06μm的激光器，脈沖功率25J，光斑直徑8mm。CO₂激光器激光功率一般為5-40J，涂層需要有較高激光吸附能力，可以采用黑漆材料；約束層需要一定的硬度，可以采用K9玻璃；壓模材料要有一定的硬度、可以采用45^#鋼；激光沖擊控制計算機和加熱控制計算機控制激光的輸出，得到沖擊和加熱所要求的激光功率和照射時間。

本實用新型的主要目的在于通過計算機控制激光器的輸出功率獲得適合的熱量和壓力，因此可以克服傳統注塑加工中注射力過大的弊端，由于激光加熱的時候模具和工件的溫差不大，所以能夠使得殘余應力降低到最小程度；激光加工的成本比LIGA要小的多，而且制造的周期短，且容易由計算機控制，使用制造好的微模具，就可以快速生產高質量的微型塑料件。