Микролитье под давлением

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Micro Injection  
Molding

Guido Tosello 

Hanser Publishers, Munich 
Hanser Publications, Cincinnati

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Гвидо Тозелло

Микролитье под давлением

Санкт-Петербург
2021

Перевод с английского языка
под редакцией В. Г. Дувидзона

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

УДК 678.027.74 
ББК 35.710
Т50

Г. Тозелло 
Т50 Микролитье под давлением : пер. с англ. яз. под ред. В. Г. Дувидзона. — 
Санкт-Петербург : ЦОП «Профессия», 2021. — 400 с., ил.

ISBN 978-5-91884-111-2

В книге подробно рассмотрены основные вопросы литья микродеталей: особенно-
сти процесса литья, специальные полимерные материалы и требования к ним, особенно-
сти конструкций пресс-форм и специального оборудования. 
Сформулированы кретерии для точного литья микродеталей, включая соблюде-
ние требований к поверхности и геометрии. В отдельных главах отражены рекоменда-
ции к специфике конструирования и изготовления пресс-форм, PIM-технологии, методы 
инструментального контроля качества литьевых форм и готовых изделий для широкого 
круга микрооптических, микромеханических систем и многофункциональных микро-
компонентов. Специальные главы описывают высокоэффективные технологии микро-
литья: микролитье с вакуумированием, аддитивные технологии, многокомпонентное 
микролитье, включая необходимое оборудование. Приведены методы обнаружения и 
выявления дефектов и даны пути эффективного решения проблем качества готовых из-
делий.
Книга предназначена инженерам, конструкторам, технологам, разработчикам ми-
кролитьевого производства, а также исследователям и специалистам, занимающимся его 
усовершенствованием, и является наиболее исчерпывающим руководством по микро-
литью пластмасс.
ББК 35.710
УДК 678.027.74

© Carl Hanser Verlag, Munich 2018. All rights reserved. 
Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни 
было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

ISBN 978-1-56990-653-8 (англ.) 
© Carl Hanser Verlag, Munich, 2018
ISBN 978-5-91884-111-2
© ЦОП «Профессия», 2021
© Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2021

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

Предисловие к русскому изданию. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Благодарность от автора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Об авторе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

Часть 1. Полимерные материалы и технология микролитья

Глава 1. Технологические особенности литьевых машин  
для микролитья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
1.2. Анализ патентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
1.3. Литьевые машины для микролитья: структура и технические решения. .24
1.3.1. 
Введение в основы функционального моделирования. . . . . . . . . . . . . . . . . .25
1.3.2. 
 Метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
1.3.3. 
Функциональный анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
1.4. Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Глава 2. Мониторинг и управление процессом микролитья . . . . . . . . . . 46
2.1. Необходимость мониторинга процесса микролитья. . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
2.2.  Датчики контроля технологического процесса микролитья . . . . . . . . . . . .47
2.2.1. 
Объемный расход . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
2.2.2. 
Датчики температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
2.2.3. 
Датчики давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
2.2.4. 
Ультразвуковые датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
2.3. Системы визуализации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
2.3.1. 
Конструирование оборудования для визуализации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
2.3.2. 
Высокоскоростное формирование изображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
2.3.3. 
Методы теплового образования изображений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
2.4. Системы сбора и хранения данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
2.4.1. 
Аппаратура для сбора данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
2.4.2. 
Синхронизация систем сбора данных (DAQ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
2.4.3. 
Стратегии коммуникации (информационного обеспечения)  
и хранения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
2.5. Применение систем текущего контроля процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
2.5.1. 
Определение рабочих характеристик литьевой машины. . . . . . . . . . . . . . . .60
2.5.2. 
Оценка качества материала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
2.5.3. 
Определение технологического «окна переработки» . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
2.5.4. 
Граничные условия моделирования и валидация результатов . . . . . . . . . . .64
2.5.5. 
Разработка и валидация датчиков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
2.5.6. 
Интеллектуальная система управления процессом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
Глава 3. Структура и свой ства полимерных материалов 
в микроизделиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
3.2. Специфические свой ства полимерных материалов для микролитья . . . .71

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

3.3. Влияние масштабирования на полимерные материалы в процессах 
микролитья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
3.3.1. 
Реологические свой ства в микро- и наноразмерных диапазонах 
при низких, высоких и сверхвысоких скоростях сдвига. . . . . . . . . . . . . . . . .73
3.3.2. 
Свой ства полимерных материалов —  pvT-диаграммы  
для микромасштаба. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
3.3.3. 
Тепловые свой ства полимерных материалов в микромасштабе . . . . . . . . .78
3.3.4.  Механические свой ства литьевых микроизделий (испытание 
микроизделий на растяжение и измерение нанотвердости). . . . . . . . . . . . .80
3.4.  Молекулярная ориентация и кристалличность в литьевых  
микроизделиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83
3.4.1. 
Аморфные полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
3.4.2. 
Полукристаллические полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
3.5. Микролитье микро- и нанокомпозитов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92
Глава 4. Воспроизводимость формообразующей поверхности 
в процессах микролитья. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.1. Воспроизведение микро- и наноструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94
4.2. Технологии микро- и наноструктурирования поверхности. . . . . . . . . . . . .97
4.2.1. 
Технологии литографии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98
4.2.2. 
Нелитографические технологии на основе электрохимии. . . . . . . . . . . . . .100
4.3.  Оценка воспроизводимости субмикронных поверхностей 
в микроизделиях из полимерных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102
4.3.1. 
Оценка точности воспроизведения размеров микроэлементов 
формообразующей поверхности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
4.3.2. 
Измерения профиля поверхности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
4.3.3. 
Воспроизведение амплитуды и угла наклона поверхностей  
в изделиях из полимерных материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
4.3.4. 
Применение параметров площади поверхности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
4.3.5. 
Примеры измерений распределения интенсивности отражения света . .111
4.4. Влияние формообразующей поверхности литьевой формы 
и технологических параметров на воспроизводимость  
микроструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.4.1. 
Воспроизведение и оптимизация определяемых геометрических  
структур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112
4.4.2. 
Качество воспроизведения больших площадей поверхностей 
с наноструктурами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
4.4.3. Влияние технологических параметров на воспроизведение  
геометрии формообразующей поверхности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121

Часть 2. Технологии изготовления литьевых форм 
для микролитья

Глава 5. Технологии механической микрообработки для изготовления 
литьевых форм для микролитья. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

5.2. Технологическая цепочка изготовления литьевых форм  
для микролитья. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129
5.3. Механическое микроудаление материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
5.3.1. 
«Размерные» эффекты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134
5.3.2. 
Усилие резания и отжим инструмента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
5.3.3. 
Станки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
5.4. Микрофрезерование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
5.4.1. 
Режущие инструменты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
5.5. Микроточение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
5.6. Микросверление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
5.7. 
Тепловыделение в процессах удаления материала заготовки. . . . . . . . . .141
5.8. Электроэрозионная микрообработка (EDM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
5.8.1. 
Прошивная микро-EDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
5.8.2. 
Проволочно-вырезная микро-EDM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
5.8.3. 
Микро-EDM со сверлением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
5.8.4. 
Обработка на электроэрозионном проволочно- полировальном станке . . .146
5.8.5. 
Микрофрезерование EDM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146
5.9. Примеры применения технологий механической обработки 
при изготовлении литьевых форм для микролитья. . . . . . . . . . . . . . . . . . .147
5.9.1. 
Литьевая форма для микролитья, полученная прямым методом 
изготовления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
5.9.2. 
Литьевая форма для микролитья, полученная косвенным методом 
изготовления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
Глава 6. Технологии сверхпрецизионной мехобработки 
при изготовлении литьевых форм для микролитья. . . . . . . . . 153
6.1. Общие аспекты сверхпрецизионной механической обработки . . . . . . . .154
6.2. Мехобработка алмазным инструментом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156
6.2.1. 
Алмазное точение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156
6.2.2. 
Алмазное фрезерование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159
6.2.3. 
Профилирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
6.3. Абразивная мехобработка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165
6.3.1. 
Последовательность процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165
6.3.2. 
Сверхпрецизионное шлифование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166
6.3.3. 
Полирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
 6.4. Применение сверхпрецизионной мехобработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
6.4.1. 
Линза Френеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
6.4.2. 
Микросветорасщепитель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174
6.4.3. 
Дифракционные оптические элементы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
6.4.4. 
Световозвращатели (катафоты) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178
Глава 7. Химико- термическая обработка формообразующей 
поверхности литьевых форм для микролитья. . . . . . . . . . . . . . 182
7.1. 
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182
7.2. 
Изучение эффектов химико- термической обработки поверхностей 
с алмазоподобным углеродным покрытием в процессах микролитья . . . 183

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

7.2.1. 
Обработка поверхности для улучшения извлекаемости отливки из 
литьевой формы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183
7.2.2. 
Анализ результатов эксперимента по улучшению извлекаемости  
отливки из литьевой формы с использованием химико- термической 
обработки формообразующей поверхности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184
7.2.3. 
Аттестация, проверка и результаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186
7.3. 
DLC-покрытия ФОД литьевых форм для микролитья и влияние 
температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
7.3.1. 
DLC-покрытия в литьевых формах для микролитья . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
7.3.2. 
Анализ результатов эксперимента по определению влияния  
температуры на литьевые формы для микролитья  
с DLC-покрытиями. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
7.3.3. 
Аттестация, проверка и результаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190
7.3.4. Основные результаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193
7.4.  Новая технология химико- термического текстурирования ФОД  
литьевых форм для микролитья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194
7.4.1. 
Текстурирование ФОД литьевой формы и усилие извлечения  
отливки из формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194
7.4.2. 
Изучение эксперимента по текстурированию ФОД . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
7.4.3. 
Аттестация, проверка и результаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197
7.5.  Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202

Часть 3. Ключевые высокоэффективные технологии 
микролитья

Глава 8. Микролитье с вакуумированием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207
8.1.1. 
Удаление воздуха при литье под давлением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207
8.1.2. 
Микролитье с вакуумированием. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208
8.1.3. 
Воздушный поток в формующей полости при микролитье. . . . . . . . . . . . .208
8.2. Преимущества и ограничения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209
8.3. Оборудование и конструкторские решения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212
8.3.1. 
Активное вентилирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212
8.3.2. 
Конструкция литьевой формы для микролитья  
с вакуумированием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213
8.3.3. 
Герметизация формующей полости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .214
8.3.4. 
Регулирование вакуума. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216
8.4. Особенности воспроизведения геометрии формообразующих 
поверхностей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216
8.4.1. 
Высота воспроизведенных микроэлементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .217
8.4.2. 
Четкость воспроизведения микроэлементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218
8.4.3. 
Морфология изделий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219
8.5. Оптимизация вентилирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
8.5.1. 
Влияние параметров процесса микролитья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221
8.5.2. 
Влияние выбора полимерного материала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222
8.6. Послесловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

Глава 9. Моделирование и имитация процессов микролитья . . . . . . . . 227
9.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227
9.1.1. 
Процесс микролитья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227
9.1.2. 
Зачем требуется моделировать процесс литья? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227
9.2. Математическое обоснование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229
9.2.1. 
Вязкость расплава полимерного материала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229
9.2.2. 
Термодинамические свой ства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .231
9.2.3. 
Течение расплава полимерного материала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232
9.3. Новейшие достижения в области имитационного моделирования 
процессов микролитья и их проблемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234
 9.4. Лучшие стратегии для имитационного моделирования процесса  
литья микроизделий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .236
9.4.1. 
Моделирование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .237
9.4.2. 
Построение расчетной сетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239
9.4.3. 
Данные о полимерных материалах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .240
9.4.4. 
Валидация и проверка результатов моделирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . .242
9.5. Примеры проектирования с использованием имитационного 
моделирования и моделируемые явления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .246
9.5.1. 
Оптимизация конструкции впускного литника. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .246
9.5.2. 
Эффект запаздывания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .250
9.6. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .252
Глава 10. Метрологическое обеспечение качества в процессах 
микролитья. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
10.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257
10.2. Качество процесса измерения: калибровка и метрологическая 
прослеживаемость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258
10.2.1. Точность и прецизионность. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .260
10.3. Метрология в процессах микролитья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262
10.3.1. Размерная метрология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262
10.3.2. Метрология поверхности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266
10.4. Контрольно- измерительное оборудование для микроизделий  
и литьевых форм для микролитья. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274
10.4.1. Оптические измерительные приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287
10.5. Неопределенность измерений размеров и топографии поверхности 
микроизделий и литьевых форм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294
10.5.1. Оценка неопределенности в процессах микролитья. . . . . . . . . . . . . . . . . . .298
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .301
Глава 11. Быстрое изготовление опытных образцов микроизделий 
и литьевых форм для микролитья с помощью аддитивных 
технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
11.1. Аддитивное производство: технологии и материалы. . . . . . . . . . . . . . . . .306
11.1.1. Аддитивные технологии для полимерных материалов . . . . . . . . . . . . . . . .309
11.1.2. Аддитивные технологии для металлических материалов . . . . . . . . . . . . . .313
11.2. Технологии аддитивного производства для изготовления литьевых  
форм процесса микролитья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

11.2.1. Технологии аддитивного производства для изготовления твердых ФОД 
литьевых форм для микролитья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .317
11.2.2. Технологии аддитивного производства мягких ФОД литьевых форм 
для микролитья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .317
11.2.3. Косвенные методы изготовления литьевых форм для микролитья. . . . . .322
11.3. Технологии аддитивного производства для прямого изготовления 
микроизделий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .329

Часть 4. Многокомпонентное микролитье

Глава 12. PIM-процесс в микролитье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
12.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .335
12.2. Описание процесса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .336
12.2.1. Сырье для PIM-процесса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .337
12.2.2. Удаление связующего . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .339
12.2.3. Спекание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .340
12.3. Литье под давлением микроизделий из порошка (микро-PIM) . . . . . . . .340
12.3.1. Различия между порошками и полимерными материалами  
при литье под давлением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .341
12.3.2. Отличия между макро-PIM и микро-PIM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .342
12.4. Двухкомпонентное PIM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .346
12.5. Имитационное моделирование микро-PIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .348
12.5.1. Имитационное моделирование микро-PIM с использованием  
коммерческих компьютерных программ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .348
12.5.2. Имитационное моделирование микро-PIM с использованием 
модифицированных или новых компьютерных программ . . . . . . . . . . . . .350
12.6. Выводы и прогнозы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .351
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .353
Глава 13. Многокомпонентное микролитье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
13.1. Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .358
13.2. Многокомпонентное литье и многокомпонентное микролитье. . . . . . . .359
13.2.1. Введение и сферы применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .359
13.2.2. Области применения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .361
13.2.3. Преимущества и недостатки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .363
13.2.4. Варианты многокомпонентного литья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .365
13.3. Двухкомпонентное микролитье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .365
13.3.1. Связь двух полимерных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .366
13.3.2. Поверхность раздела двух полимерных материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . .382
13.4. Модификация адгезионных свой ств при многокомпонентном литье. . .390
13.5. Прочие спорные вопросы качества при многокомпонентном  
микролитье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .391
13.6. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .393
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .395

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Предисловие к русскому изданию

Технология литья пластмасс под давлением отличается большим разнообразием 
конструкций термопластавтоматов (ТПА) и литьевых форм. Это разнообразие 
связано со специфическими свойствами процессов литья, такими как 
многокомпонентное литье, литье с газом, горячеканальное литье и др. В то же 
время, конструкции ТПА и литьевых форм, как правило, базируются на одних и 
тех же технологических решениях и типоразмерных рядах (платформах), изготавливают 
их на одних и тех же станках и с помощью одних и тех же инструментов. 
Но, как оказалось по прочтении этой книги, МИКРОЛИТЬЕ — это отдельная 
вселенная: принципиально другие ТПА, иные циклограмма процесса литья 
и режимы литья, а для изготовления литьевых форм для микролитья — совершенно 
другие режущие инструменты, фрезерные и электроэрозионные станки. 
Коллектив авторов книги «Микролитье» показал свои фундаментальные знания 
в дисциплинах, коим были посвящены отдельные главы, и эти экскурсы в 
«глубину» довольно тяжело воспринимаются в прикладном производственном 
процессе. 
В то же время четко указано на огромное значение конструкции ТПА для 
микролитья. Немыслимые для классического литья формующие зазоры, исчисляемые 
в микронах, и режущий инструмент толщиной в человеческий волос, все 
это требует своего понимания и осмысления и никак не коррелирует с опытом 
классического литья. 
Несомненной удачей авторов и большой пользой для читателей будут главы, 
описывающие вопросы вакуумирования формующих полостей литьевых форм 
и особенности многокомпонентного литья.    
В. Г. Дувидзон  

 

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Благодарность от автора

Автор книги «Микролитье под давлением» выражает искреннюю признательность 
всем своим соавторам за своевременный и профессиональный вклад в написание 
соответствующих глав книги. Далее я перечисляю специалистов, принявших участие 
в работе над настоящей книгой: д-р Максим Бабенко, д-р Джулиано Биссакко (Giuliano 
Bissacco), д-р Элейн Браун (Elaine Brown), д-р Маттео Калаон (Matteo Calaon), д-р Али 
Давудинеджад (Ali Davoudinejad), д-р Гуальтеро Фантони (Gualtiero Fantoni), Карла 
Флоски (Carla Flosky), д-р Доната Габеллони (Donata Gabelloni), д-р Кристиан Эндрю 
Гриффитс (Christian Andrew Griffiths), профессор Ханс Норгаард Хансен (Hans Nørgaard 
Hansen), д-р Аминул Ислам (Aminul Islam), профессор Хироши Ито (Hiroshi Ito), д-р Рио 
Канеда (Ryo Kaneda), д-р Джованни Луччета (Giovanni Lucchetta), д-р Давид Максимилиан 
Мархофер (David Maximilian Marhöfer), д-р Давид Мазато (Davide Masato), д-р Паритат 
Муанхан (Paritat Muanchan), д-р Давид Бу Педерсен (David Bue Pedersen), д-р Фолкер 
Пиоттер (Volker Piotter), д-р Данило Куаглиотти (Danilo Quagliotti), д-р Олтманн Ример 
(Oltmann Riemer), д-р Марко Соргато (Marco Sorgato) и д-р Бен Уайтсайд (Ben Whiteside).
Автор также выражает благодарность и признательность Марку Смиту (Mark 
Smith) и Карлу Хансеру Верлагу (Carl Hanser Verlag) за неустанную поддержку на 
протяжении всей работы над книгой, равно как и своим коллегам за помощь при 
редактировании и наборе окончательной редакции книги.
Значительная часть данных, представленных в настоящей книге, получена 
в результате исследований, осуществленных за период 2004–2009 гг. подразделением 
микротехнологий полимеров мультидисциплинарного исследовательского центра 
European Network of Excellence 4M (Микролитье из мультикомпозитных материалов). 
Автору книги посчастливилось принять активное участие в работе этой организации. 
Мне хотелось бы выразить глубокую признательность ведущим специалистам 
и коллегам по подразделению микротехнологий полимеров — Сабино Азкарате (Sabino 
Azcarate), д-ру Питеру Дж. Болту (Pieter J. Bolt), профессору Стефану Димову (Stefan Dimov), 
д-ру Бертрану Фийону (Bertrand Fillon), д-ру Крису Гриффиту (Chris Griffith), д-ру Матиасу 
Хеккеле (Mathias Heckele), профессору Ларсу Матссону (Lars Mattsson), д-ру Стефану 
Роту (Stephan Roth), д-ру Андреасу Шнайдеру (Andreas Schneider) и д-ру Андреасу 
Шоту (Andreas Schoth). Следует добавить, что научные и технологические сведения 
в области микролитья под давлением, полученные в рамках Европейского проекта 
COTECH (конвергентные технологии производства микросистем) в период за 2008–
2012 гг., также легли в основу содержания настоящей книги. Значительный вклад в эту 
работу внесли следующие специалисты проекта COTECH: д-р  Сабино Азкарате (Sabino 
Azcarate), профессор Фил Коутс (Phil Coates), д-р   Франко Коста (Franco Costa), профессор 
Стефан Димов (Stefan Dimov), д-р Крис Гриффит (Chris Griffith), д-р Хельмут Лойбл 
(Helmut Loibl), д-р Гумберт Нолл (Humbert Noll), д-р Мартин Филипп-Пихлер (Martin 
Philipp-Pichler), д-р Манфред Прантл (Manfred Prantl), д-р Андреас Шот (Andreas Schoth) 
и д-р Бен Уайтсайд (Ben Whiteside). Автор хотел бы выразить всем им благодарность за 
их профессиональный вклад в создание настоящей книги и за многолетнюю дружбу.
Я также хотел бы поблагодарить мою семью за неустанную любовь, поддержку 
и понимание. Эту книгу я посвящаю светлой памяти моей матери.
Гвидо Тозелло

Датский политехнический университет, отделение технологий машиностроения 
Конгенс Люнгбю, Копенгаген, Дания 

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Предисловие

Микролитье под давлением представляет собой наиболее предпочтитель-
ную технологию массового производства полимерных микрокомпонентов. Ком-
поненты, полученные микролитьем, характеризуются размерной точностью в 
микрометровом диапазоне, высоким качеством обработки поверхности в диа-
пазоне от субмикронного до оптического и высокой геометрической сложно-
стью. Микролитье под давлением используется для изготовления дорогостоя-
щих медицинских микрокомпонентов (датчики, имплантаты, трубки, кончики 
катетеров), микрооптики, микрофлюидных систем и микромеханических 
систем и пр. Ожидается, что к 2020 г. объем мирового рынка продукции микро-
литья под давлением достигнет 1 млрд долл. при среднегодовых темпах роста 
10–15% в период за 2013–2020 гг. Высокий спрос на литые микрокомпоненты 
наблюдается в таких отраслях, как медицина, здравоохранение, автомобильная 
и электронная промышленность.
В целях всестороннего использования потенциала технологии микролитья 
и появляющихся научных и коммерческих возможностей возникла потребность 
в специализированной книге, посвященной исключительно проблемам микро-
литья под давлением и содержащей сведения, позволяющие успешно решить 
задачи по использованию и переработке полимерных материалов таких сверх-
малых размеров. Настоящая книга как раз и служит для этой цели. На самом 
деле микролитье под давлением представляет собой не просто уменьшение раз-
меров в ходе традиционного литья под давлением, и необходимо понимание 
специфических взаимодействий между материалом, процессом и изделием для 
получения практически бездефектных литых микроизделий с формой, близкой 
к заданной. 
Книга «Микролитье под давлением» предназначена для инженерных специалистов, 
научных работников, руководителей проектов, консультантов и других 
специалистов, задействованных в процессах прецизионной обработки 
полимеров и производства микрокомпонентов. В настоящей книге представлены 
всесторонние, новейшие и подробные сведения по основным темам в 
отношении микролитья. Эти сведения включают в себя физические основы 
микрообработки полимеров и реплики в микро- и наномасштабах, равно 
как и основные принципы конструкции машин для микролитья и технологий 
изготовления инструментов (микрообработка, обработка поверхности). 
В книге подробно рассматриваются вспомогательные технологии высокоточного 
микролитья, такие как контроль качества микрокомпонентов, производство 
микродобавок для изготовления опытного образца микрокомпонентов 
и моделирование технологического процесса. В книге подробно рассказывается 
и о вариациях параметров технологического процесса, например микро-
литья с вакуумным усилением, и переработке нескольких материалов (двух-
компонентное микролитье под давлением, микролитье металлических и 
керамических компонентов), что дает дополнительные возможности для более 
совершенного производства микроизделий. 

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Предисловие

Книга содержит 13 глав, которые сгруппированы по 4 частям (см. табл. ниже):
Часть 1.  Полимерные материалы и технология микролитья
Часть 2. Технологии изготовления литьевых форм для микролитья
Часть 3. Ключевые высокоэффективные технологии микролитья
Часть 4. Многокомпонентное микролитье

Главы книги «Микролитье под давлением» сгруппированы по 4 частям

Часть
Глава
Иллюстрации
Полимерные 
материалы и 
технология 
микролитья

1. Технологические 
особенности литьевых 
машин для микролитья

2. Мониторинг 
и управление 
процессом микролитья
3. Структура и свойства 
полимерных 
материалов 
в микроизделиях

4. Воспроизводимость 
формообразующей 
поверхности 
в процессах микролитья

2. Технологии 
изготовления 
литьевых 
форм для 
микролитья

5.  Технологии 
механической 
микрообработки 
для изготовления 
литьевых форм 
для микролитья
6. Технологии 
сверхпрецизионной 
мехобработки 
при изготовлении 
литьевых форм 
для микролитья
7. Химико- термическая  
обработка 
формообразующей 
поверхности литьевых 
форм для микролитья

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Предисловие

Часть
Глава
Иллюстрации
3. Ключевые 
высокоэффективные 

технологии 
микролитья

8. Микролитье 
с вакуумированием

9. Моделирование 
и имитация процессов 
микролитья
10. Метрологическое 
обеспечение качества 
в процессах микролитья
11. Быстрое 
изготовление опытных 
образцов микроизделий 
и литьевых форм для 
микролитья с помощью 
аддитивных технологий

4. Многокомпонентное 

микролитье

12. PIM-процесс 
в микролитье

13. Многокомпонентное 
микролитье

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Об авторе

Доктор Гвидо Тозелло является адьъюнкт-профессором Датского 
технического университета на кафедре машиностроения, 
отделение технологий производства. Он также является старшим 
преподавателем, руководителем научно-исследовательского 
отдела, куратором проектов на получение степени доктора, магистра 
и бакалавра, и консультантом по промышленным и управленческим 
вопросам. В основную сферу его исследовательской 
работы входят анализ, характеристика, текущий контроль, управление, 
оптимизация и моделирование процессов прецизионного литья термопластичных 
материалов микро- и наноразмеров.
Среди представляющих интерес технологий прецизионного микро- и нано-
литья можно выделить следующие: усовершенствованная технологическая 
цепочка для производства микро- и нанооборудования, количественная вали-
дация моделирования литья под давлением, производство присадок, микро- и 
нанометрология размеров и поверхности, калибровка и неопределенность измерений, 
статистический контроль процесса, дизайн экспериментов, установление 
характеристик полимерных материалов, дизайн и изготовление трехмерных 
прецизионных микрокомпонентов и микро- и наноструктурных поверхностей 
и микролитье со вставкой и использованием нескольких материалов.
За свои исследования Гвидо Тозелло был удостоен премий: «Лучшая докторская 
исследовательская работа Датского технического университета за 
2008 г.» (работа «Прецизионное литье полимерных микрокомпонентов»); премии 
Алана Гланвилла (Alan Glanvill) Британского института материалов, минералов 
и добычи полезных ископаемых за особо ценные исследования в области 
полимерных материалов (2012 г.); премии Young Research Award Общества 
обработки полимерных материалов (США) в качестве признания его научных 
успехов и исследовательских достижений в области изучения обработки полимерных 
материалов, которые были достигнуты им в течение шести лет после 
получения степени доктора (в 2014 г.), и, наконец, в 2016 г. он был удостоен премии 
Outstanding Reviewer Award Британского института физики за свои рецензии, 
опубликованные в издании «Journal of Microengineering and Micromechanics».

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru