CN106082606B - 基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置，包括用于夹持圆直的玻璃基微通道的夹持槽道、弹性压板、第一运动平台和第二运动平台，所述玻璃基微通道通过弹性压板压紧在夹持槽道中，所述第一运动平台与成型靠模连接，成型靠模与定位块连接，成型靠模与定位块配合夹持玻璃基微通道的一端，所述第二运动平台与对玻璃基微通道进行加热的加热装置连接；所述第一运动平台和第二运动平台分别与运动控制器连接。本发明的一种基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置及成型方法，针对微米量级玻璃基微通道，通过弯曲成型、软化固定等工艺制备满足需求微通道网络结构，工艺简单可靠且操作便捷，装置结构简单且成本低廉。

Description

基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置及成型方法

技术领域

本发明涉及基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置及成型方法，属于微纳加工与微流体器件技术及其装备领域。

背景技术

近年来，微流体系统应用需求持续增大，涉及生物医疗、化学化工、检验检疫等生产生活和科学研究领域，其性能要求也越来越高。微通道网络结构决定了微流体系统的性能与应用，如用于无痛药物注射的锥形微针(Firas Sammoura,Kang JeongJin,Heo Young-Moo,et al.Polymeric microneedle fabrication using a microinjection moldingtechnique[J].Microsystem Technology,2007(13):517-522.)。

基于玻璃软化成型特性，玻璃毛细管可预热拉制成玻璃基微通道，具有尺寸均匀、截面规整圆形、壁面光滑、工艺可靠、成本低廉等特征，但玻璃基微通道的网络结构单一，多为圆直线性(Zhu Li,Hou Li-ya,Zhang Wei-yi.A new fabrication method for glassmicrofluidic devices used in micro chemical system[J].Sensors and ActuatorsB:Chemical,2010(148):135-146.)。此外，在玻璃基微通道制作成不同立体形状时，先加热再制作成型，操作简单、成本低廉，但是采用定点加热不均匀、温度难以控制、送料速度对成型质量有较大的影响。申请号：201510179831.4的专利公开了一种玻璃基微通道网络的成型装置及其加工方法，利用玻璃软化特性，采用先局部加热软化，后变形，再冷却固定。对于复杂的微通道网络，加热软化次数繁多，工艺复杂，且局部加热，使管道受热不均匀，变形处管壁变薄，不利于封装。因此，需结合应用需求研究微通道网络结构成型装置和加工工艺，可有效提高微流体系统的流动性能和应用价值。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置及成型方法，针对微米量级玻璃基微通道，通过弯曲成型、软化固定等工艺制备满足需求微通道网络结构，工艺简单可靠且操作便捷，装置结构简单且成本低廉。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置，包括用于夹持圆直的玻璃基微通道的夹持槽道、弹性压板、第一运动平台和第二运动平台，所述玻璃基微通道通过弹性压板压紧在夹持槽道中，所述第一运动平台与成型靠模连接，成型靠模与定位块连接，成型靠模与定位块配合夹持玻璃基微通道的一端，所述第二运动平台与对玻璃基微通道进行加热的加热装置连接；所述第一运动平台和第二运动平台分别与运动控制器连接。

作为优选，所述加热装置包含位于玻璃基微通道两侧的第一加热套筒和第二加热套筒，第一加热套筒的上下两侧分别设有第一上加热片和第一下加热片，所述第二加热套筒的上下两侧分别设有第二上加热片和第二下加热片，所述第一加热套筒、第二加热套筒、第一上加热片、第一下加热片、第二上加热片和第二下加热片分别与第二运动平台连接，所述第一加热套筒、第二加热套筒、第一上加热片、第一下加热片、第二上加热片和第二下加热片分别通过电压控制器与电源连接。

作为优选，所述电压控制器与中心处理器连接，中心处理器与运动控制器连接。

作为优选，所述弹性压板包含弹性片和柔性元件，所述弹性片固定于夹持槽道上形成闭合槽，柔性元件与弹性片连接，通过微小的弹性力夹持玻璃基微通道。

一种上述的基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置的成型方法，包括以下步骤：

(a)安装：清洁夹持槽道，并将玻璃基微通道安装于夹持槽道内，利用弹性压板固定，利用定位块固定住玻璃基微通道的成型端，以便于后续操作；

(b)弯曲成型：第一运动平台带动成型靠模及定位块运动，玻璃基微通道在此运动下，形成指定的网络成型；

(c)软化固定：利用第二运动台将加热装置移到固定位置，启动电源，加热装置工作，加热并使玻璃软化后，停止加热，玻璃基微通道网络冷却固定；

(d)保存：将成型的玻璃基微通道网络取下以适当方法保存。

在本发明中，圆直的玻璃基微通道材料为石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、铅硅酸盐玻璃中的任意一种，且内外径尺寸处于毫米或微米量级。玻璃基微通道要具有一定的韧性和弯曲特性。加热温度要达到玻璃材料的软化点，即温度在700-1100℃。

有益效果：与现有技术与设备相比，本发明具有以下优点：

第一、加热片对成型的玻璃基微通道网络进行整体加热，改变了局部加热、弯曲的工艺，使繁琐的步骤变得简单，实现一次性加热成型。

第二、装置具有加热片和加热套筒两种加热方式，使二维和三维的微通道网络都能够均匀加热，成型效果好。

第三、成型的微通道网络变形处更加均匀、光滑。

附图说明

图1为本发明所述玻璃基微通道网络成型装置的结构示图；

图2为图1的A向视图；

图3为图1的B向视图；

图4为图1的C向视图；

图5为弹簧状螺旋线形玻璃基微通道网络的结构示图；

图6为回字形折线玻璃基微通道网络的结构示图。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明的一种基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置，包括用于夹持圆直的玻璃基微通道3的夹持槽道1、弹性压板2、第一运动平台5和第二运动平台12，夹持槽道1固定不动，玻璃基微通道3通过弹性压板2压紧在夹持槽道1中，弹性压板2包含弹性片18和柔性元件19，弹性片18固定于夹持槽道1上形成闭合槽，柔性元件19与弹性片18连接，柔性元件19通过微小的弹性力夹持玻璃基微通道3，第一运动平台5与成型靠模8连接，成型靠模8与定位块9连接，成型靠模8与定位块9配合夹持玻璃基微通道3的一端，第二运动平台12与对玻璃基微通道3进行加热的加热装置连接；第一运动平台5和第二运动平台12分别与运动控制器14连接。

在本发明中，加热装置包含位于玻璃基微通道3两侧的第一加热套筒4和第二加热套筒16，第一加热套筒4的上下两侧分别设有第一上加热片6和第一下加热片7，第二加热套筒16的上下两侧分别设有第二上加热片17和第二下加热片15，第一上加热片6与第二上加热片17、第一下加热片7与第二下加热片15以及第一加热套筒4与第二加热套筒16均对称分布，第一加热套筒4、第二加热套筒16、第一上加热片6、第一下加热片7、第二上加热片17和第二下加热片15分别与第二运动平台12连接，第一加热套筒4、第二加热套筒16、第一上加热片6、第一下加热片7、第二上加热片17和第二下加热片15分别通过电压控制器10与电源11连接。电压控制器10与中心处理器13连接，中心处理器13与运动控制器14连接。

以下以成型弹簧状螺旋线形玻璃基微通道网络和回字形折线玻璃基微通道网络为例进行说明。

一种上述的基于玻璃基微通道3弯曲韧性的网络成型装置的成型方法，包括以下步骤：

(a)安装：清洁夹持槽道1，并将玻璃基微通道3安装于夹持槽道1内，利用弹性压板2固定，利用定位块9固定住玻璃基微通道3的成型端，以便于后续操作；

(b)弯曲成型：在制作弹簧状螺旋线形玻璃基微通道3网络时，利用第一运动台带动成型靠模8及定位块9的旋转及向下运动，玻璃基微通道3在此运动下，逐渐形成螺旋状，如图5所示；在制作回字形折线玻璃基微通道3网络的成型，根据回字形第一圈两点的距离，利用成型靠模8固定住这两点，利用第一运动台带动成型靠模8及定位块9旋转90°，依次利用成型靠模8固定住下一个点并旋转90°，直到回字形折线玻璃基微通道3网络成型，如图6所示；

(c)软化固定：利用第二运动台5将第一加热套筒4、第二加热套筒16、第一上加热片6、第一下加热片7、第二上加热片17和第二下加热片15移到固定位置，启动电源11并利用电压控制器10使加热片第一上加热片6、第一下加热片7、第二上加热片17、第二下加热片15或第一加热套筒4、第二加热套筒16工作，加热并使玻璃软化后，停止加热，玻璃基微通道3网络冷却固定；

(d)保存：将成型的玻璃基微通道3网络取下以适当方法保存。

利用该方法制成的微通道网络横截面呈规整圆形，微通道各段间连接更加均匀，封装前微通道网络具有一定的柔韧性，封装后微通道网络空间结构完全确定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置，其特征在于：包括固定不动且用于夹持圆直的玻璃基微通道的夹持槽道、弹性压板、第一运动平台和第二运动平台，所述玻璃基微通道通过弹性压板压紧在夹持槽道中，所述第一运动平台与成型靠模连接，成型靠模与定位块连接，成型靠模与定位块配合夹持玻璃基微通道的一端，所述第二运动平台与对玻璃基微通道进行加热的加热装置连接；所述第一运动平台和第二运动平台分别与运动控制器连接，所述加热装置包含位于玻璃基微通道两侧的第一加热套筒和第二加热套筒，第一加热套筒的上下两侧分别设有第一上加热片和第一下加热片，所述第二加热套筒的上下两侧分别设有第二上加热片和第二下加热片，所述第一加热套筒、第二加热套筒、第一上加热片、第一下加热片、第二上加热片和第二下加热片分别与第二运动平台连接，所述第一加热套筒、第二加热套筒、第一上加热片、第一下加热片、第二上加热片和第二下加热片分别通过电压控制器与电源连接。

2.根据权利要求1所述的基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置，其特征在于：所述电压控制器与中心处理器连接，中心处理器与运动控制器连接。

3.根据权利要求1所述的基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置，其特征在于：所述弹性压板包含弹性片和柔性元件，所述弹性片固定于夹持槽道上形成闭合槽，柔性元件与弹性片连接，通过微小的弹性力夹持玻璃基微通道。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的基于玻璃基微通道弯曲韧性的网络成型装置的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)安装：清洁夹持槽道，并将玻璃基微通道安装于夹持槽道内，利用弹性压板固定，利用定位块固定住玻璃基微通道的成型端，以便于后续操作；

(b)弯曲成型：第一运动平台带动成型靠模及定位块运动，玻璃基微通道在此运动下，形成指定的网络成型；

(c)软化固定：利用第二运动台将加热装置移到固定位置，启动电源，加热装置工作，加热并使玻璃软化后，停止加热，玻璃基微通道网络冷却固定；

(d)保存：将成型的玻璃基微通道网络取下以适当方法保存。