医疗技术：微型模腔压力传感器确保注塑成型质量
直接测量已成为注塑成型过程中精确测量模腔压力的黄金标准，在注塑成型过程中，与标准的微小偏差都可能导致产品质量不合格，甚至是不安全的产品。尤其是医疗技术等高度规范的行业，通过监控产品质量可以自动分拣出故障部件，并最终优化生产流程。
▲在注塑模具中，型腔压力传感器可安装在三个位置：与塑料熔体直接接触的模腔内、模腔后或顶针后。
01 使用先进的模腔压力传感器和匹配软件，注塑模具制造商可以在整个生产过程中测量模腔压力。通过选择理想的产品，他们可以将其生产过程中的测量曲线作为质量基准，并以此来衡量今后的所有流程。
02 此外，注塑商还可以根据与目标测量曲线的偏差来优化生产流程。直接测量时，传感器和电缆直接安装在模具壁上（见图 1）。传感器的顶端与模壁保持水平，这样注入的塑料熔体就会与传感器直接接触。
03 传感器就可以测量绝对模腔压力值，并将其与理想曲线进行比较。虽然这项技术在精确度方面无与伦比，但它也有一些缺点：传感器会在每个制造的塑料零件上留下一个小印记。虽然这种痕迹很小，但对于镜头等高精度产品来说，这仍然是一个问题。
04 此外，在直接测量腔体压力时，腔体压力传感器与塑料熔体的直接接触使其容易受到污染。因此，需要密切监控传感器的状态，并可能需要经常维护和更换，特别是在使用某些材料的情况下。
▲直接测量时，模腔压力传感器和电缆直接安装在模具壁上。传感器的顶端与模具壁保持水平，这样注入的塑料熔体就会与传感器直接接触。
除直接测量外，一些医疗技术公司还使用间接传感器测量注塑成型中的模腔压力。与直接传感器不同，间接传感器可以安装在模具上，因为它们位于顶针后面（见图 2）。不过，这也使它们容易出错，例如，如果安装孔与顶针的配合不够完美，过小或过大。它们还可能受到塑料熔体释放的气体的影响。液态硅酮等低粘度熔体甚至会流入顶针孔中。
▲用于间接测量模腔压力的模腔压力传感器安装在顶针后面。
非接触式模腔压力传感器：
注塑成型中直接和间接技术的可靠替代品
考虑到这些方法，奇石乐开始研究一种替代测量方法，既能提供精确、可重复的测量，又能避免在注塑成型过程中对传感器造成负面影响等缺点。开发团队发现了一种完全避免熔体与模腔压力传感器接触的程序，因为它可以测量熔体压力对模具金属壁产生的应变。最显著的特点是：虽然这种非接触式测量方法无法测量绝对的模腔压力值，但却能让注塑模具制造商准确地得出结论。测量应变的结果与其他测量方法的测量曲线非常相似。更重要的是：测量应变可获得可重复的曲线，从而满足质量保证和监管准则的基本要求。
与直接测量技术相比，非接触式模腔压力测量技术的主要优势在于其定位：由于传感器无需与塑料熔体直接接触，因此可以放置在模腔壁后两到四毫米处（见图 3）。因此，它们不会在制成品上留下任何痕迹，从而使该技术成为生产 A 级表面或镜片等高精度产品的首选，因为在这些产品中，即使是最小的痕迹也会影响产品质量。这些特殊的模腔压力传感器或微型纵向测量栓安装在墙壁后面，不受塑料熔体和其他影响（如气体甚至外部灰尘）的影响。这样可以将维护工作减少到最低限度。这些传感器可以很容易地拆卸下来进行维修。此外，它们还易于安装，可在模具中安装更多位置：它们的位置可以不受脱模方向的影响，也不需要靠近模腔的空间。它们只需要一个安装孔，在该孔中放置传感器并设置预定义的预紧力。
通过有限元分析
找到模腔压力传感器的最佳位置
▲在无接触模腔压力测量中，微型纵向测量针被置于模腔壁后。这项技术为某些医疗技术塑料注塑应用中的质量保证提供了支持。
此外，奇石乐还提供有限元分析 (FEA)，帮助客户找到最佳位置。这可以帮助客户找到合适的传感器位置，并评估传感器与模壁的最大距离，同时还能提供精确的测量结果。在进行有限元分析时，客户会发送一个 3D CAD 模型，显示他们希望将传感器放置在何处。然后，奇石乐团队通过有限元分析（见图 4）计算出该位置的模腔压力传感器的实际灵敏度，并将金属上的应变和侧向力考虑在内。然后，他们的报告会显示所选位置是否能让传感器准确测量模腔压力，如果不能，则会建议替代位置。
纵向测量栓
用于医疗技术注塑成型应用的微型传感器
奇石乐传感器已在其他应用中用于测量应变，例如在机械加工中，应变传感器用于测量固定或移动机械部件上的动态或准静态力。因此，在开发用于注塑成型的首款应变传感器 9247A 型时，奇石乐充分利用了其在这些应用领域的经验以及在测量模腔压力方面的全面知识。9247A 型传感器的周长为 4.4 毫米，适用于制造较大的塑料零件，自 2010 年以来已被用于化妆品和汽车行业的注塑成型。随后，奇石乐特别关注医疗技术领域的应用，致力于开发适用于镜片、注射器和 EpiPens 等产品的紧凑型模具的更小型传感器。
因此，奇石乐于 2018 年推出了首款压电微型纵向测量栓，并于 2022 年秋季推出了更新版 9239B 微型纵向测量栓。这种改良模腔压力传感器的周长仅为 2.5 毫米，可用于小型模具或空间有限的模具。两个版本传感器的一个显著区别在于晶体：前一版本传感器使用的是石英晶体，而新版本则采用了奇石乐专门制造的 PiezoStar 晶体。这一更新将传感器的灵敏度从 5.9 皮库仑/牛顿 (pC/N) 提高到 27 皮库仑/牛顿 (pC/N)。这使得传感器能够可靠而精确地测量较弱的信号。
▲奇石乐的微型传感器（纵向测量栓）9239B 可测量注塑成型过程中模具的应变。
质量保证
注塑成型中无接触模腔压力测量的未来之路
利用纵向压电传感器进行无接触模腔压力测量具有三大优势，即不会在制成品表面留下痕迹、测量精确和维护成本低。这对医疗技术行业的质量保证来说是个好消息，因为生产企业在注塑成型过程中需要高度可靠的型腔测量和过程监控系统，这不仅是为了生产高质量的产品，也是为了符合质量保证的监管要求，如美国的 GMP 和欧洲的 MDR 标准。在复杂的医疗设备生产中，直接和非接触式模腔压力测量可满足不同的需求。例如，制造商可以将非接触式模腔压力传感器用于高精密产品和需要完美表面成型的场合，而在产品上留下的微小痕迹不会影响其质量的情况下，则仍然依赖于直接测量技术。
