聚合物微流控芯片量产需要具有宏微结构的亚克力注塑加工,其关键在于模具微结构加工。微流控芯片模具典型微结构有微小V型槽和微孔,其中V型槽尺寸微小、结构尖锐、槽线很长、曲率变化,微孔直径微小、数量上千。鉴于刀具制作、刀具损耗和表面质量,微机械加工和电火花成型加工难以同时满足模具微小V型槽和群微结构形状精度和表面质量的要求。基于电解加工电极不损耗的优势,实验研究了一种微细电解加工微流控芯片亚克力注塑加工微结构的工艺。加工原理为:通过放电反拷将圆柱电极在线修整为微细圆柱电极,进而通过倾斜平板电极放电反拷将微细圆柱电极修整为微细圆锥电极;利用微细圆锥电极分层扫描电解加工逐层去除材料,形成V型槽结构。利用同一圆柱电极先后在线制备微孔加工用微细圆柱电极和V型槽加工用微细圆锥电极,使得微孔和微小V型槽加工具有同一刀具基准,避免了刀具更换造成的定位误差。为了提高成型精度和加工一致性,利用数字显微镜实现了电极尺寸的在线测量,避免了离线检测带来装夹误差;利用先大分层厚度进行粗加工、后小分层厚度进行精加工的粗精结合加工工艺,提高V型槽底端成型精度;将V型槽根据曲率和长度进行分段,每段内电解加工外冲液方向一致,分段改变时根据段内V型槽曲率调整冲液方向,降低V型槽曲率变化对加工深度一致性的影响;利用定长扫描距离内酸洗电极工艺去除附着电极表面的电解产物,降低电极表面附着物对加工精度和一致性的影响。测试实验表明,通过放电反拷加工,微细圆柱电极直径最小为40μm,微细圆锥电极锥角最小为30°。

模具加工实验表明,微小V型槽尺寸为23～400μm,尺寸误差<10%,V型槽长度>400mm,底端圆角半径最小为23μm,微孔直径为90～95μm,连续加工数量>4800。微流控芯片注塑实验表明,利用微细电解加工模具注塑的微流控芯片,其微小三角形凸起和微柱具有较高的形状精度和一致性,一方面说明模具微结构具有较高的形状精度,另一方面说明电解加工模具微结构具有较好表面质量,容易脱模。

微流控芯片可以操控微纳尺度上流体,借助尺度效应的帮助进行检测,具有检测过程迅速、检测准确、试剂消耗量小等特点,常应用于高效筛选、分析化学、食品安全、环境检测等领域。伴随微流控技术的发展,聚合物材料逐渐取代传统的玻璃、硅等材料成为微流控芯片的主流基体材料。面向聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质的微流控芯片,开展了设计、数值模拟仿真、亚克力注塑加工设计及微流控芯片注塑成型的全过程研究,对未来微流控芯片的大规模注塑制备具有一定借鉴意义,最后也对未来微流控芯片与注塑加工工艺相结合的发展趋势进行了展望。

研究了球墨铸铁模板的化学成分、基体组织、硬度、铸造工艺、热处理等对其切削加工性能的影响。模板化学成分不合理、形成碳化物元素含量过高、模板中含有高熔点的夹杂物、局部的白口和反白口、未熔尽残留物、硬度不均匀等材料原因,以及铸造工艺方面的冷却速度、开箱温度、铸件尺寸精度超差和不稳定、刀具和切削用量不合适等非材料因素均可能引起切削问题。提出了从熔炼入手,控制炉料质量、控制形成硬质点的合金元素加入量、消除夹杂物、提高基体组织的均匀性、严格控制铸造工艺过程等解决措施,以获得良好的切削加工性能。 

亚克力注塑加工根据注塑机滑槽板的零件图样,分析滑槽板的特征结构,确定滑槽板的加工内容以及加工要求,制定滑槽板的加工工艺路线,设计滑槽板加工时的装夹方案,选用合适的加工刀具及切削参数,完成滑槽板的加工工艺设计。  

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