随着物联网、互联网+、智能化等浪潮的兴起,各个领域的结构元器件都在向小型便携轻薄化发展,微元件微系统已成为当前各个前沿领域的主角。传统的“宏”机械制造技术在现行如日中天的微纳加工制造领域可谓捉襟见肘,已难以满足微机械和微系统的高精度制造要求。在此背景下,高聚物微纳热压印成型技术凭借成本低、易加工、自身复制精度高的先天优势得到了高速的发展,成为了微纳制造业的研究热点。北京化工大学吴大鸣教授团队另辟蹊径,从成型工艺出发创新性地提出一种“等温热压印工艺”,打破了传统热压印工艺“高温压印—低温脱模”的周期性变模温思想束缚,在不增加任何设备成本的条件下,将原先长达10-15 min的压印周期缩短至20s左右,为该工艺的产业化推广奠定了基石。在等温热压印成型导光板工艺的基础上,提出了与之相适应的电磁感应快速升温方法。二者的结合使热压印工艺的进一步逼近了热力同载的理想状态,从本质上彻底根除了模具的预热阶段,在等温热压印工艺的基础上再一次缩短了压印成型周期,减少了压印缺陷的出现比例,对等温热压印工艺来说无疑是如虎添翼。基于此目的,本文以螺旋型感应线圈圆盘模具为研究对象,围绕着电磁感应的加热效果与工作电流间的内在关系,以及确立适用于热压印过程的感应电流参数最佳值等核心问题,分别从数学模型的构建,基于Comsol软件的数值模拟,实验平台的搭建验证三方面出发进行了深入研究。三个方面的结合形成了理论—模拟—实验相互印证的完整闭环,对电磁感应快速加热在热压成型过程中的应用有一定的指导意义。其研究成果如下:1.以麦克斯韦方程组的电磁感应理论为依据,确立了定量表征电磁感应加热效果的重要参数,并建立了适用于螺旋型感应线圈的透入深度和加热功率的数学模型。利用COMSOL有限元分析软件进行了电磁—热耦合数值模拟,定量地研究了电磁感应加热单元工作电流及频率与模具升温速率、加热深度、温度分布均匀性等关键要素的关系,验证了加热功率的数学模型,并确定了热压印成型过程电磁感应加热效果最佳的电流工作范围。2.为进一步验证数学模型和COMSOL软件数值模拟分析结果的准确性,自行设计搭建了电磁感应实验平台,进行了相关系列实验,在Fluke TiS65红外热成像仪的辅助下,对数学模型和数值模拟的分析结果进行了验证,证明了数学模型的适用性,形成了理论模拟实验相结合的完整闭环。3.基于电磁感应的快速加热效果进一步优化了等温热压印成型工艺,创新性地将加热、保压、冷却三个阶段有机叠加为一个阶段,实现了热力同载的理想状态,大幅缩短成型周期且改善了产品的成型质量。然后对等温热印成型导光板过程中常见的缺陷进行了归类汇总,着重对常见的气泡缺陷和填充不完全缺陷的产生原因进行了分析,并提出了有效的优化方法。