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塑膠周轉(zhuǎn)箱壓力對(duì)微通道成形影響的仿真分析本文給有限元模型施加溫度為98壓力為2000N得到熱應(yīng)力耦合場(chǎng)節(jié)點(diǎn)位移局部放大，結(jié)論本文通過對(duì)溫度壓力作用下塑料微通道成形的仿真。虛線為微模具的外輪廓，如所示。從左至右取節(jié)點(diǎn)498490488482472462六個(gè)節(jié)點(diǎn)，如虛線橢圓圈所示。用y方向和x方向的位移隨時(shí)間變化曲線來示微通道底部及側(cè)壁塑料的流動(dòng)情況，如和所示。
溫度-結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)節(jié)點(diǎn)位移局部放大y方向位移曲線x方向位移曲線從可以看出，前50節(jié)點(diǎn)498代的微凸起頂部的塑料的y方向流動(dòng)速率最快且y位移量最大。而右邊的節(jié)點(diǎn)490488482472462y方向流動(dòng)速率逐漸減小，位移量依次減小。從可以看出，位于微凸起底部附近的節(jié)點(diǎn)490x方向的位移最大，首先向模具的側(cè)壁流動(dòng)，右邊的節(jié)點(diǎn)488482472498隨之向模具側(cè)壁流動(dòng)，只是位移依次減小，節(jié)點(diǎn)462所代那局部塑料水平方向的流動(dòng)最小。所有節(jié)點(diǎn)在周圍塑料的擠壓下共同向微模具的空腔流動(dòng)。50s150范圍內(nèi)壓力堅(jiān)持不變，各點(diǎn)的位移基本沒有變化，由于微通道已經(jīng)成形，處于堅(jiān)持形狀階段，這對(duì)微通道的成形是非常有利的壓力分別為500N1000N1500N2000N本文研究50和150時(shí)節(jié)點(diǎn)498490488482472462六個(gè)不同位置的位移變化曲線來說明壓力對(duì)微通道成形的影響，分別如和所示。
50不同壓力下150不同壓力下位移變化曲線由和可以看出，壓力為500N50時(shí)，微通道在y方向只有5.6m150時(shí)為5.7m.可見，壓力小時(shí)微通道復(fù)制不完全，只能是微凸起高度的一部分。隨著壓力的增加，y方向位移逐漸增大。當(dāng)壓力為2000N時(shí)，y方向的位移在50和150分別增加到22.1m和22.9m.因此，壓力為2000N對(duì)微通道的完全復(fù)制是必要的
塑膠周轉(zhuǎn)箱溫度對(duì)微通道成形影響的仿真分析我50內(nèi)升壓至2000N升溫分別至8590和98取節(jié)點(diǎn)498490488482472462節(jié)點(diǎn)位移進(jìn)行分析?？梢钥闯觯?5和90下各個(gè)節(jié)點(diǎn)位置的位移幾乎重合，而溫度為98時(shí)各個(gè)位置相對(duì)前兩溫度變化較大。從趨勢(shì)可以看出，隨著溫度接近PMMA 玻璃化溫度，塑料的流動(dòng)性明顯加強(qiáng)，有利于微通道成形。
不同溫度節(jié)點(diǎn)位移變化曲線在50內(nèi)將上下熱壓板升至98同時(shí)在芯片四周施加空氣對(duì)流。050時(shí)得到溫度場(chǎng)分布局部放大。取五個(gè)不同位置的節(jié)點(diǎn)1587519769197671976519485溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，如中虛線橢圓圈所示。由0可以看出，PMMA 基片中部已經(jīng)形成了均勻穩(wěn)定的溫度場(chǎng)梯度。50時(shí)，位置1溫度最高，為97.69這是由于它和下加熱板直接接觸，最先得到熱量，升溫速率最快；位置5溫度次之，為97.05這是由于基片與上加熱板之間有微模具，使得上熱壓板傳到芯片上面的速率相對(duì)較慢。位置2和4相對(duì)邊境的距離相同，但是后者溫度明顯高于前者，由于上下面的傳熱速率不一致所致，位置3溫度最低，只有93.82.不同位置溫度不同肯定導(dǎo)致塑料流動(dòng)性差別，這會(huì)對(duì)微通道成形質(zhì)量發(fā)生直接影響。為了使各層的溫差盡量減小，進(jìn)行保溫。保溫時(shí)間對(duì)微通道的成形是重要的環(huán)節(jié)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果在微通道成形的實(shí)驗(yàn)中，采用的大連理工大學(xué)自主研制的RYJI型熱壓成形機(jī)。依照仿真結(jié)果進(jìn)行塑料微通道的熱壓成形實(shí)驗(yàn)。50內(nèi)將基片升溫至98同時(shí)線性升壓至2000N載荷后，保溫保壓100降溫降壓后脫模，得到微通道截面如2所示。由2a來看，升溫升壓的50內(nèi)，塑料沿著微凸起的側(cè)壁向下流動(dòng)，逐漸填充空腔。而在保溫保壓的100內(nèi)，塑料進(jìn)一步向微模具的底部流動(dòng)，幾乎充溢整個(gè)空腔，并堅(jiān)持住微通道形狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，微通道形狀與仿真結(jié)果是一致的微通道成形過程與仿真結(jié)論基本吻合。
分析了壓力，溫度及保溫保壓時(shí)間對(duì)微通道的影響。較大的壓力是微通道完全復(fù)制的必要條件，溫度在玻璃化溫度附近，有助于塑料的流動(dòng)，而合適的保溫保壓時(shí)間使理想的微通道堅(jiān)持穩(wěn)定。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微流控芯片微通道熱壓成形過程的有效控制。
如所示。然后進(jìn)行熱應(yīng)力場(chǎng)耦合分析，a第一階段（b第二階段微通道成形示意本文首先建立多層傳熱的溫度場(chǎng)幾何模型。取PMMA 基片沿著微通道方向的一截面作為研究對(duì)象，取一半建立二維的熱應(yīng)力耦合幾何模型，經(jīng)過映射網(wǎng)格劃分后得到有限元模型，如所示。