CN102694183A - 生产具有光聚合物壁的燃料电池流场的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产具有光聚合物壁的燃料电池流场的方法，具体地，一种制造用于燃料电池的流场的方法包括步骤：提供衬底；提供构造成产生多个辐射束的多个辐射源；将辐射敏感材料设置在衬底上；将成像掩模安置在多个辐射源与辐射敏感材料之间；以及通过成像掩模中的辐射能透过孔隙的第一部分和辐射能透过孔隙的第二部分使辐射敏感材料暴露于多个辐射束，以在辐射敏感材料中形成多个桁架元件和多个壁元件，桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架，而壁元件限定沿衬底的长度的流体路径。

Description

生产具有光聚合物壁的燃料电池流场的方法

技术领域

本发明涉及一种燃料电池部件，且更具体地涉及一种用辐射敏感材料制造燃料电池部件的方法。

背景技术

已提出将燃料电池作为用于电动车辆和各种其他应用的清洁、高效并且环境负责的功率源。单独的燃料电池可串联堆叠到一起，以形成用于各种应用的燃料电池组。燃料电池组能够供应足够给车辆提供动力的电量。尤其地，燃料电池组已被确定为用于现代汽车的传统内燃发动机的潜在替代物。

一种燃料电池是聚合物电解质膜(PEM)燃料电池。PEM燃料电池包括三个基本部件：电解质膜；以及一对电极，包括阴极和阳极。电解质膜被夹在电极之间，以形成膜电极组件(MEA)。MEA通常设置在诸如碳纤维纸的多孔扩散介质(DM)之间，这便于诸如氢到阳极和氧到阴极的反应物的输送。在电化学燃料电池反应中，氢在阳极中被催化地氧化，以产生自由自由质子和电子。质子通过电解质转到阴极。来自阳极的电子不能穿过电解质膜，而是通过诸如电动机的电负载作为电流被引导至阴极。质子在阴极中与氧和电子反应，以产生水。

理想的是，由辐射敏感材料制造燃料电池和相关的燃料电池部件。在受让人的共同未决的美国专利申请No.12/339,308中描述了由辐射敏感材料形成的结构诸如微桁架结构，该美国专利申请的全部公开在此以参考的方式并入。在受让人的共同未决的美国专利申请No.12/341,062、12/341,105、12/603,147、12/466,646、12/466,405和12/603,120中还描述了辐射固化的燃料电池部件的形成，所述美国专利申请的全部公开内容在此以参考的方式并入。

已知的流场构思先前依赖于可压缩的扩散介质，以在燃料电池的操作期间提供足够适应电解质膜膨胀的顺从性。然而，存在对用于生产也具有顺从性特征的流场的高效系统和方法的持续需求。期望地，该系统和方法在相同的电镀操作中产生顺从性流场特征和相邻的扩散介质的支撑结构。

发明内容

根据本发明，令人惊讶地发现了一种用于生产具有顺从性特征的流场的高效系统和方法，并且其在相同的电镀操作中产生顺从性流场特征和扩散介质的支撑结构。

在第一实施例中，一种制造用于燃料电池的流场的方法包括提供衬底和构造成产生多个辐射束的多个辐射源的步骤。辐射敏感材料设置在衬底上。成像掩模被安置在多个辐射源与辐射敏感材料之间，该成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙。大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分。孔隙的第一部分构造成成形来自辐射源的辐射束以在辐射敏感材料中形成多个桁架元件。孔隙的第二部分构造成成形来自辐射源的辐射束以在辐射敏感材料中形成多个壁元件。辐射敏感材料通过成像掩模中的辐射能透过的孔隙的第一部分和辐射能透过孔隙的第二部分暴露于多个辐射束。从而在辐射敏感材料中形成多个桁架元件和多个壁元件。桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架。壁元件限定沿衬底的长度的流体路径。

在另一实施例中，一种制造用于燃料电池的流场的方法包括提供衬底和构造成产生多个辐射束的多个辐射源的步骤。辐射敏感材料设置在衬底上。成像掩模被安置在多个辐射源与辐射敏感材料之间，该成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙。大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分。孔隙的第一部分构造成成形来自辐射源的辐射束以在辐射敏感材料中形成多个桁架元件。孔隙的第二部分构造成成形来自辐射源的辐射束以在辐射敏感材料中形成多个壁元件。屏蔽掩模被安置在成像掩模与多个辐射源之间。屏蔽掩模具有多个大致的不透辐射部。大致的不透辐射部构造成投射多个阴影，并选择性地妨碍来自辐射源的辐射束在辐射敏感材料中形成壁元件中的至少一个壁元件。屏蔽掩模还允许来自辐射源的辐射束在辐射敏感材料中形成桁架元件。辐射敏感材料通过成像掩模中的辐射能透过的孔隙的第一部分和辐射能透过的孔隙的第二部分暴露于多个辐射束。从而在辐射敏感材料中形成多个桁架元件和多个壁元件。桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架，而壁元件限定沿衬底的长度的流体路径。

在又一实施例中，一种制造用于燃料电池的流场的方法包括提供衬底和构造成产生多个辐射束的多个辐射源的步骤。多个辐射源包括第一辐射源、第二辐射源、第三辐射源和第四辐射源。辐射源在成像掩模上方彼此间隔开。辐射敏感材料设置在衬底上。屏蔽掩模被安置在多个辐射源与辐射敏感材料之间。成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙。大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分。孔隙的第一部分构造成成形来自辐射源的辐射束以在辐射敏感材料中形成多个桁架元件。孔隙的第二部分构造成成形来自辐射源的辐射束以在辐射敏感材料中形成多个壁元件。屏蔽掩模被安置在成像掩模与多个辐射源之间。屏蔽掩模具有多个大致的不透辐射部。大致的不透辐射部构造成：在允许来自辐射源的辐射束在辐射敏感材料中形成桁架元件的同时，投射多个阴影并选择性地防止来自辐射源的辐射束在辐射敏感材料中形成壁元件中的至少一个壁元件。辐射敏感材料通过成像掩模中的辐射能透过的孔隙的第一部分和辐射能透过的孔隙的第二部分暴露于多个辐射束。辐射敏感材料暴露于来自第一辐射源的多个辐射束、来自第二辐射源的多个辐射束、来自第三辐射源的多个辐射束和来自第四辐射源的多个辐射束。从而在辐射敏感材料中形成多个桁架元件和多个壁元件。桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架，而壁元件限定沿衬底的长度的流体路径。来自第一辐射源的辐射束形成多个第一桁架元件。来自第二辐射源的辐射束形成多个第二桁架元件。来自第三辐射源的辐射束形成多个第三桁架元件。来自第四辐射源的辐射束形成多个第四桁架元件。第一桁架元件中的一个桁架元件、第二桁架元件中的一个桁架元件、第三桁架元件中的一个桁架元件和第四桁架元件中的一个桁架元件在衬底与成像掩模之间的多个节点中的一个节点处相交，以形成桁架中的一个桁架。否则将形成多个第一壁元件的来自第一辐射源的辐射束被屏蔽掩模屏蔽。否则将形成多个第二壁元件的来自第二辐射源的辐射束被屏蔽掩模屏蔽。来自第三辐射源的辐射束形成多个第三壁元件。否则将形成多个第四壁元件的来自第四辐射源的辐射束被屏蔽掩模屏蔽。从而形成用于燃料电池的流场。

本发明还提供如下方案：

1. 一种用于制造流场的方法，所述方法包括步骤：

提供衬底；

提供构造成产生多个辐射束的多个辐射源；

将辐射敏感材料设置在所述衬底上；

将成像掩模安置在所述多个辐射源与所述辐射敏感材料之间，所述成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙，所述大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分中的至少一个，所述孔隙的所述第一部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个桁架元件，而所述孔隙的所述第二部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个壁元件；以及

通过所述成像掩模中的所述辐射能透过的孔隙的所述第一部分和所述辐射能透过的孔隙的所述第二部分中的至少一个，使所述辐射敏感材料暴露于所述多个辐射束，以在所述辐射敏感材料中形成所述多个桁架元件和所述多个壁元件中的至少一个，所述桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架，而所述壁元件限定沿所述衬底的长度的流体路径。

2. 根据方案1所述的方法，其中所述孔隙的所述第一部分包括在所述成像掩模中形成的大致圆形的孔，而所述孔隙的所述第二部分包括在所述成像掩模中形成的细长狭缝。

3. 根据方案1所述的方法，其中所述孔隙的所述第二部分是在所述成像掩模中形成的多个密集间隔开的圆形孔。

4. 根据方案1所述的方法，其中使所述辐射敏感材料暴露和形成所述桁架元件与所述壁元件的步骤大致同时发生。

5. 根据方案1所述的方法，其中所述多个辐射源包括第一辐射源、第二辐射源、第三辐射源和第四辐射源，所述辐射源在所述成像掩模上方彼此间隔开。

6. 根据方案5所述的方法，其中使所述辐射敏感材料暴露于所述多个辐射束的步骤包括：使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第一辐射源的所述多个辐射束、使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第二辐射源的所述多个辐射束、使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第三辐射源的所述多个辐射束和使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第四辐射源的所述多个辐射束。

7. 根据方案6所述的方法，其中来自所述第一辐射源的所述辐射束形成多个第一桁架元件，来自所述第二辐射源的所述辐射束形成多个第二桁架元件，来自所述第三辐射源的所述辐射束形成多个第三桁架元件，而来自所述第四辐射源的所述辐射束形成多个第四桁架元件，所述第一桁架元件中的一个桁架元件、所述第二桁架元件中的一个桁架元件、所述第三桁架元件中的一个桁架元件和所述第四桁架元件中的一个桁架元件在所述衬底与所述成像掩模之间的节点处相交，以形成所述桁架中的一个桁架。

8. 根据方案7所述的方法，其中来自所述第一辐射源的所述辐射束形成多个第一壁元件，来自所述第二辐射源的所述辐射束形成多个第二壁元件，来自所述第三辐射源的所述辐射束形成多个第三壁元件，而来自所述第四辐射源的所述辐射束形成多个第四壁元件，所述第一壁元件、所述第二壁元件、所述第三壁元件和所述第四壁元件中的每个中的至少一个合作，以形成在所述桁架之间并沿所述衬底的长度的流体路径。

9. 根据方案8所述的方法，其中由所述壁元件限定的所述流体路径是沿所述衬底的所述长度的弯曲路径。

10. 根据方案1所述的方法，还包括将屏蔽掩模安置在所述成像掩模和所述多个辐射源的光学路径中的步骤，所述屏蔽掩模具有多个大致不透辐射部，所述大致不透辐射部构造成：在允许来自所述辐射源的所述辐射束在所述辐射敏感材料中形成所述桁架元件的同时，投射多个阴影并选择性地影响来自所述辐射源的所述辐射束在所述辐射敏感材料中形成所述壁元件中的至少一个壁元件。

11. 根据方案10所述的方法，其中所述屏蔽掩模的所述不透辐射部与所述成像掩模以从所述桁架的平均垂直节点高度的大约四分之一(1/4)到所述桁架的平均垂直节点高度的大约四分之三(3/4)的距离隔开。

12. 根据方案10所述的方法，其中所述屏蔽掩模被层压至所述成像掩模。

13. 根据方案10所述的方法，其中至少部分地校准来自所述辐射源的所述辐射束。

14. 根据方案13所述的方法，其中所述辐射束被校准至正三度和负三度(+/-3°)中的一个内。

15. 根据方案13所述的方法，其中所述阴影以多达大约3度(+3°)的角度从所述屏蔽掩模侧向地展开。

16. 根据方案13所述的方法，其中所述阴影以多达大约3度(-3°)的角度从所述屏蔽掩模侧向地收缩。

17. 根据方案10所述的方法，其中所述多个辐射源包括第一辐射源、第二辐射源、第三辐射源和第四辐射源，所述辐射源从所述成像掩模彼此间隔开，其中使所述辐射敏感材料暴露于所述多个辐射束的步骤包括：使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第一辐射源的所述多个辐射束、使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第二辐射源的所述多个辐射束、使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第三辐射源的所述多个辐射束和使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第四辐射源的所述多个辐射束，其中来自所述第一辐射源的所述辐射束形成多个第一桁架元件，来自所述第二辐射源的所述辐射束形成多个第二桁架元件，来自所述第三辐射源的所述辐射束形成多个第三桁架元件，而来自所述第四辐射源的所述辐射束形成多个第四桁架元件，所述第一桁架元件中的一个桁架元件、所述第二桁架元件中的一个桁架元件、所述第三桁架元件中的一个桁架元件和所述第四桁架元件中的一个桁架元件在所述衬底与所述成像掩模之间的多个节点中的一个节点处相交，以形成多个桁架，其中否则将形成多个第一壁元件的来自所述第一辐射源的所述辐射束被所述屏蔽掩模屏蔽，否则将形成多个第二壁元件的来自所述第二辐射源的所述辐射束被所述屏蔽掩模屏蔽，来自所述第三辐射源的所述辐射束形成多个第三壁元件，而否则将形成多个第四壁元件的来自所述第四辐射源的所述辐射束被所述屏蔽掩模屏蔽，所述第三壁元件合作以形成在所述桁架之间并沿所述衬底的长度的流体路径。

18. 根据方案1所述的方法，还包括在所述桁架和所述壁的形成之后去除所述辐射敏感材料的未固化部分的步骤。

19. 一种用于制造流场的方法，所述方法包括步骤：

提供衬底；

提供构造成产生多个辐射束的多个辐射源；

将辐射敏感材料设置在所述衬底上；

将成像掩模安置在所述多个辐射源与所述辐射敏感材料之间，所述成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙，所述大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分，所述孔隙的所述第一部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个桁架元件，而所述孔隙的所述第二部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个壁元件；

将屏蔽掩模安置在所述成像掩模和所述多个辐射源的光学路径中，所述屏蔽掩模具有多个大致的不透辐射部，所述大致的不透辐射部构造成：在允许来自所述辐射源的所述辐射束在所述辐射敏感材料中形成所述桁架元件的同时，投射多个阴影并选择性地阻碍来自所述辐射源的所述辐射束在所述辐射敏感材料中形成所述壁元件中的至少一个壁元件；以及

通过所述成像掩模中的所述辐射能透过孔隙的所述第一部分和所述辐射能透过孔隙的所述第二部分使所述辐射敏感材料暴露于所述多个辐射束，以在所述辐射敏感材料中形成所述多个桁架元件和所述多个壁元件，所述桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架，而所述壁元件限定沿所述衬底的长度的流体路径。

20. 一种用于制造流场的方法，所述方法包括步骤：

提供衬底；

提供构造成产生多个辐射束的多个辐射源，其中所述多个辐射源包括第一辐射源、第二辐射源、第三辐射源和第四辐射源，所述辐射源在所述成像掩模上方彼此间隔开；

将辐射敏感材料设置在所述衬底上；

将成像掩模安置在所述多个辐射源与所述辐射敏感材料之间，所述成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙，所述大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分，所述孔隙的所述第一部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个桁架元件，而所述孔隙的所述第二部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个壁元件；

将屏蔽掩模安置在所述成像掩模和所述多个辐射源的光学路径中，所述屏蔽掩模具有多个大致的不透辐射部，所述大致的不透辐射部构造成：在允许来自所述辐射源的所述辐射束在所述辐射敏感材料中形成所述桁架元件的同时，投射多个阴影并选择性地阻碍来自所述辐射源的所述辐射束在所述辐射敏感材料中形成所述壁元件中的至少一个壁元件；以及

通过所述成像掩模中的所述辐射能透过孔隙的所述第一部分和所述辐射能透过孔隙的所述第二部分使所述辐射敏感材料暴露于所述多个辐射束，包括使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第一辐射源的所述多个辐射束，使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第二辐射源的所述多个辐射束，使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第三辐射源的所述多个辐射束，和使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第四辐射源的所述多个辐射束，以在所述辐射敏感材料中形成所述多个桁架元件和所述多个壁元件，所述桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架，而所述壁元件限定沿所述衬底的长度的流体路径，

其中来自所述第一辐射源的所述辐射束形成多个第一桁架元件，来自所述第二辐射源的所述辐射束形成多个第二桁架元件，来自所述第三辐射源的所述辐射束形成多个第三桁架元件，而来自所述第四辐射源的所述辐射束形成多个第四桁架元件，所述第一桁架元件中的一个桁架元件、所述第二桁架元件中的一个桁架元件、所述第三桁架元件中的一个桁架元件和所述第四桁架元件中的一个桁架元件在所述衬底与所述成像掩模之间的节点处相交，以形成所述桁架中的一个桁架，

其中否则将形成多个第一壁元件的来自所述第一辐射源的所述辐射束被所述屏蔽掩模屏蔽，否则将形成多个第二壁元件的来自所述第二辐射源的所述辐射束被所述屏蔽掩模屏蔽，来自所述第三辐射源的所述辐射束形成多个第三壁元件，而否则将形成多个第四壁元件的来自所述第四辐射源的所述辐射束被所述屏蔽掩模屏蔽。

附图说明

特别地当根据在此描述的附图考虑时，本发明的以上以及其他的优点将通过以下的详细说明对本领域的技术人员变得显而易见。

图1是成像掩模、屏蔽掩模、多个辐射源和辐射敏感材料的示意性局部侧视立面剖视图，还示出辐射敏感材料暴露到来自辐射源的辐射束；

图2A-2D图示通过暴露到辐射束的流场的逐步形成，流场以局部顶视透视图示；

图3是根据图2A-2D所示的步骤形成的流场的局部顶视平面图，流场在没有屏蔽掩模的情况下形成；

图4是通过暴露到来自图1所示的辐射源中的第一辐射源的被校准至正/负3度(+/-3°)的辐射束所形成的流场的局部顶视透视图，其中示出有由屏蔽掩模投射并妨碍流场的壁的形成的正三度(+3°)阴影；

图5是通过暴露到来自图1所示的辐射源中的相同第一辐射源的辐射束所形成的流场的局部顶视透视图，其中示出有由屏蔽掩模投射并妨碍流场的壁的形成的负三度(+3°)阴影；

图6A-6D图示通过暴露到辐射束的流场的逐步形成，其中流场以局部顶视透视图示出有由屏蔽掩模投射并妨碍形成流场的多个选择的壁的多个阴影；

图7是图6A-6D所示的流场的局部顶视平面图，其中流场在有屏蔽掩模的情况下形成；

图8是供形成顺从性壁元件使用的具有多个密集间隔孔隙的示例性成像掩模的局部顶视透视图；

图9是根据本发明的另一实施例形成的流场的局部顶视透视图，具有通过多个密集隔开的桁架元件形成的壁；

图10是图9所示的流场的局部顶视透视图，还示出朝图1所示的辐射源向后跟踪的辐射路径；

图11是图10所示的流场的局部顶视透视图，还示出覆盖不希望结构形成的所有区域并且与任何期望的辐射路径没有干涉的屏蔽掩模的一部分；

图12是图9-11所示的流场的局部顶视透视图；

图13是图9-11所示的流场的另一局部顶视透视图；

图14是图9-13所示的流场的局部顶视平面图，还示出不透辐射部与辐射能透过的孔隙的相对宽度；以及

图15是图14所示流场的并沿剖面线15-15所取的的局部剖视侧视立面图。

具体实施方式

以下的详细说明和附图描述并图示了本发明的各种实施例。说明和附图用于使得本领域的技术人员能够作出和使用本发明，并且不意于以任何方式限制本发明的范围。关于公开的方法，介绍的步骤的顺序本质上是示例性的，并因此不是必需的或关键的。

本发明包括由辐射敏感材料4制造用于燃料电池(未示出)的流场2的系统1。尽管在此关于燃料电池描述，但应意识到的是，作为非限制性示例，流场2可用于诸如水蒸汽输送装置和热交换器的其他应用。如图1示意性地所示，流场2形成在衬底6上。衬底6可由允许在其上形成聚合物结构的任何材料形成。作为非限制性示例，衬底6可以是诸如塑料的不导电体或者诸如不锈钢的导电体。还可使用用于衬底6的其他材料。衬底在制造过程期间可设置在诸如固定基板的工作面8上。

辐射敏感材料4设置在衬底6上。成像掩模10设置在至少一个辐射源12、14、16、18与辐射敏感材料4之间。例如，该至少一个辐射源12、14、16、18可包括第一辐射源12、第二辐射源14、第三辐射源16和第四辐射源18。辐射源12、14、16、18在成像掩模10上方彼此间隔开。

在受让人的共同未决的美国专利申请No.12/339,308、12/341,062、12/341,105、12/603,147、12/466,646、12/466,405和12/603,120中描述了合适类型的辐射敏感材料4和所述至少一个辐射源12、14、16、18，所述美国专利申请在此以参考的方式并入。本领域的普通技术人员应理解的是，在本发明的范围内还可使用其他的辐射敏感材料4和辐射源12、14、16、18。

成像掩模10设置有多个大致辐射能透过的孔隙20。第一辐射源12、第二辐射源14、第三辐射源16和第四辐射源18中的每个辐射源可构造成相对于辐射敏感材料4的表面以不同的角度提供辐射束22。可根据需要校准或不校准辐射束22。在特定的实施例中，至少部分地校准辐射束22。熟练技工应理解的是，可根据需要采用所述至少一个辐射源12、14、16、18中更少或更多的辐射源。

成像掩模10的大致辐射能透过的孔隙20包括构造成由所述至少一个辐射源12、14、16、18成形辐射束22的第一部分。第一部分由辐射敏感材料4产生用于流场2的诸如桁架元件100、104、108、112(在图2A-2D和6A-6D中示出)的期望的结构。例如，孔隙20的第一部分可以是在成像掩模10中形成的孔。用于孔隙20的第一部分的示例性形状可包括大致圆形的孔，但还可使用其他的形状。

大致辐射能透过的孔隙20还包括构造成由辐射源12、14、16、18成形辐射束22的第二部分。第二部分在辐射敏感材料4中产生诸如壁元件102、106、110、114(例如，在图2A-2D和图6A-6D中示出)的期望的结构。用于孔隙20的第二部分的示例性形状可包括细长狭缝。还可采用多个密集间隔开的圆形孔隙124(在图8中示出)，以形成具有期望挠度的壁元件102、106、110、114。还可按照需要采用用于形成壁元件102、106、110、114的其他形状。

成像掩模10可按照需要成形成与辐射敏感材料4的期望表面一致，或者可沿单平面或多平面延伸。在某些实施例中，使成像掩模10成台阶状，以形成具有不同厚度的区域的流场2。

系统1还可采用所述至少一个辐射源12、14、16、18和成像掩模10的光学路径中设置的屏蔽掩模24。例如，屏蔽掩模24可设置在成像掩模10与该至少一个辐射源12、14、16、18之间。然而，应意识到的是，当采用适当地校准的辐射源时，成像掩模10可在屏蔽掩模24上方。屏蔽掩模24设置有多个大致辐射能透过的开口26。屏蔽掩模24有利地具有多个大致的不透辐射部27。屏蔽掩模24构造成选择性地影响辐射束22到达成像掩模10以及随后的辐射敏感材料4。可有利地采用具有单个成像掩模10的各种不同的屏蔽掩模24，以便提供各种期望的辐射固化结构。

本领域的普通技术人员应理解的是，成像掩模10相对于屏蔽掩模24的开口26具有较小、或仅仅相等大小的孔隙20。孔隙20与开口26之间在大小方面的差异使成像掩模10与屏蔽掩模24的精确对准不必要。

本发明包括利用在上文描述的系统1用于形成流场2的方法。尽管为了清楚顺序描述并示出方法的步骤，但应理解的是，有利地同时执行使辐射敏感材料4暴露于多个辐射束22的步骤。辐射敏感材料4对来自多个辐射源12、14、16、18的多个辐射束22的同时暴露合乎需要地在流场2的生产期间维持特征校准。

参考图2A-2D，根据本发明的一个实施例的方法包括使辐射敏感材料4暴露于来自多个辐射源12、14、16、18中的一个辐射源的多个辐射束22的步骤。辐射敏感材料4通过成像掩模10中的辐射能透过的孔隙20的第一部分和辐射能透过的孔隙20的第二部分暴露于多个辐射束22。在该实施例中，不采用屏蔽掩模24。辐射束22由具有孔隙20的第一部分和第二部分的成像掩模10成形。

在特定的示例中，来自第一辐射源12通过成像掩模10的辐射束22形成多个第一桁架元件100和多个第一壁元件102。同样地执行辐射敏感材料4对通过成像掩模10、但来自多个辐射源12、14、16、18中不同的辐射源的多个辐射束22的暴露。各种暴露步骤的结果分别包括通过来自第二辐射束14的辐射束22形成第二桁架元件104和第二壁元件106、通过来自第三辐射源16的辐射束22形成第三桁架元件108和第三壁元件110和通过来自第四辐射源18的辐射束22形成第四桁架元件112和第四壁元件114。

第一桁架元件100、第二桁架元件104、第三桁架元件108和第四桁架元件112中的每个桁架元件在多个节点116中的一个节点处相交，以在流场2内形成多个桁架118。桁架118优选地是可压缩的。桁架118构造成支撑相邻的扩散介质层(未示出)。第一壁元件102、第二壁元件106、第三壁元件110和第四壁元件114中的至少一个壁元件合作，以限定用于流体诸如燃料电池反应物的沿流场2的流动路径。流体流动路径形成在桁架118之间并沿衬底6的长度。由第一壁元件102、第二壁元件106、第三壁元件110和第四壁元件114中的所述至少一个壁元件限定的流体流动路径沿衬底的长度可以是线性的或弯曲的。在本发明的范围内还可采用其他的流体流动路径构造。

由于图2A-2D所示的方法在无屏蔽掩模24的情况下执行，所以应意识到的是，得到的流场2(在图3中示出)可在流场2的制造之后具有过度或“捕获”的固化辐射敏感材料4的量。得到的流场2还可具有对于跨流场2的足够流体流来说不必须的“多余的”壁元件102、106、110、114。

参考图6A-6D，本发明的方法还可包括将屏蔽掩模24安置在成像掩模10与多个辐射源12、14、16、18之间的步骤。屏蔽掩模24的不透辐射部27构造成投射多个阴影120，并选择性地屏蔽来自辐射源12、14、16、18的辐射束22。优选地，多个阴影120在允许来自辐射源12、14、16、18的辐射束22在辐射敏感材料4中形成桁架元件100、104、108、112的同时，影响多余的壁元件102、106、110、114中的至少一个壁元件的形成。屏蔽掩模24从而可用于使在流场2的制造期间形成的过度的固化辐射敏感材料4的量最少。

例如，如图1所示，屏蔽掩模24可被层压至成像掩模10。已令人惊讶地发现，设置在从桁架116的平均垂直节点高度的大约四分之一(1/4)至平均垂直节点高度的大约四分之三(3/4)的距离处的不透辐射部27，在大致不影响相邻的桁架元件100、104、108、112的形成的情况下，便于最少的过度的固化辐射敏感材料4的形成。

如图4-5所示，在至少部分地校准来自辐射源12、14、16、18的辐射束22的情况下，在掩模24与辐射敏感材料4之间可出现由屏蔽掩模24投射的阴影120的侧向收缩或侧向展开。作为非限制性示例，辐射束22可被校准至正三度(3°)或负三度(-3°)内。取决于辐射校准的度数，由屏蔽掩模24投射的阴影120从而可以以多达大约三度的角度从屏蔽掩模24侧向展开，或者以多达大约三度的角度从屏蔽掩模24侧向收缩。应理解的是，还可使用提供其他辐射校准的度数的辐射源12、14、16、18。在辐射校准的度数已知的情况下，还应理解的是，可选择屏蔽掩模24相对于辐射敏感材料4的安置，以使对相邻的桁架元件100、104、108、112和壁元件102、106、110、114中选择的壁元件的影响最小。

重新参考图6A-6D，辐射敏感材料4暴露于来自多个辐射源12、14、16、18中的一个辐射源的多个辐射束。辐射束22由成像掩模10成形，并形成第一、第二、第三和第四桁架元件100、104、108、112。例如，如图6B所示，屏蔽掩模24防止辐射束22到达辐射敏感材料4的期望区域122。屏蔽掩模24从而将多个阴影120投射到辐射敏感材料4的表面上。例如，阴影120在允许仅第三壁元件110的形成的情况下，可允许用于桁架118的第一、第二、第三和第四桁架元件100、104、108、112的形成。如图7所示，从而可制造具有最少化形成过度的固化辐射敏感材料4或多余的壁102、106、110、114的流场2。

本领域的普通技术人员应意识到的是，按照需要，其他结构诸如栅格、柱、替代的桁架构造等可通过成像掩模10与屏蔽掩模24的类似合作形成在桁架118旁边。

在图8-15中示出本发明的另一实施例。例如，如图8所示，该方法可包括给成像掩模10提供密集间隔在一起的孔隙20的部分124的步骤。由于辐射校准，其如图10所示可导致辐射束22的锥形，所以孔隙20在成像掩模10中可形成得比投射到辐射敏感材料4本身的表面上的期望图像更大。如果辐射校准度导致辐射束22的放大，则孔隙20在成像掩模10中可形成得比期望的图像小。可代替细长狭缝使用孔隙20的第二部分的密集间隔部分124，以形成流场2的壁元件102、106、110、114中的一个壁元件。有利地，经由密集间隔的孔隙124的部分形成的壁元件102、106、110、114通常比经由细长狭缝形成的实体结构的壁元件102、106、110、114更加挠性。

如在上文所描述，屏蔽掩模24可选择性地安置在成像掩模10上方，以便屏蔽否则将在流场2中形成过度的固化的辐射敏感材料4或多余的壁元件102、106、110、114的辐射束22。和在成像掩模10中形成的孔隙20一样，屏蔽掩模24的大致不透辐射部27可形成得比要投射的期望的阴影24更大或更小，以便考虑不同的辐射校准度。例如，如图11-15所图示，屏蔽掩模24期望地安置在邻近流体流动路径的允许桁架元件100、104、108、112的形成的适当位置。

在图14和15所示的说明性实施例中，屏蔽掩模24的大致不透辐射部27的宽度O可小于大致辐射能透过的开口26的宽度T的大约一半。流场2的厚度F可为衬底6的厚度S的大致六倍，在该衬底6的顶上形成流场2。同样如图15所示，屏蔽掩模24可设置在高度E处。高度E可以是在成像掩模10上方等于垂直节点高度的约三分之一的距离。作为非限制性示例，垂直节点高度可由图15中的厚度F标示。

本发明的方法还包括在流场2的制造之后，例如通过用合适的溶剂冲洗流场2去除辐射敏感材料4的未固化体积的步骤。流场2可以是涂有诸如金属的导电材料或涂有金属氧化物或陶瓷中的至少一个。在本发明的范围内，流场2如果需要还可被碳化。

有利地，本发明允许具有顺从性特征的流场2的高效制造。该方法还在相同的电镀操作中产生流场2的顺从性特征和用于相邻的扩散介质的诸如桁架118的周围支撑结构。

尽管为了说明本发明已示出了某些代表性的实施例和细节，但对本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的在以下所附的权利要求中进一步描述的范围的情况下可作出各种变化。

Claims (10)

1.一种用于制造流场的方法，所述方法包括步骤：

提供衬底；

提供构造成产生多个辐射束的多个辐射源；

将辐射敏感材料设置在所述衬底上；

将成像掩模安置在所述多个辐射源与所述辐射敏感材料之间，所述成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙，所述大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分中的至少一个，所述孔隙的所述第一部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个桁架元件，而所述孔隙的所述第二部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个壁元件；以及

通过所述成像掩模中的所述辐射能透过的孔隙的所述第一部分和所述辐射能透过的孔隙的所述第二部分中的至少一个，使所述辐射敏感材料暴露于所述多个辐射束，以在所述辐射敏感材料中形成所述多个桁架元件和所述多个壁元件中的至少一个，所述桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架，而所述壁元件限定沿所述衬底的长度的流体路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述孔隙的所述第一部分包括在所述成像掩模中形成的大致圆形的孔，而所述孔隙的所述第二部分包括在所述成像掩模中形成的细长狭缝。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述孔隙的所述第二部分是在所述成像掩模中形成的多个密集间隔开的圆形孔。

4.根据权利要求1所述的方法，其中使所述辐射敏感材料暴露和形成所述桁架元件与所述壁元件的步骤大致同时发生。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个辐射源包括第一辐射源、第二辐射源、第三辐射源和第四辐射源，所述辐射源在所述成像掩模上方彼此间隔开。

6.根据权利要求5所述的方法，其中使所述辐射敏感材料暴露于所述多个辐射束的步骤包括：使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第一辐射源的所述多个辐射束、使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第二辐射源的所述多个辐射束、使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第三辐射源的所述多个辐射束和使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第四辐射源的所述多个辐射束。

7.根据权利要求6所述的方法，其中来自所述第一辐射源的所述辐射束形成多个第一桁架元件，来自所述第二辐射源的所述辐射束形成多个第二桁架元件，来自所述第三辐射源的所述辐射束形成多个第三桁架元件，而来自所述第四辐射源的所述辐射束形成多个第四桁架元件，所述第一桁架元件中的一个桁架元件、所述第二桁架元件中的一个桁架元件、所述第三桁架元件中的一个桁架元件和所述第四桁架元件中的一个桁架元件在所述衬底与所述成像掩模之间的节点处相交，以形成所述桁架中的一个桁架。

8.根据权利要求7所述的方法，其中来自所述第一辐射源的所述辐射束形成多个第一壁元件，来自所述第二辐射源的所述辐射束形成多个第二壁元件，来自所述第三辐射源的所述辐射束形成多个第三壁元件，而来自所述第四辐射源的所述辐射束形成多个第四壁元件，所述第一壁元件、所述第二壁元件、所述第三壁元件和所述第四壁元件中的每个中的至少一个合作，以形成在所述桁架之间并沿所述衬底的长度的流体路径。

9.一种用于制造流场的方法，所述方法包括步骤：

提供衬底；

提供构造成产生多个辐射束的多个辐射源；

将辐射敏感材料设置在所述衬底上；

将成像掩模安置在所述多个辐射源与所述辐射敏感材料之间，所述成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙，所述大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分，所述孔隙的所述第一部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个桁架元件，而所述孔隙的所述第二部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个壁元件；

将屏蔽掩模安置在所述成像掩模和所述多个辐射源的光学路径中，所述屏蔽掩模具有多个大致的不透辐射部，所述大致的不透辐射部构造成：在允许来自所述辐射源的所述辐射束在所述辐射敏感材料中形成所述桁架元件的同时，投射多个阴影并选择性地阻碍来自所述辐射源的所述辐射束在所述辐射敏感材料中形成所述壁元件中的至少一个壁元件；以及

通过所述成像掩模中的所述辐射能透过孔隙的所述第一部分和所述辐射能透过孔隙的所述第二部分使所述辐射敏感材料暴露于所述多个辐射束，以在所述辐射敏感材料中形成所述多个桁架元件和所述多个壁元件，所述桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架，而所述壁元件限定沿所述衬底的长度的流体路径。

10.一种用于制造流场的方法，所述方法包括步骤：

提供衬底；

提供构造成产生多个辐射束的多个辐射源，其中所述多个辐射源包括第一辐射源、第二辐射源、第三辐射源和第四辐射源，所述辐射源在所述成像掩模上方彼此间隔开；

将辐射敏感材料设置在所述衬底上；

将成像掩模安置在所述多个辐射源与所述辐射敏感材料之间，所述成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙，所述大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分，所述孔隙的所述第一部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个桁架元件，而所述孔隙的所述第二部分构造成成形来自所述辐射源的所述辐射束以在所述辐射敏感材料中形成多个壁元件；

将屏蔽掩模安置在所述成像掩模和所述多个辐射源的光学路径中，所述屏蔽掩模具有多个大致的不透辐射部，所述大致的不透辐射部构造成：在允许来自所述辐射源的所述辐射束在所述辐射敏感材料中形成所述桁架元件的同时，投射多个阴影并选择性地阻碍来自所述辐射源的所述辐射束在所述辐射敏感材料中形成所述壁元件中的至少一个壁元件；以及

通过所述成像掩模中的所述辐射能透过孔隙的所述第一部分和所述辐射能透过孔隙的所述第二部分使所述辐射敏感材料暴露于所述多个辐射束，包括使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第一辐射源的所述多个辐射束，使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第二辐射源的所述多个辐射束，使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第三辐射源的所述多个辐射束，和使所述辐射敏感材料暴露于来自所述第四辐射源的所述多个辐射束，以在所述辐射敏感材料中形成所述多个桁架元件和所述多个壁元件，所述桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架，而所述壁元件限定沿所述衬底的长度的流体路径，

其中来自所述第一辐射源的所述辐射束形成多个第一桁架元件，来自所述第二辐射源的所述辐射束形成多个第二桁架元件，来自所述第三辐射源的所述辐射束形成多个第三桁架元件，而来自所述第四辐射源的所述辐射束形成多个第四桁架元件，所述第一桁架元件中的一个桁架元件、所述第二桁架元件中的一个桁架元件、所述第三桁架元件中的一个桁架元件和所述第四桁架元件中的一个桁架元件在所述衬底与所述成像掩模之间的节点处相交，以形成所述桁架中的一个桁架，

其中否则将形成多个第一壁元件的来自所述第一辐射源的所述辐射束被所述屏蔽掩模屏蔽，否则将形成多个第二壁元件的来自所述第二辐射源的所述辐射束被所述屏蔽掩模屏蔽，来自所述第三辐射源的所述辐射束形成多个第三壁元件，而否则将形成多个第四壁元件的来自所述第四辐射源的所述辐射束被所述屏蔽掩模屏蔽。

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