微注塑成型以其可实现高效率、低成本、大批量自动化生产微型制件等优点,在微机电领域获得广泛应用。但微型制件成型过程中因模具型腔整体或局部特征尺寸微小,使聚合物熔体的充模流动十分困难,尤其当制件的结构复杂时,熔体填充微模具型腔时的流动阻力将会成倍增加,极易引发微型制件填充不完整等质量缺陷,严重影响微制件的成型质量。本文在深入分析微注塑成型特点和超声振动在聚合物成型加工领域研究现状的基础上,提出将超声振动应用到微注塑成型中,借助超声外场的高频振动作用产生的热及机械等效应来降低聚合物熔体的粘度,从而改善其充模流动性能。首先以生物医学领域应用的带有复杂结构的细胞培养皿微型制件为对象,设计制造了具有超声振动功能的微注塑成型模具,实现了微注塑成型系统与超声振动系统的有效集成。然后,应用所设计的细胞培养皿超声辅助微注塑成型模具,以HDPE和PP两种聚合物材料,进行了施加和不加超声振动的单因素和正交成型实验,研究了工艺参数和超声参数变化,对微模具型腔填充性能的影响关系。结果显示,不加超声振动时,除增大注射速率使PP材料的微型腔填充率稍有降低外,增大其他工艺参数均可使HDPE和PP材料的微型腔填充率明显增加；而施加超声振动时,当超声功率一定,而超声频率分别为20KHz、25KHz和30KHz时,HDPE的微型腔填充率均随着超声功率的增加而增加,PP材料则除了在超声频率为25KHz时,其微型腔填充率随着超声功率的增加而增加外,其余两种频率下,其微型腔填充率是随着超声功率的增加而先增大后减小,分析认为这是由于超声振动引起PP材料的结晶和解取向程度增加,导致制件的体积收缩增大,进而使其微型腔填充率下降。最后,通过对填充型腔的熔体温度和压力的测量,分析了超声外场的热效应和机械效应对聚合物熔体填充流动行为作用机理。通过X射线衍射、红外光谱扫描、偏光显微镜等微观测试分析,研究了超声外场作用对制件成型过程中的分子结晶、取向和降解的影响规律。分析结果表明,超声振动产生的热效应使聚合物熔体分子链的活性和热运动增强,熔体温度升高；超声振动以声压的形式叠加于熔体流动方向的剪切力场,相当于对熔体施加一个脉动冲击作用力,加速了大分子充模流动,使熔体在流动过程中的压力损失减少；超声产生的高频剪切振动会使大分子链断裂,引起聚合物产生不可逆的化学降解,这些作用都会使熔体粘度降低,有利于微型腔填充率的增加。