CN104010515A - 用于挤出具有微结构的部件的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造具有微结构的挤出部件的制造设备，包括：一个支撑结构；由该支撑结构承载的一个用于接纳原料的料斗；与该料斗操作性相关联的一个挤出室，该挤出室用于从该料斗中接纳原料并且在一个原料熔化温度以上熔化该原料；由该支撑结构承载的一个模口，该模口具有布置在该模口的内表面上的多个模口微结构，这些模口微结构具有各自具有一个上表面和一个下表面的多个微特征，熔化的原料被迫使穿过该模口以便产生具有挤出物微结构的一种挤出物；以及一个冷却组件，其中该冷却前的挤出物的挤出物微结构具有比经冷却的挤出物的挤出物微结构更大的物理尺寸。

Description

用于挤出具有微结构的部件的系统和方法

优先权

本申请要求2011年2月24日所提交的美国临时专利申请序列号61/446,180的优先权。

背景技术

1）技术领域

本发明是针对用于制造部件的一种系统和方法，并且更具体而言，是针对使用挤出制造工艺来制造部件的一种系统和方法，其中所得到的部件具有被附加在其表面上的多个微结构。

2）相关技术的说明

挤出是用来创造具有固定的截面轮廓的部件的一种制造工艺。挤出材料被推动或拉拔穿过具有所希望的截面的一个挤出或拉拔模口。挤出可以被用于脆的挤出材料，因为该挤出材料仅受到压缩应力和剪切应力。挤出还可以产生具有表面光洁度的最终部件。

挤出可以是一个连续的过程，该连续的过程在理论上可以生产出无限长的部件。在一种形式中，挤出产生了半连续的部件，得到了几乎相同的部件或具有相同截面但变化的长度的部件的复制。该挤出过程可以用热的或冷的挤出材料来完成。常见的被挤出的材料包括金属、聚合物、塑料、陶瓷、混凝土和食品。

实心部件可以用一个简单的平的挤出模口来生产。部件内的空腔可以用一个具有深度的模口来生产，首先以支撑中心截面的一个形状轮廓开始。然后该模口形状沿着其长度向内改变成最终形状，其中悬吊的中心件从模口背后被支撑。也可以使用芯轴来生产具有空腔的挤出部件。

部件还可能受到拉拔过程的影响。拉拔是使用拉力来拉伸材料的一种制造工艺。总体上，拉拔被描述为片材拉拔或线材、棒材和管材拉拔。片材拉拔涉及在弯曲轴线上的变形。线材、棒材和管材拉拔将材料拉拔穿过一个拉拔模口从而减小其尺寸并且增大其长度。拉拔通常在室温下完成，因而归类为冷工作过程，然而它可以在升高的温度下进行以便热加工大的线材、棒材或中空型材从而减小力。拉拔可以被用于金属和非金属。

根据本领域的当前状态，挤出工艺（包括拉拔）总体上产生出具有光滑或精细光洁度的表面。将有利的是在挤出工艺过程中能够将表面特性附加在挤出材料上，这导致由该挤出工艺得到的部件具有某些物理特性。

位于部件上的微特征可以提供有利的表面特性。通过在物体的表面上包括多个微特征，可以向该物体赋予其他特点，例如增加的疏水性、亲水性、自清洁能力、流体动力学拖曳系数、空气动力学拖曳系数、摩擦特性和光学效应。超疏水表面首先是由荷叶的特征性斥水性所启发的。

历史上，微特征是作为涂层、粘合剂或化学反应被施加到表面上的并且因此易于从该表面上磨掉。这些微结构所提供的特性随着时间流逝而丧失。另外，涂层或粘合剂的施加必须添加到该挤出工艺中并且自然不会整合到挤出工艺中。

2009年5月8日提交的PCT专利申请US09/43306“制造微结构的方法（Method of Manufacturing Microstructures）”、2009年5月8日提交的PCT专利申请US 09/43307“具有柔性微结构的超疏水材料（Flexible MicrostructuredSuperhydrophobic Materials）”以及2009年7月2日提交的PCT专利申请US09/49565“将微结构从柔性且可重复使用的模具中浇注到刚性且耐用的材料中（Casting Microstructures into Stiff and Durable Materials from a Flexible andReusable Mold）”中包含的信息通过引用结合在此。

因此，本发明的一个目的是提供一种使用产生具有微结构的部件的挤出工艺来制造部件的制造方法。

本发明的另一个目的是提供一种挤出模口，该挤出模口导致部件具有微结构，从而甚至在拉拔时也向所制造的部件赋予某些物理特性。

本发明的另一个目的是提供一种挤出模口，该挤出模口在其表面上具有多个微特征，这样使得这些微特征被附加在所得部件上，从而影响该挤出部件的性能或特性。

发明内容

以上这些目的是通过提供一种用于制造具有微结构的挤出部件的制造设备和方法来实现的，该制造设备包括：一个支撑结构；由所述支撑结构承载的一个用于接纳原料的料斗；与所述料斗操作性相关联的一个挤出室，该挤出室用于从所述料斗中接纳所述原料并且在一个原料熔化温度以上熔化所述原料；由所述支撑结构承载的一个模口，所述模口具有布置在所述模口的内表面上的多个模口微结构，所述模口微结构具有各自具有一个上表面和一个下表面的多个微特征，所述熔化的原料被迫使穿过所述模口以便产生具有挤出物微结构的一种挤出物；以及一个冷却组件，其中所述冷却前的挤出物的所述挤出物微结构具有比所述经冷却的挤出物的所述挤出物微结构更大的物理尺寸。

本发明可以获得具有选自下组的一种物理形状的挤出物，该组由以下各项组成：膜、方形柱、矩形柱、梯形柱、不对称柱、圆形柱、卵形柱、三角形柱以及这些的任何组合。可以包括一个卷取滚轮，用于收集所述经冷却的挤出物，其中所述收集前的挤出物的所述挤出物微结构具有比所述经收集的挤出物的所述挤出物微结构更大的物理尺寸。可以包括一个后挤出组件，用于以选自下组的一种方式物理地改变所述挤出物，该组由以下各项组成：下拉、展平、拉伸、轧花、涂覆、冲压、卷绕、盘旋、加热、冻结、以及这些的任何组合；并且其中所述挤出物的所述挤出物微结构具有比在所述挤出物穿过所述后挤出组件之后所述挤出物的所述挤出物微结构更大的物理尺寸。

本发明可以包括一个具有平坦表面的模口以及一个弧形部，该弧形部被包括在布置在所述平坦表面上的至少一个微特征的所述下表面中。同样一个第一壁可以被包括在布置在所述平坦表面上的至少一个微特征中、相对于所述上表面具有小于90°的入射角。一个微特征平坦表面可以被包括在所述微特征中、沿着所述下表面而布置，其中一个第二弧形部被包括在所述微特征中、邻近于所述微特征平坦表面而布置，并且一个第二壁被包括在微特征中、相对于所述上表面具有大于90°的入射角。在所述上表面中可以包括一个上部弧形部并且所述微结构可以限定一个通道，该通道具有在100与160μm之间的一个宽度以及在300与400μm之间的一个深度。

本发明可以包括：在所述模口中的具有微特征的一个弯曲表面；被限定在所述弯曲表面中包括的至少一个微特征中的一个通道；以及被限定在所述弯曲表面中包括的所述微特征的所述下表面中的一个弧形部。一个第二弧形部可以被限定在所述下表面中并且可以邻近于所述弧形部而布置。一个第一壁可以被包括在所述微特征中、相对于所述上表面具有小于90°的入射角，并且一个第二壁可以被包括在所述微特征中、相对于所述上表面具有小于90°的入射角。

所述支撑结构可以承载一个芯轴，该芯轴具有布置在一个外表面上的微结构，这样使得所述挤出物将包括一个内部空腔，该内部空腔在所述内部空腔的内表面上具有微结构。

这些挤出物微结构可以包括选自下组的物理特性，该组由以下各项组成：疏水性、亲水性、自清洁、减小或增大的流体动力学拖曳系数、减小或增大的空气动力学拖曳系数、增大的摩擦、减小的摩擦、多种光学效应、增大的粘附、减小的粘附、疏油性、亲油性、多种触觉效应、抗阻塞以及这些的任何组合。这些挤出物微结构可以选自下组，该组由以下各项组成：墩柱（piller）、空隙、台阶、脊、弯曲区域、凹陷区域、柱，包括圆、椭圆、三角形、方形、矩形、多边形、星形、六边形、字母、数字、符号的截面形状，以及这些的任何组合。在所述模口微结构中可以包括一个悬垂结构。

本发明还包括一种通过挤出制造工艺来制造挤出物件的方法，该方法包括以下步骤：提供一种挤出原料；提供一个挤出模口，该挤出模口具有布置在所述模口内表面上的多个微结构，所述模口具有多个微特征，这些微特征具有约0.1与500μm之间的深度，其中所述微特征各自包括一个上表面和一个下表面；以及通过迫使所述原料穿过所述挤出模口而产生一种具有挤出物微特征的挤出物，这样使得所述挤出物包括选自下组的物理特性，该组选自以下各项：疏水性、亲水性、自清洁、减小或增大的流体动力学拖曳系数、减小或增大的空气动力学拖曳系数、增大的摩擦、减小的摩擦、多种光学效应、增大的粘附、减小的粘附、疏油性、亲油性、多种触觉效应、抗阻塞以及这些的任何组合。

附图说明

将参照以下附图对本发明的说明进行解释：

图1A至1D是本发明的多个方面的透视图；

图2是本发明的多个方面的透视图；

图3A至3C是本发明的多个方面的侧视图；

图4A是本发明的多个方面的透视图；

图4B是由本发明所产生的一种挤出物的一部分；

图5A至5D是由本发明产生的挤出物的多个部分的截面；

图6是本发明的多个方面的示意图；

图7至11是本发明的多个方面的一部分的正视图；

图12是本发明的多个方面的示意图；

图13是本发明的多个方面的一部分的正视图；

图14是由本发明产生的挤出物的截面；

图15A是本发明的多个方面的透视图；

图15B是本发明的多个方面的截面；

图16A是本发明的多个方面的截面；

图16B是本发明的多个方面的一部分的正视图；

图17是本发明的多个方面的截面；

图18至20是本发明多个方面的截面部分的截面和放大视图；

图21A是本发明的一个方面的侧视图，具有该侧视图的一部分的放大视图；

图21B是本发明的多个方面的截面；

图22A是现有技术的一个透视图；

图22B是本发明的所得挤出物的透视图；

图22C是本发明的一个方面的前视图；

图22D是本发明的多个方面的透视图；并且，

图22E是本发明多个方面的顶视图。

具体实施方式

总体而言，在此使用的术语和短语具有其领域所认可的含义，这可以通过参考本领域技术人员已知的标准文本、期刊参考文献以及上下文来获得。参照图1，使挤出材料（也称为原料、毛坯或坯段）16挤压穿过模口10而产生一个挤出部件18。该模口可以通过多种制造工艺（包括模制、成形以及放电机加工）制成。

使用以下方法可以将微结构附加在金属模口的表面上：删减方法，例如直接机加工、切削或刻纹、或激光加工；添加方法，例如喷涂、涂覆、或将插入物结合到该模口表面上；以及既不添加也不删减的表面改变方法，例如对该金属模口表面进行微模制。

使用以下方法可以将微结构附加在聚合物模口的表面上：删减方法，例如直接机加工、切削或刻纹、或激光加工；添加方法，例如喷涂、涂覆、或将插入物结合到该模口表面上；以及既不添加也不删减的表面改变方法，例如对该金属模口表面进行微模制。聚合物模口也可以是模制的，并且可以通过该模具来赋予微结构。常见的聚合物模口材料是聚醚酰亚胺。该具有微结构的经模制的聚合物模口可以在模制之后进行机加工。

使用以下方法可以将微结构附加在陶瓷模口的表面上：删减方法，例如直接机加工、切削或刻纹、或激光加工；添加方法，例如喷涂、涂覆、或将插入物结合到模口表面上。陶瓷模口也可以是模制的，并且可以通过该模具来赋予微结构。该具有微结构的经模制的陶瓷模口可以在微模制之后进行机加工。

挤出模口可以被制造成具有或在其上施加有多个微结构，如以上提及的PCT申请中指出的。模口可以包括一个单一的出口开口或多个出口开口。另外，该模口可以是一个单一的部件或部件的组件。该模口材料可以是金属、聚合物或陶瓷。常见的模口材料包括钢、铝和钛。

该模口中包括一个出口模口构件11，该出口模口构件具有一个出口接触表面13，形成了所得部件的外表面。在一个实施例中，该毛坯的尺寸通过该挤出工艺被减小。如图所示，模口10在所得部件18的外表面19上接触该毛坯。在所得部件需要包括一个空腔的情况下，可以将一个芯轴12包括在该模口中，从而在毛坯中形成空腔。芯轴12可以包括一个芯轴接触表面13，该芯轴接触表面形成所得部件的内表面。能够形成具有空腔的挤出部件的模口包括蜘蛛状模口、舷窗状模口或桥状模口。

挤出材料可以是金属或非金属并且可以包括橡胶（包括天然橡胶、苯乙烯-丁二烯、聚丁二烯、氯丁橡胶、乙烯-丙烯、丁基橡胶、丁腈橡胶、硅酮橡胶）、丙烯酸树脂、尼龙、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚烯烃以及本领域的技术人员已知的其他柔性聚合物。

在该出口接触表面上包括微结构。微特征可以包括孔、墩柱、台阶、脊、弯曲区域、凹陷区域、凸起区域以及采用以下截面形状的任何组合：圆、椭圆、三角形、方形、矩形、多边形、星形、六边形、字母、数字、数学符号以及其任何组合。

当挤出材料与该模口上的微结构相接触时，微结构被附加在所得部件的表面上。这些微结构可以增大该部件的疏水性、减小该部件的疏水性和/或为该部件提供自洁能力。这些微特征还可以赋予光学效应，例如给予一个物体棱镜效应、一种特定的颜色，或者定向依赖的颜色变化或颜色突变（例如，当从一个角度观察时该物体显现特定的颜色并且当从另一个方向观察时显现另一个颜色）。

这些微特征还可以赋予该部件一种表面摩擦或抓握作用或可以对物体给予一种特殊的触觉，例如触摸时感觉到模糊、粗糙或湿软。在一个特定的实施例中，这些微特征可以改变物体的热传递特性，例如是通过改变物体的表面积、改变该表面与流体相互作用的方式、或改变成核位点的行为。在一个特定的实施例中，这些微特征可以得到减小的通过传导进行的热传递，例如当这些微特征具有高的纵横比时，这些微特征的仅仅顶部会与另一个物体相接触以用于传导性热传递，同时表面特征之间的空隙将不能很好地传递热量。另外，所得部件的表面可以包括多个微结构，这些微结构可以包括“引流”能力以允许流体从该部件表面排出。另外，这些微结构可以提供毛细作用从而允许流体抵抗重力而流动。还可以通过向所得部件的表面赋予特定微结构来改变摩擦。

微结构还可以是导电的，例如金属微结构或包括导电聚合物的微结构。这些类型的导电微结构是有用的，例如作为用于电子装置的电导线阵列。例如，这些导电微结构可以直接浮雕到物体表面上。在某些情况下，挤出物的表面上的这些微结构可以是该模口或芯轴上的这些微结构的镜像。在其他情况下，挤出物上的这些微结构可以具有一种不同的大小或形状。挤出物的拉拔、拉伸或其他操作可以改变这些微结构的形状，例如，将这些微结构的大小缩小一个数量级或更多。

在一个具体的实施例中，这些微特征具有在10nm至1000μm范围内选择的尺寸。在一个实施例中，例如这些微特征具有在10nm至1000μm范围内选择的一个长度、高度、直径和/或宽度，对于一些实施例而言优选是选择在10nm至100μm范围内。在一个实施例中，例如，微特征之间的间距是选择在10nm至1000μm范围内，对于一些应用而言是选择在1μm至1000μm的范围内，并且对于一些应用而言是选择在10μm至1000μm范围内。

在一个实施例中，微特征的预选择图案包括一个具有第一截面形状的微特征区域以及一个具有第二截面形状（例如不同于该第一截面形状）的微特征区域。在一个实施例中，微特征的预选择图案包括具有多种截面形状和/或大小的一个微特征区域。在一个实施例中，微特征的预选择图案是指具有两种或更多种截面形状和/或大小的微特征的两个或更多个阵列。在一个具体的实施例中，该两个或更多个阵列是并排定位的，即这两个阵列不重叠。在另一个具体的实施例中，该两个或更多个阵列是重叠放置的并且具有该两种或更多种截面形状和/或大小的微特征散开在这些重叠的阵列内。

在一个实施例中，微特征的预选择图案包括多个尺寸的微特征，例如双峰的或多峰的尺寸分布。该尺寸分布还可以是随机的，或者该尺寸可以对应于微特征在该芯轴或模口上的位置。在一个示例性的实施例中，微特征的预选择图案包括具有选自10nm至1μm的尺寸的第一组微特征以及具有选自1μm至100μm的尺寸的第二组微特征。在一个具体的实施例中，这些微特征的大小、形状和位置是用微米级或纳米级的准确度和/或精度来预选择的。

在一个实施例中，该具有微结构的表面包括一种聚合物。有用的聚合物包括但不限于：PDMS、PMMA、PTFE、FEP、PEEK、聚氨酯、特氟纶、聚丙烯酸酯、聚芳酯、热塑性塑料、热塑性弹性体、含氟聚合物，可生物降解的聚合物、聚碳酸酯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚乙烯基、聚烯烃、硅酮、天然橡胶、合成橡胶以及它们的任何组合。

在一个实施例中，该具有微结构的表面包括一种金属。有用的金属包括任何可模制、可浇注、可轧花和/或可冲压的金属或合金。有用的金属括但不限于：铝、铝合金、铋、铋合金、锡、锡合金、铅、铅合金、钛、钛合金、铁、铁合金、钢、不锈钢、哈司特镍基合金、铬镍铁合金、杜拉镍（duranickel）、铟、铟合金、金、金合金、银、银合金、铜、铜合金、黄铜、镍、镍合金、铂、铂合金、钯、钯合金、锌、锌合金、镉及镉合金。

在一个实施例中，该挤出材料16可以拉拔经过一个内模口14。该内模口的外表面可以具有多个微结构，这导致微结构被附加在该挤出材料的内表面上。在一个实施例中，该挤出材料是一个具有中央空腔的导管。

在该挤出材料与该模口脱离接触之后，该挤出材料可以用一种方式拉拔，即，将减小它的直径或其厚度或两者。在一个实施例中，可以将该挤出材料（具有一个空腔）拉拔穿过拉拔模口15，这将减小该挤出材料的外周直径、口径或两者。

在多个实施例中，通过使其上布置有多个微特征的柔性基底变形来建立、改变和/或控制非疏水性的和/或除了疏水性之外还有的一种或多种物理、机械或光学特性。在一个实施例中，例如，通过使其上布置有多个微特征的柔性基底挠曲、弯曲、膨胀、拉伸和/或收缩来控制一种光学特性（比如反射率、反射的或散射的光的波长分布、透明性、透射光的波长分布、折射率或其任何组合）。在一个实施例中，通过使其上布置有多个微特征的柔性基底挠曲、弯曲、膨胀、拉伸和/或收缩来控制一种物理特性（例如空气动力学阻力或流体动力学阻力）。在一个实施例中，通过使其上布置有多个微特征的柔性基底挠曲、弯曲、膨胀、拉伸和/或收缩来控制表面的触觉特性（例如该表面的触感）。

图2展示了微结构可以被附加在所得部件上而不必从挤出材料的尺寸出发而改变所得部件的尺寸。因此，该模口上的这些负微结构总体上以1:1的比率被附加在所得部件上。当所得部件的尺寸通过该挤出工艺而改变时，该挤出材料与该所得部件之间的大小比率可以高达7:1并且更大。在一个实施例中，在拉拔过程中可以保持由该模口或芯轴产生的所得部件的形状，或者该形成可能改变。这种形状保持或形状改变可以取决于该挤出材料的特性或该挤出材料随后是如何处理的。

在这些微结构被赋予到所得部件上之后而该挤出材料的直径大小改变时，该部件上的这些微结构改变。因此，包含在该模口上的这些微结构比所得部件上的所得微结构更大，以便对所得部件自该挤出材料发生的收缩进行补偿。

当所得部件的尺寸与挤出材料相比发生改变时，一个实施例具有在该模口上的微结构的所得接触角，包括在100度至120度的范围内，同时所得部件的这些微结构在101度与170度之间。当所得部件的尺寸与该挤出材料相比发生改变时，一个实施例使得所得部件的所得摩擦特性比该模口上的这些微结构的摩擦特性小20倍。一个实施例使得所得部件的所得摩擦特性比该模口上的微结构的摩擦特性大100倍。当所得部件的尺寸与该挤出材料相比发生改变时，一个实施例具有的该模口上的微结构是在mm或μm量级上，而所得部件的这些微结构基本上在μm或nm的量级上。

参照图3，模口上的微结构的位置可以改变，其中优选的实施例将这些微结构放在如图所示的位置26a处。参照图4，毛坯16还可以用该模口的仅一部分来挤出，该部分具有显示为28的负性微结构。当该挤出材料被迫使穿过该模口时，通过与该模口的相互作用而生成的形状传递到所得部件上并且可以包括多个微结构。该毛坯可以通过挤出（包括将该毛坯拉拔穿过该模口）被制造成一个所得部件。

参照图5，所得部件的外表面显示为30、具有位于微结构之间的一个空间32。当该挤出材料被下拉时，该外表面上的这些微结构改变，在被下拉后的所得部件34中这些微结构自身和这些微结构之间的空间被压缩，如图所示。对于该挤出材料的内表面上的微结构而言实现了相同的效果，如在挤出内表面36和下拉后的挤出内表面38中所示。

参照图6，更详细地示出了该挤出工艺。将原料40放置在料斗42中。接着将原料在挤出室内44中混合并且融化。该经加热的原料通过一个泵或齿轮传动装置46被泵出或以其他方式被拉出该挤出室并且被迫使穿过一个染料（dye）、芯轴或其两者，显示为48。接着由该染料或芯轴产生的具有多个微结构的挤出物可以通过一个冷却组件50（例如鼓风机或淬灭浴）冷却、通过切割机52切削或卷绕在卷轴54上。在这种情况下，该卷轴以一个较快的速度旋转，接着该挤出物离开该模口，可以将该挤出物拉拔至一个更小的截面尺寸。

应注意，可以存在使用不同的淬灭方案的多种淬灭浴。例如，当挤出铝时，可以使用淬灭盐浴然后是一个淬灭水浴。这些淬灭浴的温度、该挤出物离开该染料与进入该淬灭浴之间的时间以及该挤出物在淬灭浴中的时长可以改变。

在一个实施例中，具有一个上部皮带驱动器56以及一个下部皮带驱动器58的一个拔具54将该挤出物从该染料中拉出而进入该切割机或朝向该卷轴。利用拔具的情况下，当该拔具的拉力大于该挤出物从该染料中的挤出速率时，可以拉拔该挤出物。这导致该挤出物被拉伸，从而得到一种更小直径的挤出物。另外，当使该挤出物淬灭时并且当该挤出物卷绕在卷轴上时，该挤出物还可以收缩。

参照图7，示出了一个圆形模口的一个微结构的一部分。该模口60包括多个微特征62，这些微特征各自具有一个第一壁64以及一个第二壁66。一个通道68被限定在该模口中，该通道具有一个宽度70。一个第一弧形部72可以被包括在一个下表面中74中。一个第二弧形部76也可以被包括在该下表面中中、与该第一弧形部重叠。在使用中，该模口可以产生具有多个微结构80的一种挤出物78。应注意，该挤出物微结构不是这些模口微结构的镜像，因为当该挤出物在离开该挤出模口之后冷却、被拉拔或者以其他方式发生物理改变时，这些挤出物微结构具有物理尺寸。在一个实施例中，该第一弧形部的半径在45至65μm的范围内。该通道宽度在150至250μm的范围内并且高度80在250至350μm的范围内。这些所得的挤出物微结构的宽度可以在7与13μm之间并且高度总体上可以具有倾斜的峰构型。

参照图8，示出了另一个微结构。在该模口中包括一个下表面82和一个上表面84。在该微结构中可以包括一个第一壁86和第二壁88。一个通道90可以被限定在该微结构中，该通道具有一个宽度92和一个高度94。一个弧形部94可以被限定在下表面中。一个第二通道或弧形部96可以被限定在上表面中。在一个实施例中，该通道高度在0.8至1.6mm的范围内并且高度在1.0至2.0mm的范围内。该挤出物上的所得微结构98可以具有70至90μm范围内的一个高度、120至160μm范围内的一个宽度并且还可以具有总体上倾斜的形状。

参照图9，示出了另一个微结构。示出了第一壁100，该第一壁相对于该上表面具有小于90°的入射角θ′并且相对于该上表面具有大于90°的入射角θ"。一个第一弧形部102可以被包括在该下表面中并且一个第二弧形部104可以被包括在该下表面中、邻近于该第一弧形部。被限定在所述模口中的一个通道106可以具有一个宽度106，该宽度在一个实施例中处于0.25至1.25mm范围内，并且具有处于0.25至1.25mm范围内的高度。该第一壁、第一弧形部、第二弧形部以及第二壁的这种安排是一个悬垂微结构。在挤出工艺过程中，该挤出物微结构可以通过拉拔、冷却或其他原因而收缩，从而导致挤出物微结构总体上比该模口微结构的原始镜像更小。所得的挤出物微结构110的高度可以在20至60μm的范围内并且具有100与140μm之间的宽度。一个上部弧形部108可以被包括在该上表面中。

在一个实施例中，所得的挤出物微结构的两侧总体上是竖直的。在另一个实施例中，这些壁可以是倾斜的，如图10所示。这些倾斜的壁可以产生自以每秒200英尺的线速度制造的、下拉约3.2倍并且用淬灭水浴冷却的一种尼龙挤出物。该挤出物的宽度112可以在250至250μm的范围内并且高度可以在150至250μm的范围内。通道114可以被包括在该模口的上表面中并且可以具有总体上梯形形状的三条边。所得的挤出物微结构可以是被包括在该挤出物上的一个总体圆形的微特征。该微结构可以具有在1000至1400μm的范围内的宽度以及在500至1000μm的范围内的高度。该所得的挤出物可以具有在90至210μm的范围内的高度以及在100至380μm的范围内的宽度。

参照图11，通道120可以具有一个第一壁122、一个第二壁124、以及一个被布置在该下表面处并且位于该第一壁与第二壁之间的弧形部126。该通道可以具有在100至140μm的范围内的宽度以及在200至360μm的范围内的高度。该所得的挤出物微结构128可以具有在45至60μm之间的高度以及40至50μm的宽度。

参照图12和13，一个挤出模口130包括具有多个微结构的一个开口132。如图所示，该模口是可以包括一个或多个部分的一个平模口。微结构134沿着该模口的内表面而布置。在一个实施例中，一个第一壁136具有小于90°的入射角θ′、与该第一壁相邻的一个第一弧形部138、一个平坦部分140、一个第二弧形部142以及具有大于90°的入射角θ″的一个第二壁144。该所得的挤出物（如图14所示）是具有多个微结构146的膜或其他平挤出物，这些微结构总体上在200至240μm的范围内间隔开，具有的高度在30至40μm的范围内。

参照图15A，示出了一个圆形模口150，该圆形模口具有沿着该模口的内表面而布置的多个微结构152。参照图15B，示出了该微结构的一个实施例。开口154被限定在该模口中，微结构156环绕该开口。这些微结构以一种交替模式限定了一个第一弧形部158和一个第二弧形部160，其中该第一弧形部的深度比该第二弧形部深度更大。

参照图16A，示出了用于圆形模口的另一个微结构。该微结构包括：一个第一壁162，该第一壁相对于该上表面具有小于90°的入射角θ′；以及一个第二壁164，该第二壁相对于该上表面具有大于90°的入射角θ"。一个第一弧形部166可以被包括在所述微结构中、邻近于一个第二弧形部168。一个下部平坦表面170可以被包括在该微结构中并且被布置在该第一弧形部与第二弧形部之间。一个上部空腔172可以被包括在所述上表面中并且可以以一种交替模式被安排所述微结构中。

参照图17，示出了用于圆形模口的另一个微结构，该微结构具有一个第一壁174和一个第二壁176，这些壁限定了具有一个下部平坦报名178的空腔180。在一个实施例中，该第一和第二壁具有在400至480μm的范围内的高度以及在360至380μm的范围内的宽度。图18示出了被限定在上表面中的一个上部弧形部182。在一个实施例中，该上部弧形部具有在100至160μm的范围内的宽度以及在100至160μm的范围内的深度。图19示出了被限定在下表面中的一个下部弧形部184。

参照图20，示出了另一个微结构，该微结构具有限定了一个空腔的第一壁和第二壁。一个第一弧形部186被限定在下表面中并且被限定在该空腔中。一对弧形部188a和188b被限定在该空腔的这些壁中。

图21示出了具有多个微结构200的一个芯轴190，这样使得利用该芯轴制造的挤出物将具有形成在该挤出物的内表面上的多个微结构。图22显示，该芯轴的微结构具有一个高度202。

图22A示出了由不包括微结构的芯轴制造的挤出物210。由不包括微结构的芯轴得到的内表面212是光滑的。然而，图22B示出了具有多个微结构216的挤出物214，这些微结构是通过包括微结构的芯轴而形成在内表面218上。图22C示出了一个芯轴220，在一个实施例中该芯轴具有一个第一圆形部分222和一个第二圆形部分224，这两个部分彼此相邻。多个微结构226被定位在这些圆形部分之间的接合点228处。光滑部分230a和230b被定位在这些对应的圆形部分上，如图22D所示。

已采用的术语和短语是用作进行描述而非进行限制的术语，并且在使用这样的术语和表述时不意图排除所示出和所描述的特征或其部分的任何等效物，而是认识到在所要求的本发明的范围之内，不同的修改是可能的。因此，应理解的是，尽管已经通过多个优选的实施例和任选的特征具体地披露了本发明，但是本领域技术人员可以采用在此披露的这些概念的修改和变更并且这样的修改和变更应被认为是处于本发明的由所附权利要求定义的范围之内。

Claims (24)

1.一种用于制造具有微结构的挤出部件的制造设备，包括：

一个支撑结构；

由所述支撑结构承载的一个用于接纳原料的料斗；

与所述料斗操作性相关联的一个挤出室，该挤出室用于从所述料斗中接纳所述原料并且在一个原料熔化温度以上熔化所述原料；

由所述支撑结构承载的一个模口，该模口具有布置在所述模口的内表面上的多个模口微结构，所述模口微结构具有多个微特征，这些微特征各自具有一个上表面和一个下表面，所述熔化的原料被迫使穿过所述模口以便产生具有多个挤出物微结构的一种挤出物；以及，

一个冷却组件，其中所述冷却前的挤出物的所述挤出物微结构具有比所述经冷却的挤出物的所述挤出物微结构更大的物理尺寸。

2.如权利要求1所述的制造设备，其中，所述挤出物具有选自下组的一种物理形状，该组由以下各项组成：膜、方形柱、矩形柱、梯形柱、不对称柱、圆形柱、卵形柱、三角形柱以及这些的任何组合。

3.如权利要求1所述的制造设备，包括用于收集所述经冷却的挤出物的一个卷取滚轮，其中所述收集前的挤出物的所述挤出物微结构具有比所述经收集的挤出物的所述挤出物微结构更大的物理尺寸。

4.如权利要求1所述的制造设备，包括：

一个后挤出组件，用于以选自下组的一种方式物理地改变所述挤出物，该组由以下各项组成：下拉、展平、拉伸、轧花、涂覆、冲压、卷绕、盘旋、加热、冻结、以及这些的任何组合；并且，

其中所述挤出物的所述挤出物微结构具有比所述挤出物穿过所述后挤出组件之后的所述挤出物的所述挤出物微结构更大的物理尺寸。

5.如权利要求1所述的制造设备，包括：

具有平坦表面的一个模口；以及，

一个弧形部，该弧形部被包括在布置在所述平坦表面上的至少一个微特征的所述下表面中。

6.如权利要求1所述的制造设备，包括：

具有平坦表面的一个模口；

一个第一壁，该第一壁被包括在布置在所述平坦表面上的至少一个微特征中、相对于所述上表面具有小于90°的入射角；以及，

一个弧形部，该弧形部被包括在所述微特征中、邻近于所述第一壁而布置。

7.如权利要求6所述的制造设备，包括：

一个微特征平坦表面，该微特征平坦表面被包括在所述微特征中、沿着所述下表面而布置；

一个第二弧形部，该第二弧形部被包括在所述微特征中、邻近于所述微特征平坦表面而布置；以及，

一个第二壁，该第二壁被包括在微特征中、相对于所述上表面具有大于90°的入射角。

8.如权利要求7所述的制造设备，包括一个被包括在所述上表面中的上部弧形部。

9.如权利要求1所述的制造设备，包括一个被包括在所述上表面中的上部弧形部。

10.如权利要求1所述的制造设备，包括由所述微特征限定的一个具有在100与160μm之间的宽度的通道。

11.如权利要求1所述的制造设备，包括由所述微特征限定的一个具有在300与400μm之间的深度的通道。

12.如权利要求1所述的制造设备，包括：

被包括在所述模口中的具有多个微特征的一个弯曲表面；

被限定在所述弯曲表面中包括的至少一个微特征中的一个通道；以及，

被限定在所述弯曲表面中包括的所述微特征的所述下表面中的一个弧形部。

13.如权利要求12所述的制造设备，包括被限定在所述下表面中的一个第二弧形部。

14.如权利要求13所述的制造设备，其中，所述第二弧形部是邻近于所述弧形部而布置的。

15.如权利要求12所述的制造设备，包括一个第一壁，该第一壁被包括在所述微特征中、相对于所述上表面具有小于90°的入射角。

16.如权利要求15所述的制造设备，包括一个第二壁，该第二壁被包括在所述微特征中、相对于所述上表面具有小于90°的入射角。

17.如权利要求12所述的制造设备，包括一个第一壁，该第一壁被包括在所述微特征中、相对于所述上表面具有大于90°的入射角。

18.如权利要求1所述的制造设备，包括一个被限定在所述上表面中的弧形部。

19.如权利要求1所述的制造设备，包括由所述支撑结构所承载的一个芯轴，该芯轴具有布置在一个外表面上的多个微结构，这样使得所述挤出物将包括一个内部空腔，该内部空腔在所述内部空腔的内表面上具有多个微结构。

20.如权利要求1所述的制造设备，其中，所述挤出物微结构具有在0.1至500μm的范围内的尺寸。

21.如权利要求1所述的制造设备，其中，所述挤出物微结构包括选自下组的物理特征，该组由以下各项组成：疏水性、亲水性、自清洁、减小或增大的流体动力学拖曳系数、减小或增大的空气动力学拖曳系数、增大的摩擦、减小的摩擦、多种光学效应、增大的粘附、减小的粘附、疏油性、亲油性、多种触觉效应、抗阻塞以及这些的任何组合。

22.如权利要求1所述的制造设备，其中，所述挤出物微结构是选自下组，该组由以下各项组成：墩柱、空隙、台阶、脊、弯曲区域、凹陷区域、柱，包括圆、椭圆、三角形、方形、矩形、多边形、星形、六边形、字母、数字、符号的截面形状，以及这些的任何组合。

23.如权利要求1所述的制造设备，包括一个被包括在所述模口微结构中的悬垂结构。

24.一种用于制造具有微结构的挤出部件的制造设备，包括：

一个支撑结构；

由所述支撑结构承载的一个挤出室，该挤出室用于接收原料并且在一个原料熔化温度以上熔化所述原料；以及，

由所述支撑结构承载的一个模口，该模口具有布置在所述模口的内表面上的多个模口微结构，所述模口微结构具有多个微特征，这些微特征各自具有一个上表面和一个下表面，所述熔化的原料被迫使穿过所述模口以便产生具有挤出物微结构的一种挤出物。