[發明專利]一種光化學微壓印成型方法及設備

在審

• 申請號: 201711333598.6
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN107914385A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 賀建蕓;趙長松;李嘉維;謝鵬程;羅錫丹;劉振文;張景慧;佟金戈;楊衛民
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B29C59/02
• 分類號: B29C59/02;B29C64/106;B29C69/02
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技術領域

本發明涉及微結構加工成型領域，尤其涉及一種光化學微壓印成型方法及設備。

背景技術

微壓印成型是一種在基片材料上形成微結構圖案的壓印成型方法，與傳統的光學光刻相比具有分辨率高的優點，與電子束光刻相比則具有成本低，適合大批量生產的優點。因此微壓印成型技術一誕生就以其高分辨率，高產率，低成本等的突出優勢，在微加工領域凸顯出強大的競爭力和廣闊的應用前景。但是，隨著微結構制品在生物、化學、光學及機電等領域中的應用越來越廣泛，產品需求量急劇增加，廠商對制品精度的要求也越來越高，現有的微壓印成型技術也越來越難滿足于現在的需求。

目前微結構制品大多是采用聚合物熱壓印方法成型，熱壓印技術的基本原理是：首先將聚合物基片加熱到玻璃化溫度以上，然后在一定壓力的作用下，將壓印模具壓在聚合物基片上，使高溫熔融態的聚合物填充到模具上的微結構中，冷卻定型后脫模，達到微結構復制轉移的目的。但是聚合物熱壓印存在以下幾個缺陷：成型條件高，壓印需要在高溫的條件下實施，而且即使在高溫的條件下，仍然可能出現模具上的微結構不能完全被聚合物填充的現象；生產效率低，每個工序都有一定時間且各不相同的周期，尤其是聚合物熔融和冷卻的過程所需時間較長；制品易缺陷，經過加熱冷卻成型的制品易發生翹曲變形，對微結構精度產生很大影響；存在一定的原材料浪費，熱壓印加工工藝中，由于模具成型腔的限制，使得片材尺寸與聚合物用量要超出圖案本身的成型需求，每片產品都存在浪費。因此，聚合物熱壓印的廣泛應用受到了很大限制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光化學微壓印成型方法及設備，與當前熱壓印工藝相比，本發明具有制品精度高，成型速度快，能量消耗低等優勢。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

根據本發明，一種光化學微壓印成型方法包括以下步驟：該方法結合3D點膠機均勻點膠技術，采用光化學固化輥壓印技術，實現功能性微結構由輥壓模具向成型基材的圖形化轉移。首先是光固化樹脂的均勻涂覆，通過3D點膠機將光固化樹脂均勻的點涂在透明基材上，再將成型基材附蓋在點涂好的光固化樹脂之上，透明基材和成型基材之間便形成一層均勻的光固化樹脂，保證成型制品的高精度；然后是對光固化樹脂進行壓印固化，打開紫外光源，啟動壓印裝置，使棍子模具和成型基材接觸，并在成型基材表面施加一定的輥壓印力，帶有特定功能性微結構的輥子對成型基材進行壓印，同時紫外光進行照射，控制壓印棍子的速度，使光固化樹脂充分壓印固化成型；壓印固化完成后，取出制品，樹脂固化成型層附著在成型基材上，透明基材無保留，完成棍子模具表面特定功能微結構的轉移。該轉移過程，通過控制膠體在透明基材表面和成型基材表面的流變和粘附特性來實現。

所述光固化樹脂由基質樹脂、稀釋劑、光引發劑和填料劑組成，其厚度為10-50微米。

所述紫外光的光量度為200-15000mJ/cm2，其與模具與透明片材接觸處的距離為1-40厘米。

所述成型層的厚度為0.05-1毫米。

根據本發明，還提供了一種光化學微壓印成型設備，包括支架和透明基材，以及水平設置在支架上的3D點膠機、成型基材覆蓋裝置、輥子模具、紫外光源和輥子模具驅動裝置。

所述支架用于安放透明基材，并使得透明基材在加工時保持水平。

所述3D點膠機用于給透明基材表面點涂光固化樹脂，使光固化樹脂均勻涂覆在透明基材上，保證成型制品的高精度。

所述輥子模具表面具有特定功能微結構圖形。

所述紫外光源為UVLED或高壓汞燈。

用上述方案，本發明提供了一種光化學微壓印成型方法及設備，采用本方法，在室溫、常壓的條件下，完成微結構制品的快速高精度成型，設備簡單，人工操作少；本發明本發明具有成型速度快，制品精度高，能量消耗低等優勢。

本發明的有益效果。與現有熱壓印技術相比，一種光化學微壓印成型方法及設備具有以下優勢：

（1）3D點膠機將光固化樹脂均勻點涂在透明基材上，保證壓印前物料厚度均勻，提高制品的壓印精度；

（2）光化學微壓印技術可以保證在室溫條件下完成微結構制品的成型加工，不需要高溫加熱過程，可有效地避免能量的消耗以及熱膨脹因素對制品精度的影響，同時摒棄了繁雜的加熱冷卻過程，成型效率大幅提升，同時極大地降低了能量消耗；

（3）制品成型過程是在紫外固化膠層處于液態狀態下成型，所需壓印力小，避免了成型基材的變形和應力集中，保證微結構制品的精度及其完整性。

附圖說明