光学零件微结构注塑成型工艺研究.pdf

国防科学技术大学
硕士学位论文
光学零件微结构注塑成型工艺研究
姓名:邓雄
申请学位级别:硕士
专业:机械工程
指导教师:尹自强
2010-11
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
摘要
微注塑成型是指以注射的方法生产特征尺寸(至少在二维方向上)处于亚毫
米量级的零件或结构的工艺技术。随着微型光学仪器、微型医疗仪器和微型传感
器等微系统的迅速发展,作为主要组成部分的微结构器件成为开发、研究的重点,
而微结构的成型质量更是其功能实现的关键。应用常规注塑成型工艺条件不能生
产出高质量的微注塑件,为此需要研究微注塑成型过程的特点,找出工艺条件对
微结构成型质量的影响规律,确定适合塑件成型质量要求的最佳工艺条件。本文
分三个部分研究微结构成型质量与注塑工艺参数之间的关系,具体研究工作如下:
1. 选取导光板底部 V 型微槽来研究微结构角度的成型质量与工艺参数之间
的关系。文中利用光学设计软件 LightTools 建立相应的背光模组模型,仿真优化
出 V 型微槽的参数,进而设计制造出配套的注塑成型导光板的模具。通过正交实
验,分析工艺参数组合对选定指标值的影响关系,优化出合理工艺参数组合,并
进行注塑实验,实验表明优化参数下的注塑件角度和深度的成型精度都得到了提
升,定性的光学检测表明 V 型微槽导光板将光调制到了需要的方向,而且整个面
的均匀性较好。
2. 选取光波导包层梯形微结构来研究微结构尺寸(宽度和深度)和表面质量
(粗糙度)与工艺参数之间的关系。文中针对设计的梯形微结构的指标要求,采
用正交试验法分析工艺参数对光波导整体性能的影响,对多指标优化问题建立模
糊加权评价模型,优化出工艺参数组合。实验表明优化参数下注塑件的尺寸成型
误差降低了,而且成型表面质量得到了提升,对光波导的通光检测表明注塑件的
尺寸精度和表面质量能满足要求。
3. 选取微透镜阵列来研究微结构轮廓复制度与工艺参数之间的关系。为进一
步研究微结构成型质量与工艺参数间的关系,文中根据微透镜阵列的成型特点,
设计微透镜阵列的参数,结合正交试验法和单因素试验法,选取制品的成型重量
作为复制度评价指标,运用 Autodesk Moldflow Insight 2010 仿真软件分析不同工艺
参数组合下微透镜阵列的成型重量,确定最优工艺参数组合并进行注塑实验,检
测结果表明注塑件的重量增加了,而且轮廓复制度提升了。
4. 总结 V 型微槽、梯形微槽以及球形微透镜三种结构的特点,分析注塑过程
中模流充填的联系,研究三者注塑成型质量之间的关系。
主题词: 微注塑成型;工艺参数;导光板;光波导;微透镜阵列
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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
ABSTRACT
Micro-injection molding is a technology which refers to ponents or
micro-structures with a feature size (at least in two dimensions) at a sub-millimeter by
injection. With the rapid development of micro-optical devices, micro-medical
instruments and micro-sensors, the micro-devices, as the ponents of these
devices, e the focus of the research and development. The forming quality of the
micro-structures is the key factor to achieve their functions. Micro-structures with high
quality can’t be manufactured by the conventional injection molding method. As a
result, it requires a study on the characteristics of the micro-injection molding process to
find out the forming laws of processing parameters to manufacture the micro-structures,
and then to determine the optimal processing con