一、實驗室壓片機工作原理：一場“粉末-力學-熱學”耦合的瞬態(tài)成型

1.壓制階段

-填充：粉末在重力+振動作用下進入模腔；

-排氣：上沖下降初段，預留0.2 s排氣時間，防止“封閉氣泡”；

-主壓：壓力升至目標值（通常10–200 kN），顆粒發(fā)生彈性-塑性變形，孔隙率由40%降至5%；

-保壓：0.1–2 s，應力松弛，密度均勻化；

-脫模：下沖頂出，片劑彈出模腔。

2.關鍵力學參數

-壓強P=F/A：10 mm片，50 kN對應壓強637 MPa；

-壓縮比CR=ρ片/ρ粉：CR>3時需分段加壓，防止分層；

-彈性復原ER=(H彈-H壓)/H壓：ER>2%易出現“頂裂”。

3.溫度效應

高速壓片（>50片/min）摩擦生熱，局部溫升可達30℃，對熱敏API（如蛋白、疫苗）不利；實驗室壓片機通過“低速+水冷”將溫升控制在5℃以內。

二、結構分類：一臺“可放大的微縮工廠”

1.手動液壓式

-原理：手動油泵+單向閥，壓力0–25 MPa，對應25 kN；

-特點：無需電源，體積<0.1 m³，適合野外地質采樣；

-局限：無壓力反饋，需人工讀表，重復性RSD>5%。

2.電動液壓式

-伺服電機驅動齒輪泵，閉環(huán)壓力傳感器，精度±1%；

-可編程多段加壓：預壓10 kN→主壓50 kN→保壓1 s→卸壓；

-代表型號：LabPress 25T，最大25 t，模架直徑200 mm，適合Φ40 mm催化片。

3.機械偏心式（單沖）

-電機+偏心輪+絲杠，最大壓力100 kN，片徑3–25 mm；

-可更換沖頭、模圈，實現不同形狀（圓片、環(huán)片、異形）；

-轉速10–60片/min，適合小批量制劑處方篩選。

4.旋轉式（多沖）

-12–24副沖模，轉盤連續(xù)旋轉，產量300–1000片/min；

-強制加料+二次壓輪，片重差異<±1%，硬度差異<±3%；

-用于臨床樣品制備、XRF大批量標樣制備。

5.熱壓式

-模壁加熱+上沖加熱，最高300℃，適用于熱熔擠出（HME）片、固態(tài)電池電極；

-水冷通道，5min內降溫至50℃，防止API降解。

6.等靜壓式（冷等靜壓+溫等靜壓）

-橡膠包套+液壓油，壓力200–600 MPa，密度可達理論值98%；

-用于電池極片、陶瓷靶材、硬質合金，樣品直徑可達100 mm。

三、核心部件：一臺“毫米級鍛壓機”的精密解剖

1.模架系統(tǒng)

-模圈：Cr12MoV模具鋼，HRC 58–62，鏡面拋光Ra≤0.1μm，壽命10萬次；

-沖頭：表面TiCN涂層，硬度HV 3000，減少粘沖；

-加料靴：PTFE+不銹鋼復合，防靜電、易清潔，死體積<0.5mL。

2.壓力系統(tǒng)

-伺服電機+滾珠絲杠，重復定位精度±0.01mm；

-壓力傳感器應變片式，0–100kN，精度±0.5%，采樣頻率1kHz，實時繪制“壓力-位移”曲線。

3.位移與厚度檢測

-光柵尺分辨率0.5μm，實時監(jiān)測上沖位移，計算片厚；

-激光測厚可選，非接觸，精度±2μm，用于脆性材料。

4.控制系統(tǒng)

-PLC（西門子S7-1200）+觸摸屏，支持20組配方；

-選配PC版軟件，實時記錄F-D曲線，導出PDF報告，符合21 CFR Part11。

5.安全與聯(lián)鎖

-雙重急停：硬件急停+軟件急停；

-防護罩安全開關，開啟即停機；

-過載保護：壓力超過設定值110%，自動卸壓并報警。

實驗室壓片機看似只是“把小粉末壓成小圓片”，卻在伺服壓力、微位移、AI算法與數字孿生的加持下，成為材料基因數據庫、制藥QbD、工業(yè)4.0的“邊緣數據節(jié)點”。它像一臺“毫米級鍛壓機”，把粉末的微觀世界與產品的宏觀性能精準橋接。

當微劑量、連續(xù)化、電場輔助、區(qū)塊鏈溯源成熟，未來的實驗室壓片機將升級為“材料性能操作系統(tǒng)”——科學家只需輸入“目標硬度+孔隙率+溶出曲線”，系統(tǒng)便自動完成“加料-壓制-檢測-反饋-上報”全流程，讓每一片小圓片都攜帶完整的“出生證明”。那時，人類對材料的掌控，將從“經驗試湊”走向“數據驅動”，而“片劑”也將從口號變?yōu)槌B(tài)。