admin 纳米成型技术(NMT)是金属和塑料通过纳米技术结合在一起的方法。
技术优点：
基本原理
纳米成型技术的工艺过程
纳米注塑技术的发展进程
❂日本大成塑料拥有NMT专利，该集团致力于将坚
❂硬树脂与热塑性弹体在模具内进行结的研究；
❂2004年，大成将其实现了NMT商业化；
❂2009年，HTC第一款纳米注塑的手机HD2投放到市场。
NMT处理流程
纳米注塑技术的特殊特征
嵌件技术连接金属与树脂
❂ 通过T处理技术在金属表面形成纳米级凹坑。使用硬树脂通过注塑注入凹坑，连接树脂与金属实现不能通过液体和气体程度的致密结合，结合强度非常高。
❂ 使产品具有轻量级的外部金属部件。
降低环境影响
❂NMT技术简化并缩短了制造工艺；
❂减少不必要的表面处理工艺；
❂由于NMT是安全和可回收的技术，对环境影响小。
纳米注塑技术的应用举例
❂NMT产品的潜在用途，超越了镁合金和压铸产品，具有非常强的粘结力。
❂NMT产品可以拓展到一个广阔的领域，如手机、电子烟、数码相机、个人计算机以及移动通信电子产品等。
表面处理
铝合金阳极氧化；高温烤漆；抛光；拉丝+喷涂；电镀；溅镀。
目前纳米技术应用最多及最广泛的是手机金属外壳。
纳米注塑涉及的材料
金属基材
1. 铝及铝合金：1000-7000（如：5052、6061、6063、7072、7075）
2. 不锈钢系列：SUS-304、316、316L以及其他铁系列合金（MIM304L）
3. 镁及镁合金：AZ-31B、AZ-91D
4.铜及铜合金：C110、C1020、C5191、KFC5、CAC16、KLF194
5. 钛及钛合金：KSTI、KS40
塑料基材
1. PPS
2.PPT
3. PA（尼龙）（包括PA6、PA66）
4. PPA
为了防止塑料的膨胀收缩速度高于金属，会添加部分的纤维如玻璃纤维、碳纤维等使塑胶材料的热膨胀收缩与金属相近；所以大部分材料都是塑料加玻纤的。不是所有塑胶都能做纳米注塑。
纳米注塑工艺流程
1. 设计
材料选择。
制造分析。
2. 金属加工
对金属进行适当的3D成型加工。
如果有必要的话还可对金属件进行一些预处理，如喷砂等。
3. T处理或E处理
对金属表层形成纳米孔。
4. 纳米注塑
用注塑机将塑胶注射到模具内，使塑胶与金属相结合。
5. 后处理
如做时效去除应力。
NMT工程塑料与T处理剂的反应
“工程塑料与T处理剂只是位置交换，因此没有塑料射入排气不良的问题（这只是指纳米孔）。
纳米注塑的注意事项
如何做好纳米注塑？
注塑前准备：
选取适合NMT的材料，要注意各种材料的特性，如白色的PPS容易发黄等。T处理后的金属件常温下保存。用OPP袋等包装的金属件使用期限为7天（一般最好在3天内注塑）。
打开包装后请在良好的环境下进行管理，三小时内成型，以防止二次污染。另外，水、油、人的口水、汗液等都不允许接触结合面，防止堵塞纳米孔。金属件注塑前要进行预热（金属件的温度低会造成结合不良）。
注意：120℃以上高温进行10分钟以上的加热会造成表面状态的变化，造成结合力的下降，所以不要同时预热过多产品。胚料NMT注塑前需要先预热到150-170℃，可以根据时间及距离，加热到合适的温度，保证放进模具时是140-150℃之间，与模具设计温度基本吻合才能顺利装入模具内注塑。
金属胚料加热器：
一般试模、试产都采用普通加热器（如下图），量不大的产品也可以采用，由人工操作，先将胚料放到加热器上，加热到合适的温度，再放到模具内注塑生产。
量多的产品通常采用自动上料机加热设备，由机械手自动放取产品。
模具注意问题：
1. 为了防止T处理后的金属胚料附着脏污，模具在组装注塑前，需要对模仁等胶位相关零件进行清洗，如用超声波清洗机。
2. 不使用润滑油，或必须使用耐热200度以上的耐热润滑油，以防止高温挥发附着模具上堵塞金属胚料上的纳米孔。
3. 模具升温推荐使用电加热，因为高温水及高温油雾化也会造成纳米孔堵塞。
4. 所有流道末端都要开排气，气体及空气的堆积只会对结合造成阻碍。
5. 顶出尽量下在金属处，模仁过孔单边避空0.015-0.025mm，以减小产品毛边产生，以及减少顶针卡死发生。
6. 模具规定时间清洁保养，产品不同，时间也有所区别，这样做是避免纳米注塑时金属表面被污染。
NMT模具对于模具温度比较敏感，模具温度不够时，对于塑胶流动性，胶熔状态会有影响，模具温度冷却时会凝固，造成塑胶无法填充孔里面，影响产品粘合力。
模具温度需控制在140-150℃，靠加热板上的感温线接温控箱控制温度。如下图。
纳米注塑成型要点
1.高射速，高保压
因为塑胶要流入到纳米孔，所以注射时要采用高的射出压力，提高保压。
2. 高模温
因为必须让树脂在熔融的状态下接触到金属件的纳米孔，所以尽量在塑胶材料物性表允许的范围内调高模温。
3. 注塑产品时不允许使用脱模剂
脱模剂会堵塞纳米孔，影响结合力。
4. 注塑后烘烤
注塑后产品需在3H内转至烘烤，烘烤时间及温度可根据材料供应商提供的数据结合实际调整，大多需烘烤3-4小时，烘烤温度120-150℃。（成型后立即冷却会对产品的结合强度造成影响，因为塑胶和金属件的收缩率会有差异。）烘烤后采用自然冷却方式。
5. 塑胶的加热时间
塑胶的加热时间太长会影响结合的强度，所以注塑加热部分及热流道内的树脂滞留时间需控制在10分钟以内（塑胶粒子不同，时间也有区别，以供应商资料为准），防止材料分解碳化，造成产品不良。
6. 塑胶滞留过久要清空
流道断裂在模具内造成短时间的注塑机停机的情况，成型机加热部分的塑胶会滞留在内，造成塑胶碳化，所以滞留时间超过13分钟就要清空塑胶后再生产（塑胶粒子不同，时间也有区别，以供应商资料为准）。
NMT注射缺陷产生的细节-注塑机螺杆与模具压力感测
NMT失效的现象：金塑结合位置脱胶
a. 形式不对的注塑机螺杆，目前大都以PC、ABS的传统螺杆，没有正确的压缩比。
b. 工程塑胶专用螺杆还要设计必要的塑化排气。
c. 模具设计排气，注意放入金属件后，注射工程塑料于金属表面的排气。
d. 模具内没有装置压力传感器，无从得知注射品质（关键注射压力是否传达到模具的每一个角落）。
常用纳米注塑设备
纳米注塑模具设计
NMT模具主要组成部分：
下图为常用的电加热+针阀热流道方式
热流道选用：
由于纳米注塑所采用的塑料粒子价格都比较贵，为了节省分流道该部分费用以及有更好的充填效果，大都会采用热流道方式。
热流道类型
热流道主要分为开放式热流道及针阀式热流道两种类型。
开放式热流道：
开放式热流道主要由主嘴、分流道板、热嘴及相关配件组成（如上图）。
模板厚度要求：
开放式热流道对上固定板厚度没要求，用标准厚度就行，流道板厚度一般需要80mm或以上。
开放式热流道由于出胶口是没有封闭的，容易出现流涎现象，造成成品不良或走胶通道堵塞。
针阀式热流道：
针阀式热流道主要由主嘴、分流道板、热嘴、阀针、气缸组件及相关配件组成（如上图）。
针阀系统是通过气缸驱动阀针上下运动以达到开闭进胶口的目的。
针阀式热嘴技术上较先进，价格也相对比开放式高，但不会产生如流涎等影响纳米注塑结合力的现象，成为大多模厂选用。
纳米注塑-发热系统设计
纳米注塑模具成型条件主要需要将模仁加热到140～150℃，模板部分并不需要那么高的温度，以防止温度过高造成卡死。
常用加热方式
1.水温加热
正常压力下的水温只能达到100℃，将压力加大，提升水温，通过水路流入模仁，如下图所示。也可以从侧面直接入，使得模仁达到140～150℃的成型温度，以正常生产。由于使用流体作为热源，当接口损坏或封口不良时，以及工人操作不当时，造成高温水外泄，有危及工人健康的风险。
2.油温加热
将升温后的油通过油路流入模仁，如下图所示，也可以从侧面直接流出，使得模仁达到140～150℃的成型温度，以正常生产。同样有造成高温油外泄，危及工人健康的风险。
3.发热管加热
如下图，将发热管安装到模仁内部，通电加温，使模仁达到140～150℃的成型温度，还需要安装热电偶等感温配件，以方便实时管控模仁温度，来调节发热管的加温动作。受到模仁的大小及内部结构特征制约，一般发热管难以做长，发热功率难以加大，所以温度上升会比较慢，且发热管长期在模仁内部热胀冷缩，比较容易坏。
4.发热丝加热
如下图，将发热丝埋藏在发热板上，安装到模仁底部，通电加温，热量向上传递，发热板底部需要安装隔热板，以减少热量流失。使模仁达到140～150℃的成型温度，还需要安装感温元件，以方便实时管控模仁温度，来调节发热线的加温动作。
由于发热丝可以根据需要在发热板上绕出不同的形状，可以避开别的模具零件特征（如顶针、斜顶等），使发热丝可以绕的更长，发热功率也会更高，升温更快。而且发热丝比较稳定，耐用性会更好。
发热丝设计注意事项：
发热丝转角的R不能小于R15（如下图所示）,不然容易损坏发热丝；发热板厚度不能小于15mm，会容易出现变形；
发热丝长度（不含接线部分）单根通常小于1米，需要更长时建议分成两组或多组。（单根长度可以咨询供应商）
排位时注意好出线口不能与别的机构零件干涉。
发热丝安装示范：
发热丝是藏在板内，再埋上铜，防止发热丝外露（如下图所示），埋好后再磨平。
不同的发热系统有不同的特性，成本也有所不同。如产量小甚至只作为验证品，就可以优先选择制作简单、成本低的水、油温加热。如果量产大的则建议选择性能更为优异的发热丝加热方案。部分工厂为了提升产品冷却速度，在选用发热丝加热的同时，也在模仁上增加冷却水路，以缩短冷却时间，提高生产效率。
缩水率计算
NMT所讲的缩水率实际上是指金属的热膨胀系数比值。
如下计算：
我们知道钢的热膨胀系数约为1.0015，铝合金的热膨系数约为1.003，要将1.003倍的铝合金放到1.0015倍模具里面并配合好，就是要将模具也提升到相同的热膨胀比值。某些重要塑胶尺寸可以先作预留。
则计算方式是：1.003缩水率
如下图所示，常温下尺寸为130.5*60.2，那么设计缩水1.0015，则工作状态下，尺寸为130.70*60.29
同理，如果金属为不锈钢，那么胚料与模具热膨胀系数相同，同样是1.0015，则不需要放缩水，只需要保证模仁温度与不锈钢胚料温度相同则可以顺利放入模具内。
注意钳工Fit模时，一定要在加执状态下，以模拟生产环境，不然Fit模和生产会得到不一样的结果。
流道设计
NMT模具进胶点多选择在靠近产品天线位置附近，这里属于整个产品强度相对比较弱的地方，以方便能够得到更好的保压压力，保证天线位置的结合力强度。
通常需要在胶料结合位置以及流道末端增加冷胶，以增加产品塑胶与金属的结合力。还需要增加推力测试点，以便于测量产品结合力的稳定性，常用4*6mm的面积作为测量数据。
模仁设计
纳米注塑模仁是工作环境是在140-150℃，为了让模仁温度升温更快，通常在发热板下面设计一块隔热板，而模仁周边与模板接触的面也要部分间隔开来，以减少热量流失。隔热板上需要增加支撑垫圈，以防止模具隔热板下沉造成产品不良。（如下图）
由于现在大多使用卧式注塑机台，胚料放内模具上容易出现掉落或松动的情况，导致压模风险增加，需要在模仁上设计吸气装置，吸盘一定要使用耐高温200℃以上的型号。自动化生产时，也可以使用检测吸气状态来判定胚料是否安装到位。
定位设计
金属胚料放到模具上必须要有定位才能完成，由于受到加工精度及温度影响尺寸等原因，通常先用圆形或方形的定位方式先做预定位，单边间隙设计为0.03mm。待胚料放到模仁上，再利用合模时，用四边的滑块再做零配的精定位。
1.胚料外形定位
胚料外形定位必须是放在没有塑胶的地方，不然注塑时会将定位孔冲变形。可以使用圆形针或者方形块的方式。（如下图）
2.圆孔定位
利用圆形来定住四周，通常同一个胚料上不要同时出现两个或3个圆形方式定位，会增加卡死风险，可以做一个或两个圆环孔定位，方式如下图所示，要注意好圆环方向，需要与胚料涨大收缩方向一致。（如下图）
3.圆环孔定位（最常用的）
圆环孔定位多与圆孔定位配合使用。（如下图）
4.卡式定位
卡式定位多用于没有裙边的胚料产品。需要在中间位置增加4个卡槽，以定住各个方向。
所有定位方式模具上对应的圆针及方形块，都需要在前端增加导向以方便胚料快速放入模具内。如下图。
滑块设计
由于纳米注塑产品外观都CNC加工完成，胚料中的滑块倒扣大都只有像耳机孔，以及USB孔之类带塑胶的侧孔（如下图）。
由于NMT都要高速高压来完成充填，与塑胶相近的金属侧面也同样受到很大的冲击力，轻则造成金属冲变形，严重的会将金属侧面冲断。
因此，NMT模具无论有没有侧孔及倒扣，都需要增加滑块来支撑金属胚料。
如下图所示，所有塑胶附近的胚料边（受力大）都会受到很大的充填压力，需要用滑动支撑，受力小的部分可以支撑，也可以适当避空。
有塑胶的胚料边缘不要设计太薄，一般5～6mm左右，太薄容易变形。导致成品尺寸不良。
滑体最好是做在模仁上，与模仁保持一致的温度，以减小热量流失到模板上。
当胚料有侧孔时，为了更好地减少因胚料装入不到位导致滑块合模压坏模具及胚料的发生，可以增加承板，改为后合式滑块结构，等前后模仁合上后，滑块才合上。使用该结构时，要注意加大承板与B板间的强簧力度，采用蓝色弹簧，必要时还可以使用更大弹力的红色弹簧。
当塑胶结构藏于五金结构内（见下图），常规出模结构不能将胚料放入模具内，这需要做成后合式内滑块。结构与后合式滑块类似，在模具打开时，承板上的铲基拉动模仁上的内滑块，走出倒扣。也实现了开模状态下，胚料可以正常放入模具内。
所有后合式滑块机构都需要增加回针限位块，防止B板弹出时针板后退，拉坏斜顶等机构。针板复位电子开关也要稍作调整才能有效，同时增加承板复位电子开关，对B板复位进行检测。（如下图所示）
斜顶设计
由于NMT模具是在高温环境下作业，斜顶相对于普通塑胶模具卡死风险更高。因此，尽量加大斜顶，以加强强度。但是由于很多产品空间有限，只能做的比较小，这时，也可以通过以下结构来缩短斜顶长度，相当于加强斜顶强度。如下图，建议采用短斜顶结构，该结构可将斜顶设计的很短，斜顶底部可以平齐模仁底，通过旋转斜顶座来扣住斜顶。由于斜顶短，角度可以适当加大。但必须计算好顶出行程与斜顶长度，不然顶出后难以复位，实在不够时也可以适当延长斜顶长度，让斜顶底部顶在B板上。也要注意好斜顶座杆在B板上要留10-15mm的管位，可以适当避空单边0.02～0.03mm，以防卡斜顶座杆脱卡。
顶针设计
NMT模具顶针应尽量布在金属面上，需要注意不能布在金属面薄弱处，特别是顶面有塑胶的薄地方，以防止顶针将金属顶变形。无胶料的顶针上，内模过孔可以做大一点，以防止顶针卡死。如下图。
模架设计
NMT模架需要留意发热丝两穴的出口是否一致，以减少模板加工量。（两穴发热板不一样）。如果注塑机上没有安装隔热板，则模具上需要增加面、底两块隔热板，以减少热量流失。
批锋改善建议
NMT模具由于生产工艺原因，相比普通注塑模具更容易产生批锋（毛边），大多需要后期人工去除，或者直接上CNC机台去除，造成制造成本增加。
这时，可以在塑胶与金属交汇处设计一条长0.15mm，高0.03～0.05mm，预压筋。（如下图所示）
利用模具这预压筋与金属胚料干涉，让金属胚料在一定尺寸范围内都不会产生批锋。这是目前最常用的减少Z向平面批锋的方式。
侧向平面上的五金面正常情况下是不能封胶的，由于加工公差及受热温度的不同，尺寸存在差异，若侧向不留间隙，将难以将金属胚料放入模具内。所以侧向通常会避空单边0.1mm左右，尺寸稳定的胚料可以缩小到0.05mm。若产品需要，不允许有批锋产生，可以使用上述的后合式内滑块，或后合式内斜顶。模具结构较为复杂，生产风险也会相应提高。
金属结构改善
由于纳米注塑结合力的强弱存在许多不同的因素，加上受到产品结构的影响，并不一定能保证产品的每一个位置都有很强的结合力，注塑后还需要进行CNC加工、阳极氧化、喷砂等一系列的工序都会减弱纳米注塑件的结合力。为了改善，通常需要在金属件上做一些拉胶结构，特别是如下图所示的断层位置，以加强产品抗外力能力。
纳米注塑产品已经融入到每个人的生活当中，当前应用最广泛的当属手机外壳。
奇模智库致力开发一个模具人的专属知识库，打破口口相传的模式，最重要的是让知识得以传承，培养未来的模具接班人。
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