CN110426918B - 一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置及压印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置及压印方法，磁力控制模块产生磁力、磁流体受到磁力作用聚集在靠近磁力控制模块处以使柔性光功能织构母模产生变形进而使柔性光功能织构母模与UV光刻胶之间为面接触，待压印光功能织构薄膜在移动模块的作用下相对机台前后移动以带动磁流体压辊模块转动进而对UV光刻胶进行压印。该压印装置使得压印位置的接触范围增大，在保证压印质量的前提下能有效提高压印的均匀性和压印速度。且，磁流体在磁力作用下其产生的压力极其稳定，也提高了压印精度。

Description

一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置及压印方法

技术领域

本发明涉及一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置及压印方法。

背景技术

通过在单晶硅电池表面复合光功能织构薄膜的方法，需要通过纳米轧辊压印技术实现批量生产。辊压压印技术是连续、有效的工业生产制造方法，已得到广泛应用，但仍然存在准确性差的问题，刚性辊进行压印时压辊间为线性接触，压力大小较为集中且不均匀，如果增加压印速度，可能导致压印时间过短，形成不良。因此，提高辊压压印速度和压印过程中压力的均匀性及稳定性是现阶段辊压压印工艺需要改进的主要问题。

申请号为201010224532.5的中国发明专利便公开了一种卷对卷紫外纳米压印装置及方法实现了连续生产，因为压辊间为线性接触，其接触范围较窄，如果压印速度增加，则可能导致压印时间过短，形成不良，使其压印速度受到了限制。

申请号为201710003879.9的中国发明专利便公开了一种纳米压印装置中的压印滚轮及纳米压印装置，压印滚轮中充有气体，能够有效减小在压印过程中，压印模板受压不均匀的问题。但其施压面为柔性材料在辊压过程中所需压力直接由压辊提供，容易造成压印过程中压力大小不稳定，影响压印精度。

发明内容

本发明提供了一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置及压印方法，其克服了背景技术的所存在的不足。本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，待压印光功能织构薄膜表面涂覆有UV光刻胶，该压印装置包括：

机台；

磁流体压辊模块，其能转动地安装在机台上，其包括表面具有光功能微织构的柔性光功能织构母模；

磁力控制模块，其安装在机台且正对磁流体压辊模块；

用于前后移动待压印光功能织构薄膜的移动模块，其安装在机台且位于磁流体压辊模块与磁力控制模块之间；

磁力控制模块产生磁力、磁流体受到磁力作用聚集在靠近磁力控制模块处以使柔性光功能织构母模产生变形进而使柔性光功能织构母模与UV光刻胶之间为面接触，待压印光功能织构薄膜在移动模块的作用下相对机台前后移动以带动磁流体压辊模块转动进而对UV光刻胶进行压印。

一较佳实施例之中：所述磁流体压辊模块还包括柔性套筒，柔性套筒内填充有磁流体，所述柔性光功能织构母模贴合在柔性套筒外周面。

一较佳实施例之中：所述柔性套筒包括柔性的套筒体和两个端盖，两个端盖分别密封盖接在套筒体两端。

一较佳实施例之中：所述磁流体压辊模块还包括磁流体加注阀，该磁流体加注阀安装在其中一端盖处。

一较佳实施例之中：所述磁流体压辊模块还包括压辊中心轴，压辊中心轴纵向穿过柔性套筒之中心轴线且其两端分别伸出柔性套筒两端，压辊中心轴与柔性套筒为密封固接，压辊中心轴能相对机台转动。

一较佳实施例之中：所述磁力控制模块包括电磁铁组件、可调电阻和电源，电磁铁组件、可调电阻和电源依次串联，所述电磁铁组件正对磁流体压辊模块。

一较佳实施例之中：所述电磁铁组件包括容置盒、填充物和若干个并联连接的电磁铁，电磁铁并排间隔置于容置盒内，填充物填满容置盒内腔以对电磁铁进行定位，所述容置盒固接在机台上。

一较佳实施例之中：所述移动模块包括驱动电机、丝杆、传动螺母和移动平台，待压印光功能织构薄膜放置在移动平台上且其表面朝向磁流体压辊模块，驱动电机固接在移动平台且传动连接丝杆，丝杆转动装接在移动平台，传动螺母固接在机台并与丝杆传动连接。

一较佳实施例之中：所述移动模块还包括三角形导轨和三角形滑块，三角形滑块固接在移动平台下方，三角形导轨固接在机台上，三角形导轨与三角形滑块相滑动配合。

一较佳实施例之中：该压印装置还包括用于对UV光刻胶进行固化的紫外线光源，紫外线光源安装在机台上且位于移动平台与磁力控制模块之间；所述移动平台采用透光材质。

一较佳实施例之中：该压印装置还包括挡光板，该挡光板固接在机台且靠置在紫外线光源之靠近机台前端的一侧。

一较佳实施例之中：该压印装置还包括用于调节磁流体压辊模块之高度的高度调节机构，其安装在机台。

一较佳实施例之中：该高度调节机构包括支架、液压缸、轴承支座、轴承、导向柱和导向套，支架固接在机台上，轴承固接在轴承支座且与磁流体压辊模块相转动配合，导向柱固接在支架且沿着支架纵向延伸，导向套固接在轴承支座且与导向柱相滑动配合，液压缸安装在支架且传动连接轴承支座。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：基于磁流体的光功能织构薄膜的压印方法，包括：

步骤10，提供如权利要求1至13中任意一项所述的基于磁流体的光功能织构薄膜的压印装置；

步骤20，将移动平台移动至机台的前侧，将磁流体压辊模块向上移动至一定高度，并通过磁流体加注阀加注或减少柔性套筒内磁流体以使柔性套筒内磁流体产生的压力为设定压力值，通过可调电阻调整其电阻值以调整电磁铁产生的磁力为设定的磁力值；

步骤30，将待压印光功能织构薄膜放置在移动模块的移动平台上，此时涂覆有UV光刻胶的一面朝向柔性光功能织构母模；

步骤40，通过高度调节机构向下移动磁流体压辊模块以使柔性光功能织构母模与UV光刻胶相接触；

步骤50，接通磁力控制模块的电源为磁流体提供磁力使得柔性光功能织构母模与UV光刻胶之间为面接触，启动移动模块的驱动电机以使移动平台向右移动并带动柔性套筒滚动以对UV光刻胶进行压印，直至待压印光功能织构薄膜上的UV光刻胶全部被压印完成；

步骤60，关闭磁力控制模块的电源，并向上移动磁流体压辊模块，完成了一个完整的压印周期。

一较佳实施例之中：在步骤50中，在压印过程中，紫外线光源对压印完成的UV光刻胶进行固化。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.当待压印光功能织构薄膜放置在磁流体与电磁铁之间且柔性光功能母模与UV光刻胶相接触时，由于磁流体在电磁铁的磁力作用下会聚集在靠近电磁铁处，且柔性光功能织构母模对应电磁铁的部分在磁流体的压力作用下会发生变形，使得柔性光功能母模与UV光刻胶之间由刚开始的线接触转变为面接触，接触范围增大，在保证压印质量的前提下能有效提高压印的均匀性和压印速度。且，磁流体在磁力作用下其产生的压力极其稳定，也提高了压印精度。

2.柔性套筒内填充有磁流体，所述柔性光功能织构母模贴合在柔性套筒外周面，磁流体在磁力作用下对柔性套筒和柔性光功能织构母模产生压力以使二者产生同步变形，柔性光功能织构母模会沿着UV光刻胶的表面撑开并与UV光刻胶表面相贴合形成面接触。

3.磁流体压辊模块还包括磁流体加注阀，通过该磁流体加注阀可对柔性套筒内的磁流体量根据需要进行增减，如需要柔性光功能织构母模与UV光刻胶之间的接触面积较小时，可增加磁流体量，柔性套筒压力增加，使得柔性光功能织构母模变形量小，则二者的接触面积也变小；反之，奕然。

4.磁力控制模块包括电磁铁组件、可调电阻和电源，通过调节可调电阻的阻值，可调整电磁铁产生的磁力大小，进而调整压印过程中柔性光功能织构母模与UV光刻胶之间的压力值，以保证压印的顺利进行。

5.该压印装置还包括用于对UV光刻胶进行固化的紫外线光源，使得在压印过程中可同时对压印完成的UV光刻胶进行固化，压印与固化同步进行，节省压印步骤，简化装置结构。

6.该挡光板固接在机台且靠置在紫外线光源之靠近机台前端的一侧，由于待压印光功能织构薄膜从前向后移动进行压印，该挡光板能阻挡朝前射出的紫外光，以防止紫外光对还未压印的UV光刻胶进行固化。

7.压印装置还包括用于调节磁流体压辊模块之高度的高度调节机构，使用方便，可根据不同形状、尺寸的光功能织构母模调整磁流体压辊模块的高度，或者根据待压印光功能织构薄膜的厚度调节磁流体压辊模块的高度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了该压印装置的俯视示意图。

图2绘示了该压印装置的主视示意图。

图3绘示了该压印装置的侧视示意图。

图4绘示了该压印装置的初始状态图。

图5绘示了该压印装置刚开始压印的状态图。

图6绘示了该压印装置压印结束时的状态图。

图7绘示了该压印装置压印结束后磁流体压辊模块复位的状态图。

图8绘示了该压印装置压印过程中的状态图。

图9绘示了该压印装置与普通辊轮压印在压印位置处的压力分布对比图。

具体实施方式

请查阅图1至图9，一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置的一较佳实施例，所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，它包括机台10、磁流体压辊模块20、磁力控制模块30、移动模块40。待压印光功能织构薄膜1表面涂覆有UV光刻胶2。

如图1所示，机台10设置有一操作台面11。

所述磁流体压辊模块20能转动地安装在机台10上，其包括表面具有光功能微织构的柔性光功能织构母模21。

本实施例中，所述磁流体压辊模块20还包括柔性套筒，柔性套筒内填充有磁流体22，所述柔性光功能织构母模21贴合在柔性套筒外周面。由于柔性光功能织构母模21表面具有光功能微织构，可根据需要，更换该柔性光功能织构母模21以具有不同形状或尺寸的光功能微织构。如图2所示，柔性光功能织构母模21与柔性套筒外周面完全贴合形成一个完整的环状结构。柔性光功能织构母模21可采用柔性硅树脂材质。

本实施例中，所述柔性套筒包括柔性的套筒体23和两个端盖24，两个端盖24分别密封盖接在套筒体23两端。如图1所示，每一端盖24均设有凸台241，套筒体23两端分别密封套置在凸台241外，且，另设有两个紧固套圈25，每一紧固套圈25分别套置在套筒体23的两端部外周。套筒体23的材质可采用柔性硅树脂材质。

本实施例中，所述磁流体压辊模块20还包括磁流体加注阀26，该磁流体加注阀26安装在其中一端盖24处。如图1所示，该磁流体加注阀26安装在左侧的端盖24处。

本实施例中，所述磁流体压辊模块20还包括压辊中心轴27，压辊中心轴27纵向穿过柔性套筒之中心轴线且其两端分别伸出柔性套筒两端，压辊中心轴27与柔性套筒为密封固接，压辊中心轴27能相对机台10转动。

本实施例中，该压印装置还包括用于调节磁流体压辊模块20之高度的高度调节机构50，其安装在机台10。如图1所示，该高度调节机构50设有两个且对称布置在磁流体压辊模块20左右两侧。

本实施例中，该高度调节机构50包括支架51、液压缸52、轴承支座53、轴承54、导向柱55和导向套56，支架51固接在机台的操作台面11上，轴承54固接在轴承支座53且与磁流体压辊模块的压辊中心轴27相转动配合，导向柱55固接在支架51且沿着支架51纵向延伸，导向套56固接在轴承支座53且与导向柱55相滑动配合，液压缸52安装在支架51且传动连接轴承支座53。如图1所示，每一高度调节机构50均包括两个前后间隔布置的导向柱55，导向套56也设有两个分别与两个导向柱55相配合，通过液压缸52带动轴承支座53沿着导向柱55上下移动进而带动磁流体压辊模块20上下移动。左右两侧的高度调节机构50同时对磁流体压辊模块20进行高度调节，以保证压辊中心轴27之中心轴线与操作台面11相平行。

所述磁力控制模块30安装在机台10且正对磁流体压辊模块20。如图2所示，磁力控制模块30位于磁流体压辊模块20的正下方。磁力控制模块30产生磁力、磁流体22受到磁力作用聚集在靠近磁力控制模块30处以使套筒体23和柔性光功能织构母模21同时产生变形进而使柔性光功能织构母模21与UV光刻胶2之间为面接触。

本实施例中，如图2所示，所述磁力控制模块30包括电磁铁组件、可调电阻31和电源32，电磁铁组件、可调电阻31和电源32依次串联，所述电磁铁组件正对磁流体压辊模块20。通过调节可调电阻31的阻值，可调整电磁铁产生的磁力大小，进而调整压印过程中柔性光功能织构母模21与UV光刻胶2之间的压力值，以保证压印的顺利进行。

本实施例中，所述电磁铁组件包括容置盒33、填充物34和若干个并联连接的电磁铁35，电磁铁35并排间隔置于容置盒33内，填充物34填满容置盒33内腔以对电磁铁35进行定位，所述容置盒33固接在机台10上。如图2所示，容置盒33嵌入在操作台面11内，电磁铁35为竖向间隔布置，其顶端正对应压辊中心轴27。该填充物34为塑料骨架。

所述移动模块40用于前后移动待压印光功能织构薄膜1，其安装在机台10且位于磁流体压辊模块20与磁力控制模块30之间；待压印光功能织构薄膜1在移动模块40的作用下相对机台前后移动以带动磁流体压辊模块20转动进而对待压印光功能织构薄膜上的UV光刻胶2进行压印。

本实施例中，如图2所示，所述移动模块40包括驱动电机41、丝杆42、传动螺母43和移动平台44，待压印光功能织构薄膜1放置在移动平台44上且UV光刻胶2表面朝向磁流体压辊模块20，驱动电机41固接在移动平台44且传动连接丝杆42，丝杆42转动装接在移动平台44，传动螺母43固接在机台10的操作台面11上并与丝杆42传动连接。如图1所示，移动平台44为矩形形状。如图2所示，移动平台44正中心嵌入有透明玻璃45，透明玻璃45顶面与移动平台44顶面齐平。移动平台44也采用透光材质，保证紫外线能透过移动平台44和透明玻璃45照射至待压印光功能织构薄膜1处。

本实施例中，如图3所示，所述移动模块40还包括三角形导轨46和三角形滑块47，三角形滑块47固接在移动平台44下方，三角形导轨46与三角形滑块47相滑动配合。三角形滑块47设有两个且左右间隔布置。所述三角形导轨46固定在所述操作台面11上且设有两条并左右间隔布置，该三角形导轨46沿着操作台面11长度方向延伸，也即，沿着前后方向延伸。通过驱动电机41带动丝杆42转动以使丝杆42与传动螺母43相传动配合带动整个移动平台44沿着三角形导轨46前后移动。

本实施例中，该压印装置还包括用于对UV光刻胶进行固化的紫外线光源60，紫外线光源60安装在机台上且位于移动平台44与磁力控制模块30之间，使得在压印过程中可同时对压印完成的UV光刻胶2进行固化，压印与固化同步进行，节省压印步骤，简化装置结构。。如图2所示，紫外线光源60固定在容置盒33顶端且正对压辊中心轴27。

本实施例中，该压印装置还包括挡光板61，该挡光板61固接在机台10且靠置在紫外线光源60之靠近机台10前端的一侧。该挡光板61固接在机台10且靠置在紫外线光源60之靠近机台10前端的一侧，由于待压印光功能织构薄膜1从前向后移动进行压印，该挡光板61能阻挡朝前射出的紫外光，以防止紫外光对还未压印的UV光刻胶2进行固化。

基于磁流体的光功能织构薄膜的压印方法，包括：

步骤10，提供上述所述的基于磁流体的光功能织构薄膜的压印装置；

步骤20，如图4所示，将移动平台44移动至机台10的前侧，将磁流体压辊模块20向上移动至一定高度，并通过磁流体加注阀26加注或减少柔性套筒内磁流体22以使磁流体22对柔性套筒产生的压力为设定压力值，通过可调电阻31调整其电阻值以调整电磁铁35产生的磁力为设定的磁力值；

步骤30，将待压印光功能织构薄膜1放置在移动模块的移动平台44上，此时涂覆有UV光刻胶2的一面朝向柔性光功能织构母模21；

步骤40，如图5所示，通过高度调节机构50向下移动磁流体压辊模块20以使柔性光功能织构母模21与UV光刻胶2相接触，此时，柔性光功能织构母模21与UV光刻胶2之间的接触面积较小；

步骤50，接通磁力控制模块30的电源32为磁流体22提供磁力使得柔性光功能织构母模21与UV光刻胶2之间接触面积增大，接触压力更为均匀，启动移动模块40的驱动电机41以使移动平台44向右移动并带动柔性套筒滚动以对UV光刻胶2进行压印，直至待压印光功能织构薄膜1上的UV光刻胶2全部被压印完成，如图6所示；

本实施例中，在步骤50中，在压印过程中，紫外线光源60对压印完成的UV光刻胶2进行固化。

步骤60，如图7所示，关闭磁力控制模块30的电源32，并向上移动磁流体压辊模块20，完成了一个完整的压印周期。

如图9所示，为普通压辊与该压印装置在压印位置处的压力分布对比图，由于普通压辊在压印位置处于UV光刻胶为线接触，因此，仅在接触的部位也即压印位置具有最大的压力，其压力分布为抛物线形；而本装置中，由于磁流体22与电磁铁35之间的磁力非常稳定，其产生的压力在压印位置也非常稳定，且由于压印位置为面接触，使得在较大的压印面积处始终保持该压力值不变。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (14)

1.一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，待压印光功能织构薄膜表面涂覆有UV光刻胶，其特征在于：该压印装置包括：

机台；

磁流体压辊模块，其能转动地安装在机台上，其包括表面具有光功能微织构的柔性光功能织构母模；

磁力控制模块，其安装在机台且正对磁流体压辊模块；

用于前后移动待压印光功能织构薄膜的移动模块，其安装在机台且位于磁流体压辊模块与磁力控制模块之间；

磁力控制模块产生磁力、磁流体受到磁力作用聚集在靠近磁力控制模块处以使柔性光功能织构母模产生变形进而使柔性光功能织构母模与UV光刻胶之间为面接触，待压印光功能织构薄膜在移动模块的作用下相对机台前后移动以带动磁流体压辊模块转动进而对UV光刻胶进行压印；

所述磁流体压辊模块还包括柔性套筒，柔性套筒内填充有磁流体，所述柔性光功能织构母模贴合在柔性套筒外周面。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：所述柔性套筒包括柔性的套筒体和两个端盖，两个端盖分别密封盖接在套筒体两端。

3.根据权利要求2所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：所述磁流体压辊模块还包括磁流体加注阀，该磁流体加注阀安装在其中一端盖处。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：所述磁流体压辊模块还包括压辊中心轴，压辊中心轴纵向穿过柔性套筒之中心轴线且其两端分别伸出柔性套筒两端，压辊中心轴与柔性套筒为密封固接，压辊中心轴能相对机台转动。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：所述磁力控制模块包括电磁铁组件、可调电阻和电源，电磁铁组件、可调电阻和电源依次串联，所述电磁铁组件正对磁流体压辊模块。

6.根据权利要求5所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：所述电磁铁组件包括容置盒、填充物和若干个并联连接的电磁铁，电磁铁并排间隔置于容置盒内，填充物填满容置盒内腔以对电磁铁进行定位，所述容置盒固接在机台上。

7.根据权利要求1所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：所述移动模块包括驱动电机、丝杆、传动螺母和移动平台，待压印光功能织构薄膜放置在移动平台上且其表面朝向磁流体压辊模块，驱动电机固接在移动平台且传动连接丝杆，丝杆转动装接在移动平台，传动螺母固接在机台并与丝杆传动连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：所述移动模块还包括三角形导轨和三角形滑块，三角形滑块固接在移动平台下方，三角形导轨固接在机台上，三角形导轨与三角形滑块相滑动配合。

9.根据权利要求7所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：该压印装置还包括用于对UV光刻胶进行固化的紫外线光源，紫外线光源安装在机台上且位于移动平台与磁力控制模块之间；所述移动平台采用透光材质。

10.根据权利要求9所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：该压印装置还包括挡光板，该挡光板固接在机台且靠置在紫外线光源之靠近机台前端的一侧。

11.根据权利要求1所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：该压印装置还包括用于调节磁流体压辊模块之高度的高度调节机构，其安装在机台。

12.根据权利要求11所述的一种基于磁流体的光功能织构薄膜压印装置，其特征在于：该高度调节机构包括支架、液压缸、轴承支座、轴承、导向柱和导向套，支架固接在机台上，轴承固接在轴承支座且与磁流体压辊模块相转动配合，导向柱固接在支架且沿着支架纵向延伸，导向套固接在轴承支座且与导向柱相滑动配合，液压缸安装在支架且传动连接轴承支座。

13.基于磁流体的光功能织构薄膜的压印方法，其特征在于：包括：

步骤10，提供如权利要求1至12中任意一项所述的基于磁流体的光功能织构薄膜的压印装置；

步骤20，将移动平台移动至机台的前侧，将磁流体压辊模块向上移动至一定高度，并通过磁流体加注阀加注或减少柔性套筒内磁流体以使柔性套筒内磁流体产生的压力为设定压力值，通过可调电阻调整其电阻值以调整电磁铁产生的磁力为设定的磁力值；

步骤30，将待压印光功能织构薄膜放置在移动模块的移动平台上，此时涂覆有UV光刻胶的一面朝向柔性光功能织构母模；

步骤40，通过高度调节机构向下移动磁流体压辊模块以使柔性光功能织构母模与UV光刻胶相接触；

步骤50，接通磁力控制模块的电源为磁流体提供磁力使得柔性光功能织构母模与UV光刻胶之间为面接触，启动移动模块的驱动电机以使移动平台向后移动并带动柔性套筒滚动以对UV光刻胶进行压印，直至待压印光功能织构薄膜上的UV光刻胶全部被压印完成；

步骤60，关闭磁力控制模块的电源，并向上移动磁流体压辊模块，完成了一个完整的压印周期。

14.根据权利要求13所述的基于磁流体的光功能织构薄膜的压印方法，其特征在于：在步骤50中，在压印过程中，紫外线光源对压印完成的UV光刻胶进行固化。

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