直接測(cè)量已成為注塑成型過程中精確測(cè)量模腔壓力的黃金標(biāo)準(zhǔn)，在注塑成型過程中，與標(biāo)準(zhǔn)的微小偏差都可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格，甚至是不安全的產(chǎn)品。尤其是醫(yī)療技術(shù)等高度規(guī)范的行業(yè)，通過監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量可以自動(dòng)分揀出故障部件，并最終優(yōu)化生產(chǎn)流程。

▲在注塑模具中，型腔壓力傳感器可安裝在三個(gè)位置：與塑料熔體直接接觸的模腔內(nèi)、模腔后或頂針后。

01  使用先進(jìn)的模腔壓力傳感器和匹配軟件，注塑模具制造商可以在整個(gè)生產(chǎn)過程中測(cè)量模腔壓力。通過選擇理想的產(chǎn)品，他們可以將其生產(chǎn)過程中的測(cè)量曲線作為質(zhì)量基準(zhǔn)，并以此來衡量今后的所有流程。

02  此外，注塑商還可以根據(jù)與目標(biāo)測(cè)量曲線的偏差來優(yōu)化生產(chǎn)流程。直接測(cè)量時(shí)，傳感器和電纜直接安裝在模具壁上（見圖 1）。傳感器的頂端與模壁保持水平，這樣注入的塑料熔體就會(huì)與傳感器直接接觸。

03  傳感器就可以測(cè)量絕對(duì)模腔壓力值，并將其與理想曲線進(jìn)行比較。雖然這項(xiàng)技術(shù)在精確度方面無與倫比，但它也有一些缺點(diǎn)：傳感器會(huì)在每個(gè)制造的塑料零件上留下一個(gè)小印記。雖然這種痕跡很小，但對(duì)于鏡頭等高精度產(chǎn)品來說，這仍然是一個(gè)問題。

04  此外，在直接測(cè)量腔體壓力時(shí)，腔體壓力傳感器與塑料熔體的直接接觸使其容易受到污染。因此，需要密切監(jiān)控傳感器的狀態(tài)，并可能需要經(jīng)常維護(hù)和更換，特別是在使用某些材料的情況下。

▲直接測(cè)量時(shí)，模腔壓力傳感器和電纜直接安裝在模具壁上。傳感器的頂端與模具壁保持水平，這樣注入的塑料熔體就會(huì)與傳感器直接接觸。

除直接測(cè)量外，一些醫(yī)療技術(shù)公司還使用間接傳感器測(cè)量注塑成型中的模腔壓力。與直接傳感器不同，間接傳感器可以安裝在模具上，因?yàn)樗鼈兾挥陧斸樅竺妫ㄒ妶D 2）。不過，這也使它們?nèi)菀壮鲥e(cuò)，例如，如果安裝孔與頂針的配合不夠完美，過小或過大。它們還可能受到塑料熔體釋放的氣體的影響。液態(tài)硅酮等低粘度熔體甚至?xí)魅腠斸樋字小?/p>

▲用于間接測(cè)量模腔壓力的模腔壓力傳感器安裝在頂針后面。

非接觸式模腔壓力傳感器：

注塑成型中直接和間接技術(shù)的可靠替代品

考慮到這些方法，奇石樂開始研究一種替代測(cè)量方法，既能提供精確、可重復(fù)的測(cè)量，又能避免在注塑成型過程中對(duì)傳感器造成負(fù)面影響等缺點(diǎn)。開發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種完全避免熔體與模腔壓力傳感器接觸的程序，因?yàn)樗梢詼y(cè)量熔體壓力對(duì)模具金屬壁產(chǎn)生的應(yīng)變。最顯著的特點(diǎn)是：雖然這種非接觸式測(cè)量方法無法測(cè)量絕對(duì)的模腔壓力值，但卻能讓注塑模具制造商準(zhǔn)確地得出結(jié)論。測(cè)量應(yīng)變的結(jié)果與其他測(cè)量方法的測(cè)量曲線非常相似。更重要的是：測(cè)量應(yīng)變可獲得可重復(fù)的曲線，從而滿足質(zhì)量保證和監(jiān)管準(zhǔn)則的基本要求。

與直接測(cè)量技術(shù)相比，非接觸式模腔壓力測(cè)量技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于其定位：由于傳感器無需與塑料熔體直接接觸，因此可以放置在模腔壁后兩到四毫米處（見圖 3）。因此，它們不會(huì)在制成品上留下任何痕跡，從而使該技術(shù)成為生產(chǎn) A 級(jí)表面或鏡片等高精度產(chǎn)品的首選，因?yàn)樵谶@些產(chǎn)品中，即使是最小的痕跡也會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。這些特殊的模腔壓力傳感器或微型縱向測(cè)量栓安裝在墻壁后面，不受塑料熔體和其他影響（如氣體甚至外部灰塵）的影響。這樣可以將維護(hù)工作減少到最低限度。這些傳感器可以很容易地拆卸下來進(jìn)行維修。此外，它們還易于安裝，可在模具中安裝更多位置：它們的位置可以不受脫模方向的影響，也不需要靠近模腔的空間。它們只需要一個(gè)安裝孔，在該孔中放置傳感器并設(shè)置預(yù)定義的預(yù)緊力。

通過有限元分析

找到模腔壓力傳感器的最佳位置

▲在無接觸模腔壓力測(cè)量中，微型縱向測(cè)量針被置于模腔壁后。這項(xiàng)技術(shù)為某些醫(yī)療技術(shù)塑料注塑應(yīng)用中的質(zhì)量保證提供了支持。

此外，奇石樂還提供有限元分析 (FEA)，幫助客戶找到最佳位置。這可以幫助客戶找到合適的傳感器位置，并評(píng)估傳感器與模壁的最大距離，同時(shí)還能提供精確的測(cè)量結(jié)果。在進(jìn)行有限元分析時(shí)，客戶會(huì)發(fā)送一個(gè) 3D CAD 模型，顯示他們希望將傳感器放置在何處。然后，奇石樂團(tuán)隊(duì)通過有限元分析（見圖 4）計(jì)算出該位置的模腔壓力傳感器的實(shí)際靈敏度，并將金屬上的應(yīng)變和側(cè)向力考慮在內(nèi)。然后，他們的報(bào)告會(huì)顯示所選位置是否能讓傳感器準(zhǔn)確測(cè)量模腔壓力，如果不能，則會(huì)建議替代位置。

縱向測(cè)量栓

用于醫(yī)療技術(shù)注塑成型應(yīng)用的微型傳感器

奇石樂傳感器已在其他應(yīng)用中用于測(cè)量應(yīng)變，例如在機(jī)械加工中，應(yīng)變傳感器用于測(cè)量固定或移動(dòng)機(jī)械部件上的動(dòng)態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)力。因此，在開發(fā)用于注塑成型的首款應(yīng)變傳感器 9247A 型時(shí)，奇石樂充分利用了其在這些應(yīng)用領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)以及在測(cè)量模腔壓力方面的全面知識(shí)。9247A 型傳感器的周長(zhǎng)為 4.4 毫米，適用于制造較大的塑料零件，自 2010 年以來已被用于化妝品和汽車行業(yè)的注塑成型。隨后，奇石樂特別關(guān)注醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，致力于開發(fā)適用于鏡片、注射器和 EpiPens 等產(chǎn)品的緊湊型模具的更小型傳感器。

因此，奇石樂于 2018 年推出了首款壓電微型縱向測(cè)量栓，并于 2022 年秋季推出了更新版 9239B 微型縱向測(cè)量栓。這種改良模腔壓力傳感器的周長(zhǎng)僅為 2.5 毫米，可用于小型模具或空間有限的模具。兩個(gè)版本傳感器的一個(gè)顯著區(qū)別在于晶體：前一版本傳感器使用的是石英晶體，而新版本則采用了奇石樂專門制造的 PiezoStar 晶體。這一更新將傳感器的靈敏度從 5.9 皮庫(kù)侖/牛頓 (pC/N) 提高到 27 皮庫(kù)侖/牛頓 (pC/N)。這使得傳感器能夠可靠而精確地測(cè)量較弱的信號(hào)。

▲奇石樂的微型傳感器（縱向測(cè)量栓）9239B 可測(cè)量注塑成型過程中模具的應(yīng)變。

質(zhì)量保證

注塑成型中無接觸模腔壓力測(cè)量的未來之路

利用縱向壓電傳感器進(jìn)行無接觸模腔壓力測(cè)量具有三大優(yōu)勢(shì)，即不會(huì)在制成品表面留下痕跡、測(cè)量精確和維護(hù)成本低。這對(duì)醫(yī)療技術(shù)行業(yè)的質(zhì)量保證來說是個(gè)好消息，因?yàn)樯a(chǎn)企業(yè)在注塑成型過程中需要高度可靠的型腔測(cè)量和過程監(jiān)控系統(tǒng)，這不僅是為了生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，也是為了符合質(zhì)量保證的監(jiān)管要求，如美國(guó)的 GMP 和歐洲的 MDR 標(biāo)準(zhǔn)。在復(fù)雜的醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)中，直接和非接觸式模腔壓力測(cè)量可滿足不同的需求。例如，制造商可以將非接觸式模腔壓力傳感器用于高精密產(chǎn)品和需要完美表面成型的場(chǎng)合，而在產(chǎn)品上留下的微小痕跡不會(huì)影響其質(zhì)量的情況下，則仍然依賴于直接測(cè)量技術(shù)。