深耕高性能微结构模芯工艺推动精密微细制造技术及其产业发展—— 记深圳大学机电与控制工程学院副教授鲁艳军

◎ 本刊记者 杨伊静

高性能微结构模芯是一种具有微结构的模具型芯，能够精准控制塑料零件的尺寸、形态及表面品质。通过高精度的加工制造技术，如微细磨削加工技术和微注塑成形工艺，能高效、精确地制造出规整的微结构注塑工件。因此，高性能微结构模芯在光学显示、微流控芯片等方面有着广泛应用。

深圳大学机电与控制工程学院鲁艳军副教授表示，单晶碳化硅、陶瓷、模具钢等高性能零部件和聚合物元器件表面被加工出高形状精度和低表面粗糙度的微尺度阵列结构，可附加出新的功能特性，如表面疏水性、增强光效等。但传统的激光、刻蚀、切削等加工方法很难保证其微尺度形状精度和表面质量。为攻克超硬金刚石砂轮微尖端的修锐修整难题，鲁艳军创新性提出粗金刚石砂轮的脉冲放电-机械化学复合修整修齐方法，可将粗砂轮微出刃磨粒快速修整修齐，提升修整效率及磨削效率，实现硬脆材料的高效、环保精密微细加工。同时，他创新性开发出了金属陶瓷、铝基碳化硅等复合材料的环保、高效干式放电磨削工艺，可极大提高磨削效率。最终开发形成的超硬金刚石砂轮微尖端的微细磨削加工技术及装备，可在单晶碳化硅、陶瓷、硬质模具钢等高性能零部件及模芯表面加工制造出50 ～800 微米尺度的微阵列结构。

鲁艳军一直深耕高性能微结构模芯的精密微细磨削加工技术研究，同时积极开拓高性能微结构模芯产业化，带领团队研发出微结构模芯的超声振动铣磨加工技术。采用精密微细磨削加工技术和超声辅助振动加工技术在陶瓷、硬质模具钢等模芯表面可以加工制造出形状精度可控的微阵列结构，有效提高微结构模芯的制造效率与形状精度，且开发出形状精度可控的微注塑成型工艺，可将模芯表面的微结构一次成形复制到聚合物表面，快速成形制造出生物医用微流控芯片、光电芯片等微结构聚合物元件，可用于微结构聚合物元器件的大批量生产与制造。

此外，鲁艳军还将微磨粒塑性域切削的纳米级空间延伸到宏观的磨削尺度，使得砂轮微尖端形状精密复制到陶瓷、模具钢和硬质合金等高强高硬模芯表面，加工制造出形状精度可控的微透镜阵列结构模芯，并开发出微阵列模芯的精密镜面磨削加工技术。还研究微阵列结构模芯参数与注塑成形工艺参数对注塑微成形精度的影响，开发出LED 微结构导光板的高效、低成本的批量化生产与制造技术，推动精密微细制造技术及其产业发展。相关技术与专利已在深圳市睿光达光电有限公司进行产业转化和应用。与传统导光板相比，该新型导光板理论上可提高光效28.86%，克服了传统导光板生产制造成本较高、导光效果不佳、调光困难等问题，大大提高了出光的稳定性和均匀性，使光线更加柔和。同时，透光率的增加也有效提高了LED 灯具的使用效率，能够产生良好的经济效益。

积微成著，笃行致远。如今，鲁艳军团队已经主持和完成国家自然科学基金、中国博士后科学基金、广东省科技计划项目、深圳市技术攻关重点项目、企业横向项目等20 余项，并在国内外期刊和会议发表论文30 余篇，授权专利50 余项，与10余家精密制造企业建立了良好的产学研合作关系。