深耕高性能微結(jié)構(gòu)模芯工藝推動精密微細(xì)制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展
—— 記深圳大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院副教授魯艷軍

◎ 本刊記者 楊伊靜

高性能微結(jié)構(gòu)模芯是一種具有微結(jié)構(gòu)的模具型芯，能夠精準(zhǔn)控制塑料零件的尺寸、形態(tài)及表面品質(zhì)。通過高精度的加工制造技術(shù)，如微細(xì)磨削加工技術(shù)和微注塑成形工藝，能高效、精確地制造出規(guī)整的微結(jié)構(gòu)注塑工件。因此，高性能微結(jié)構(gòu)模芯在光學(xué)顯示、微流控芯片等方面有著廣泛應(yīng)用。

深圳大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院魯艷軍副教授表示，單晶碳化硅、陶瓷、模具鋼等高性能零部件和聚合物元器件表面被加工出高形狀精度和低表面粗糙度的微尺度陣列結(jié)構(gòu)，可附加出新的功能特性，如表面疏水性、增強(qiáng)光效等。但傳統(tǒng)的激光、刻蝕、切削等加工方法很難保證其微尺度形狀精度和表面質(zhì)量。為攻克超硬金剛石砂輪微尖端的修銳修整難題，魯艷軍創(chuàng)新性提出粗金剛石砂輪的脈沖放電-機(jī)械化學(xué)復(fù)合修整修齊方法，可將粗砂輪微出刃磨粒快速修整修齊，提升修整效率及磨削效率，實(shí)現(xiàn)硬脆材料的高效、環(huán)保精密微細(xì)加工。同時(shí)，他創(chuàng)新性開發(fā)出了金屬陶瓷、鋁基碳化硅等復(fù)合材料的環(huán)保、高效干式放電磨削工藝，可極大提高磨削效率。最終開發(fā)形成的超硬金剛石砂輪微尖端的微細(xì)磨削加工技術(shù)及裝備，可在單晶碳化硅、陶瓷、硬質(zhì)模具鋼等高性能零部件及模芯表面加工制造出50 ～800 微米尺度的微陣列結(jié)構(gòu)。

魯艷軍一直深耕高性能微結(jié)構(gòu)模芯的精密微細(xì)磨削加工技術(shù)研究，同時(shí)積極開拓高性能微結(jié)構(gòu)模芯產(chǎn)業(yè)化，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出微結(jié)構(gòu)模芯的超聲振動銑磨加工技術(shù)。采用精密微細(xì)磨削加工技術(shù)和超聲輔助振動加工技術(shù)在陶瓷、硬質(zhì)模具鋼等模芯表面可以加工制造出形狀精度可控的微陣列結(jié)構(gòu)，有效提高微結(jié)構(gòu)模芯的制造效率與形狀精度，且開發(fā)出形狀精度可控的微注塑成型工藝，可將模芯表面的微結(jié)構(gòu)一次成形復(fù)制到聚合物表面，快速成形制造出生物醫(yī)用微流控芯片、光電芯片等微結(jié)構(gòu)聚合物元件，可用于微結(jié)構(gòu)聚合物元器件的大批量生產(chǎn)與制造。

此外，魯艷軍還將微磨粒塑性域切削的納米級空間延伸到宏觀的磨削尺度，使得砂輪微尖端形狀精密復(fù)制到陶瓷、模具鋼和硬質(zhì)合金等高強(qiáng)高硬模芯表面，加工制造出形狀精度可控的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)模芯，并開發(fā)出微陣列模芯的精密鏡面磨削加工技術(shù)。還研究微陣列結(jié)構(gòu)模芯參數(shù)與注塑成形工藝參數(shù)對注塑微成形精度的影響，開發(fā)出LED 微結(jié)構(gòu)導(dǎo)光板的高效、低成本的批量化生產(chǎn)與制造技術(shù)，推動精密微細(xì)制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展。相關(guān)技術(shù)與專利已在深圳市睿光達(dá)光電有限公司進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。與傳統(tǒng)導(dǎo)光板相比，該新型導(dǎo)光板理論上可提高光效28.86%，克服了傳統(tǒng)導(dǎo)光板生產(chǎn)制造成本較高、導(dǎo)光效果不佳、調(diào)光困難等問題，大大提高了出光的穩(wěn)定性和均勻性，使光線更加柔和。同時(shí)，透光率的增加也有效提高了LED 燈具的使用效率，能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

積微成著，篤行致遠(yuǎn)。如今，魯艷軍團(tuán)隊(duì)已經(jīng)主持和完成國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目、深圳市技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目、企業(yè)橫向項(xiàng)目等20 余項(xiàng)，并在國內(nèi)外期刊和會議發(fā)表論文30 余篇，授權(quán)專利50 余項(xiàng)，與10余家精密制造企業(yè)建立了良好的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系。