CN112935040B - 复合微纳透镜阵列成型加工机构、模芯及热压装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及复合微纳透镜阵列成型加工机构、模芯及热压装置。本申请所述的复合微纳透镜阵列成型加工机构包括：第一加热板、挤压填充板、保护膜、微球、限位板以及第二加热板；所述第一加热板、所述挤压填充板、所述保护膜、所述限位板以及所述第二加热板依次堆叠放置；所述限位板上形成有多个限位孔，所述微球放置在该限位孔内，且所述微球的部分结构露出在所述限位孔外，其另外的部分容纳在所述限位孔内；多个所述限位孔间隔设置，使得多个所述微球之间形成有间隔空间，所述挤压填充板具有加热形变能力。本申请所述的复合微纳透镜阵列成型加工机构具有结构简单且加工容易的优点。

Description

复合微纳透镜阵列成型加工机构、模芯及热压装置
技术领域
本申请涉及加工机构、装置及模芯，特别是涉及复合微纳透镜阵列成型加工机构、模芯及热压装置。
背景技术
复合微纳结构具有超疏水/超亲水效应及高分辨率、高灵敏度、高集成、大视场等光学性能，这在很大程度上弥补了普通透镜存在的抗雾性差、可靠性低和小视场等缺点。复合微纳透镜的这些特性在医疗、汽车、太阳能电池组件、航空航天等领域具有很大的潜在应用前景。
目前，复合微纳透镜阵列的加工方法主要有机械加工法、热回流法、喷胶法、热压印及微注塑成型等方法。利用高精度数控机床工具可以直接在玻璃表面机械加工微透镜结构阵列，但加工效率低。热回流法利用光刻胶曝光显影后，形成圆柱或者特定形状的柱子阵列结构，再加热软化光刻胶，使其在表面张力的作用下形成微透镜阵列，但该方法很难控制微透镜的形状精度。喷胶法利用高精密喷嘴将聚合物液体喷出，并形成一定尺寸的液滴滴在衬底表面形成球面微透镜结构；这种加工方式无需先制作模具，可以直接用于生产；但是需要搭配合适的喷射聚合物材料，还需要考虑液滴与衬底粘附性等问题。热压印及微注塑成型方法可以实现微纳结构的大批量生产，但其复制成型需要加工对应的模芯。传统模芯的加工方法为铣削、磨削等加工方法，很难在微结构表面加工更小的微纳结构，加工模芯的成本高、效率低。化学蚀刻方法利用强酸等试剂在材料表面蚀刻微纳结构，但不易控制加工精度。激光加工金属材料模芯时表面粗糙度大，不能直接用于光学透镜的成型。
因此，现有技术的复合微纳透镜阵列的加工方法，不仅加工难度大，而且工艺复杂，效率低。
发明内容
基于此，本申请的目的在于，提供复合微纳透镜阵列成型加工机构、模芯及热压装置，其具有成型简单且加工方便的优点。
本申请的一方面，提供一种复合微纳透镜阵列成型加工机构，包括第一加热板、挤压填充板、保护膜、微球、限位板以及第二加热板；
所述第一加热板、所述挤压填充板、所述保护膜、所述限位板以及所述第二加热板依次堆叠放置；
所述限位板上形成有多个限位孔，所述微球放置在该限位孔内，且所述微球的部分结构露出在所述限位孔外，其另外的部分容纳在所述限位孔内；
多个所述限位孔间隔设置，使得多个所述微球之间形成有间隔空间，所述挤压填充板具有加热形变能力，当所述第一加热板与所述第二加热板相对挤压时，使得所述挤压填充板发生形变并填充所述微球之间的间隔空间；
所述第一加热板的加热温度大于、小于或等于所述第二加热板的加热温度。
本申请所述的复合微纳透镜阵列成型加工机构，通过第一加热板和第二加热板的挤压，并且通过加热，使得挤压填充板在挤压和加热的作用下，发生形变，将保护膜上放置的微纳结构金属薄片与微球的形状贴合，从而使得微纳结构金属薄片发生形变和成型。在这个成型过程中，微纳结构金属薄片的具有阵列结构的表面在保护膜的保护作用下，结构保护完好。
进一步地，还包括粘黏柱，该粘黏柱设置在所述限位孔内，并且其一端抵接在所述微球的底部，使得所述微球的部分结构置于所述限位板外。
进一步地，还包括压力传感器，该压力传感器设置在所述限位板和所述第二加热板之间；
所述粘黏柱的底面抵接在所述第二加热板上。
进一步地，所述粘黏柱的顶面形状与所述微球的底面形状匹配，使得所述粘黏柱与所述微球贴合。
进一步地，所述挤压填充板为聚合物板，所述保护膜为聚合物膜，所述限位板为微孔板。
进一步地，还包括微纳结构金属薄片，该微纳结构金属薄片设置在所述挤压填充板和所述保护膜之间。
进一步地，所述微纳结构金属薄片为铜材质或者铝材质，其表面经过处理形成微米级或纳米级的阵列结构。
本申请的另一方面，提供一种复合微纳透镜阵列成型模芯，包括模芯外壳、固定块、微纳结构金属薄片以及压板；
所述模芯外壳的一端敞口，所述微纳结构金属薄片盖设在所述模芯外壳的敞口处；所述固定块放置在所述模芯外壳内，其一端抵接在所述模芯外壳的底部，其另一端抵接在所述微纳结构金属薄片上，所述压板盖设在所述微纳结构金属薄片上；
所述微纳结构金属薄片上形成有多个纳米级的阵列结构，且所述微纳结构的阵列结构面形成有多个半球形的凹坑，该凹坑背向所述固定块设置。
所述固定块由固化剂填充在所述模芯外壳内固化形成，并且形成的固定块贴合在所述微纳结构金属薄片的底面。
本申请的再一方面，提供一种微纳阵列结构的热压装置，包括热压机和上述方案所述的复合微纳透镜阵列成型模芯，该复合微纳透镜阵列成型模芯安装在所述热压机上。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本申请。
附图说明
图1为本申请示例性的复合微纳透镜阵列成型加工机构的主视图；
图2为本申请的一种示例性的复合微纳透镜阵列成型模芯的主视图；
图3为本申请另一示例性的复合微纳透镜阵列成型模芯的主视图。
具体实施方式
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1为本申请示例性的复合微纳透镜阵列成型加工机构的主视图；图2为本申请的一种示例性的复合微纳透镜阵列成型模芯的主视图；图3为本申请另一示例性的复合微纳透镜阵列成型模芯的主视图。
请参阅图1-图3，本申请示例性的一种复合微纳透镜阵列成型加工机构，包括第一加热板1、挤压填充板2、保护膜4、微球5、限位板6以及第二加热板9；
所述第一加热板1、所述挤压填充板2、所述保护膜4、所述限位板6以及所述第二加热板9依次堆叠放置；
所述限位板6上形成有多个限位孔，所述微球5放置在该限位孔内，且所述微球5的部分结构露出在所述限位孔外，其另外的部分容纳在所述限位孔内；
多个所述限位孔间隔设置，使得多个所述微球5之间形成有间隔空间，所述挤压填充板2具有加热形变能力，当所述第一加热板1与所述第二加热板9相对挤压时，使得所述挤压填充板2发生形变并填充所述微球5之间的间隔空间；
所述第一加热板1的加热温度大于所述第二加热板9的加热温度；
或者，所述第一加热板1的加热温度小于所述第二加热板9的加热温度；
或者，所述第一加热板1的加热温度等于所述第二加热板9的加热温度。
在一些优选实施例中，还包括粘黏柱7，该粘黏柱7设置在所述限位孔内，并且其一端抵接在所述微球5的底部，使得所述微球5的部分结构置于所述限位板6外。
在一些优选实施例中，还包括压力传感器8，该压力传感器8设置在所述限位板6和所述第二加热板9之间；
所述粘黏柱的底面抵接在所述第二加热板9上。
在一些优选实施例中，所述粘黏柱7的顶面形状与所述微球5的底面形状匹配，使得所述粘黏柱7与所述微球5贴合。
在一些优选实施例中，所述挤压填充板2为聚合物板，所述保护膜4为聚合物膜，所述限位板6为微孔板。挤压填充板2的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯等，挤压填充板2的厚度为0.01mm-5mm；保护膜4的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯等，保护膜4的厚度为0.001mm-0.1mm，保护膜4的作用是防止微球5破坏微纳结构金属薄片3的表面结构。
在一些优选实施例中，微孔板的材料为不锈钢、模具钢、合金、陶瓷等金属材料，或者微孔板的材料为非金属耐高温材料，微孔板中的微孔为通孔或半通孔，微孔截面形状为圆形或方形等，多个微孔呈阵列排布，微孔阵列的间距为0.001mm-1.5mm，微孔直径为0.001mm-1mm，微孔直径小于微球5直径。
在一些优选实施例中，还包括微纳结构金属薄片3，该微纳结构金属薄片3设置在所述挤压填充板2和所述保护膜4之间。
在一些优选实施例中，所述微纳结构金属薄片为铜材质或者铝材质，其表面经过处理形成微米级或纳米级的阵列结构。微纳结构金属薄片3的材料为铜、铝等，厚度为0.001mm-1mm，其表面的微纳结构通过化学蚀刻、激光加工、机械冲压等方法得到，微纳结构的直径等特征尺寸为微米级或纳米级，小于微球5直径，微纳结构的截面形状为圆形、方形、三角形等形状。
在一些优选实施例中，微球5的材料为不锈钢、模具钢、合金、陶瓷等金属或者非金属材料，形状为球形，微球5直径为0.001mm-1mm。
在一些优选实施例中，粘黏柱7由粘黏剂凝固而成，粘黏剂的材料为硅胶、树脂、胶水等粘黏性较强的物质；
本申请示例性的一种复合微纳透镜阵列成型模芯，包括模芯外壳12、固定块11、微纳结构金属薄片3以及压板10；
所述模芯外壳12的一端敞口，所述微纳结构金属薄片3盖设在所述模芯外壳12的敞口处；所述固定块11放置在所述模芯外壳12内，其一端抵接在所述模芯外壳12的底部，其另一端抵接在所述微纳结构金属薄片3上，所述压板10盖设在所述微纳结构金属薄片3上；
所述微纳结构金属薄片3上形成有多个纳米级的阵列结构，且所述微纳结构的阵列结构面形成有多个半球形的凹坑，该凹坑背向所述固定块11设置。
在一些优选实施例中，所述固定块11由固化剂填充在所述模芯外壳12内固化形成，并且形成的固定块11贴合在所述微纳结构金属薄片3的底面。进一步，所述固化剂为石膏、水泥等成型后具有刚性、耐高温的物质。用石膏做固化剂时，石膏粉和水的混合比例范围在10:2-10:7，固化时间为1min-120min，通过调节混合比例可以控制固化时间。
本申请示例性的一种微纳阵列结构的热压装置，包括热压机和上述方案所述的复合微纳透镜阵列成型模芯，该复合微纳透镜阵列成型模芯安装在所述热压机上。
本申请示例性的复合微纳透镜阵列成型加工机构的工作原理：
通过第一加热板1和第二加热板9从两个方向加压，或者第一加热板固定，第二加热板的一侧加压；并且分别加热，第一加热板1的加热的温度范围为100℃-150℃，第二加热板9的加热温度范围为15℃-150℃，保温时间2s-20s，保压压力为100N-5000N，保压后可以在线冷却也可以离线空冷。在加热和两端加压的作用下，使得挤压填充板2发生形变，并且填充到微球5的间隙之间，从而使得微纳结构金属薄片3上形成有多个半球形的凹坑。在挤压成型凹坑的过程中，微纳结构金属薄片3的纳米级的阵列结构面上，贴附有保护膜4，从而防止在挤压的时候，阵列结构发生损坏，有效保护阵列结构的完整。加工完成后，分离微纳结构金属薄片3、挤压填充板2以及保护膜4，将微纳结构金属薄片3取出，然后就可以用来装配成型复合微纳透镜阵列成型模芯。其中，设置的压力传感器8用于检测施加的压力，方便控制加载载荷参数。
本申请示例性的复合微纳透镜阵列成型模芯的装配方法：
将复合微纳透镜阵列成型加工机构加工制备的微纳结构金属薄片3，放置在模芯外壳12上，模芯外壳12内填充固化剂并填满，微纳结构金属薄片3上方被压板10压住，微纳结构金属薄片3下方被固化剂支撑，固化剂凝固后形成固定柱，从而使得微纳结构金属薄片3牢固固定在模芯外壳12上。当微纳结构金属薄片3与固定柱牢固固定后，取走压板10，从而形成复合微纳透镜阵列成型模芯。
将本申请的复合微纳透镜阵列成型模芯装配在热压机上，可用于阵列结构表面结构的加工。加工成型的产品类似苍蝇眼睛的复眼，本申请的复合微纳透镜阵列成型模芯，具有多个凹坑，从而一次可以对多个产品进行加工。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种复合微纳透镜阵列成型加工机构，其特征在于：包括第一加热板、挤压填充板、保护膜、微球、限位板以及第二加热板；
所述第一加热板、所述挤压填充板、所述保护膜、所述限位板以及所述第二加热板依次堆叠放置；
所述限位板上形成有多个限位孔，所述微球放置在该限位孔内，且所述微球的部分结构露出在所述限位孔外，其另外的部分容纳在所述限位孔内；
多个所述限位孔间隔设置，使得多个所述微球之间形成有间隔空间，所述挤压填充板具有加热形变能力，当所述第一加热板与所述第二加热板相对挤压时，使得所述挤压填充板发生形变并填充所述微球之间的间隔空间；
所述第一加热板的加热温度大于、小于或等于所述第二加热板的加热温度；
还包括粘黏柱，该粘黏柱设置在所述限位孔内，并且其一端抵接在所述微球的底部，使得所述微球的部分结构置于所述限位板外；
所述粘黏柱的顶面形状与所述微球的底面形状匹配，使得所述粘黏柱与所述微球贴合；
还包括微纳结构金属薄片，该微纳结构金属薄片设置在所述挤压填充板和所述保护膜之间；
所述微纳结构金属薄片为铜材质或者铝材质，其表面经过处理形成微米级或纳米级的阵列结构。
2.根据权利要求1所述的复合微纳透镜阵列成型加工机构，其特征在于：还包括压力传感器，该压力传感器设置在所述限位板和所述第二加热板之间；
所述粘黏柱的底面抵接在所述第二加热板上。
3.根据权利要求2所述的复合微纳透镜阵列成型加工机构，其特征在于：所述挤压填充板为聚合物板，所述保护膜为聚合物膜，所述限位板为微孔板。
4.一种复合微纳透镜阵列成型模芯，其特征在于：包括模芯外壳、固定块、微纳结构金属薄片以及压板；
通过权利要求1-3任一项所述的复合微纳透镜阵列成型加工机构加工制备得到微纳结构金属薄片；
所述模芯外壳的一端敞口，所述微纳结构金属薄片盖设在所述模芯外壳的敞口处；所述固定块放置在所述模芯外壳内，其一端抵接在所述模芯外壳的底部，其另一端抵接在所述微纳结构金属薄片上，所述压板盖设在所述微纳结构金属薄片上；
所述微纳结构金属薄片上形成有多个纳米级的阵列结构，且所述微纳结构的阵列结构面形成有多个半球形的凹坑，该凹坑背向所述固定块设置。
5.根据权利要求4所述的复合微纳透镜阵列成型模芯，其特征在于：所述固定块由固化剂填充在所述模芯外壳内固化形成，并且形成的固定块贴合在所述微纳结构金属薄片的底面。
6.一种微纳阵列结构的热压装置，其特征在于：包括热压机和权利要求4或5所述的复合微纳透镜阵列成型模芯，该复合微纳透镜阵列成型模芯安装在所述热压机上。
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