CN113500811A - 一种非晶材料微成形方法以及模压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非晶材料微成形技术领域,尤其涉及一种非晶材料微成形方法以及模压装置。非晶材料微成形方法包括如下步骤:准备基座、定位件、下压板以及模压球;将基座平铺设置且在基座上开设模压腔,模压腔具有朝上设置的开口,将非晶合金经开口而放置于模压腔;将定位件设置于开口处并与基座间隙设置,于定位件上开设定位孔,定位孔间隔开设有多个;模压球由硬质材料制成,将模压球放置于定位孔且模压球的球心位于定位件的上方;使用加热结构将非晶合金加热至过冷液相区;将下压板的一侧板面朝下抵接各模压球,并在下压板上施加朝下的作用力。本发明提供的非晶材料微成形方法可以有效降低非晶合金的热压成本,具有工业大批量生产的发展潜能。
Description
技术领域
本发明属于非晶材料微成形技术领域,尤其涉及一种非晶材料微成形方法以及模压装置。
背景技术
目前,微透镜阵列是有多个小孔径(微米或纳米级)阵列光学镜片,具备传统的光学镜片的聚焦和成像等功能的同时具有小尺寸,高集成度的优点,聚合物三维微透镜阵列的精密模压成形是一种低成本、高效率、高节能、大批量的生产工艺。
为了提高微透镜阵列的形貌精度,其模具材料要求具有较高的硬度和耐磨及耐腐蚀性,容易形成纳米级的光学表面。与其他材料相比,非晶合金具有较高的强度和硬度,相对于晶态材料,更加容易形成光滑、良好的表面,且非晶合金在其过冷液相区具有几乎完美的微结构复制能力,容易在表面形成复杂的微纳结构。
虽然非晶合金在微结构成形上相对于其他材料有着巨大的优势,然而还是难以实现在工业上大批量生产,在制造非晶合金模具的工艺方法中大多都需要精密的硬质材料模板,如光刻制备的硅模板,硅模板主要有两个缺点。一方面由于硅模板和非晶合金热压成形后脱模极为困难,这其中最常见的脱模方法既是利用非晶合金较强的抗强碱能力及硅可溶于碱的特性,直接将样品放入强碱溶液中把硅模具溶解掉保留获得带有微结构的非晶合金样品,这使得原本就造价昂贵的硅模具成为了一次性的消耗品,非常不环保。另一方面,在微纳尺度下,低表面粗糙度、高光洁度的光学表面硅模板极难加工,需要消耗大量的时间和成本,不利于批量化生产。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种非晶材料微成形方法,旨在解决如何对非晶合金进行微成形,并降低成本的问题。
为实现上述目的,本申请采用的技术方案是:提供一种非晶材料微成形方法,用于模压成形非晶材料,所述非晶材料微成形方法包括如下步骤:
准备基座、呈板状设置的定位件、下压板以及模压球;
将所述基座平铺设置且在所述基座上开设模压腔,所述模压腔具有朝上设置的开口,将所述非晶材料经所述开口而放置于所述模压腔;
将所述定位件设置于所述开口处并与所述基座间隙设置,于所述定位件上开设定位孔,所述定位孔的孔径小于所述模压球的直径,且所述定位孔间隔开设有多个;
所述模压球由硬质材料制成,将所述模压球放置于所述定位孔且所述模压球的球心位于所述定位件的上方,所述模压球抵接所述非晶材料朝上设置的表面,其中,所述模压球设置有多个;
使用加热结构将所述非晶材料加热至过冷液相区;
将所述下压板的一侧板面朝下抵接各所述模压球,并在下压板上施加朝下的作用力,以将各所述模压球的部分球表面均复制至所述非晶材料。
在一个实施例中,准备导向机构,所述导向机构用于引导所述定位件朝所述基座移动。
在一个实施例中,所述导向机构包括绕所述开口间隔设置的多个导向柱,各所述导向柱的一端均连接所述导向板,所述基座对应各所述导向柱的位置均开设导向孔,各所述导向柱的另一端分别插入对应的所述导向孔。
在一个实施例中,所述导向机构还包括设置于所述导向孔内的复位弹簧,所述复位弹簧的一端连接所述导向孔的内壁,所述复位弹簧的另一端连接所述导向柱。
在一个实施例中,所述定位件包括两相对设置的定位块以及两端分别可拆地连接两所述定位块的定位板,所述定位孔开设于所述定位板。
在一个实施例中,所述定位孔于所述定位板上呈单列或多列布置,且所述定位板并列设置有多个。
在一个实施例中,所述定位块开设有滑槽,所述定位板的两端分别滑动设置于两所述滑槽,所述定位板设置有多个,且各所述定位板共面设置。
在一个实施例中,所述非晶材料微成形方法还包括将所述非晶材料冷却至预定温度,以分离所述非晶材料和所述模压球。
在一个实施例中,所述非晶材料微成形方法还包括对所述非晶材料抵接所述模压球的表面进行研磨和抛光。
本申请的另一目的还在于提供一种模压装置,其用于实现所述非晶材料微成形方法,所述模压装置包括:基座、定位件、下压板、加热结构以及模压球;所述基座平铺设置且开设有模压腔,所述模压腔具有朝上设置的开口,所述非晶材料经所述开口而设置于所述模压腔;所述定位件设置于所述开口处并与所述基座间隙设置,所述定位件上开设有定位孔,所述定位孔的孔径小于所述模压球的直径,且所述定位孔间隔开设有多个;所述模压球由硬质材料制成,所述模压球设置于所述定位孔且所述模压球的球心位于所述定位件的上方,所述模压球抵接所述非晶材料朝上设置的表面,其中,所述模压球设置有多个;所述加热结构将所述非晶材料加热至过冷液相区,所述下压板的一侧板面朝下抵接各所述模压球,并在下压板上施加朝下的作用力,以将各所述模压球的部分球表面均复制至所述非晶材料。
本申请的有益效果在于:通过基座、具有光学表面光洁度和高形状精度的模压球以及板状设置的定位件组合形成柔性模具,并在非晶合金表面上进行热压印,成形出凹坑的阵列结构,而本实施例中所使用的高精度硬质合金的模压球可以在一次热压印工艺结束后,轻易回收并多次使用,并且不同尺寸的模压球可以高效和批量生产,成本低廉,从而有效降低了非晶合金的热压成本,具有工业大批量生产的发展潜能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或示范性技术描述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申请的一些实施例,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它的附图。
图1为本申请实施例提供的基座和定位件的层叠设置的结构示意图;
图2是图1的基座、定位件和下压板的结构示意图;
图3是图2的下压板上施加外力并对非晶合金热压印成形的结构示意图;
图4是图3的模压成形后的非晶合金的结构示意图;
图5是图1的基座的结构示意图;
图6是本申请另一实施例提供的基座和定位件的层叠示意图;
图7是本申请实施例的非晶材料微成形方法的工艺流程图。
其中,图中各附图标记:
1、模压球;2、定位件;3、非晶合金;4、基座;5、下压板;7、凹坑;41、开口;42、模压腔;43、导向孔;6、导向柱;8、复位弹簧;
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本申请。
需说明的是,当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件,它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件,它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”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,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,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
请参阅图1、图2以及图7,本申请实施例提供了一种非晶材料微成形方法,用于模压成形非晶材料,非晶材料包括非晶合金3、塑料以及玻璃。本实施例中的非晶材料为非晶合金3。可选地,非晶材料微成形方法还可以用于模压相变转化点比较低的所有高聚物微透镜阵列的成形。非晶材料微成形方法包括如下步骤:
S1:准备基座4、呈板状设置的定位件2、下压板5以及模压球1;
S2:将基座4平铺设置且在基座4上开设模压腔42,模压腔42具有朝上设置的开口41,将非晶合金3经开口41而放置于模压腔42;可选地,开口41的形状为矩形,非晶合金的形状与模压腔42适配,且非晶合金3待模压的表面与开口41所确定的平面齐平设置。
S3:将定位件2设置于开口41处并与基座4间隙设置,可选地,定位件2与开口41所确定的平面沿竖直方向具有预定距离,该预定距离与非晶合金3上所要模压成形的凹坑7的最大深度相关。于定位件2上开设定位孔,定位孔的孔径小于模压球1的直径,可选地,定位孔的孔径与模压球1的直径之比小于或等于0.75。使定位孔可以支撑模压球1,避免模压球1完全通过定位孔,且定位孔间隔开设有多个,可选地,定位孔于定位件2上等间距布置,或呈预定形状布置,比如三角形、椭圆形等;
模压球1由硬质材料制成,将模压球1放置于定位孔且模压球1的球心位于定位件2的上方,模压球1抵接非晶合金3朝上设置的表面,其中,模压球1设置有多个;
S4:使用加热结构将非晶合金3加热至过冷液相区;使其处于软化且可被模压的状态;可选地,通过模压球1可在软化的非晶合金3表面模压出凹坑7,可根据预定的凹坑7的曲率半径而选取对应直径的模压球1。可选地,加热结构对非晶合金3的加热方式可以为红外辐射或热传导。
S5:将下压板5的一侧板面朝下抵接各模压球1,并在下压板5上施加朝下的作用力,以将各模压球1的部分球表面均复制至非晶合金3并保持一段时间。可选地,模压过程中,模压球1的下端抵接非晶合金3,并将模压球1的部分球面形状通过下压嵌入的方式复制到软化后的非晶合金3的平面表面,在定位件2抵接基座4时,保持一端时间,以强化非晶合金3对模压球1的球面复制。可以根据凹坑7的曲率半径选取相对应直径的球。
请参阅图5及图7,通过基座4、具有光学表面光洁度和高形状精度的模压球1以及板状设置的定位件2组合形成柔性模具,并在非晶合金3表面上进行热压印,成形出凹坑7的阵列结构,而本实施例中所使用的高精度硬质合金的模压球1可以在一次热压印工艺结束后,轻易回收并多次使用,并且不同尺寸的模压球1可以高效和批量生产,成本低廉,从而有效降低了非晶合金3的热压成本,具有工业大批量生产的发展潜能。
在一个实施例中,准备导向机构,导向机构用于引导定位件2朝基座4移动。可选地,导向机构在模压开始前,具有支撑定位件2的作用。
请参阅图1及图3,在一个实施例中,导向机构包括绕开口41间隔设置的多个导向柱6,各导向柱6的一端均连接导向板,基座4对应各导向柱6的位置均开设导向孔43,各导向柱6的另一端分别插入对应的导向孔43。可选地,通过多个导向柱6和导向孔43的配合,使模压球1在某一水平面内的行动被定位件2约束住,从而提高模压精度。在下压板5的竖直作用下均速下降,直至定位件2抵接基座4,此刻所有球体的部分球表面已被压入非晶合金3,在非晶合金3表面压出凹坑7。
请参阅图1及图3,在一个实施例中,导向机构还包括设置于导向孔43内的复位弹簧8,复位弹簧8的一端连接导向孔43的内壁,复位弹簧8的另一端连接导向柱6。可选地,在模压结束后,通过复位弹簧8朝上推动定位件2,有利于模压球1和非晶合金3的自动分离。在一个实施例中,定位件2包括两相对设置的定位块以及两端分别可拆卸地连接两定位块的定位板,定位孔开设于定位板。可选地,定位板的两端与两定位块分别可拆卸地连接,而通过开设有不同尺寸的定位孔的定位板,从而满足不同模压球1的放置需求,进而模压出不同曲率半径的凹坑7。
在一个实施例中,定位孔于定位板上呈单列或多列布置,且定位板并列设置有多个,从而满足不同的模压需求。
请参阅图4及图6,可选地,两定位块均设置有导向柱6,位于首端和末端的两定位板上也设置有导向柱6。
在一个实施例中,定位块开设有滑槽,定位板的两端分别滑动设置于两滑槽,定位板设置有多个,且各定位板共面设置。可选地,可以调节相邻两定位板之间的间距,并在滑动到位后,对定位板和定位块的相对位置进行固定,从而可以满足不同间距的模压需求。
在一个实施例中,非晶材料微成形方法还包括步骤S6:将非晶合金3冷却至预定温度,以分离非晶合金3和模压球1。通过退火冷却至室温,由于非晶合金3和硬质合金的材料不同,且具有完全不粘连的特性,从而可以很容易的分离非晶合金3和模压球1。
请参阅图1及图3,在一个实施例中,非晶材料微成形方法还包括步骤S7:对非晶合金3抵接模压球11的表面进行研磨和抛光。模压结束后,将模压球1与非晶合金3分离,得到非晶合金3微凹坑77阵列雏形,此刻凹坑7的边缘会有材料的隆起。利用平面研磨机对表面的隆起进行磨平去除,最终得到非晶合金3凹坑7阵列模具。
本发明还提出了一种模压装置,该模压装置用于实现上述非晶材料微成形方法,该模压装置的具体用途请参照上述实施例,由于本模压装置采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。
请参阅图4及图6,在一个实施例中,模压装置包括:基座4、定位件2、下压板5、加热结构以及模压球1;基座4平铺设置且开设有模压腔42,模压腔42具有朝上设置的开口41,非晶合金3经开口41而设置于模压腔42;定位件2设置于开口41处并与基座4间隔设置,定位件2上开设有定位孔,定位孔的孔径小于模压球1的直径,且定位孔间隔开设有多个;模压球1由硬质材料制成,模压球1设置于定位孔且模压球1的球心位于定位件2的上方,模压球1抵接非晶合金3朝上设置的表面,其中,模压球1设置有多个;加热结构将非晶合金3加热至过冷液相区,下压板5的一侧板面朝下抵接各模压球1,并在下压板5上施加朝下的作用力,以将各模压球1的部分球表面均复制至非晶合金3。可选地,加热结构可以为加热炉。
以上仅为本申请的可选实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种非晶材料微成形方法,用于模压成形非晶材料,其特征在于,所述非晶材料微成形方法包括如下步骤:
准备基座、呈板状设置的定位件、下压板以及模压球;
将所述基座平铺设置且在所述基座上开设模压腔,所述模压腔具有朝上设置的开口,将所述非晶材料经所述开口而放置于所述模压腔;
将所述定位件设置于所述开口处并与所述基座间隙设置,于所述定位件上开设定位孔,所述定位孔的孔径小于所述模压球的直径,且所述定位孔间隔开设有多个;
所述模压球由硬质材料制成,将所述模压球放置于所述定位孔且所述模压球的球心位于所述定位件的上方,所述模压球抵接所述非晶材料朝上设置的表面,其中,所述模压球设置有多个;
使用加热结构将所述非晶材料加热至过冷液相区;
将所述下压板的一侧板面朝下抵接各所述模压球,并在下压板上施加朝下的作用力,以将各所述模压球的部分球表面均复制至所述非晶材料。
2.如权利要求1所述的非晶材料微成形方法,其特征在于:准备导向机构,所述导向机构用于引导所述定位件朝所述基座移动。
3.如权利要求2所述的非晶材料微成形方法,其特征在于:所述导向机构包括绕所述开口间隔设置的多个导向柱,各所述导向柱的一端均连接所述导向板,所述基座对应各所述导向柱的位置均开设导向孔,各所述导向柱的另一端分别插入对应的所述导向孔。
4.如权利要求3所述的非晶材料微成形方法,其特征在于:所述导向机构还包括设置于所述导向孔内的复位弹簧,所述复位弹簧的一端连接所述导向孔的内壁,所述复位弹簧的另一端连接所述导向柱。
5.如权利要求1-4任意一项所述的非晶材料微成形方法,其特征在于:所述定位件包括两相对设置的定位块以及两端分别可拆地连接两所述定位块的定位板,所述定位孔开设于所述定位板。
6.如权利要求5所述的非晶材料微成形方法,其特征在于:所述定位孔于所述定位板上呈单列或多列布置,且所述定位板并列设置有多个。
7.如权利要求5所述的非晶材料微成形方法,其特征在于:所述定位块开设有滑槽,所述定位板的两端分别滑动设置于两所述滑槽,所述定位板设置有多个,且各所述定位板共面设置。
8.如权利要求1-4任意一项所述的非晶材料微成形方法,其特征在于:所述非晶材料微成形方法还包括将所述非晶材料冷却至预定温度,以分离所述非晶材料和所述模压球。
9.如权利要求1-4任意一项所述的非晶材料微成形方法,其特征在于:所述非晶材料微成形方法还包括对所述非晶材料抵接所述模压球的表面进行研磨和抛光。
10.一种模压装置,其用于模压非晶材料,其特征在于,所述模压装置包括:基座、定位件、下压板、加热结构以及模压球;所述基座平铺设置且开设有模压腔,所述模压腔具有朝上设置的开口,所述非晶材料经所述开口而设置于所述模压腔;所述定位件设置于所述开口处并与所述基座间隙设置,所述定位件上开设有定位孔,所述定位孔的孔径小于所述模压球的直径,且所述定位孔间隔开设有多个;所述模压球由硬质材料制成,所述模压球设置于所述定位孔且所述模压球的球心位于所述定位件的上方,所述模压球抵接所述非晶材料朝上设置的表面,其中,所述模压球设置有多个;所述加热结构将所述非晶材料加热至过冷液相区,所述下压板的一侧板面朝下抵接各所述模压球,并在下压板上施加朝下的作用力,以将各所述模压球的部分球表面均复制至所述非晶材料。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211015 |
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