CN112936838A - 振动辅助线性摩擦压印装置及方法 - Google Patents
振动辅助线性摩擦压印装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112936838A CN112936838A CN202110257759.8A CN202110257759A CN112936838A CN 112936838 A CN112936838 A CN 112936838A CN 202110257759 A CN202110257759 A CN 202110257759A CN 112936838 A CN112936838 A CN 112936838A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vibration
- micro
- linear friction
- friction
- assisted linear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 32
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 27
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 9
- 230000010076 replication Effects 0.000 claims description 9
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 8
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 8
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000009545 invasion Effects 0.000 claims description 3
- 238000004049 embossing Methods 0.000 claims 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
- B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
- B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
- B06B2201/50—Application to a particular transducer type
- B06B2201/55—Piezoelectric transducer
Abstract
本发明公开了一种振动辅助线性摩擦压印装置及方法，涉及压印技术领域。其中，振动辅助线性摩擦压印装置及方法，包括：支架，以及与所述支架连接的水平振动机构；所述水平振动机构与竖直微动机构连接；所述水平振动机构与所述竖直微动机构之间设置有第一预紧螺栓和第一压电陶瓷驱动器，所述第一预紧螺栓和所述第一压电陶瓷驱动器连接；所述竖直微动机构一侧与所述支架之间设置有第二预紧螺栓和预紧弹簧，另一侧设置有第二压电陶瓷驱动器和第三预紧螺栓。本发明，解决由于聚合物材料的不可压缩性，压出完成后会产生毛边、隆起等缺陷，且纵向振动会对基底材料内部产生破坏性影响的问题。
Description
技术领域
本发明涉及压印技术领域，尤其是一种振动辅助线性摩擦压印装置及方法。
背景技术
目前的振动辅助压印一般为纵波振动，通过局部振动使聚合物熔融实现复制，但由于聚合物材料的不可压缩性，压出完成后会产生毛边、隆起等缺陷，且纵向振动会对基底材料内部产生破坏性影响。
针对相关技术中由于聚合物材料的不可压缩性，压出完成后会产生毛边、隆起等缺陷，且纵向振动会对基底材料内部产生破坏性影响的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
发明目的：提供一种振动辅助线性摩擦压印装置及方法，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种振动辅助线性摩擦压印装置及方法，包括：支架，以及与所述支架连接的水平振动机构；所述水平振动机构与竖直微动机构连接；所述水平振动机构与所述竖直微动机构之间设置有第一预紧螺栓和第一压电陶瓷驱动器，所述第一预紧螺栓和所述第一压电陶瓷驱动器连接；所述竖直微动机构一侧与所述支架之间设置有第二预紧螺栓和预紧弹簧，另一侧设置有第二压电陶瓷驱动器和第三预紧螺栓；将所述第一压电陶瓷驱动器与第一预紧螺栓通过柔性铰链作用于所述竖直微动机构，从而提供压印过程中的压力，再通过所述第二压电陶瓷驱动器驱动所述水平振动机构实现水平方向的线性摩擦。
在进一步的实施例中，所述支架通过第一柔性铰接与所述竖直微动机构连接。能够实现良好的连接和动力传输效果。
在进一步的实施例中，所述水平振动机构通过第二柔性铰接与所述竖直微动机构连接。能够实现良好的连接和动力传输效果。
在进一步的实施例中，所述第二柔性铰接处设置有动态应变片。能够形成具有力反馈功能的微进给装置，从而实现精准的应变反馈的效果。
在进一步的实施例中，所述竖直微动机构的输出端与模具连接。能够实现良好的输出效果。
本发明还提供一种振动辅助线性摩擦压印方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对模具施加压力到临界接触状态；步骤二、模具入侵聚合物引周边起微凸起；步骤三、超声摩擦消除周边微凸起；步骤四、压印复制阶段步骤五、脱模阶段。
在进一步的实施例中，对模具施加压力到临界接触状态包括：微进给系统通过位移反馈使模具与聚合物如PMMA达到临界进出状态。
在进一步的实施例中，模具入侵聚合物引周边起微凸起包括：通过力控微进给系统对PMMA施加一定的压力，同时启动水平振动，由此在界面处发生振动辅助线性摩擦作用，使得模具微结构逐渐嵌入受热熔融的聚合物表面，同时被挤压出来的聚合物堆积在周边。
在进一步的实施例中，超声摩擦消除周边微凸起包括：线性摩擦作用持续到直至模具将挤压出来的聚合物抚平并消除，通过具有力反馈功能的微进给系统控制压印过程压力，即影响摩擦的正压力，通过压印过程的温度场和应力应变场的在线检测，完成表面摩擦和微进给的精密控制，实现表面熔融深度的有效可控。
在进一步的实施例中，压印复制阶段包括：通过力控微进给系统的压力作用，实现界面熔融区域的结构重构。
有益效果：在本申请实施例中，采用振动辅助和线性摩擦作用的方式，将所述第一压电陶瓷驱动器与第一预紧螺栓通过柔性铰链作用于所述竖直微动机构，从而提供压印过程中的压力，再通过所述第二压电陶瓷驱动器驱动所述水平振动机构实现水平方向的线性摩擦，达到了振动辅助和线性摩擦的目的，从而实现了控制模具与基底材料之间接触力的技术效果，进而解决了由于聚合物材料的不可压缩性，压出完成后会产生毛边、隆起等缺陷，且纵向振动会对基底材料内部产生破坏性影响的技术问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的流程示意图1；
图3是本发明的流程示意图2；
图4是本发明的流程示意图3；
图5是本发明的流程示意图4；
图6是本发明的流程示意图5。
附图标记为：1支架；2、水平振动机构；3、竖直微动机构；4、第一预紧螺栓；5、第一压电陶瓷驱动器；6、第二预紧螺栓；7、预紧弹簧；8、第二压电陶瓷驱动器；9、第三预紧螺栓；10、第一柔性铰接；11、第二柔性铰接；12、模具。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
如图1所示，本申请涉及一种振动辅助线性摩擦压印装置。该振动辅助线性摩擦压印装置包括：支架，以及与所述支架连接的水平振动机构；所述水平振动机构与竖直微动机构连接；支架是指固定支撑架，能够实现良好的固定和支撑效果；水平振动机构是指能够水平振动的机构，从而实现良好的水平振动效果；竖直微动机构是指能够竖直微动的机构，从而实现良好的竖直微动的效果。所述水平振动机构与所述竖直微动机构之间设置有第一预紧螺栓和第一压电陶瓷驱动器，能够实现良好的连接和驱动的效果；所述第一预紧螺栓和所述第一压电陶瓷驱动器连接；能够实现稳定的连接效果。所述竖直微动机构一侧与所述支架之间设置有第二预紧螺栓和预紧弹簧，另一侧设置有第二压电陶瓷驱动器和第三预紧螺栓；能够实现良好的预紧和驱动效果。将所述第一压电陶瓷驱动器与第一预紧螺栓通过柔性铰链作用于所述竖直微动机构，从而提供压印过程中的压力，再通过所述第二压电陶瓷驱动器驱动所述水平振动机构实现水平方向的线性摩擦。能够实现提供压印过程中的压力和水平方向的线性摩擦的效果；同时，通过第二预紧螺栓和预紧弹簧实现对第二压电陶瓷驱动器的预紧。
从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：
在本申请实施例中，采用振动辅助和线性摩擦作用的方式，将所述第一压电陶瓷驱动器与第一预紧螺栓通过柔性铰链作用于所述竖直微动机构，从而提供压印过程中的压力，再通过所述第二压电陶瓷驱动器驱动所述水平振动机构实现水平方向的线性摩擦，达到了振动辅助和线性摩擦的目的，从而实现了控制模具与基底材料之间接触力的技术效果，进而解决了由于聚合物材料的不可压缩性，压出完成后会产生毛边、隆起等缺陷，且纵向振动会对基底材料内部产生破坏性影响的技术问题。
作为本实施例中优选的，所述支架通过第一柔性铰接与所述竖直微动机构连接。能够实现良好的连接和动力传输效果。
作为本实施例中优选的，所述水平振动机构通过第二柔性铰接与所述竖直微动机构连接。能够实现良好的连接和动力传输效果。
作为本实施例中优选的，所述第二柔性铰接处设置有动态应变片。能够形成具有力反馈功能的微进给装置，从而实现精准的应变反馈的效果。
作为本实施例中优选的，所述竖直微动机构的输出端与模具连接。能够实现良好的输出效果。
本发明的装置工作流程如下：
在压印过程中，基底材料固定不动，所述装置产生水平方向的振动，通过与基底材料基础产生线性摩擦，所述装置中第二压电陶瓷驱动器控制模具与基底材料之间的接触力，
如图2-6所示，本发明还提供一种振动辅助线性摩擦压印方法，包括以下步骤：步骤一、对模具施加压力到临界接触状态；步骤二、模具入侵聚合物引周边起微凸起；步骤三、超声摩擦消除周边微凸起；步骤四、压印复制阶段步骤五、脱模阶段。
作为本实施例中优选的，对模具施加压力到临界接触状态包括：微进给系统通过位移反馈使模具与聚合物如PMMA达到临界进出状态。
作为本实施例中优选的，模具入侵聚合物引周边起微凸起包括：通过力控微进给系统对PMMA施加一定的压力，同时启动水平振动，由此在界面处发生振动辅助线性摩擦作用，使得模具微结构逐渐嵌入受热熔融的聚合物表面，同时被挤压出来的聚合物堆积在周边。
作为本实施例中优选的，超声摩擦消除周边微凸起包括：线性摩擦作用持续到直至模具将挤压出来的聚合物抚平并消除，通过具有力反馈功能的微进给系统控制压印过程压力，即影响摩擦的正压力，通过压印过程的温度场和应力应变场的在线检测，完成表面摩擦和微进给的精密控制，实现表面熔融深度的有效可控。
作为本实施例中优选的，压印复制阶段包括：通过力控微进给系统的压力作用，实现界面熔融区域的结构重构。
本发明的方法具体如下：
整个过程包括五个阶段，如图2-6所示。在准备阶段（a）中，微进给系统通过位移反馈使模具与聚合物如PMMA达到临界进出状态；进而在阶段（b）中，通过力控微进给系统对PMMA施加一定的压力，同时启动水平振动，由此在界面处发生振动辅助线性摩擦作用，机械能转化为聚合物内能，使得模具微结构逐渐嵌入受热熔融的聚合物表面，同时被挤压出来的聚合物堆积在周边；在（c）阶段，线性摩擦作用持续到直至模具将挤压出来的聚合物抚平并消除，通过具有力反馈功能的微进给系统控制压印过程压力，即影响摩擦的正压力，通过压印过程的温度场和应力应变场的在线检测，完成表面摩擦和微进给的精密控制，实现表面熔融深度的有效可控；通过压力检测获得界面聚合物的力学状态，待模具与聚合物无间隙时，进入（d）压印复制阶段，通过力控微进给系统的压力作用，实现界面熔融区域的结构重构；待保压一定时间后进入（e）脱模阶段，完成聚合物器件如微流控芯片的复制制造，由于线性摩擦作用可获得光整的表面结构。
本发明还具有如下有益效果：
1、基于横向振动摩擦压印工艺是通过模具将高频振动传递到聚合物表面，基于摩擦生热及黏弹生热机理，使得界面整体受热熔融，并在正压力作用下实现模具填充，经过固化脱模最终实现模具上微纳结构的快速复制。
2、对于面向聚合物器件的振动辅助线性摩擦压印成型工艺，是通过模具将高频振动传递到聚合物表面，基于线性摩擦生热及黏弹生热机理，使得界面整体受热熔融，并在正压力作用下实现模具填充，经过固化脱模最终实现模具上微纳结构的快速复制。
3、通过振动辅助的线性摩擦作用，使聚合物和模具表面温度升高，使得聚合物熔融，进而在压力作用下实现微纳结构的复制。可用于高密度微流控芯片，可用于多层结构，横向振动不会对内部结构产生影响。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种振动辅助线性摩擦压印装置，其特征在于，包括：支架，以及与所述支架连接的水平振动机构；所述水平振动机构与竖直微动机构连接；所述水平振动机构与所述竖直微动机构之间设置有第一预紧螺栓和第一压电陶瓷驱动器，所述第一预紧螺栓和所述第一压电陶瓷驱动器连接；所述竖直微动机构一侧与所述支架之间设置有第二预紧螺栓和预紧弹簧，另一侧设置有第二压电陶瓷驱动器和第三预紧螺栓；将所述第一压电陶瓷驱动器与第一预紧螺栓通过柔性铰链作用于所述竖直微动机构，从而提供压印过程中的压力，再通过所述第二压电陶瓷驱动器驱动所述水平振动机构实现水平方向的线性摩擦。
2.根据权利要求1所述的振动辅助线性摩擦压印装置，其特征在于，所述支架通过第一柔性铰接与所述竖直微动机构连接。
3.根据权利要求1所述的振动辅助线性摩擦压印装置，其特征在于，所述水平振动机构通过第二柔性铰接与所述竖直微动机构连接。
4.根据权利要求3所述的振动辅助线性摩擦压印装置，其特征在于，所述第二柔性铰接处设置有动态应变片。
5.根据权利要求1所述的振动辅助线性摩擦压印装置，其特征在于，所述竖直微动机构的输出端与模具连接。
6.一种振动辅助线性摩擦压印方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、对模具施加压力到临界接触状态； 步骤二、模具入侵聚合物引周边起微凸起； 步骤三、超声摩擦消除周边微凸起； 步骤四、压印复制阶段 步骤五、脱模阶段。
7.根据权利要求6所述的振动辅助线性摩擦压印方法，其特征在于，对模具施加压力到临界接触状态包括：微进给系统通过位移反馈使模具与聚合物如PMMA达到临界进出状态。
8.根据权利要求6所述的振动辅助线性摩擦压印方法，其特征在于，模具入侵聚合物引周边起微凸起包括：
通过力控微进给系统对PMMA施加一定的压力，同时启动水平振动，由此在界面处发生振动辅助线性摩擦作用，使得模具微结构逐渐嵌入受热熔融的聚合物表面，同时被挤压出来的聚合物堆积在周边。
9.根据权利要求6所述的振动辅助线性摩擦压印方法，其特征在于，超声摩擦消除周边微凸起包括：
线性摩擦作用持续到直至模具将挤压出来的聚合物抚平并消除，通过具有力反馈功能的微进给系统控制压印过程压力，即影响摩擦的正压力，通过压印过程的温度场和应力应变场的在线检测，完成表面摩擦和微进给的精密控制，实现表面熔融深度的有效可控。
10.根据权利要求6所述的振动辅助线性摩擦压印方法，其特征在于，压印复制阶段包括：
通过力控微进给系统的压力作用，实现界面熔融区域的结构重构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110257759.8A CN112936838A (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 振动辅助线性摩擦压印装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110257759.8A CN112936838A (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 振动辅助线性摩擦压印装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112936838A true CN112936838A (zh) | 2021-06-11 |
Family
ID=76228624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110257759.8A Pending CN112936838A (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 振动辅助线性摩擦压印装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112936838A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113650279A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-16 | 天津大学 | 一种聚合物超声辅助线性摩擦压印装置及方法 |
-
2021
- 2021-03-10 CN CN202110257759.8A patent/CN112936838A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113650279A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-16 | 天津大学 | 一种聚合物超声辅助线性摩擦压印装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI251531B (en) | Method and apparatus for injection compression molding using active material elements | |
| TWI510348B (zh) | 樹脂成形裝置及樹脂成形方法 | |
| JP4849901B2 (ja) | プレス成形装置 | |
| JP2007533499A (ja) | 成形システムにおいて活性材料素子を利用するための制御システム | |
| MXPA06012012A (es) | Metodo y aparato para hacer vibrar la masa fundida dentro de un molde de inyeccion usando elementos de material activo. | |
| JP2018519185A (ja) | 軽量建造物要素における固定 | |
| CN112936838A (zh) | 振动辅助线性摩擦压印装置及方法 | |
| CN102173563A (zh) | 超声波振动辅助精密模压成形的方法 | |
| CN214773983U (zh) | 振动辅助线性摩擦压印装置 | |
| JP2001266417A (ja) | 転写方法 | |
| CN112959832A (zh) | 基于音圈电机的振动辅助线性摩擦压印装置及方法 | |
| JP4177379B2 (ja) | 成形体の製造方法および装置 | |
| JPS60246231A (ja) | レンズのプレス成形方法 | |
| CN214928351U (zh) | 基于音圈电机的振动辅助线性摩擦压印装置 | |
| JP2004174596A (ja) | 粉末プレス装置および粉末プレス方法 | |
| US20060282192A1 (en) | Method And Apparatus For Surface Shaping Of Polymer Composite Components | |
| CN111361139A (zh) | 一种面向聚合物器件的超声摩擦压印方法及装置 | |
| JP5136648B2 (ja) | ウエハレンズの製造装置及び製造方法 | |
| JPH11348135A (ja) | 光造形装置 | |
| Cui et al. | Ultrasonic Molding of Polymer Micro Devices | |
| JPH03161317A (ja) | 射出圧縮成形用金型 | |
| Friese et al. | Piezoelectric microactuators in polymer-composite technology | |
| JP2003326352A (ja) | 超音波成形装置 | |
| KR102227689B1 (ko) | 압밀 기능을 가진 3d 프린터 | |
| JP4786085B2 (ja) | 微小部品の成形用装置及び微小部品の成形方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |