CN107914385A - 一种光化学微压印成型方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光化学微压印方法及设备，包括如下步骤：首先3D点胶机将光固化树脂均匀点涂在透明基材上；其次将成型基材附盖在点涂好的光固化树脂之上，透明基材和成型基材之间便形成一层均匀的光固化树脂；然后，带有特定功能性微结构的辊子模具对成型基材进行压印，同时紫外光进行照射，控制压印辊子模具的速度，使光固化树脂充分压印固化成型；最后固化压印处带有微结构的制品。本发明技术无需加热冷却过程即可成型微结构制品，具有成型速度快，制品精度高，能量消耗低等优势，更易实现产业化应用。

Description

一种光化学微压印成型方法及设备

技术领域

本发明涉及微结构加工成型领域，尤其涉及一种光化学微压印成型方法及设备。

背景技术

微压印成型是一种在基片材料上形成微结构图案的压印成型方法，与传统的光学光刻相比具有分辨率高的优点，与电子束光刻相比则具有成本低，适合大批量生产的优点。因此微压印成型技术一诞生就以其高分辨率，高产率，低成本等的突出优势，在微加工领域凸显出强大的竞争力和广阔的应用前景。但是，随着微结构制品在生物、化学、光学及机电等领域中的应用越来越广泛，产品需求量急剧增加，厂商对制品精度的要求也越来越高，现有的微压印成型技术也越来越难满足于现在的需求。

目前微结构制品大多是采用聚合物热压印方法成型，热压印技术的基本原理是：首先将聚合物基片加热到玻璃化温度以上，然后在一定压力的作用下，将压印模具压在聚合物基片上，使高温熔融态的聚合物填充到模具上的微结构中，冷却定型后脱模，达到微结构复制转移的目的。但是聚合物热压印存在以下几个缺陷：成型条件高，压印需要在高温的条件下实施，而且即使在高温的条件下，仍然可能出现模具上的微结构不能完全被聚合物填充的现象；生产效率低，每个工序都有一定时间且各不相同的周期，尤其是聚合物熔融和冷却的过程所需时间较长；制品易缺陷，经过加热冷却成型的制品易发生翘曲变形，对微结构精度产生很大影响；存在一定的原材料浪费，热压印加工工艺中，由于模具成型腔的限制，使得片材尺寸与聚合物用量要超出图案本身的成型需求，每片产品都存在浪费。因此，聚合物热压印的广泛应用受到了很大限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光化学微压印成型方法及设备，与当前热压印工艺相比，本发明具有制品精度高，成型速度快，能量消耗低等优势。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

根据本发明，一种光化学微压印成型方法包括以下步骤：该方法结合3D点胶机均匀点胶技术，采用光化学固化辊压印技术，实现功能性微结构由辊压模具向成型基材的图形化转移。首先是光固化树脂的均匀涂覆，通过3D点胶机将光固化树脂均匀的点涂在透明基材上，再将成型基材附盖在点涂好的光固化树脂之上，透明基材和成型基材之间便形成一层均匀的光固化树脂，保证成型制品的高精度；然后是对光固化树脂进行压印固化，打开紫外光源，启动压印装置，使棍子模具和成型基材接触，并在成型基材表面施加一定的辊压印力，带有特定功能性微结构的辊子对成型基材进行压印，同时紫外光进行照射，控制压印棍子的速度，使光固化树脂充分压印固化成型；压印固化完成后，取出制品，树脂固化成型层附着在成型基材上，透明基材无保留，完成棍子模具表面特定功能微结构的转移。该转移过程，通过控制胶体在透明基材表面和成型基材表面的流变和粘附特性来实现。

所述光固化树脂由基质树脂、稀释剂、光引发剂和填料剂组成，其厚度为10-50微米。

所述紫外光的光量度为200-15000mJ/cm2，其与模具与透明片材接触处的距离为1-40厘米。

所述成型层的厚度为0.05-1毫米。

根据本发明，还提供了一种光化学微压印成型设备，包括支架和透明基材，以及水平设置在支架上的3D点胶机、成型基材覆盖装置、辊子模具、紫外光源和辊子模具驱动装置。

所述支架用于安放透明基材，并使得透明基材在加工时保持水平。

所述3D点胶机用于给透明基材表面点涂光固化树脂，使光固化树脂均匀涂覆在透明基材上，保证成型制品的高精度。

所述辊子模具表面具有特定功能微结构图形。

所述紫外光源为UVLED或高压汞灯。

用上述方案，本发明提供了一种光化学微压印成型方法及设备，采用本方法，在室温、常压的条件下，完成微结构制品的快速高精度成型，设备简单，人工操作少；本发明本发明具有成型速度快，制品精度高，能量消耗低等优势。

本发明的有益效果。与现有热压印技术相比，一种光化学微压印成型方法及设备具有以下优势：

（1）3D点胶机将光固化树脂均匀点涂在透明基材上，保证压印前物料厚度均匀，提高制品的压印精度；

（2）光化学微压印技术可以保证在室温条件下完成微结构制品的成型加工，不需要高温加热过程，可有效地避免能量的消耗以及热膨胀因素对制品精度的影响，同时摒弃了繁杂的加热冷却过程，成型效率大幅提升，同时极大地降低了能量消耗；

（3）制品成型过程是在紫外固化胶层处于液态状态下成型，所需压印力小，避免了成型基材的变形和应力集中，保证微结构制品的精度及其完整性。

附图说明

图1为本发明光固化树脂被均匀点涂后的示意图。

图2为本发明光化学微压印工艺原理的示意图。

图中：1、辊子模具，2、成型基材，3、透明基材，4、紫外光源。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

本发明提供的一种光化学微压印成型方法，包括如下步骤：首先，3D点胶机将光固化树脂均匀点涂在透明基材上，如图1所示；其次，将成型基材2附盖在点涂好的光固化树脂之上，透明基材3和成型基材2之间便形成一层均匀的光固化树脂，保证成型制品的高精度；然后，对光固化树脂进行压印固化，如图2所示，打开紫外光源4，启动压印装置，使棍子模具1和成型基材2接触，并在成型基材2表面施加一定的辊压印力，带有特定功能性微结构的辊子模具1对成型基材2进行压印，同时紫外光进行照射，控制压印辊子模具1的速度，使光固化树脂充分压印固化成型；最后，固化压印完成后，取出制品，树脂固化成型层附着在成型基材2上，透明基材3无保留，完成辊子模具1表面特定功能微结构的转移。

Claims (9)

1.一种光化学微压印成型方法及设备，其特征在于：包括支架和透明基材，以及水平设置在支架上的3D点胶机、成型基材覆盖装置、辊子模具、紫外光源和棍子模具驱动装置；3D点胶机将光固化树脂均匀的点涂在透明基材上，附上成型基材，打开紫外光源，启动压印装置，对光固化树脂进行压印固化，压印固化完成后，取出制品，树脂固化成型层附着在成型基材上。

2.如权利要求1所述的光化学微压印成型方法及设备，其特征在于：所述的透明基材包括PMMA、PC、PS、PP、PET、PBT。

3.如权利要求1所述的光化学微压印成型方法及设备，其特征在于：所述的成型基材为PMMA薄片，辊子模具压印时能够使其产生形变。

4.如权利要求1所述的光化学微压印成型方法及设备，其特征在于：所述的透明基材表面经过特殊处理，固化后的树脂不易沾附在上面。

5.如权利要求1所述的光化学微压印成型方法及设备，其特征在于：所述的成型基材表面经过特殊处理，紫外光辐照后，固化后的树脂易沾附在成型基材上，两者结合为一体。

6.如权利要求1所述的光化学微压印成型方法及设备，其特征在于：所述的3D点胶机点涂模式不唯一，可以点涂矩阵型、直线型和曲线型。

7.如权利要求1所述的光化学微压印成型方法及设备，其特征在于：所述的棍子模具驱动装置，可以调节驱动速率，以实现不同树脂的完全固化。

8.如权利要求1所述的光化学微压印成型方法及设备，其特征在于：所述的光照装置为UVLED或高压汞灯。

9.如权利要求1所述的光化学微压印成型方法及设备，其特征在于：所述的光化学微压印成型设备末端设置有成型制品收集装置。