TW201420317A - 氣體輔助壓印系統及製程 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種氣體輔助壓印系統及製程，更明確的說，本發明係提供了一種利用一膜體來承載工作件以使工作件之各表面均得被均勻受壓的氣體輔助壓印系統及製程。本發明之主要技術特徵在於利用二膜體來包覆一工作件，並藉一高壓流體來使膜體變型進而對工作件施加有一壓力。藉此，本發明得對不規則形狀的工作件的表面進行均勻的施壓，解決了習知技藝存在已久的問題。

Description

氣體輔助壓印系統及製程

本發明揭露一種氣體輔助壓印系統及製程，更明確的說本發明係提供了一種利用一膜體來承載工作件，並使得工作件之各表面均得以被均勻受壓的氣體輔助壓印系統及製程。

在現存的微奈米壓印技術中，有一種名叫氣體輔助熱壓印的技術，其之原理係利用一氣體來將一表面定義有一微奈米圖案的膜體壓持於工作件的表面，其係藉由其氣體的特性來使得膜體表面得以均勻的受壓，而使得該微奈米圖案得以精確且均勻地施加於工作件之各個表面上，而不會因施力不平均而發生圖案深淺不一的情況。請參閱圖一，圖一係繪述了習知之氣體輔助軟模轉印技術的示意圖。由圖中可見，其係大致的包含有一蓋體、一載台、一工作件以及一膜體P1。蓋體以及載台係相互密合以形成有一工作腔體。

於應用該技術時，該工作件係承載於該載台上，同時該膜體係將該工作腔體隔絕為二氣密空間。接著，在不存在有該工作件之該氣密空間中，自一氣體來源P3注入一加壓氣體，以使該膜體P1對該工作件之表面進行一均勻的加壓製程。於加壓的同時，處於工作件上下方的加溫板P2，將持續地對其工作件、載台以及蓋體等元件進行加溫，以使其達到並維持於一熱壓製程所需之溫度下。除此之外，由圖中可見，工作件下方的載台係由一液壓裝置P4所支撐，其於其運作時可將載台以及該蓋體之間的膜體P1予以壓持固定，進而使得後續製程得以精確的進行。

藉由本技術，工作件僅有一方向的表面可進行受壓，而形成一相對應的表面結構。而由於工作件必須有一與其載台接觸之指定位置，故其之膜體P1將無法覆蓋工作件與載台接觸處的面積，因此該膜體P1將無法均勻地對工作件之全部面積，進行均勻的施壓以致產生壓力 不均之狀況。

因此，如何開發出一種可以在對工作件之各個表面同時進行均勻壓印，同時亦可一併支援多種工作件形狀的氣體輔助軟模轉印技術，實為所屬技術領域人仕所急欲解決的問題。

本發明的一範疇在於提供一種氣體輔助壓印系統，用於對一工作件進行加工，該氣體輔助壓印系統係包含有至少一第一工作腔以及一一第二工作腔。第一工作腔係與一第一壓力源連接，其中該第一工作腔之一側係具有一第一開口，且於該第一開口上係設置有一第一可撓性膜體，以使得該第一工作腔形成密閉空間。第二工作腔係與該第二壓力源連接，其中該第二工作腔之一側係具有一第二開口，且於該第二開口上係設置有一第二可撓性膜體，以使得該第二工作腔形成密閉空間。其中該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體係彼此相互面對地設置，以在該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體之間形成一用於容置該工作件之容置空間。

而前述的容置空間得為一氣密腔室，且其係與一第三壓力源連接。而前述的各個壓力源得提供有一正壓或一負壓。更明確的說，在應用時，第一壓力源及第二壓力源係用於提供一正壓力，而該第三壓力源係提供有一負壓力。

再者，第一可撓性膜體與第二可撓性膜體受第一壓力源及第二壓力源提供之壓力以使第一可撓性膜體與第二可撓性膜體變形且彼此貼合並分別地對工作件之相對應表面施加有一壓力。第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體因為變形而對工作件施加之壓力係小於工作件之總體平均降伏強度。

承上，應用有前述的壓印系統，本發明的另一範疇提供了一種類似的氣體輔助壓印製程，其包含有下列的步驟。各個步驟分別為：準備有一工作件；準備有一第一工作腔，其係與一第一壓力源連接，其 中該第一工作腔之一側係具有一第一開口；準備有一第二工作腔，其係與該第二壓力源連接，其中該第二工作腔之一側係具有一第二開口；準備有一第一膜體；準備有一第二膜體；將該第一膜體設置於該第一開口處以使得該第一工作腔形成密閉空間；將該第二膜體設置於該第二開口處以使得該第二工作腔形成密閉空間以使該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體係彼此相互面對地並於該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體之間形成一用於容置該工作件之容置空間；將該工作件設置於該容置空間中；以及利用該第一壓力源及該第二壓力源對該第一工作腔及該第二工作腔提供有一正壓力以使該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體變形且彼此貼合以對該工作件之相對應表面施加有一壓力以為壓印。

綜上所述，本發明與先前技術最大的相異之處在於本發明係利用一膜體來取代習知技藝中的剛性載台以使工作件之各個表面均得以被包裹進而得以均勻地受壓，改善了習知技藝無法對工作件之各個表面同時均勻施壓的缺點，解決了所屬技術領域存在已久的問題。更進一步地，本發明利用膜體來取代習知的剛性載台來承載工作件，故工作件之各個部份均得被均勻的受壓，故本發明得被應用於高精度物件的製造或加工上，例如管狀的心血管支架等產品，即為一例。

為了解決前述存在於先前技術之缺失，本發明揭露了一種氣體輔助壓印系統，其可以對一任意形狀的工作件的外表面進行均勻的施壓，更進一步地，本發明的系統更可得被應用於微奈米轉印製程，以使得工作件的表面被定義出一微奈米圖案。簡單來說，本發明的其中一主要技術特徵，在於其揭示了一種利用了一膜體來對工作件進行承載，以使工作件下方的表面亦能一併均勻地受壓的氣體輔助壓印系統及製程。

為了能更清晰的說明本發明之設計，請一併參閱圖二A及圖二B，圖二A及圖二B係分別繪述了本發明的氣體輔助壓印系統，於應 用前及應用時的一具體實施例之剖示圖。在最簡化時，本發明的主要構成得大致地包含具有至少一工作件30，一第一膜體10以及一第二膜體20。第二膜體20係置放於工作件30之下方以承載該工作件30，而第一膜體10則係設置於工作件30相對於第二膜體20方向的另一方向。在應用時，第一膜體10以及第二膜體20可藉由一流體而受力變形，以將該工作件30的各個表面包裹，藉以使其被均勻地施加有一壓力。需注意的是，本發明得同時對複數個工作件30進行加工，然而為了清晰的說明本發明之運作原理，故將對圖式進行簡化並僅以單一工作件來表示。

附帶一提的是，前述的工作件30得為一內部包含有一待加工物之模具，或者其亦可以直接為一待加工物。以圖二A的設計為例，該工作件30係為呈一柱狀的可內縮模具，其係藉由第一膜體10以及第二膜體20所施加於其表面的壓力，而使得該內縮型模具相對於其之軸心而變形，進而對其之內部的物質施加有一壓力，並對該內縮型模具內部之材料定義一圖案，更明確的說，前述的圖案得為一微、奈米等級大小的結構。再者，本發明的工作件30並不以圖二A所繪述的圓柱物為限，本發明的工作件30亦得為矩形或其他具有不規則曲面的工作件30。更進一步的說，工作件30之外表面得被定義為一外側表面31，而外側表面31又得分為一甲側31A以及一乙側31B。以圖二A之設計為例，乙側31B係自始便被承載於該第二膜體20上。

另一方面，第一膜體10或第二膜體20得為一可進行一指定程度之變形的膜體或膜片。更明確的說，本發明的第一膜體10或第二膜體20可以，但不限於，由高分子材料所製成，例如聚酯薄膜膠帶(PET Film，Polyester Film)即為一例。除此之外，第一膜體10或第二膜體20得選擇性地或同時地於其相對應於工作件30方向之表面處，預先形成有一預設圖案，並直接或間接的於工作件30之表面形成有一相對於該預設圖案的結構。然而，本發明的第一膜體10或第二膜體20並不以具有前述預設圖案為限，第一膜體10或第二膜體20亦得僅用於對工作件30之表面進行施壓。

在應用時，前述的製程係較佳地於一氣密工作腔內進行。請參閱圖三A以及圖三B，圖三A及圖三B係分別繪述了本發明的氣體輔助壓印系統，於應用前及應用時的一具體實施例之剖示圖。由圖三A可見，

本發明的氣體輔助壓印系統1係進一步包含有一氣密的工作腔40，以容置前述的第一膜體10、第二膜體20以及該工作件30。另外，工作腔40之內側係由上至下具有一上表面44，一側表面45以及一下表面46。而該工作腔40相對於該上表面44，側表面45以及下表面46處係得分別為一可拆的獨立元件，以便於對該第一膜體10、第二膜體20進行安裝及拆除等作業。更明確的說，該工作腔40得由多個部件所組合而成。另外，工作腔40可先予以分解，待其各膜體均安裝完畢後再加以組合。然而，本發明的工作腔40並不限於由多個可拆組元件所組成，按使用者之設計，本發明的工作腔40亦得以其他可行之方案來實施，本發明不以此為限。

另一方面，在應用前，第一膜體10係設置於該工作件30相對於該工作腔40的上表面44之方向處，而第二膜體20則係設置於該工作件30相對於該工作腔40的下表面46之方向處，且第一膜體10以及第二膜體20係相互水平且相隔有一距離。第一膜體10以及第二膜體20係夾持並固定於工作腔40側邊處，以使得第一膜體10以及第二膜體20於應用前係相互獨立且不直接接觸。另外，如圖三A所繪述，第一膜體10以及第二膜體20係得分別穿設於該工作腔40之內外二部，以方便其於進行量產時之連續送料之用，同時該設計亦可使第一膜體10以及第二膜體20，得以確實地夾持於其工作腔之指定位置處。

在第一膜體10、第二膜體20及工作件30被安裝完畢後，工作腔40係被該第一膜體10以及第二膜體20隔絕為三個部份，其等分別為一上腔41、中腔42以及下腔43，而上腔41、中腔42及下腔43係為相互氣密。上腔41、中腔42及下腔43係分別具有一相對應的閥門47、48、49，各個閥門係分別用以讓該上腔41、中腔42及下腔43與外部空間形成連通，同時各個閥門得分別按使用者之要求獨立地進行開啟 或密閉。而各個閥門又分別連接有一第一壓力源G1、一第二壓力源G2以及一第三壓力源G3。於本例中，第一壓力源G1、一第二壓力源係分別地透過閥門47、49分別對上腔41及下腔43供給有一甲加壓流體及50以乙加壓流體60。更明確的說，於本例中，第一壓力源G1及第二壓力源G2得分別為得以供給加壓流體的壓縮機或是氣瓶。另一方面，第三壓力源G3則係透過閥門48與中腔42連通，以對該中腔43提供一負壓。值得一提的是，本發明並不以具有該第三壓力源G3為限，於需要時，使用者得利用中腔42與外界連通以使其得以自然排氣亦可。而另一方面，該第三壓力源G3亦不以提供負壓為限，按使用者之需要，其亦得用於提供一正壓以為抵抗甲加壓流體50及乙加壓流體60之用。

而工作件30則係設置於該第二膜體20之表面上相對於該中腔42之處，以讓該第二膜體20支撐該工作件30，在工作件30置放完成後工作腔40將被關閉以呈現如圖三A所繪述的狀態。

請參閱圖三B，在工作腔40閉鎖後，使用者得分別地藉由相對該上腔41及下腔43的閥門47、49，灌入一甲加壓流體50以及一乙加壓流體60，以使得該第一膜體10以及第二膜體20分別地往該工作件30表面之方向變形，並對該工作件30施加一甲壓力F1以及一乙壓力F2。除此之外，第一膜體10及第二膜體20係分別地包裹工作件30之甲側31A以及一乙側31B，以使得工作件30的各個方向的表面均能被均勻的受壓，藉此克服了先前技術僅能對工作件30的單一表面進行施壓的缺點。另一方面，在工作件30受壓時，原先儲存在於中腔42內的流體，亦得藉由與其相對應的閥門來排出。而各加壓流體得分別來自一第一壓力源G1或第二壓力源G2，該第一壓力源G1或第二壓力源G2來源得為一壓縮機或一內存有液態流體的高壓氣瓶。而為了確認前述的加壓流體於該上腔41或下腔43內的壓力，使用者得於該閥門或其他位置處加裝一壓力錶，以顯示該上腔41或下腔43之內部壓力。同時，工作腔40之上下之處得具有一外部固持裝置，以對工作腔40給予一垂直方向的力以維持該第一膜體10以及第二膜體20等元件 相對於該工作腔之位置。除此之外，本發明亦得進一步包含有複數個加溫模組70，該加溫模組70得分別地設置於該閥門47、49處。然而該加溫模組70不以前例為限，其亦得設置於本發明之系統之任一處，以直接對工作件30、工作腔40、甲加壓流體50、一乙加壓流體60或本系統的其他任何元件進行加溫，例如將該加溫模組70設置於該工作腔40之該上腔41、中腔42或該內下腔43內，即為一例。

另外，藉由控制該上腔41及下腔43中的甲加壓流體50以及一乙加壓流體60的壓力大小，使用者得按其需求來增加或減少其施加於工作件30表面的壓力。更明確的說，當上腔41或下腔43內的流體的壓力愈高時，工作件30表面所承受的壓力則愈大。附帶一提的是，於本製程中，上腔41及下腔43中的加壓流體之壓力愈相近，其之均勻施壓效果愈佳。需知道的是，前述所提及的流體得為一空氣、氮氣、二氧化碳等氣體，而其閥門之種類、流道的設計、流體的選用、以及其壓力大小對工作件表面所造成的影響等因素，均得參考各先前技術之設計，本發明將不對其多加限制。

綜合而言，本發明之氣體輔助壓印系統係得大致的包含有一第一工作腔(相對於前述之上腔41)以及一第二工作腔(相對於前述之下腔43)，第一工作腔係與一第一壓力源G1連接，其中該第一工作腔之一側係具有一第一開口(未標示於圖)，且於該第一開口上係設置有一第一可撓性膜體(相對於前述之第一膜體10)，以使得該第一工作腔形成密閉空間。而第二工作腔則係與該第二壓力源G1連接，其中第二工作腔之一側係具有一第二開口(未標示於圖)，且於該第二開口上係設置有一第二可撓性膜體(相對於前述之第二膜體20)，以使得該第二工作腔形成密閉空間。其中第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體係彼此相互面對地設置，以在該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體之間形成一用於容置該工作件之容置空間(相對於前述之中腔42)。需注意的是，該第一壓力源G1與第二壓力源G2得為相同或為相互貫通且具有一相同壓力者。

而另一方面，前述的容置空間係為一氣密腔室，且其係與一第三 壓力源G3連接以自該第三壓力源G3提供一正壓或負壓。再者，該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體受該第一壓力源及該第二壓力源提供之壓力以使該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體變形且彼此貼合並對該工作件之相對應表面施加有一壓力，如前述之說明。更進一步地，該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體因為變形而對該工作件施加之壓力係小於該工作件之總體平均降伏強度。前述的平均降伏強度係指工件之全數材料之降伏強度之總平均值，舉例來說，當該工件係由一鋼柱及一塗於其表面之塑性材料層所組成時，其總體平均應變強度即為其各材料之體積及降伏強度值之積之總和除以工作件之總體積。

除了前述的氣體輔助壓印系統1之外，本發明亦提出了一種氣體輔助壓印製程，該製程係大致與前述的氣體輔助壓印系統1相互對應，故其相關說明係一體適用。於本例中，氣體輔助壓印製程首先需將第一膜體10以及第二膜體20固設於該工作腔40之週邊處，以使得其之中央部份懸空於該工作腔40內，接著將工作件30置放於該第二膜體20上，以使得其係位於該第一膜體10以及該第二膜體20之間。接著，關閉該工作腔40以使該第一膜體10以及該第二膜體20，可將該工作腔40劃分為一上腔41、一中腔42以及一下腔43，而上腔41、中腔42及下腔43係為相互氣密。其後，將工作腔40相對於該上腔41、中腔42以及下腔43的閥門開啟，並對上腔41及下腔43注入高壓流體，以使得該第一膜體10以及第二膜體20對工作件30變形，進而使該第一膜體10以及第二膜體20均勻地包裹於工作件30之各個表面處，藉此使得該高壓流體得以藉由相對應的第一膜體10以及第二膜體20，而對工作件30的各部份同時均勻地施以一指定大小的壓力，因而使得本發明得被應用於一微奈米壓印製程中。

更明確的說，本發明更得包含有以下的各個步驟，其包含有準備有一工作件30；準備有一第一工作腔(相對於前述之上腔41)，其係與一第一壓力源G1連接，其中該第一工作腔之一側係具有一第一開口；準備有一第二工作腔(相對於前述之下腔43)，其係與該第二壓力源連 接，其中該第二工作腔之一側係具有一第二開口；準備有一第一膜體10；準備有一第二膜體20；將該第一膜體10設置於該第一開口處以使得該第一工作腔形成密閉空間；以及將該第二膜體20設置於該第二開口處以使得該第二工作腔形成密閉空間以使該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體係彼此相互面對地並於該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體之間形成一用於容置該工作件之容置空間(相對於前述之中腔42)；將該工作件設置於該容置空間中。最後，利用該第一壓力源G1及該第二壓力源G2對該第一工作腔及該第二工作腔提供有一正壓力以使該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體變形且彼此貼合以對該工作件之相對應表面施加有一壓力以為壓印。

綜上所述，本發明與先前技術最大的相異之處，在於本發明係利用一膜體來取代習知技藝中的剛性載台，藉以使得工作件之各個表面均得以被包裹進而得以被均勻地受壓，因而改善了習知技藝無法對工作件之各個表面同時均勻施壓的缺點，並解決了所屬技術領域存在已久的問題。更進一步地，本發明利用膜體來取代習知的剛性載台來承載工作件，故工作件之各個部份均得被均勻的受壓，故本發明得可應用於高精度物件的製造或加工上，例如管狀的心血管支架等產品。

且應瞭解的是，本說明書中所提及之一數目以上或以下，係包含數目本身。本說明書揭示執行所揭示功能之某些方法、流程，並不以說明書中所記載之順序為限，除說明書有明確排除，否則各步驟、流程先後順序之安排端看使用者之要求而自由調整。再者，本說明書中的各圖式間的各元件間之比例已經過調整或省略以維持各圖面的簡潔，故此，除了說明書有明確說明外，圖面中的各個元件的相對應大小、位置以及形狀均僅供參考。再者，在不脫離本發明的發明觀念下，各個元件的大小、位置以及形狀等特徵之安排端看使用者之要求而自由變更。另外，考量本發明之各元件之性質為相互類似，故各元件間的說明、標號為相互適用。

另外，為保持說明書之簡潔，文中所提及的『壓印』或『系統』一詞係指『氣體輔助壓印』以及本發明的『氣體輔助壓印系統』。需注 意的是，本說明書中所提及之裝置、模組、器、元件等組成部份並不以實際上相互獨立之硬體為限，其亦得以個別或整合後的軟體、韌體或硬體的方式呈現。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧氣體輔助壓印系統

10‧‧‧第一膜體

20‧‧‧第二膜體

30‧‧‧工作件

31‧‧‧外側表面

31A‧‧‧甲側

31B‧‧‧乙側

40‧‧‧工作腔

41‧‧‧上腔

42‧‧‧中腔

43‧‧‧下腔

44‧‧‧上表面

45‧‧‧側表面

46‧‧‧下表面

47‧‧‧閥門

48‧‧‧閥門

49‧‧‧閥門

50‧‧‧甲加壓流體

60‧‧‧乙加壓流體

70‧‧‧加溫模組

F1‧‧‧甲壓力

F2‧‧‧乙壓力

G1‧‧‧第一壓力源

G2‧‧‧第二壓力源

G3‧‧‧第三壓力源

P1‧‧‧膜體

P2‧‧‧加溫板

P3‧‧‧氣體來源

P4‧‧‧液壓裝置

圖一係繪述了一種習知氣體輔助軟模轉印技術的示意圖。

圖二A及圖二B係分別繪述了本發明的氣體輔助壓印系統於應用前及應用時的一具體實施例之剖示圖。

圖三A及圖三B係分別繪述了本發明的氣體輔助壓印系統於應用前及應用時的一具體實施例之剖示圖。

1‧‧‧氣體輔助壓印系統

10‧‧‧第一膜體

20‧‧‧第二膜體

30‧‧‧工作件

F1‧‧‧甲壓力

F2‧‧‧乙壓力

Claims (9)

1. 一種氣體輔助壓印系統，用於對一工作件進行加工，該氣體輔助壓印系統係包含：一第一工作腔，其係與一第一壓力源連接，其中該第一工作腔之一側係具有一第一開口，且於該第一開口上係設置有一第一可撓性膜體，以使得該第一工作腔形成密閉空間；以及一第二工作腔，其係與一第二壓力源連接，其中該第二工作腔之一側係具有一第二開口，且於該第二開口上係設置有一第二可撓性膜體，以使得該第二工作腔形成密閉空間；其中該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體係彼此相互面對地設置以在該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體之間形成一用於容置該工作件之容置空間。
2. 如申請專利範圍第1項的氣體輔助壓印系統，其中該容置空間係為一氣密腔室，且其係與一第三壓力源連接。
3. 如申請專利範圍第2項的氣體輔助壓印系統，其中該第一壓力源及該第二壓力源係用於提供一正壓力，而該第三壓力源係用於提供有一負壓力。
4. 如申請專利範圍第1項的氣體輔助壓印系統，其中該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體受該第一壓力源及該第二壓力源提供之壓力以使該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體變形且彼此貼合並對該工作件之相對應表面施加有一壓力。
5. 如申請專利範圍第4項的氣體輔助壓印系統，其中該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體因為變形而對該工作件施加之壓力係分別地小於該工作件之總體平均降伏強度。
6. 一種氣體輔助壓印製程，其包含有以下步驟：準備有一工作件；準備有一第一工作腔，其係與一第一壓力源連接，其中該第一工 作腔之一側係具有一第一開口；準備有一第二工作腔，其係與該第二壓力源連接，其中該第二工作腔之一側係具有一第二開口；準備有一第一膜體；準備有一第二膜體；將該第一膜體設置於該第一開口處以使得該第一工作腔形成密閉空間；將該第二膜體設置於該第二開口處以使得該第二工作腔形成密閉空間以使該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體係彼此相互面對地於該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體之間形成一用於容置該工作件之容置空間；將該工作件設置於該容置空間中；以及利用該第一壓力源及該第二壓力源對該第一工作腔及該第二工作腔提供有一正壓力以使該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體變形且彼此貼合以對該工作件之相對應表面施加有一壓力以為壓印。
7. 如申請專利範圍第6項的氣體輔助壓印製程，其中該容置空間係為一氣密腔室，且其係與一第三壓力源連接。
8. 如申請專利範圍第7項的氣體輔助壓印製程，其中該第一壓力源及該第二壓力源係提供一正壓力，而該第三壓力源係提供有一負壓力。
9. 如申請專利範圍第6項的氣體輔助壓印製程，其中該第一可撓性膜體與該第二可撓性膜體因為變形而對該工作件施加之壓力係分別地小於該工作件之總體平均降伏強度。