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微压印制造微结构表面生产极限的研究

DOI：10.3390/mi8110322 期刊：Micromachines 出版年份：2017 更新时间：2025-09-23 18:10:44
摘要： 微结构表面的应用是降低具有相对运动部件间润滑接触摩擦的一种可行方法。因此，可减少最终产品在使用过程中的能耗和磨损。为经济地制造结构化表面，本研究分析了微压印工艺。该工艺有望集成到不同最终产品的现有制造流程中（如气门机构中的挺柱），从而实现大规模生产。为确定微压印工艺的制造极限，需研究压印模具的制造及压印过程本身。本研究分析了选定尺寸的长方体与圆柱形微结构元件的可实现精度及其失效情况，测定了两类微结构的最小横向尺寸。除精度表现外，还揭示了微结构元件不同几何尺寸间的关联规律。此外，高宽比被确认为导致微压印工艺失效的主因。总体而言，压印工艺用于制造微结构表面的适用性已得到验证。
作者： Michael Zahner，Lukas Lentz，Felix Steinlein，Marion Merklein
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为检测微压印工艺制造具有减摩功能的微结构表面时的加工极限，重点研究长方体和圆柱体微结构元件的可实现精度及失效分析。

研究成果

微压印工艺适用于制造具有规定精度的微结构表面。主要发现包括：确定长径比是关键失效标准，长方体结构在长径比超过1.13时失效，圆柱体结构则可达1.60；量化了弹性回弹和制造公差导致的几何偏差；该工艺具备大规模生产集成的潜力，但在边缘圆角和非90°侧面角度方面仍需进一步优化。

研究不足

由于机器定位精度的限制，该研究未对5微米以下的针高进行调查，且未考虑超过50微米的结构（因其超出赫兹接触宽度）。边缘圆角和针高变化未得到充分分析，且该工艺可能受电极磨损和热因素影响。未来工作可探讨润滑效应及与挤压工艺的集成。

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