CN112936670A - 喇叭状可控粘附结构及其的使用方法、制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喇叭状可控粘附结构及其的使用方法、制备方法，其中，喇叭状可控粘附结构具有弹性且整体结构尺寸为亚毫米到厘米尺度，包括柱体支撑部和喇叭状粘附部；喇叭状粘附部的外形呈圆台形，喇叭状粘附部具有相对的连接端和末端，喇叭状粘附部的连接端与柱体支撑部的一端端部固定，喇叭状粘附部的末端端面为内凹球面。本发明的喇叭状可控粘附结构能够方便快速地对亚毫米到厘米尺度的不同形状的三维物体进行抓取、转移或释放，结构简单、可重复使用、操作控制方便且适用范围大。
Description
技术领域
本发明涉及仿生设计与制造技术领域，尤其是涉及一种喇叭状可控粘附结构及其的使用方法、制备方法。
背景技术
对于亚毫米尺度和毫米尺度三维物体的抓取技术在科学研究、电子转印、精密装配、微机电系统等领域具有重大的应用前景。传统的基于机械夹持的抓取方案(如镊子等)需要针对不同特征的物体进行专门的设计和定制。例如，普通的尖头镊子难以夹持球体，需要在镊子末端设计专门的环形结构，并且环形结构的镊子无法夹持直径小于环形的球体。此外，对于平放在基底表面上的薄片状脆性物体(如硅片等)来说，由于没有特殊的可夹持特征，使用镊子等工具难以将其从基底表面夹持住。基于负压吸附的抓取方案由于需要通过按键调控负压，一般体积较大操作复杂，且由于尺寸较大和密封失效等原因难以抓取毫米级直径的三维物体。目前，对于毫米尺度的不同形状和尺寸的三维物体进行通用性可控抓取操作的技术方案仍然面临挑战。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种喇叭状可控粘附结构，能够方便快速地对亚毫米到厘米尺度的不同形状的三维物体进行抓取、转移或释放，结构简单、可重复使用、操作控制方便且适用范围大。
根据本发明第一方面实施例的喇叭状可控粘附结构，所述喇叭状可控粘附结构具有弹性且整体结构尺寸为亚毫米到厘米尺度，包括：
柱体支撑部；
喇叭状粘附部，所述喇叭状粘附部的外形呈圆台形，所述喇叭状粘附部具有相对的连接端和末端，所述喇叭状粘附部的所述连接端与所述柱体支撑部的一端端部固定，所述喇叭状粘附部的末端端面为内凹球面。
根据本发明第一方面实施例的喇叭状可控粘附结构，将喇叭状粘附部的末端端面对准目标物体的基底表面，操作柱状支撑部以向喇叭状粘附部施加预载荷，使得喇叭状粘附部的末端端面贴合并粘附在目标物体的基底表面，此时，在真空力和范德华力的共同作用下，喇叭状可控粘附结构对目标物体的粘附力大于目标物体的重力，这样，可以提起并移动喇叭状可控粘附结构至目标位置以实现对目标物体的拾取和转移，当目标物体位于目标位置时，向柱状支撑部的另一端施加横向力与弯矩使得喇叭状可控粘附结构发生屈曲，进而使得喇叭状粘附部与目标物体的基底表面的粘附界面产生剥离行为和失稳行为，从而破坏粘附界面的密封和粘附作用，减小或消除喇叭状粘附部产生的粘附力，进而可以方便地将喇叭状可控粘附结构从目标物体上脱附。此外，喇叭状可控粘附结构的结构稳定性好，可以重复多次使用。
根据本发明第一方面实施例的喇叭状可控粘附结构，能够方便快速地对亚毫米到厘米尺度的不同形状的三维物体进行抓取、转移或释放，结构简单、可重复使用、操作控制方便且适用范围大。
根据本发明第一方面的一个实施例，所述喇叭状可控粘附结构为硅胶弹性体或聚氨酯弹性体的一体成型件。
根据本发明第一方面的一个实施例，所述喇叭状可控粘附结构用于通过所述柱体支撑部安装在笔杆上。
本发明第二方面还提出了一种喇叭状可控粘附结构的使用方法。
根据本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的使用方法，所述喇叭状可控粘附结构为根据本发明第一方面实施例中任意一项所述的喇叭状可控粘附结构，所述使用方法为包括如下步骤：
将所述喇叭状可控粘附结构的所述喇叭状粘附部的末端对准目标物体的基底表面，然后施加预载荷，使得所述喇叭状粘附部接触并粘附所述基底表面；
对所述目标物体进行拾取和转移；
对所述喇叭状可控粘附结构的所述柱体支撑部的另一端施加横向力和弯矩，使得所述喇叭状粘附部的粘附界面产生剥离和失稳，从而破坏粘附界面的密封和粘附作用，使得所述喇叭状粘附部从所述基底表面脱附并释放所述目标物体。
根据本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的使用方法，通过操作喇叭状可控粘附结构能够方便快速地对对亚毫米到厘米尺度的不同形状的物体进行抓取、转移或释放，操作简单方便。
本发明第三方面还提出了一种喇叭状可控粘附结构的制备方法。
根据本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法，所述喇叭状可控粘附结构为根据本发明第一方面实施例中任意一项所述的喇叭状可控粘附结构，所述制备方法包括如下步骤：
制备出阴模模具，所述阴模模具具有蘑菇状结构孔，所述蘑菇状结构孔包括柱状孔和圆台孔，所述圆台孔位于所述柱状孔的上方，所述圆台孔的下端孔径小于所述圆台孔的上端孔径，所述圆台孔的下端与所述柱状孔的上端相连，所述圆台孔的上端朝上敞开；
制备出球体模具；
向所述阴模模具的所述蘑菇状结构孔中浇铸弹性材料，再将所述球体模具对准所述蘑菇状结构孔的上端，并对所述球体模具施加向下的压力，使得所述球体模具与所述蘑菇状结构孔的上端边缘完全接触，加热固化脱模，得到所述喇叭状可控粘附结构。
根据本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法，通过向阴模模具的蘑菇状结构孔中浇筑弹性材料，并将球体模具对准蘑菇状结构孔的上端，对球体模具施加向下的压力，使得球体模具与蘑菇状结构孔的上端边缘完全接触，以保证喇叭状粘附部的末端端面平整顺滑，保证喇叭状粘附部的末端端面可以真空吸附在目标物体的基底表面上；弹性材料在真空环境中充分脱泡后加热固化，可以排出喇叭状可控粘附结构中的气泡，保证喇叭状可控粘附结构无缩孔气眼，固化完成后进行脱模，得到喇叭状可控粘附结构。综上，本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法可以方便快速地制备喇叭状可控粘附结构，制备工艺简单。
根据本发明第三方面的一个实施例，所述阴模模具的制作步骤为：
制备出初始阳模模具，所述初始阳模模具的形状尺寸与所述蘑菇状结构孔的形状尺寸匹配，所述初始阳模模具与所述蘑菇状结构孔的上端相对应的一端；
将所述初始阳模模具与所述蘑菇状结构孔的上端相对应的一端端部表面贴放在第一容器的内底面上，然后向所述第一容器中浇铸第一硅胶材料，在真空下脱泡后加热固化，再取出所述初始阳模模具，从而得到所述阴模模具。
根据本发明第三方面进一步的实施例，所述初始阳模模具采用微纳3D打印或超精密切削的加工方法制备得到。
根据本发明第三方面的一些实施例，所述球体模具的制作步骤为：将氮化硅球体放置在第二容器中，将第二硅胶材料浇铸于所述第二容器中，在真空环境下脱泡后加热固化，再取出所述氮化硅球体，得到具有球形凹坑的中间模具；对所述中间模具进行氟化处理后，再将第三硅胶材料浇铸于所述中间模具的所述球形凹坑中，在真空环境下脱泡后加热固化，脱模后得到复刻的所述球体模具。
根据本发明第三方面进一步的实施例，所述第一硅胶材料、所述第二硅胶材料和所述第三硅胶材料均为聚二甲基硅氧烷。
根据本发明第三方面的一些实施例，所述弹性材料为硅胶或聚氨酯。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一方面实施例的喇叭状可控粘附结构的结构示意图。
图2为本发明第一方面实施例的喇叭状可控粘附结构的剖视图。
图3为本发明第一方面实施例的喇叭状可控粘附结构与笔杆的装配图。
图4为图3中A处的放大图。
图5为本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的使用方法中喇叭状可控粘附结构的喇叭状粘附部的末端对准目标物体的基底表面的状态示意图。
图6为本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的使用方法中向喇叭状可控粘附结构施加预载荷以使得喇叭状粘附部接触并粘附基底表面的状态示意图。
图7为本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的使用方法中对目标物体进行拾取和转移的状态示意图。
图8为本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的使用方法中对喇叭状可控粘附结构的柱体支撑部的另一端施加横向力和弯矩的状态示意图。
图9为本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的使用方法中喇叭状粘附部从基底表面脱附并释放目标物体的状态示意图。
图10为本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法中初始阳模模具的结构示意图。
图11为本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法中制备阴模模具的状态示意图。
图12为本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法中阴模模具的结构示意图。
图13为本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法中制备中间模具的状态示意图。
图14为本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法中制备球体模具的状态示意图。
图15为本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法中的部分球体模具的结构示意图。
图16为本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法中向阴模模具的蘑菇状结构孔浇铸弹性材料的状态示意图。
图17为本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法中球体模具与蘑菇状结构孔的上端边缘完全接触的状态示意图。
图18为本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法中喇叭状可控粘附结构的结构示意图。
附图标记：
喇叭状可控粘附结构1000
柱体支撑部1
喇叭状粘附部2内凹球面201
笔杆3
阴模模具4蘑菇状结构孔401柱状孔4011圆台孔4012
球体模具5
弹性材料6
初始阳模模具7
氮化硅球体8
中间模具9
目标物体10
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合图1至图4来描述本发明第一方面实施例的喇叭状可控粘附结构1000。
如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的喇叭状可控粘附结构1000，喇叭状可控粘附结构1000具有弹性且整体结构尺寸为亚毫米到厘米尺度，包括柱体支撑部1 和喇叭状粘附部2；喇叭状粘附部2的外形呈圆台形，喇叭状粘附部2具有相对的连接端和末端，喇叭状粘附部2的连接端与柱体支撑部1的一端端部固定，喇叭状粘附部2 的末端端面为内凹球面201。
可以理解的是，喇叭状可控粘附结构1000的整体结构尺寸为亚毫米到厘米尺度，这样，喇叭状可控粘附结构1000可以对亚毫米到厘米尺度的三维物体进行抓取操作，喇叭状粘附部2的外形呈圆台形，喇叭状粘附部2的末端端面为内凹球面201，且喇叭状可控粘附结构1000具有弹性，这样，喇叭状粘附部2的末端端面可以和不同曲率半径的目标基面直接接触并可靠地粘附在目标物体10的基底表面上，由此，喇叭状可控粘附结构1000的通用性好；柱状支撑部用于和杆状操作结构连接，通过将喇叭状粘附部2 的连接端与柱体支撑部1的一端固定，杆状操作结构可以通过柱体支撑部1方便地操作喇叭状粘附部2。
根据本发明第一方面实施例的喇叭状可控粘附结构1000，将喇叭状粘附部2的末端端面对准目标物体10的基底表面，操作柱状支撑部以向喇叭状粘附部2施加预载荷，使得喇叭状粘附部2的末端端面贴合并粘附在目标物体10的基底表面，此时，在真空力和范德华力的共同作用下，喇叭状可控粘附结构1000对目标物体10的粘附力大于目标物体10的重力，这样，可以提起并移动喇叭状可控粘附结构1000至目标位置以实现对目标物体10的拾取和转移，当目标物体10位于目标位置时，向柱状支撑部的另一端施加横向力与弯矩使得喇叭状可控粘附结构1000发生屈曲，进而使得喇叭状粘附部2 与目标物体10的基底表面的粘附界面产生剥离行为和失稳行为，从而破坏粘附界面的密封和粘附作用，减小或消除喇叭状粘附部2产生的粘附力，进而可以方便地将喇叭状可控粘附结构1000从目标物体10上脱附。此外，喇叭状可控粘附结构1000的结构稳定性好，可以重复多次使用。
根据本发明第一方面实施例的喇叭状可控粘附结构1000能够方便快速地对亚毫米到厘米尺度的不同形状的三维物体进行抓取、转移或释放，结构简单、可重复使用、操作控制方便且适用范围大。
根据本发明第一方面的一个实施例，喇叭状可控粘附结构1000为硅胶弹性体或聚氨酯弹性体的一体成型件。可以理解的是，由于硅胶弹性体和聚氨酯弹性体是常见的弹性材料6，成本低且变形效果好，这样，喇叭状可控粘附结构1000的可变形适应性好，喇叭状粘附部2的末端端面可以和多种三维物体表面贴合并对多种三维物体表面进行抓取，适应范围大。此外，喇叭状可控粘附结构1000为一体成型件，制作方便且可以保证结构整体的强度。
如图3和图4所示，根据本发明第一方面的一个实施例，喇叭状可控粘附结构1000用于通过柱体支撑部1安装在笔杆3上。可以理解的是，通过将柱体支撑部1安装在笔杆3结构的末端，操作者可以通过笔杆3操作喇叭状可控粘附结构1000实现对目标物体10的拾取、转移和释放。
本发明第二方面还提出了一种喇叭状可控粘附结构的使用方法。
如图5至图9所示，根据本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的使用方法，喇叭状可控粘附结构1000为根据本发明第一方面实施例中任意一项的喇叭状可控粘附结构1000，使用方法为包括如下步骤：
将喇叭状可控粘附结构1000的喇叭状粘附部2的末端对准目标物体10的基底表面，然后施加预载荷，使得喇叭状粘附部2接触并粘附基底表面；
对目标物体10进行拾取和转移；
对喇叭状可控粘附结构1000的柱体支撑部1的另一端施加横向力和弯矩，使得喇叭状粘附部2的粘附界面产生剥离和失稳，从而破坏粘附界面的密封和粘附作用，使得喇叭状粘附部2从基底表面脱附并释放目标物体10。
根据本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的使用方法，通过操作喇叭状可控粘附结构1000能够方便快速地对亚毫米到厘米尺度的不同形状的物体进行抓取、转移或释放，操作简单方便。
本发明第三方面还提出了一种喇叭状可控粘附结构的制备方法。
如图10至图18所示，根据本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法，喇叭状可控粘附结构1000为根据本发明第一方面实施例中任意一项的喇叭状可控粘附结构1000，制备方法包括如下步骤：
如图12所示，制备出阴模模具4，阴模模具4具有蘑菇状结构孔401，蘑菇状结构孔401包括柱状孔4011和圆台孔4012，圆台孔4012位于柱状孔4011的上方，圆台孔 4012的下端孔径小于圆台孔4012的上端孔径，圆台孔4012的下端与柱状孔4011的上端相连，圆台孔4012的上端朝上敞开；
如图15所示，制备出球体模具5；
如图16和图17所示，向阴模模具4的蘑菇状结构孔401中浇铸弹性材料6，再将球体模具5对准蘑菇状结构孔401的上端，并对球体模具5施加向下的压力，使得球体模具5与蘑菇状结构孔401的上端边缘完全接触，加热固化脱模，得到如图18所示的喇叭状可控粘附结构1000。
根据本发明第三方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法，通过向阴模模具4 的蘑菇状结构孔401中浇筑弹性材料6，并将球体模具5对准蘑菇状结构孔401的上端，对球体模具5施加向下的压力，使得球体模具5与蘑菇状结构孔401的上端边缘完全接触，以保证喇叭状粘附部2的末端端面平整顺滑，保证喇叭状粘附部2的末端端面可以真空吸附在目标物体10的基底表面上；弹性材料6在真空环境中充分脱泡后加热固化，可以排出喇叭状可控粘附结构1000中的气泡，保证喇叭状可控粘附结构1000无缩孔气眼，固化完成后进行脱模，得到喇叭状可控粘附结构1000。综上，本发明第二方面实施例的喇叭状可控粘附结构的制备方法可以方便快速地制备喇叭状可控粘附结构1000，制备工艺简单。
根据本发明第三方面的一个实施例，阴模模具4的制作步骤为：
如图10所示，制备出初始阳模模具7，初始阳模模具7的形状尺寸与蘑菇状结构孔401 的形状尺寸匹配，初始阳模模具7与蘑菇状结构孔401的上端相对应的一端；
如图11和图12所示，将初始阳模模具7与蘑菇状结构孔401的上端相对应的一端端部表面贴放在第一容器的内底面上，然后向第一容器中浇铸第一硅胶材料，在真空下脱泡后加热固化，再取出初始阳模模具7，从而得到阴模模具4。
可以理解的是，制备出亚毫米级或毫米级的初始阳模模具7，将初始阳模模具7与蘑菇状结构孔401的上端相对应的一端端部表面贴放在玻璃容器的内底面上，玻璃容器的底面平整，可以保证阴模模具4的结构完整性；向玻璃容器中浇筑第一硅胶材料，在真空环境中充分脱泡后加热固化，可以排出阴模模具4中的气泡，保证阴模模具4无缩孔气眼；将初始阳模模具7取出，以得到具有蘑菇状结构孔401的阴模模具4。
根据本发明第三方面进一步的实施例，初始阳模模具7采用微纳3D打印或超精密切削的加工方法制备得到。可以理解的是，通过微纳3D打印或超精密切削的加工方法可以制备出毫米尺度的初始阳模模具7，加工简单且成本较低。
如图13至图15所示，根据本发明第三方面的一些实施例，球体模具5的制作步骤为：将氮化硅球体8放置在第二容器中，将第二硅胶材料浇铸于第二容器中，在真空环境下脱泡后加热固化，再取出氮化硅球体8，得到具有球形凹坑的中间模具9；对中间模具9进行氟化处理后，再将第三硅胶材料浇铸于中间模具9的球形凹坑中，在真空环境下脱泡后加热固化，脱模后得到复刻的球体模具5。具体地，将洁净的氮化硅球体8 放置在玻璃容器中，玻璃容器的底面平整，可以保证中间模具9的结构完整性；向玻璃容器中浇筑第二硅胶材料，在真空环境中充分脱泡后加热固化，可以排出中间模具9中的气泡，保证中间模具9无缩孔气眼；对中间模具9进行氟化处理，可以方便将球体模具5从中间模具9中脱模，此外，也可以采用脱模剂；向中间模具9的球形凹坑中浇筑第三硅胶材料，在真空环境中充分脱泡后加热固化，可以排出球体模具5中的气泡，保证球体模具5无缩孔气眼。
需要说明的是，在实际操作过程中，为了方便操作，可以剪切下球体模具5的一部分用于与阴模模具4配合使用。
根据本发明第三方面进一步的实施例，第一硅胶材料、第二硅胶材料和第三硅胶材料均为聚二甲基硅氧烷。可以理解的是，用聚二甲基硅氧烷制作阴模模具4、中间模具 9和球体模具5，经济性好，容易脱模。
根据本发明第三方面的一些实施例，弹性材料6为硅胶或聚氨酯。可以理解的是，硅胶弹性体和聚氨酯弹性体是常见的弹性材料6，选用硅胶或聚氨酯制作喇叭状可控粘附结构1000，成本低且变形效果好。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种喇叭状可控粘附结构，其特征在于，所述喇叭状可控粘附结构具有弹性且整体结构尺寸为亚毫米到厘米尺度，包括：
柱体支撑部；
喇叭状粘附部，所述喇叭状粘附部的外形呈圆台形，所述喇叭状粘附部具有相对的连接端和末端，所述喇叭状粘附部的所述连接端与所述柱体支撑部的一端端部固定，所述喇叭状粘附部的末端端面为内凹球面。
2.根据权利要求1所述的喇叭状可控粘附结构，其特征在于，所述喇叭状可控粘附结构为硅胶弹性体或聚氨酯弹性体的一体成型件。
3.根据权利要求1所述的喇叭状可控粘附结构，其特征在于，所述喇叭状可控粘附结构用于通过所述柱体支撑部安装在笔杆上。
4.一种喇叭状可控粘附结构的使用方法，其特征在于，所述喇叭状可控粘附结构为根据权利要求1-3中任意一项所述的喇叭状可控粘附结构，所述使用方法为包括如下步骤：
将所述喇叭状可控粘附结构的所述喇叭状粘附部的末端对准目标物体的基底表面，然后施加预载荷，使得所述喇叭状粘附部接触并粘附所述基底表面；
对所述目标物体进行拾取和转移；
对所述喇叭状可控粘附结构的所述柱体支撑部的另一端施加横向力和弯矩，使得所述喇叭状粘附部的粘附界面产生剥离和失稳，从而破坏粘附界面的密封和粘附作用，使得所述喇叭状粘附部从所述基底表面脱附并释放所述目标物体。
5.一种喇叭状可控粘附结构的制备方法，其特征在于，所述喇叭状可控粘附结构为根据权利要求1-3中任意一项所述的喇叭状可控粘附结构，所述制备方法包括如下步骤：
制备出阴模模具，所述阴模模具具有蘑菇状结构孔，所述蘑菇状结构孔包括柱状孔和圆台孔，所述圆台孔位于所述柱状孔的上方，所述圆台孔的下端孔径小于所述圆台孔的上端孔径，所述圆台孔的下端与所述柱状孔的上端相连，所述圆台孔的上端朝上敞开；
制备出球体模具；
向所述阴模模具的所述蘑菇状结构孔中浇铸弹性材料，再将所述球体模具对准所述蘑菇状结构孔的上端，并对所述球体模具施加向下的压力，使得所述球体模具与所述蘑菇状结构孔的上端边缘完全接触，加热固化脱模，得到所述喇叭状可控粘附结构。
6.根据权利要求5所述的喇叭状可控粘附结构的制备方法，其特征在于，所述阴模模具的制作步骤为：
制备出初始阳模模具，所述初始阳模模具的形状尺寸与所述蘑菇状结构孔的形状尺寸匹配，所述初始阳模模具与所述蘑菇状结构孔的上端相对应的一端；
将所述初始阳模模具与所述蘑菇状结构孔的上端相对应的一端端部表面贴放在第一容器的内底面上，然后向所述第一容器中浇铸第一硅胶材料，在真空下脱泡后加热固化，再取出所述初始阳模模具，从而得到所述阴模模具。
7.根据权利要求6所述的喇叭状可控粘附结构的制备方法，其特征在于，所述初始阳模模具采用微纳3D打印或超精密切削的加工方法制备得到。
8.根据权利要求5-7中任意一项所述的喇叭状可控粘附结构的制备方法，其特征在于，所述球体模具的制作步骤为：将氮化硅球体放置在第二容器中，将第二硅胶材料浇铸于所述第二容器中，在真空环境下脱泡后加热固化，再取出所述氮化硅球体，得到具有球形凹坑的中间模具；对所述中间模具进行氟化处理后，再将第三硅胶材料浇铸于所述中间模具的所述球形凹坑中，在真空环境下脱泡后加热固化，脱模后得到复刻的所述球体模具。
9.根据权利要求8所述的喇叭状可控粘附结构的制备方法，其特征在于，所述第一硅胶材料、所述第二硅胶材料和所述第三硅胶材料均为聚二甲基硅氧烷。
10.根据权利要求5-7中任意一项所述的喇叭状可控粘附结构的制备方法，其特征在于，所述弹性材料为硅胶或聚氨酯。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008076391A2 (en) * | 2006-12-14 | 2008-06-26 | Carnegie Mellon University | Dry adhesives and methods for making dry adhesives |
| CN107634028A (zh) * | 2017-08-11 | 2018-01-26 | 北方电子研究院安徽有限公司 | 一种电子元器件的吸头装置以及吸头装置的加工方法 |
| KR101863817B1 (ko) * | 2017-01-17 | 2018-06-01 | 울산과학기술원 | 건식접착 구조물의 제조방법 |
| CN108784670A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-13 | 清华大学 | 柔性吸附装置及其制造方法 |
| CN110216706A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-09-10 | 山东科技大学 | 一种利用电场产生液桥的可控粘附装置及油水分离方法 |
| CN111319177A (zh) * | 2020-03-01 | 2020-06-23 | 西南交通大学 | 一种蘑菇状端头的仿生粘附材料及其制备方法 |
| CN111993657A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-27 | 南京艾德恒信科技有限公司 | 一种基于微通孔镍基模具的仿生黏附结构平压制造方法 |
-
2021
- 2021-01-28 CN CN202110116291.0A patent/CN112936670A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008076391A2 (en) * | 2006-12-14 | 2008-06-26 | Carnegie Mellon University | Dry adhesives and methods for making dry adhesives |
| KR101863817B1 (ko) * | 2017-01-17 | 2018-06-01 | 울산과학기술원 | 건식접착 구조물의 제조방법 |
| CN107634028A (zh) * | 2017-08-11 | 2018-01-26 | 北方电子研究院安徽有限公司 | 一种电子元器件的吸头装置以及吸头装置的加工方法 |
| CN108784670A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-13 | 清华大学 | 柔性吸附装置及其制造方法 |
| CN110216706A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-09-10 | 山东科技大学 | 一种利用电场产生液桥的可控粘附装置及油水分离方法 |
| CN111319177A (zh) * | 2020-03-01 | 2020-06-23 | 西南交通大学 | 一种蘑菇状端头的仿生粘附材料及其制备方法 |
| CN111993657A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-11-27 | 南京艾德恒信科技有限公司 | 一种基于微通孔镍基模具的仿生黏附结构平压制造方法 |
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