一種雙振動超聲微納壓印成形裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微納米壓印成形技術(shù)，尤其涉及一種雙振動超聲微納壓印成形裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物微納壓印成形技術(shù)由S.Y.Chou于1995年提出，具有低成本，高效率和高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，適用于聚合物微納結(jié)構(gòu)的加工成形。該技術(shù)的實(shí)質(zhì)是液態(tài)聚合物填充模具腔體以及聚合物冷卻固化脫模的過程。目前三種典型的微納米壓印成形技術(shù)包括:熱壓印成形技術(shù)，紫外固化壓印成形技術(shù)和微接觸壓印成形技術(shù)。其工藝過程主要包括:(I)模具的制作，通常采用光學(xué)刻蝕技術(shù)制作具有微米級尺寸特征的模具印章，采用加工精度更高的電子束、離子束刻蝕技術(shù)制作具有納米級尺寸特征的模具印章。(2)施壓填充，將模具置于加熱到溫度高于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的聚合物基片上并施加壓力，使聚合物充分填充模具空腔。(3)冷卻脫模，待聚合物溫度下降到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度以下時，聚合物開始固化，脫模后獲得具有微納結(jié)構(gòu)聚合物器件。
[0003]利用微納米壓印技術(shù)成形的聚合物微器件，其特征尺寸處于微納米量級，器件結(jié)構(gòu)十分脆弱。采用傳統(tǒng)的單面壓印技術(shù)，在加工第二面時，不可避免地會對已加工完成的微納米結(jié)構(gòu)造成破壞，這毫無疑問會影響微納壓印器件的成形率和加工質(zhì)量。因此，尋求一種一次成形雙面壓印的技術(shù)顯得尤為重要。
[0004]采用單面壓印技術(shù)，聚合物微器件在脫模時，器件比模具的熱膨脹率系數(shù)大得多，聚合物微器件在冷卻后會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，因此脫模會嚴(yán)重影響微納結(jié)構(gòu)的成形質(zhì)量。所以要解決這一問題，就要盡量減小脫模時聚合物的熱膨脹系數(shù)，使其與模具的收縮量相當(dāng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)一次壓印雙面成形的雙振動超聲微納壓印成形裝置。
[0006]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種雙振動超聲微納壓印成形裝置，包括同軸相對設(shè)置的下壓印模具和上壓印模具，當(dāng)所述下壓印模具和所述上壓印模具相互靠近時，分別作用于聚合物基片的上表面和下表面，在所述上壓印模具的背面設(shè)有上超聲振動發(fā)生裝置，在所述下壓印模具的背面設(shè)有下超聲振動發(fā)生裝置，所述聚合物基片固定在水平設(shè)置的基片支撐板上。
[0007]在所述聚合物基片的上表面上設(shè)有基片擋塊，所述基片擋塊與所述基片支撐板固定連接。
[0008]所述基片支撐板設(shè)有與其滑動連接的豎向?qū)е?，所述豎向?qū)е潭ㄔ跈C(jī)架的底座上，在所述機(jī)架的底座和所述基片支撐板之間設(shè)有復(fù)位彈簧。
[0009]所述下超聲振動發(fā)生裝置安裝在所述機(jī)架的底座上，所述上超聲振動發(fā)生裝置安裝在水平設(shè)置的工作臺上，所述工作臺設(shè)有上下移動驅(qū)動裝置。
[0010]所述上下移動驅(qū)動裝置包括豎向設(shè)置的滾珠絲杠，所述滾珠絲杠由電動機(jī)驅(qū)動，所述電動機(jī)和所述滾珠絲杠安裝在機(jī)架上，所述滾珠絲杠的螺母與所述工作臺固接。
[0011]所述上超聲振動發(fā)生裝置包括相互連接的上放大器和上超聲波發(fā)生器，所述上超聲波發(fā)生器安裝在所述工作臺上，所述上放大器通過上工具頭與所述上壓印模具連接；所述下超聲振動發(fā)生裝置包括相互連接的下放大器和下超聲波發(fā)生器，所述下超聲波發(fā)生器安裝在所述機(jī)架的底座上，所述下放大器通過下工具頭與所述下壓印模具連接。
[0012]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0013]—)由于采用了上下超聲雙振動的結(jié)構(gòu)，使聚合物上下兩個成形界面吸收超聲波能量一致，實(shí)現(xiàn)界面熱量均衡，使得聚合物微器件的壓印質(zhì)量得到改善和提高。
[0014]二 )聚合物基片擋塊將基片固定，防止其震顫和冷卻脫模時產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，提高了聚合物微器件的成形和脫模質(zhì)量。
[0015]三)脫模時，工作臺向上運(yùn)動使得上壓印模具與上表面自動脫模，下表面與下壓印模具在復(fù)位彈簧的作用下也實(shí)現(xiàn)自動脫模。復(fù)位彈簧的引入既提高了脫模效率，也間接提高了壓印生產(chǎn)效率。
[0016]綜上所述，本發(fā)明能夠一次壓印雙面成形，避免冷卻脫模過程中熱應(yīng)力的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)上下模具自動脫模，實(shí)現(xiàn)聚合物微納結(jié)構(gòu)的高效率，高質(zhì)量，高度自動化壓印成形。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明上下壓印模具壓緊聚合物基片的局部示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明應(yīng)用時，超聲振動停止后，聚合物基片微結(jié)構(gòu)成形的局部示意圖；
[0020]圖4為采用本發(fā)明壓印成形的聚合物器件示意圖。
[0021]圖中:1-電動機(jī)，2-聯(lián)軸器，3-滾珠絲杠，4-筋板，5-工作臺，6_上超聲波發(fā)生器，7-上放大器，8-上工具頭，9-上壓印模具，10-聚合物基片，11-基片擋塊，12-基片支撐板，13-直線軸承，14-豎向?qū)е?5-下壓印模具，16-下工具頭，17-下放大器，18-下超聲波發(fā)生器，19-復(fù)位彈簧，20-滾珠絲杠的螺母，21-機(jī)架。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0023]請參閱圖1?圖4，一種雙振動超聲微納壓印成形裝置，包括同軸相對設(shè)置的下壓印模具15和上壓印模具9，當(dāng)所述下壓印模具15和所述上壓印模具9相互靠近時，分別作用于聚合物基片10的上表面和下表面，在所述上壓印模具9的背面設(shè)有上超聲振動發(fā)生裝置，在所述下壓印模具15的背面設(shè)有下超聲振動發(fā)生裝置，所述聚合物基片10固定在水平設(shè)置的基片支撐板12上。
[0024]本發(fā)明采用超聲波振動技術(shù)，當(dāng)在聚合物表面施加超聲振動時，聚合物基片與壓印模具接觸表面處的質(zhì)點(diǎn)會被超聲波激發(fā)而發(fā)生快速振動，并因振動產(chǎn)生摩擦，使聚合物基片與壓印模具接觸表面處的溫度迅速升高從而實(shí)現(xiàn)聚合物的熔融。在雙面壓印過程中采用上下雙振動超聲壓印，可以實(shí)現(xiàn)上下界面熱量的均衡，避免超聲波在傳遞過程中因遇到障礙物發(fā)生能量衰減，進(jìn)而避免聚合物基片上下表面產(chǎn)生溫度差異。
[0025]在本實(shí)施例中，在所述聚合物基片10的上表面上設(shè)有基片擋塊11，所述基片擋塊11與所述基片支撐板12固定連接。所述基片支撐板12設(shè)有與其滑動連接的豎向?qū)е?4，所述豎向?qū)е?4固定在機(jī)架21的底座上，在所述機(jī)架21的底座和所述基片支撐板12之間設(shè)有復(fù)位彈簧19。所述下超聲振動發(fā)生裝置安裝在所述機(jī)架21的底座上，所述上超聲振動發(fā)生裝置安裝在水平設(shè)置的工作臺5上，所述工作臺5設(shè)有上下移動驅(qū)動裝置。所述