具有精确微尺度特征部和长期宏尺度再现性的热塑性制品的制作方法

具有精确微尺度特征部和长期宏尺度再现性的热塑性制品
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年6月3日提交的名称为“thermoplastic articles having precise micro-scale features and long-range macro-scale reproducibility”的共同未决的美国临时专利申请第63/034,103号的优先权和权益，该专利申请的内容全部并入本文。
技术领域
3.本公开整体涉及热塑性零件。


背景技术：

4.微流体设备在化学、医学和生物技术等多个领域都有应用。以相对较低的成本大规模制造集成微流体设备可使微流体在商业上得到更多应用。这对于使用一次性设备的应用(例如用于医学分析)尤其重要。如今，具有微尺度特征部的一次性设备在从诊断学到生命科学再到即时医疗设备的各种应用中都很普遍。这类设备作为产品的成功，部分原因在于设备的制造成本和质量。这些设备中使用的技术通常包括一个或多个微尺度结构(“微结构”)，例如微通道、微柱、微杆、微孔、纳米孔以及相关出版物中众所周知的许多其他结构。许多这样的设备引导流体以进行对流体的分析、测试、测量或其他观察，该流体可由任何生物流体或在实验室或临床环境中制备的其他流体组成。
5.已经探索了许多技术来生产热塑性设备，诸如微流体和具有微尺度特征部的其他设备。然而，精确生产具有挑战性的微型特征部和宏尺度再现性的热塑性部件仍然是一个挑战。这些工艺包括3d打印、cnc加工、旋转模塑、真空成型、注塑、挤塑和吹塑。
6.3d打印可用来一层一层地构建零件，直到形成完整的物理零件。然而，3d打印在塑料零件的生产过程中具有许多限制，包括：材料选择非常有限，对化学成分、刚性、表面粗糙度和物理性质(诸如密度和吸光度)施加了很大的限制，尺寸精确度的容许偏差大，难以实现小于大约50微米至1000微米精确度的可接受标称尺寸，以及由于它们的大小相对于3d打印机的分辨率非常小，不能产生微结构特征部，诸如微孔、微柱或微通道。
7.cnc加工从固体材料开始，并使用各种铣床、车床和其他计算机控制的减材工艺来形成零件。加工工艺比3d打印具有更多的零件几何限制。加工过程需要留出工具进出的空间，并且某些几何形状(比如弯曲的内部通道和其他具有挑战性的微型特征部)难以或不可能用减材方法来进行生产。
8.旋转模塑或滚塑是一种将聚合物熔化并将其形成在旋转模具内部的工艺。该方法用于生产较大的中空结构，并且不提供精确的或具有挑战性的微型特征部。
9.真空成型可用于生产产品包装等物品，但仅限于壁相对较薄、几何形状简单的零件。真空成型不适于具有挑战性的微型特征部，并且不能提供高度的大尺度再现性。
10.注塑是制造塑料部件的最常见方法之一。由于涉及高温和高压，传统的注塑模具是从硬化钢等金属加工而成的。这限制了对某些具有挑战性的微型特征部(诸如，低或负拔
模角、高长宽比或具有纹理化表面的垂直壁)进行脱模的能力。微模塑可用于生产较小的零件和微米级精度，但受到与传统注塑相同的限制，因此不能生产某些具有挑战性的微型特征部。
11.软工具模塑类似于注塑，但利用由材料诸如硅树脂制成的软工具或其他橡胶模具。软工具具有易于脱模的优点，但牺牲了长期宏尺度再现性和位置容许偏差或再现性。这是因为与在传统注塑中使用的硬工具相比，软工具在零件成型过程中会导致模具变形。
12.挤塑通过推动熔化的塑料通过模具从而产生期望的形状来形成零件。挤塑仅限于具有连续轮廓(诸如t形截面、i形截面、l形截面、u形截面以及正方形或圆形截面)的简单零件。
13.吹塑用于通过在模具内膨胀经加热的塑料管直到它形成模具形状来制造中空塑料零件。吹塑用于制造塑料瓶等物品，但仅限于简单的几何形状，并且总体精确度低于微尺度注塑。
14.因此，仍然需要改进的热塑性制品和用于形成克服上述缺陷的热塑性制品的方法。


技术实现要素：

15.在一方面，多个热塑性零件包括精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些精确微尺度特征部的平均归一化位移为约0.1％或更小。
16.在另一方面，多个热塑性零件包括精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些精确微尺度特征部的最大归一化位移为约0.1％或更小。
17.在又一方面，多个热塑性零件包括精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些精确微尺度特征部之间的最大位移为约10μm或更小。
18.在又一方面，多个热塑性零件包括精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些精确微尺度特征部之间的平均位移为约10μm或更小。
19.在又一方面，热塑性零件包括精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该热塑性零件与理想化的母版零件之间测量时，对这些精确微尺度特征部之间的非各向同性位移的平均归一化贡献为约0.1％或更小。
附图说明
20.当结合附图阅读下文描述的本公开的各种实施方案的具体实施方式时，将很容易
理解本公开的其他方面。
21.图1a是根据本公开的各个方面的多个第一示例性具有挑战性的微型特征部的顶视图。图1b是沿着图1a中的1-1截取的横截面视图。
22.图2a是根据本公开的各个方面的多个第二示例性具有挑战性的微型特征部的顶视图。图2b是沿着图2a中的2-2截取的横截面视图。
23.图3是示出根据本文所述的各个方面的可在具有挑战性的微型特征部诸如柱和孔中产生的示例性横截面轮廓的顶视图。
24.图4是具有正拔模角(顶部)、垂直侧壁或零拔模角(中间)和负拔模角(底部)的微型特征部的横截面视图。
25.图5a是根据本公开的各个方面的多个第三示例性具有挑战性的微型特征部的顶视图。图5b是沿着图5a中的5-5截取的横截面视图。
26.图6a是根据本公开的各个方面的多个第四示例性具有挑战性的微型特征部的顶视图。图6b是沿着图6a中的6-6截取的横截面视图。
27.图7a是根据本公开的各个方面的并且包括多个具有挑战性的微型特征部的示例性零件的顶视图。图7b是沿着图7a中的7-7截取的横截面视图。图7c是图7a中圈出的区域的特写视图。
28.图8a是根据本公开的各个方面的并且包括多个具有挑战性的微型特征部的第二示例性零件的透视图。图8b是第二示例性零件的顶视图。图8c是沿着图8b中的8-8截取的横截面视图。
具体实施方式
29.本发明提供了热塑性零件，其具有精确微尺度特征部(甚至是具有挑战性的微型特征部)和长期宏尺度再现性。现有零件不能用传统的塑料制造方法来进行生产，因此将热塑性零件的适用性和优点扩展到更多的应用中。这些零件能够具有比以前制造的更复杂的几何形状和结构，同时保持高水平的位置精度和再现性。
30.在一些方面，提供了多个热塑性零件，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部的平均归一化位移为约0.1％或更小。
31.在一些方面，提供了多个热塑性零件，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部的最大归一化位移为约0.1％或更小。
32.在一些方面，提供了多个热塑性零件，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部之间的最大位移为约10μm或更小。
33.在一些方面，提供了多个热塑性零件，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征
部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部之间的平均位移为约10μm或更小。
34.在更详细地描述本公开之前，应当理解，本公开不限于所描述的特定方面，并且因此当然可以变化。还应当理解，本文所使用的术语仅出于描述特定方面的目的，而不旨在进行限制。技术人员将认识到本文描述的方面的许多变型和改编。这些变型和改编旨在被包括在本公开的教导内容中。
35.引用本说明书中引用的所有出版物和专利来公开和描述与所引用的出版物有关的方法和/或材料。所有这些出版物和专利都通过引用并入本文，就如同每个单独的出版物或专利都被明确地和单独地被指出通过引用并入一样。通过引用的这种并入明确地限于所引用的出版物和专利中描述的方法和/或材料，并不扩展到所引用的出版物和专利中的任何词典定义。在所引用的出版物和专利中的未在本说明书中明确重复的任何词典定义，都不应这样理解，也不应被理解为定义所附权利要求书中出现的任何术语。对于任何出版物的引用是因为其在提交日期之前公开，不应解释为承认本公开由于在先公开而不可以早于该出版物的日期。此外，提供的公开日期可与可能需要独立确认的实际发布日期不同。
36.尽管类似于或等同于本文描述的那些方法和材料的任何方法和材料也可以用于对本公开的实践或测试中，但是现在描述优选的方法和材料。为了简洁和/或清楚起见，可能不会详细描述本领域中公知的功能或构造。除非另有说明，否则本公开的实施方案将采用纳米技术、有机化学、材料科学和工程学等技术，这些都在本领域技术范围内。此类技术在文献中有充分的解释。
37.应当注意，在本文中比率、浓度、量和其他数值数据可以范围格式表示。应当理解，这种范围格式是为了方便和简洁而使用的，因此，应该以灵活的方式解释为不仅包括明确列举为范围的限值的数值，而且包括包含在该范围内的所有单个数值或子范围，就好像明确列举了每个数值和子范围一样。为了进行说明，数值范围“约0.1％至约5％”应解释为不仅包括明确列举的约0.1％至约5％的值，而且还包括单个值(例如，1％、2％、3％和4％)以及指定范围内的子范围(例如，0.5％、1.1％、2.2％、3.3％和4.4％)。在所述范围包括一个或两个限值的情况下，除了那些包括的限值中的一个或两个之外的范围也包括在本公开中，例如短语“x至y”包括从“x”至“y”的范围以及大于“x”且小于“y”的范围。该范围也可以表达为上限，例如“约x、y、z或更小”，并且应被解释为包括“约x”、“约y”和“约z”的特定范围以及“小于x”、“小于y”和“小于z”的范围。同样，短语“约x、y、z或更大”应被解释为包括“约x”、“约y”和“约z”的特定范围以及“大于x”、“大于y”和“大于z”的范围。在一些实施方案中，根据数值的有效数字，术语“约”可包括传统的舍入。另外，短语“约
‘
x’至
38.‘y’”
包括“约
‘
x’至约
‘y’”
，其中
‘
x’和
‘
y’为数值。
39.在某些情况下，本文中可使用非公制或非si单位。此类单位可能例如存在于美制度量单位中，例如如由美国商务部国家标准技术局在出版物(诸如nist hb 44、nist hb 133、nist sp 811、nist sp 1038、nbs其他出版物214等)中阐述的。美国习惯度量中的单位应被理解为包括如本领域普通技术人员所理解的公制和其他单位的等效量纲(例如，公开为“1英寸”的尺寸意在表示等效量纲为“2.5厘米”；公开为“1pcf”的单位意在表示等效量纲为0.157kn/m3；或者公开的100
°
f的单位意在表示等效量纲为37.8℃；等等)。
40.除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的
普通技术人员通常所理解的相同的含义。还将理解的是，除非在本文中明确定义，否则术语(诸如在常用词典中定义的那些)应被解释为具有与其在说明书和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的形式进行解释。
41.如本文所用，冠词“一”和“一个”在应用于说明书和权利要求书中描述的本发明的实施方案中的任何特征时表示一个或多个。除非特别说明，“一”和“一个”的使用并不将含义限制于单个特征。单数或复数名词或名词短语之前的冠词“该”表示一个特定的具体特征或多个特定的具体特征，并且根据使用的上下文的不同，其可具有单数或复数含义。
42.如本文所用，术语“拔模角”是根据模具或特征部表面与理论中心轴线沿拉动移除方向限定的角度。在传统模塑中，通常在所有垂直壁上设计正拔模角以使零件更容易从模具中顶出。当模具或特征部的壁沿拉动方向从模具或特征部的理论中心轴线倾斜离开时，拔模角被称为“正拔模角”。当模具或特征部的壁沿拉动方向从模具或特征部的理论中心轴线倾斜向内时，拔模角被称为“负拔模角”。特征化表面可包括具有正拔模角的特征部和具有负拔模角的特征部。“非负拔模角”是指具有零拔模角或正拔模角的模具或特征部。
43.当从任何可能的角度观察零件时不能用直接的视线看到一个或多个表面时，即，在不存在可看到特征部的至少一个表面且零件的其他部分不会干扰视线的角度的情况下，特征部被称为具有或另选地是“底切部”(如本文所用)。底切部可防止零件从直拉模具中顶出，而该模具的一部分不会损坏该零件。零件上的底切特征部的最简单的示例是垂直于零件的顶出方向对准的通孔。
44.如本文所用，术语“微尺度特征部”是指具有约1000微米或更小尺寸中的一个或多个尺寸并且通常具有大于约10纳米、100纳米或更大的尺寸的特征部。在一些情况下，微尺度特征部具有约10微米或约50微米至约100微米或约250微米的最大尺寸。
45.如本文所用，术语“宏尺度”是指热塑性部件的总体尺寸特征，其通常为1毫米或更大的尺寸，更精确地为从约1毫米、5毫米或10毫米至最多约20毫米、100毫米、500毫米甚至1000毫米的尺寸。
46.如本文所用，术语“精确微尺度特征部”是指在多个热塑性部件中测量的在微尺度特征部大小上具有极小的均方根(rms)偏差的微尺度特征部。在一些方面，精确微尺度特征部具有约10微米、约1微米或更小的rms偏差。在一些方面，精确微尺度特征部具有约10％、约5％、约1％、约0.1％或更小的rms偏差。
47.术语“可再现的宏尺度尺寸”是指针对多个热塑性部件测量的热塑性部件之间的宏尺度尺寸的可重复性。在一些方面，当所有或基本上所有宏尺度尺寸的均方根(rms)偏差在1％、0.1％、0.01％、0.001％、0.0001％或更小的公差内时，则认为宏尺度尺寸是可再现的。
48.如本文所用，术语“刚性”是指在经受用于压花和注塑的标准压力时能够承受形状的弯曲或变形的材料或部件，例如具有至少10gpa、20gpa、25gpa、30gpa或更大的刚性模
49.本文中可互换使用的术语“具有挑战性的微型特征部”和“具有挑战性的微尺度特征部”通常指的是不能在不损坏模具和微尺度特征部中的一者或两者的情况下从刚性模具脱模的微尺度特征部。在利用刚性模具的传统注塑中，零件的设计必须具有某些限制，否则脱模过程可能导致零件或模具损坏或变形。因此，对于传统注塑，零件被设计成具有拔模角，以有助于更容易脱模。热塑性材料的刚度和零件上的特征部的整体设计和密度也影响
在零件不损坏或不变形的情况下对零件进行脱模的能力。具有特征部或纹理的垂直壁也会增加零件与模具之间的摩擦，从而需要更大的拔模角。具有挑战性的微型特征部的示例包括凹陷部或突出部，这两者都具有(i)约300μm、约250μm、约200μm或更小的至少一个横向尺寸以及(ii)以下项中的任一项或多项：至少2∶1、至少3∶1或至少4∶1且至多约10：1、约20∶1、约40∶1或约50∶1的纵横比(高：宽)；至少一个垂直壁，该至少一个垂直壁具有约2
°
、约1
°
、约0
°
或更小的拔模角，包括低至约-1
°
、-2
°
或-5
°
的负拔模角；至少一个底切部；至少一个纹理化垂直表面，该至少一个纹理化垂直表面具有至少0.01μm、至少0.1μm、至少0.5μm、至少1μm、至少2.5μm、至少10μm或至少20μm的纹理深度。
50.如本文所使用，
51.术语“垂直壁”是指微尺度或宏尺度特征部的基本上垂直于其所连接的零件的外表面的壁，例如，该壁与外部零件表面以至少45度、至少75度或至少90度的角度相交。垂直壁可基本上与拉动移除方向对准。
52.如本文所使用，术语“横向尺寸”是指基本上平行于零件的在其上测量尺寸的外表面的尺寸，其中限定该尺寸的线与限定外表面的平面成最多45度的角度，并且通常成最多15度的角度。横向尺寸可垂直于拉动移除方向。
53.热塑性零件和其他制品
54.本文描述了有具有挑战性的微型特征部的各种热塑性零件和制品。可生产不仅有具有挑战性的微型特征部，还有可再现的宏尺度尺寸精度的零件。零件和制造这些零件的方法将热塑性零件的适用性(以及相关联的成本收益、易于缩放和制造等)扩展到了以前使用传统方法无法获得的复杂几何结构。
55.可生产对于母版结构具有优异容许偏差的热塑性零件和制品。如本文所用，术语“母版结构”是指通常在金属衬底上制造的复制模板。使用uv-liga和其他微制造工艺来制造母版模具的特征部。在母版模具上产生的微结构可具有与母版模具衬底相同的材料，例如镍衬底上的镍微结构，或者可具有不同的材料，例如硅表面上的光致抗蚀剂。母版结构也可以是指理想化的母版零件或母版结构，即具有期望或预期的几何形状的零件。
56.在一些方面，提供了热塑性零件或制品，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该零件与理想化的母版零件之间测量时，对这些微尺度特征部之间的非各向同性位移的平均归一化贡献为约0.1％或更小。
57.具有挑战性的微型特征部和具有挑战性的微型特征部的阵列可通过组合各种突出部和凹陷部(包括通道、杆和壁)来产生。在一些方面，精确限定的壁、杆和通道被组合，从而具有从约3∶1或约5∶1到至多约20∶1或约50∶1的纵横比。
58.本文所述的零件和其他制品中可包括各种具有挑战性的微型特征部。如图3所描绘的，具有挑战性的微型特征部可包括杆、孔或具有各种横截面的其他结构，这些横截面包括圆形、椭圆形、正方形、矩形、五边形、六边形、八角形、菱形和其他复杂横截面。
59.图1a至图1b描绘了示例性具有挑战性的微型特征部，其包括具有圆形横截面的杆102。杆102可具有约5μm至约50μm、约10μm至约30μm或约15μm至约25μm的宽度(“b”)。杆102可具有约40μm至约250μm、约40μm至约100μm或约20μm至约75μm的高度(“c”)。可以5、10、15、20或更多个杆的密集阵列提供杆102。杆102可具有小至约1μm、2μm、5μm、10μm或更大的最近
邻间距(“a”)。
60.图2a至图2b描绘了示例性具有挑战性的微型特征部，其包括具有矩形横截面的杆202。杆202可具有约5μm至约50μm、约10μm至约30μm或约15μm至约25μm的长度(“c”)和宽度(“b”)。杆202可具有约40μm至约250μm、约40μm至约100μm或约20μm至约75μm的高度(“d”)。可以5、10、15、20或更多个杆的密集阵列提供杆202。杆202可具有小至约1μm、2μm、5μm、10μm或更大的最近邻间距(“a”)。
61.图5a至图5b描绘了示例性具有挑战性的微型特征部，其包括具有圆形横截面的孔502，但孔502也可具有图3所描绘的任何横截面。孔502可具有约5μm至约50μm、约10μm至约30μm或约15μm至约25μm的宽度(“b”)。孔可具有约40μm至约250μm、约40μm至约100μm或约20μm至约75μm的深度(“d”)。可以5、10、15、20或更多个孔的密集阵列提供孔。孔可具有小至约1μm、2μm、5μm、10μm或更大的最近邻间距(“a”)。
62.图6a至图6b描绘了示例性具有挑战性的微型特征部，其包括在其内部具有更小且更浅的微孔604的孔602。图6a至图6b所描绘的微孔604具有圆形横截面，但也可容易地具有其他横截面，诸如图3所描绘的那些横截面。在一些方面，更大的外孔602具有图3所描绘的横截面，并且更小的内孔604具有与图3所描绘的不同的横截面。内孔604和外孔602各自都可具有上述尺寸，只要内孔604的宽度小于外孔602即可。
63.第一示例性零件在图7a至图7c中描绘，展示了组合多个具有挑战性的微型特征部的零件。该零件包括主入口通道(a)、中间通道(b)、过滤通道(c)和主出口通道(d)。如图7b所描绘的，中间通道和过滤通道可具有与主入口通道和/或主出口通道不同的深度和宽度。任何通道都可具有高纵横比。此外，这些通道的侧壁和表面可包括附加的具有挑战性的微型特征部，诸如柱、杆、突出部、孔、凹坑等。这些表面中的一个或多个表面还可包括纹理化的或不规则的表面。中间通道与过滤通道之间的汇合处(j)可产生具有极小曲率半径(小于5μm，优选小于1μm)的非常锐利的转角和边缘。
64.如图8a至图8c所描绘的，零件可组合任何数量的具有挑战性的微型特征部，诸如具有相同或不同横截面、相同或不同深度并且在零件上间隔开或紧密地排列在阵列中的柱802和孔804。这些特征部可包括如本文所述的具有大纵横比的通道806、柱802或孔804。图8a至图8c所描绘的零件包括在具有挑战性的微型特征部上具有底切部808和纹理化垂直壁810的特征。
65.在一些方面，在测量位移之前通过减去相对于母版的各向同性变形来计算对非各向同性位移的平均归一化贡献。在一些方面，在测量位移之前通过减去静态各向同性收缩量来计算对非各向同性位移的平均归一化贡献，其中静态各向同性收缩量是基于热塑性塑料的成分的百分比。
66.由于可再现的宏尺度尺寸，可以极其低的零件间可变性制造热塑性零件和制品。这样可提供具有相同或几乎相同的特征精度和尺寸的多个零件或制品。
67.在一些方面，提供了多个热塑性零件或制品，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部的平均归一化位移为约0.1％或更小。
68.在一些方面，提供了多个热塑性零件或制品，其具有精确微尺度特征部和可再现
的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部的最大归一化位移为约0.1％或更小。
69.在一些方面，提供了多个热塑性零件或制品，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部之间的最大位移为约10μm或更小。
70.在一些方面，提供了多个热塑性零件或制品，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部之间的平均位移为约10μm或更小。
71.在一些方面，该多个热塑性零件或制品具有以下特性中的一个、两个、三个或四个特性：
72.i.当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，微尺度特征部的平均归一化位移为约0.1％、0.07％、0.06％或更小；
73.ii.当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，微尺度特征部的最大归一化位移为约0.5％、0.2％、0.1％或更小；
74.iii.当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，微尺度特征部之间的最大位移为约100μm、50μm、10μm或更小；以及
75.iv.当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，微尺度特征部之间的平均位移为约100μm、50μm、10μm或更小。
76.具有挑战性的微型特征部通常不能用传统的硬工具压花或注塑来生产。具有挑战性的微型特征部包括由于几何形状而不能容易地在不损坏零件和模具中的一者或两者的情况下从刚性模具脱模的特征。示例包括具有负拔模角的零件(尤其是对于小的微型特征部而言)，以及在垂直壁上具有纹理或结构的特征部或零件，这些纹理或结构会对脱模产生阻力。
77.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及约2∶1、约3∶1、约4∶1且至多约10∶1、20∶1、50∶1或更大的纵横比(高：宽)。
78.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及约2∶1、约3∶1、约4∶1且至多约10∶1、20∶1、50∶1或更大的长宽比(高：宽)。
79.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括杆，该杆具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及约2∶1、约3∶1、约4∶1且至多约10∶1、20∶1、50∶1或更大的长宽比(高∶宽)。
80.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括孔，该孔具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及约2∶1、约3∶1、约4∶1且至多约10∶1、20∶1、50∶1或更大的纵横比(高∶宽)。
81.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括通道，该通道具有约350μm、约300μm、
约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及约2∶1、约3∶1、约4∶1且至多约10∶1、20∶1、50∶1或更大的长宽比(高：宽)。
82.在一些方面中，纵横比为约2∶1至约100∶1、约2∶1至约50∶1、约2∶1至约20∶1、约5∶1至约20∶1、约5∶1至约50∶1、约10∶1至约20∶1或更大。
83.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及具有约3
°
、约2
°
、约1
°
、约0
°
、约-1
°
和低至-5
°
或-10
°
或更小的拔模角的垂直壁。
84.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及具有约3
°
、约2
°
、约1
°
、约0
°
、约-1
°
和低至-5
°
或-10
°
或更小的拔模角的垂直壁。
85.在一些方面，拔模角为约1
°
、约0
°
、约-1
°
或更小。具有挑战性的微型特征部(诸如具有高纵横比的柱、孔和通道)可被制造成具有各种拔模角。图4描绘了具有正(“f”)拔模角、零(垂直墙)拔模角和负(“g”)拔模角的特征部。图4和图8中的负拔模角(如本文所使用的术语)产生具有底切部的特征部，这不能用刚性工具加工方法来实现。
86.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个底切部。
87.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个底切部。
88.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括杆，该杆具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个底切部。
89.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括孔，该孔具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个底切部。
90.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括通道，该通道具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个底切部。
91.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个纹理化垂直表面。
92.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个纹理化垂直表面。
93.在一些方面，该多个零件中的每个零件包括具有至少一个纹理化垂直表面的至少一个宏尺度特征部。
94.纹理化垂直表面可包括螺纹杆、扇形壁或类似纹理化的垂直壁。纹理化垂直表面可包括选自微米级凹槽、微米级凹坑、微米级纹理和它们的组合的微米级纹理。
95.在一些方面，该多个热塑性零件或制品中的每个热塑性零件或制品都包括：第一横向尺寸和垂直于第一横向尺寸的第二横向尺寸，其中第一横向尺寸和第二横向尺寸具有约5mm或20mm至约1000mm或2000mm的尺寸；以及垂直于第一横向尺寸和第二横向尺寸的垂直尺寸，该垂直尺寸具有约100μm或500μm至约5000μm或10000μm的尺寸。
96.在一些方面，该多个热塑性零件或制品中的每个热塑性零件或制品都包括：在热
塑性零件的第一面上的第一具有挑战性的微型特征部；和在与第一面相对的第二面上的第二具有挑战性的微型特征部；其中第一具有挑战性的微型特征部与第二具有挑战性的微型特征部之间的x-y对准为约100μm、约80μm、约60μm、约40μm或更小。
97.在一些方面，垂直尺寸的厚度变化为约10μm/cm、约5μm/cm或更小。
98.在一些方面，具有挑战性的微型特征部包括具有纳米级平滑度的平滑表面。
99.在一些方面，该多个热塑性零件或制品中的每个热塑性零件或制品都具有宏尺度特征部；其中当在该多个零件中的每个零件之间测量时，该宏尺度特征部与具有挑战性的微型特征部之间的平均归一化位移为约1％、约0.5％、约0.1％或更小。宏尺度特征部可包括例如试剂孔、通孔等。
100.在一些方面，热塑性塑料包括聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚碳酸酯(pc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、环烯烃聚合物(cop)、环烯烃共聚物(coc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、聚甲醛、热塑性含氟聚合物(例如，乙烯四氟乙烯(etfe)、全氟烷氧基烷烃(pfa)、聚偏二氟乙烯或聚偏(二)氟乙烯(pvdf)、氟化乙烯丙烯(fep)等)、苯乙烯系嵌段共聚物(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(sbs)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(sebs)、苯乙烯异戊二烯嵌段共聚物(sis)、苯乙烯异丁烯嵌段苯乙烯(sibs)等)或它们的共聚物以及它们与其他聚合物的共聚物。
101.制造热塑性零件和其他制品的方法
102.使用混合工具的系统和方法描述于2019年11月29日提交的名称为“thermoplastic forming tools，assemblages，and methodsof making and methods of use thereof”的pct/us2019/063338中，该专利申请的内容以引用方式并入本文。所描述的工具和组件可用于在保持部件的长期宏尺度可再现性的同时形成具有精确尺寸的(甚至是具有高纵横比的)微尺度特征部的热塑性部件。通过将刚性工具与在空腔成形表面上的薄弹性体层结合，所描述的工具能够获得刚性硬工具压花和软工具压花方法两者的益处。这些工具使得能够生产只能用软工具方法生产的具有挑战性的微型特征部，同时保持硬工具微注塑的位置/尺寸精度和再现性。
103.在一些方面，提供了用于形成热塑性部件的热塑性成形组件。这些组件能够形成具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸的部件。在各个方面，热塑性成形组件包括底部工具和顶部工具两者。在一些方面，当工具包括用于形成多个部件的多个孔时，组件可包括多个顶部工具。例如，在某些方面，组件具有3个、4个或更多个空腔和相等数量的顶部工具。
104.顶部工具和底部工具一起形成用于形成热塑性部件的空腔。在一些方面，顶部工具包括第一刚性工具主体，该第一刚性工具主体具有带有至少一个突出部的第一空腔成形侧。该顶部工具还可包括第一弹性体层，该第一弹性体层适形地涂覆至少一个突出部以形成第一空腔成形表面。热塑性成形组件将还具有底部工具。在一些方面，该底部工具包括第二刚性工具主体，该第二刚性工具主体具有第二空腔成形侧，该第二空腔成形侧具有至少一个凹陷部，其中该至少一个凹陷部被构造成在组件处于闭合位置时接纳顶部工具的该至少一个突出部。在一些方面，该底部工具包括第二弹性体层，该第二弹性体层适形地涂覆至少一个凹陷部以形成第二空腔成形表面。当组件处于闭合位置时，该第一空腔成形表面和第二空腔成形表面可限定用于形成热塑性部件的空腔。
105.这些工具和组件可用于形成具有精确微尺度特征部的热塑性部件。在一些方面，第一空腔成形表面和第二空腔成形表面中的一者或两者都包括特征部成形表面，该特征部成形表面在形成热塑性部件时限定精确微尺度特征部。该特征部成形表面可包括孔、柱、凹坑、孔隙、通道、隆起部、更复杂的几何结构或它们的任何组合。
106.与单独使用刚性工具或弹性体工具相比，将刚性工具主体与薄的弹性体涂层相结合的混合工具方法可对所有特征部大小进行更严格的尺寸控制。热塑性零件的几何特征部通常可限定为宏尺度或微尺度。限定为宏尺度的特征部通常具有至少1毫米的长度、宽度、高度、间距和曲率半径。定义为微尺度的特征部通常具有小于一毫米的长度、宽度、高度、间距或曲率半径的集合中的至少一个特征。没有弹性体涂层的刚性工具通常可生产出零件之间宏特征部变化小于0.1％的热塑性零件，但是通常不能在不产生较大变化(超过10％)的情况下生产大多数类型的微特征部。没有刚性主体的弹性工具通常可生产出零件之间微特征部变化小于1％的热塑性零件，但零件之间宏特征部的变化通常为至少5％。已经在某些方面展示了本文所述的混合工具，以生产宏特征部变化小于0.1％且微特征部变化小于1％的热塑性零件。
107.在成形时，刚性工具主体可在热塑性部件中提供可再现的宏尺度尺寸。与软模压花有关的一个问题在于，所生产的部件可能具有大尺度的结构偏差以及无法在不产生不期望的偏差的情况下可靠地再现的宏尺度尺寸。例如，在一些方面，本文提供的方法能够生产具有约5％、约1％、约0.1％或更小的尺寸公差的热塑性部件。
108.顶部和底部工具的空腔成形表面由薄弹性体层形成，该薄弹性体层涂覆这些工具的至少一部分空腔成形侧。这些空腔成形表面可包括用于在热塑性部件中形成精确微尺度特征部的特征部成形表面。弹性体层允许形成小的微尺度特征部，甚至是具有高纵横比的非常小的特征部大小，并且也允许微尺度特征部在成形之后更容易地脱模。
109.本文所述的热塑性成形工具和组件可用于用热塑性塑料以及在某些情况下由其他材料(诸如聚合物热固性塑料和复合材料)制成各种部件。这些方法可包括热压花、注塑、压缩模塑和它们的组合或变体。
110.在一些方面，这些方法包括热压花方法。压花过程需要本文所述的热塑性成形工具或组件、聚合物“坯料”以及向热塑性成形工具或组件施加热量和/或压力的方法。通常，首先将聚合物坯料放入压花工具空腔中，然后将该工具和坯料的温度升高至坯料材料的玻璃转换温度以上，然后向坯料施加压力，迫使聚合物流动并呈现为由工具限定的空腔的样式。然后将工具和坯料冷却到聚合物的玻璃转换温度以下，之后可将压花的热塑性部件从空腔中脱模。
111.压花周期：
112.可如下进行标准压花周期。在已将坯料放入工具中后，将模具压紧到初始“接触压力”，同时通过真空端口排空空腔中的空气。该接触压力确保工具内表面与坯料之间有足够的热接触。在保持接触力的同时，以给定的升温速率将工具温度升高至压花温度。一旦工具温度已稳定在压花温度，就将压缩力增大以达到期望的“压花压力”，并在“浸泡时间”的持续时间内保持该压花压力。浸泡时间应足够长，以使坯料材料流动并填充模具空腔的所有凹陷部。在保持“压花压力”的同时，将模具冷却至脱模温度，然后释放模具上的压力。
113.可通过与加热/冷却压印板的直接接触来实现模具的加热和冷却。也可将加热和
冷却元件直接嵌入工具中。其他加热方法包括但不限于模具的感应加热和辐射加热。其他冷却方法包括热电冷却以及使用冷却液或气体的传导或对流冷却。可使用电动线性平台、气动压力机或液压机或在重力作用下施加压缩力。
114.可对空腔施加真空以排空加热坯料时产生的困在聚合物和工具表面上的凹陷部之间任何空气或其他蒸汽。从空腔中排空氧气还有助于防止压花过程中聚合物的热氧化。还可用惰性气体诸如氮气或氩气吹扫空腔。排空和吹扫的结合可用于最大程度地减少空腔中的氧气、水分和其他污染。
115.在一些方面，设备包括顶部和底部热控压印板，其安装在力控电动压缩平台上，工具可安装在该平台上或以其他方式放置在该平台上。顶部和底部压印板通过嵌入的电阻加热盒进行主动加热，并通过运行来自冷却器的冷却水的嵌入的液体冷却回路进行主动冷却。顶部和底部工具可随意地放置在底部压印板上，也可分别连接到顶部和底部压印板。
116.零件移除：
117.一旦部件已被冷却，就分离工具部件，并且可使经压花零件从工具上脱模。可将空气或其他合适的气体通入空腔，以用于破坏空腔中的真空环境并帮助将压花结构从工具中顶出。可通过用于排空空腔的同一端口或连接至空腔或真空通道的一个或多个端口对空腔进行通气。可通过垂直于工具表面直接均匀拉动经压花零件来将其移除，也可通过从零件的一侧将其提起，并以剥离动作逐渐将其移除。通过将顶出销结合到模具中，可帮助从工具中移除零件。可以机械、电动或气动方式激活顶出销。顶出销可位于主空腔中，或另选地位于溢流腔中，在该溢流腔中顶出销将与在顶出后将被切掉的区域相接触。顶出销可隐藏在弹性体层下面。一旦激活，销会使弹性体层拉伸变形并推动模制成型零件。这种构型允许使用顶出销来顶出模制成型零件，而不会在零件上出现与顶出销与周围工具材料之间的不连续性相关的可见特征。可使用自动化设备来促进坯料的放置和经压花零件的移除，以提高生产量并减少劳动量。
118.坯料基板“坯料”119.热塑性部件可以由热塑性“坯料”基板制成。在一些方面，坯料基板的体积将在由第一空腔成形表面和第二空腔成形表面形成的空腔的体积的约10％、约5％、约1％或约0.1％之内。在某些方面，坯料体积将比空腔体积稍大。这可用于生产具有最少溢料的或溢料基本为零的更高质量的组件。示例性坯料的大小可以大致是标准显微镜载玻片的大小。但是，在其他应用中，坯料可具有适应工具空腔体积的任何体积或尺寸。在一些方面，根本不使用坯料，并且热塑性塑料可以热塑性塑料研磨体或粉末的形式被引入，或者可以熔融或部分熔融的状态通过端口或通道流入到空腔中。
120.合适的热塑性聚合物包括但不限于聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚碳酸酯(pc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、环烯烃聚合物(cop)、环烯烃共聚物(coc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、聚甲醛、热塑性含氟聚合物(例如，乙烯四氟乙烯(etfe)、全氟烷氧基烷烃(pfa)、聚偏二氟乙烯或聚偏(二)氟乙烯(pvdf)、氟化乙烯丙烯(fep)等)、苯乙烯系嵌段共聚物(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(sbs)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(sebs)、苯乙烯异戊二烯嵌段共聚物(sis)、苯乙烯异丁烯嵌段苯乙烯(sibs)等)或它们的共聚物以及它们与其他聚合物的共聚物。理想地，热塑性塑料将在压花温度下具有足以允许完全形成要进行压花的微型特征部的熔体流动指数。坯料还可由热固
性聚合物制成，诸如高温硫化(htv)硅树脂或环氧树脂。坯料还可以是复合材料，诸如多层聚合物层压板或填充有无机添加剂(诸如玻璃纤维、二氧化硅或粘土)的聚合物基体。坯料还可包含通常添加到注塑树脂中的添加剂，诸如抗菌剂、光吸收剂、澄清剂、脱模剂、增滑剂和抗静电添加剂。
121.测量热塑性制品的方法
122.提供了用于比较热塑性制品及其零件的尺寸、特征部和再现性的多种方法。那些方法将在本文更详细地描述。在一些情况下，那些方法包括与对应的参考或目标制品或零件进行比较。
123.为了评估特征部位置精度，测量零件上的选定微型特征部的坐标，并计算相对于参考(母版结构或另一零件)的位移。对由相同母版结构制成的软工具和混合工具两者执行分析。
124.如本文所使用的，术语“位移”是指热塑性零件与参考零件之间的差异的测量值，是热塑性零件上的识别点与参考零件上的对应点之间的距离(欧几里德范数)。“位移”有时将被表示为例如，这些点中的每个点可对应于零件上的微型特征部的位置。
125.如本文所使用的，术语“平均位移”是指热塑性零件与参考零件之间的差异的测量值，是对在零件上的多个点(通常为16个)进行平均所得的位移平均值。平均位移可通过针对n个点用公式来计算，每个点的位移为
126.本文所使用的术语“最大位移”是指热塑性零件与参考零件之间的差异的测量值，是对多个点(通常为16个)进行测量所得的最大位移。
127.如本文所使用的，术语“归一化位移”是指热塑性零件与参考零件之间的差异的测量值，是用热塑性零件上的识别点与参考零件上的对应点之间的距离(欧几里德范数)归一化(除以)参考零件上的点与原点之间的距离所得的结果。归一化位移可通过公式来计算，其中是参考零件上的点与原点之间的距离。
128.如本文所使用的，术语“平均归一化位移”是指对多个点(通常为16个)进行平均所得的归一化位移。
129.压花导致的热塑性收缩(～0.5％)会使比较变得复杂，因为它可能导致与由于工具变形而导致的那些位移相同的数量级的位移。收缩大多是各向同性的，并且可用缩放因子来解释。为了考虑与材料相关联的各向同性收缩，移除了收缩的各向同性分量，并测量用每种方法制成的零件与母版相比的各向异性贡献的平均归一化位移。
130.为了展示各向同性效应是由材料决定的，与方法无关，接下来通过在零件上应用固定的各向同性收缩(同时分离各向异性部分)来考虑各向同性收缩。再次测量用每种方法制成的零件与母版相比的各向异性贡献的平均归一化位移。
131.为了比较制品的各向异性变形，应用完全各向异性缩放(x缩放＝a(1+ε)，y缩放＝a(1-ε))，将零件与母版进行比较。用各向异性参数ε来对方法进行比较。
132.最后，将用相同方法生产的一批制品内的制品彼此进行内部比较，以弄清零件间的差异。
133.根据本公开的某些方面
134.通过阅读以下不应与权利要求相混淆的编号方面，将更好地理解上述公开。在一
些情况下，这些编号方面中的一个或多个编号方面可在不背离本公开的情况下与本文描述的其他方面结合。
135.方面1.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部的平均归一化位移为约0.1％或更小。
136.方面2.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部的最大归一化位移为约0.1％或更小。
137.方面3.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部之间的最大位移为约10μm或更小。
138.方面4.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中每个零件上的这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部，并且其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，这些微尺度特征部之间的平均位移为约10μm或更小。
139.方面5.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其包括以下项中的两项、三项或四项：(i)其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，微尺度特征部的平均归一化位移为约0.1％、0.07％、0.06％或更小；(ii)其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，精确微尺度特征部的最大归一化位移为约0.5％、0.2％、0.1％或更小；(iii)其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，微尺度特征部之间的最大位移为约100μm、50μm、10μm或更小；以及(iv)其中当在该多个热塑性零件中的零件之间测量时，精确微尺度特征部之间的平均位移为约100μm、50μm、10μm或更小。
140.方面6.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸和至少2∶1的纵横比(高∶宽)。
141.方面7.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸和至少2∶1的纵横比(高∶宽)。
142.方面8.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括杆，该杆具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸和至少2∶1的纵横比(高∶宽)。
143.方面9.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括孔，该孔具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸和至少2∶1的纵横比(高∶宽)。
144.方面10.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括通道或隆起部，该通道或隆起部具有约250μm或更小的至少一个横向
尺寸和至少2∶1的纵横比(高：宽)。
145.方面11.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中纵横比为约2∶1至约100∶1、约2∶1至约50∶1、约2∶1至约20∶1、约5∶1至约20∶1、约5∶1至约50∶1、约10∶1至约20∶1或更大。
146.方面12.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及具有约2
°
或更小的拔模角的垂直壁。
147.方面13.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及具有约2
°
或更小的拔模角的垂直壁。
148.方面14.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中拔模角为约1
°
、约0
°
、约-1
°
或更小。
149.方面15.根据本文所述的任何多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个底切部。
150.方面16.根据本文所述的任何多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个底切部。
151.方面17.根据本文所述的任何多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个纹理化垂直表面。
152.方面18.根据本文所述的任何多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个纹理化垂直表面。
153.方面19.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中纹理化垂直表面包括螺纹杆、扇形壁或类似纹理化的垂直壁。
154.方面20.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中纹理化垂直表面包括选自微米级凹槽、微米级凹坑、微米级纹理和它们的组合的微米级纹理。
155.方面21.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中横向尺寸为约200μm、150μm、100μm、50μm或更小。
156.方面22.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中该多个热塑性零件中的每个热塑性零件都包括：第一横向尺寸和垂直于第一横向尺寸的第二横向尺寸，其中第一横向尺寸和第二横向尺寸具有约5mm或20mm至约1000mm或2000mm的尺寸；以及垂直于第一横向尺寸和第二横向尺寸的垂直尺寸，该垂直尺寸具有约100μm或500μm至约5000μm或10000μm的尺寸。
157.方面23.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中该多个热塑性零件中的每个热塑性零件都包括：在热塑性零件的第一面上的第一具有挑战性的微型特征部；和在与第一面相对的第二面上的第二具有挑战性的微型特征部；其中第一具有挑战性的微型特征部与第二具有挑战性的微型特征部之间的x-y对准为约100μm、约80μm、约
60μm、约40μm或更小。
158.方面24.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中垂直尺寸的厚度变化为约10μm/cm、约5μm/cm或更小。
159.方面25.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括具有纳米级平滑度的平滑表面。
160.方面26.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中该多个热塑性零件中的每个热塑性零件都包括宏尺度特征部；其中当在该多个零件中的每个零件之间测量时，该宏尺度特征部与具有挑战性的微型特征部之间的平均归一化位移为约1％、约0.5％、约0.1％或更小。
161.方面27.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中热塑性塑料包括聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚碳酸酯(pc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、环烯烃聚合物(cop)、环烯烃共聚物(coc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、聚甲醛、热塑性含氟聚合物(例如，乙烯四氟乙烯(etfe)、全氟烷氧基烷烃(pfa)、聚偏二氟乙烯或聚偏(二)氟乙烯(pvdf)、氟化乙烯丙烯(fep)等)、苯乙烯系嵌段共聚物(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(sbs)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(sebs)、苯乙烯异戊二烯嵌段共聚物(sis)、苯乙烯异丁烯嵌段苯乙烯(sibs)等)或它们的共聚物以及它们与其他聚合物的共聚物。
162.方面28.根据本文所述的任何方面的多个热塑性零件或其他制品，其中该多个零件中的每个零件包括具有至少一个纹理化垂直表面的至少一个宏尺度特征部。
163.方面29.根据本文所述的任何方面热塑性零件或其他制品，其具有精确微尺度特征部和可再现的宏尺度尺寸，其中这些精确微尺度特征部包括至少一个具有挑战性的微型特征部；并且其中当在该零件与理想化的母版零件之间测量时，对这些微尺度特征部之间的非各向同性位移的平均归一化贡献为约0.1％或更小。
164.方面30.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中在测量位移之前通过减去相对于母版的各向同性变形来计算对非各向同性位移的平均归一化贡献。
165.方面31.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中在测量位移之前通过减去静态各向同性收缩量来计算对非各向同性位移的平均归一化贡献，其中静态各向同性收缩量是基于热塑性塑料的成分的百分比。
166.方面32.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸和至少2∶1的纵横比(高∶宽)。
167.方面33.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸和至少2∶1的纵横比(高∶宽)。
168.方面34.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括杆，该杆具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸和至少2∶1的纵横比(高∶宽)。
169.方面35.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括孔，该孔具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸和至少2∶1的纵横比(高∶
宽)。
170.方面36.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括通道或隆起部，该通道或隆起部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸和至少2∶1的纵横比(高：宽)。
171.方面37.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中纵横比为约2∶1至约100∶1、约2∶1至约50∶1、约2∶1至约20∶1、约5∶1至约20∶1、约5∶1至约50∶1、约10∶1至约20∶1或更大。
172.方面38.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及具有约2
°
或更小的拔模角的垂直壁。
173.方面39.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及具有约2
°
或更小的拔模角的垂直壁。
174.方面40.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中拔模角为约1
°
、约0
°
、约-1
°
或更小。
175.方面41.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个底切部。
176.方面42.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个底切部。
177.方面43.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括凹陷部，该凹陷部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个纹理化垂直表面。
178.方面44.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括突出部，该突出部具有约250μm或更小的至少一个横向尺寸以及至少一个纹理化垂直表面。
179.方面45.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中纹理化垂直表面包括螺纹杆、扇形壁或类似纹理化的垂直壁。
180.方面46.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中纹理化垂直表面包括选自微米级凹槽、微米级凹坑、微米级纹理和它们的组合的微米级纹理。
181.方面47.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中横向尺寸为约200μm、150μm、100μm、50μm或更小。
182.方面48.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其包括：第一横向尺寸和垂直于第一横向尺寸的第二横向尺寸，其中第一横向尺寸和第二横向尺寸具有约5mm或20mm至约1000mm或2000mm的尺寸；以及垂直于第一横向尺寸和第二横向尺寸的垂直尺寸，该垂直尺寸具有约100μm或500μm至约5000μm或10000μm的尺寸。
183.方面49.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其包括：在热塑性零件的第一面上的第一具有挑战性的微型特征部；和在与第一面相对的第二面上的第二具有
挑战性的微型特征部；其中第一具有挑战性的微型特征部与第二具有挑战性的微型特征部之间的x-y对准为约100μm、约80μm、约60μm、约40μm或更小。
184.方面50.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中垂直尺寸的厚度变化为约10μm/cm、约5μm/cm或更小。
185.方面51.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中具有挑战性的微型特征部包括具有纳米级平滑度的平滑表面。
186.方面52.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其包括宏尺度特征部；其中当在该零件与母版之间测量时，该宏尺度特征部与具有挑战性的微型特征部之间的平均归一化位移为约1％、约0.5％、约0.1％或更小。
187.方面53.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其中热塑性塑料包括聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚碳酸酯(pc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、环烯烃聚合物(cop)、环烯烃共聚物(coc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、聚甲醛、热塑性含氟聚合物(例如，乙烯四氟乙烯(etfe)、全氟烷氧基烷烃(pfa)、聚偏二氟乙烯或聚偏(二)氟乙烯(pvdf)、氟化乙烯丙烯(fep)等)、苯乙烯系嵌段共聚物(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(sbs)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(sebs)、苯乙烯异戊二烯嵌段共聚物(sis)、苯乙烯异丁烯嵌段苯乙烯(sibs)等)或它们的共聚物以及它们与其他聚合物的共聚物。
188.方面54.根据本文所述的任何方面的热塑性零件或其他制品，其包括具有至少一个纹理化垂直表面的至少一个宏尺度特征部。
189.实施例：对通过工具制成的热塑性零件与用传统的软工具制成的热塑性零件中的定位精度的比较
190.方法
191.使用由相同的微加工硅插入件制成的混合工具和软工具两者来形成热塑性零件。这些零件具有许多凹陷的微型特征部，包括横向尺寸小至8um且纵横比高达4∶1的微流体通道和微孔。由于微型特征部的高纵横比，因此这些零件只能使用弹性模具或具有弹性表面的模具来形成和脱模。除了微型特征部之外，零件还包括与某些微型特征部对准的通孔，以及限定零件的矩形周边的平滑垂直边缘。对于通过混合工具制成的零件，限定特征部的通孔和边缘内置于模具中。对于通过软工具制成的零件，这些特征部是在微结构已被压花之后通过cnc加工来限定的。这些零件是由通过注塑预先成型为无特征部的矩形坯料的高熔体流动环烯烃聚合物zeonex cop 1430r制成的。
192.混合工具和压花参数；
193.如pct/us2019/063338中所述制造由一个顶部工具和一个底部工具组成的热塑性成形组件。顶部工具和底部工具是由铝刚性背衬和作为弹性层的rtv硅树脂制成的。微型特征硅插件安装在丙烯酸框架中，以形成顶部工具的母版结构。具有光学平滑表面的另一个丙烯酸母版用于形成底部工具，该底部工具包括25mm
×
75mm
×
1mm的空腔。零件是由cop 1430r坯料形成的，大小合适，与模具空腔的体积匹配。压花温度为215℃，压花压力为5kn。压花后不需要对零件进行后处理。
194.传统的软工具和压花参数；
195.使用在carvalho的美国专利申请公开2004/0241049中描述的方法来制造由完全
弹性的顶部工具和底部工具组成的软工具。微型特征硅插件安装在丙烯酸框架中，以形成顶部工具的母版结构。具有光学平滑表面的另一个丙烯酸母版用于形成底部工具，该底部工具具有50mm
×
100mm
×
1mm的过大空腔。因为软工具生产的经压花零件具有显著的厚度变化和不明确的边缘，所以有必要在单独的处理步骤中加大经压花零件的大小并切割出该零件的中心部分。顶部弹性工具和底部弹性工具是通过在其各自的母版结构和平坦的玻璃片之间铸造rtv硅树脂来形成的。零件是由cop 1430r坯料形成的，大小合适，与模具空腔的体积匹配。压花温度为225℃，压花压力为5kn。铝垫片用于横向约束弹性工具，以最小化在压花过程中所经历的压缩力下发生的变形。压花后，在cnc铣床上切割出零件的通孔和周边。
196.特征部位置的表征；
197.使用具有电动载物台的光学显微镜(再现性为～1um)，在两个零件和复制它们的硅插入件上测量16个微型特征部的网格的坐标。将测试零件坐标的相对位移与参考结构(另一个零件或硅插入件)的相对位移进行比较。在每种情况下，对参考坐标应用刚性平移和旋转，以最小化测试坐标与参考坐标之间的位移总和。
198.结果
199.简单位移(零件与母版比较)：
200.表1列出了与母版结构相比，热塑性零件的平均和最大位移、平均归一化位移和最大归一化位移(每次比较16个点)。混合零件的位移主要受相对于母版的均匀收缩的影响，而软工具零件表现出更复杂的变形。术语“混合1”、“混合2”和“混合3”是指通过本文所提供的混合工具技术制成的零件。术语“软1”和“软2”是指通过传统的软工具制成的类似零件。
201.表1.混合工具和软工具的平均和最大位移(μm)、平均归一化位移(％)和最大归一化位移(％)。
[0202][0203]
分离非各向同性贡献(零件与母版比较)
[0204]
通过与缩放因子a拟合来移除各向同性收缩，并再次完成位移分析。各向同性缩放将混合坐标精细地映射到母版坐标上。表2呈现了在考虑各向同性收缩后，与母版结构相比，热塑性零件的平均和最大位移、平均归一化位移和最大归一化位移(每次比较16个点)的结果。
[0205]
表2.在移除各向同性缩放后混合工具和软工具的平均和最大位移(μm)、平均归一化位移(％)和最大归一化位移(％)。
[0206][0207]
考虑0.52％的各向同性缩
[0208]
为了展示材料选择对固定各向同性收缩的贡献，在比较之前，通过移除恒定的0.52％的各向同性收缩来进行分析。表3呈现了在考虑恒定的0.52％的各向同性收缩后，与母版结构相比，热塑性零件的平均和最大位移、平均归一化位移和最大归一化位移(每次比较16个点)的结果。可以看出，结果与表2中的结果几乎相同。
[0209]
表3.在考虑固定的0.52％的各向同性缩放后混合工具和软工具的平均和最大位移(μm)、平均归一化位移(％)和最大归一化位移(％)。
[0210][0211]
零件间比较
[0212]
接下来比较用相同方法制备的零件之间的平均归一化位移，作为零件间可变性的度量。表4呈现了通过混合工具或软工具制成的零件之间的平均和最大位移(μm)、平均归一化位移(％)和最大归一化位移(％)。表示测量的术语是方法(混合或软)和被比较的零件编号，例如“混合1-2”是对第一混合零件与第二混合零件之间的16个点的比较。
[0213]
表4.混合工具和软工具的零件间比较的平均和最大位移(μm)、平均归一化位移(％)和最大归一化位移(％)。
[0214][0215]
应该强调的是，本公开的上述方面仅是具体实施的可能示例，并且仅出于清楚地理解本公开的原理的目的而进行阐述。可在基本上不脱离本公开的实质和原理的情况下对本公开的上述实施方案做出许多变更和修改。所有这些修改和变更旨在包括在本公开的范围内。