微流控芯片模芯的精密铣磨加工及其微注塑成形技术

为降低微流控芯片的大批量生产制造成本,保证微尺度流道结构的表面质量和形状精度,提出采用超硬立方氮化硼(CBN)磨棒在模具钢模芯表面精密铣磨加工制造出形状精度可控的微凸起阵列结构,然后利用微注塑成形技术高效成形制造出具有微凹槽阵列结构的聚合物微流控芯片.分析了铣磨加工工艺参数对微结构模芯表面质量的影响,通过试验和数学统计理论分析法研究了微注塑成形工艺参数对微结构聚合物表面粗糙度和形状精度的作用机制以及影响程度.试验结果表明:较优的铣磨工艺参数为主轴转速16000 r/min,切削深度2μm和进给速率15 mm/min,此时微结构模芯的表面粗糙度Ra达到0.299 μm.熔体温度和保压时间对聚合物微流道形状精度PV和底部粗糙度Ra的影响较大,保压压力次之,注射速度则最小.当熔体温度、注射速度、保压压力和保压时间分别为235℃,80 mm/s,5 MPa和9s时,微流道形状精度达到8.950 μm,微流道底部粗糙度Ra为0.055μm.