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。隨著高技術和精密技術的快速發(fā)展，在光通信、計算機數(shù)據(jù)存儲、醫(yī)療技術、生物技術、傳感器和傳動裝置、微光學器件、電子和消費類產品，以及設備制造和機械工程等領域中，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備來完成各種生產操作，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。
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，但一般認為應用于生產以下三類產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）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；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，但具有微結構區(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）。
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?？w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，料筒機頭溫度200℃，200℃，180℃，170℃
。熱流道溫度：180℃，模具溫度：50℃
微注射成型的設備要求
為滿足微注射成型的特殊需求，采用專門設計的設備和模具至關重要。一般來說，應考慮以下要求：
應采用小型塑化裝置，螺桿直徑在12～18mm范圍內，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換。
模溫可調，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)的質量控制方法如測量制品重量不再適用。新的質量控制技術使用視頻監(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層狀周轉箱，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，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，微電子領域的一些技術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，它是x-射線深層光刻，電鑄（電鍍）和注射成型復制的德文單詞縮寫。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（不降解）盡可能取高的熔體溫度，模具壁溫也應控制在高端。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。為控制生產工藝以及有效處理和包裝微注射成型制品，模具應有改進的模具傳感器、高精度模具導向裝置、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和采集都是至關重要的。
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。涉及反應注射的也曾應用過以丙烯酸、丙烯酰胺和硅氧烷為基礎的材料。
微注射成型的目的是生產微型制品，因此與其它宏觀注射成型工藝不存在競爭關系，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周期等，因此它是各種微成型工藝發(fā)展最快的技術。它的主要工藝缺點有：流道體積大，有時流道內物料可能占到總注射重量的90%。而且對于微注射制品應用而言，流道內的材料大多數(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，使得生產周期延長。
