CN110568530A - 基于模压成形的曲面仿生复眼加工方法 - Google Patents

基于模压成形的曲面仿生复眼加工方法 Download PDF

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周天丰
许汝真
阮本帅
颜培
梁志强
刘志兵
焦黎
解丽静
王西彬
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Abstract

本发明公开了一种基于模压成形的曲面仿生复眼加工方法，包括以下步骤：在凹透镜模具表面自组装二氧化硅微球阵列；在所述凹透镜模具表面涂覆光刻胶，控制涂覆厚度使得所述二氧化硅微球部分暴露；利用氢氟酸溶液腐蚀剥离所述二氧化硅微球，获得具有凹透镜阵列的光刻胶掩膜；并利用等离子体刻蚀实现光刻胶上的微透镜阵列图案向基底模具转移；洗去残留光刻胶，获得复眼模具；利用所述复眼模具通过模压成形法加工出复眼透镜。与现有技术相比，本发明的制备工艺简单；复眼模具可反复使用，有利于复眼透镜批量化生产；可实现多种光学材料复眼透镜的加工。

Description

基于模压成形的曲面仿生复眼加工方法
技术领域
本发明涉及曲面仿生复眼加工技术领域，特别是涉及一种基于模压成形的曲面仿生复眼加工方法。
背景技术
目前，曲面仿生复眼的加工方法主要有光刻加工和超精密切削加工方法。光刻加工方法：利用光刻胶热熔法制作平面微透镜阵列(凸透镜)；对平面微透镜阵列进行PDMS倒模(凹透镜)，获得薄膜微透镜阵列；将PDMS薄膜微透镜阵列置于大的凹透镜模具中或利用气压差使得PDMS薄膜变形具有一定曲率；填充光刻胶并进行固化，然后获得仿生复眼结构。超精密切削加工方法：根据待加工的复眼尺寸与结构，规划刀具轨迹，通过切削加工实现仿生复眼的加工。
光刻加工方法应用普遍，能够实现大面积和一定填充率的微透镜阵列，但是也存在以下缺点：(1)倒模后形成的为平面PDMS薄膜微透镜阵列，在后一步的曲面仿生复眼加工中，需使得PDMS薄膜弯曲，这会导致PDMS微透镜阵列的间距和形状发生一定的变化，影响加工精度；(2)加工出的仿生复眼材料多局限为树脂类，最终形成的仿生复眼是以曲面PDMS微透镜阵列薄膜为模具，通过注塑或填充固化等工艺形成，所得到的仿生复眼材料多为光固化类或低熔点树脂材料。(3)工艺步骤复杂，导致误差累积效果加剧。
超精密切削加工方法能够实现复杂曲面高形状尺寸精度的加工，但是存在以下几个缺点：(1)加工仿生复眼尺寸受限，一方面受限于刀具的刀尖圆弧半径，另一方面受限于刀具轨迹的干涉；(2)所能加工的材料有限，难以加工硬脆性材料。
因此，如何提供一种工艺步骤简洁，能够实现复眼形状尺寸可控性加工的曲面仿生复眼加工方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于模压成形的曲面仿生复眼的加工方法，用以简化曲面仿生复眼的制备工艺、实现批量化生产并且可实现多种光学材料复眼透镜的加工。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种基于模压成形的曲面仿生复眼加工方法，包括以下步骤：
步骤110：在凹透镜模具表面自组装二氧化硅微球阵列；
步骤120：在所述凹透镜模具表面涂覆光刻胶，控制涂覆厚度使得所述二氧化硅微球部分暴露；
步骤130：利用氢氟酸溶液腐蚀剥离所述二氧化硅微球，获得具有凹透镜阵列的光刻胶掩膜；并利用等离子体刻蚀实现光刻胶上的微透镜阵列图案向基底模具转移；
步骤140：洗去残留光刻胶，获得复眼模具；
步骤150：利用所述复眼模具通过模压成形法加工出复眼透镜。
优选地，所述凹透镜模具为切削/磨削加工而成，所述凹透镜模具为球面凹透镜模具或非球面凹透镜模具。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的制备工艺简单；复眼模具可反复使用，有利于复眼透镜批量化生产；可实现多种光学材料(玻璃、树脂等)复眼透镜的加工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例的凹透镜模具加工方式示意图；
图2为本实施例步骤110的示意图；
图3为本实施例步骤120的示意图；
图4为本实施例步骤130的示意图；
图5为本实施例步骤140的示意图；
图6为本实施例步骤150的示意图；
附图标记说明：1凹透镜模具；2二氧化硅微球；3复眼模具；4光刻胶掩膜；5真空吸盘；6刀具。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于模压成形的曲面仿生复眼的加工方法，用以简化曲面仿生复眼的制备工艺、实现批量化生产并且可实现多种光学材料复眼透镜的加工。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-6所示，本实施例提供一种基于模压成形的曲面仿生复眼加工方法，包括以下步骤：
步骤110：在凹透镜模具1表面自组装二氧化硅微球2阵列；
步骤120：在凹透镜模具1表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层，控制涂覆厚度使得二氧化硅微球2部分暴露；
步骤130：利用氢氟酸溶液腐蚀剥离二氧化硅微球2，获得具有凹透镜阵列的光刻胶掩膜4；并利用等离子体刻蚀实现光刻胶上的微透镜阵列图案向基底模具转移；
步骤140：洗去残留光刻胶，获得复眼模具3；
步骤150：利用复眼模具3通过模压成形法加工出复眼透镜。
本实施例通过在凹透镜模具1上先自组装二氧化硅微球2阵列然后再剥离的方式，在光刻胶上形成具备曲面仿生复眼形状和位置特征的腔体，然后通过等离子体刻蚀的方式将光刻胶上的图案转移至基底模具上，通过基底模具可实现曲面仿生复眼的批量化生产。由于本实施例形成了基底模具，采用模压成形法即可实现曲面仿生复眼的加工，降低了加工难度和生产成本，提高了加工精度和生产效率。由于采用模压成形法加工曲面仿生复眼，不会产生光刻加工方法在弯曲PDMS薄膜时导致的微透镜阵列的间距和形状发生变化的问题，也不会产生超精密切削加工方法受刀具6的刀尖圆弧半径和刀具6轨迹限制的问题。
凹透镜模具1可以是操作者切削/磨削加工而成，也可以是自行购买得到。本实施例中，凹透镜模具1为操作者于步骤110之前切削加工而成，具体为将凹透镜模具1的原材料固定于真空吸盘5上，由刀具6切削而成。本领域技术人员可以对凹透镜模具1的形状和尺寸进行灵活选择，可以是球面凹透镜模具1，也可以是非球面凹透镜模具1。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种基于模压成形的曲面仿生复眼加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤110：在凹透镜模具表面自组装二氧化硅微球阵列；
步骤120：在所述凹透镜模具表面涂覆光刻胶，控制涂覆厚度使得所述二氧化硅微球部分暴露；
步骤130：利用氢氟酸溶液腐蚀剥离所述二氧化硅微球，获得具有凹透镜阵列的光刻胶掩膜；并利用等离子体刻蚀实现光刻胶上的微透镜阵列图案向基底模具转移；
步骤140：洗去残留光刻胶，获得复眼模具；
步骤150：利用所述复眼模具通过模压成形法加工出复眼透镜。
2.根据权利要求1所述的基于模压成形的曲面仿生复眼加工方法，其特征在于，所述凹透镜模具为切削/磨削加工而成，所述凹透镜模具为球面凹透镜模具或非球面凹透镜模具。
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