The invention discloses a three-dimensional micro structure rapid forming method and device assisted by an ultrasonic energy field. Device includes a surface acoustic wave transducer, light prepolymer, UV curing light and electric Z axis sliding surface acoustic wave transducer array light distribution along the circumference, the prepolymer in the transducer working area, UV curing light to illuminate the light below the transducer is located in prepolymer, Z axis in the electric slide on top of the adherent monolayer micro structure surface acoustic wave transducer; excite different ultrasonic field light prepolymers produce periodic surface morphology, UV curing light light curing prepolymer, obtained the monolayer with periodic microstructure morphology, the Z axis through the electric slide uplift movement adhesion of multiple single-layer micro structure, the realization of three-dimensional micro structure forming. The invention can rapidly produce three-dimensional micro structure without mask plates and moulds, and has low requirement for equipment, and has the characteristics of simple operation, low cost and high efficiency.
【技术实现步骤摘要】
具有超声能场辅助的三维微结构快速成形方法及装置
本专利技术涉及快速成形技术,尤其涉及一种具有超声能场辅助的三维微结构快速成形方法及装置。
随着科学研究对材料要求的日益提高,有复杂空间形貌的三维微结构具有非常广泛的研究空间与应用价值。由于其密度低、力学性能好及结构特殊等优势,采用高分子材料制造的三维微结构在许多方面可以替代常规金属。例如,选用陶瓷和高分子聚合物作为人体骨骼仿生材料,可以制造出类似骨松质和骨密质的空间微孔,在部分场合来替代常规的钛合金骨骼。将三维多孔材料作为载体进行催化剂涂覆,能有效增加反应面积,因而大大提高反应速率。此外,采用生物功能材料制作的三维微结构可以模拟细胞生长的天然环境,因此在器官芯片、药物筛选和细胞疗法等研究方面具有重要作用。广泛采用的制造微结构的方法有光刻、微压印和三维打印等。由于制造精度高和工艺成熟,光刻在微机电系统(MEMS)领域有不可替代的作用。微压印,也是基于光刻技术发展而来。光刻和微压印的绝对优势是制造精度高,但是受制造原理的制约,这两种方法只适合制造二维微结构。3D打印可用于制造三维微结构,并且在生物医学和能源领域已有了广泛的应用。3D打印是一种层叠制造,因此微米尺度的阶梯效应是无法避免的。此外,上述三种方法对机器设备和制造环境条件的要求很高,因而增加了制造成本。另外一点,上述方法都需要使用物理模具,比如掩膜版,尤其是光刻,所以在制造每一种微结构之前,都需要制作对应的掩膜版,因而制造周期较长,方法和设备的灵活性也因此受到制约。对于3D打印,弱化阶梯效应的有效途径就是减小层厚,而带来负面影响就是更高设备要求和 ...
【技术保护点】
一种具有超声能场辅助的三维微结构快速成形方法,其特征在于方法包括以下各步骤:1)在光学隔振平台上放置至少三对声表面波换能器,至少三对声表面波换能器在圆周方向呈等间隔阵列布置,圆周的中心作为声表面波换能器的工作区域,声表面波换能器朝向圆周的中心发射超声波以产生超声能场;2)将光预聚物均匀涂覆在声表面波换能器的工作区域,将驱动装置与声表面波换能器相连,调节驱动装置的输出参数使声表面波换能器在工作区域激发稳定的超声能场,光预聚物的上表面在超声能场作用下产生稳定分布的周期性形貌;3)采用紫外固化灯照射光预聚物,获得具有周期性形貌的单层微结构;4)位于工作区域上方的电动Z轴滑台下降,将步骤3)获得的单层微结构上表面粘附到电动Z轴滑台上的粘板底面,再上升使得单层微结构和工作区域分离,从而制造获得具有周期性形貌的单层微结构;5)重复上述步骤3)和4)实现多层周期性形貌的单层微结构的连续制造,从而实现三维微结构快速成形。
【技术特征摘要】
1.一种具有超声能场辅助的三维微结构快速成形方法,其特征在于方法包括以下各步骤:1)在光学隔振平台上放置至少三对声表面波换能器,至少三对声表面波换能器在圆周方向呈等间隔阵列布置,圆周的中心作为声表面波换能器的工作区域,声表面波换能器朝向圆周的中心发射超声波以产生超声能场;2)将光预聚物均匀涂覆在声表面波换能器的工作区域,将驱动装置与声表面波换能器相连,调节驱动装置的输出参数使声表面波换能器在工作区域激发稳定的超声能场,光预聚物的上表面在超声能场作用下产生稳定分布的周期性形貌;3)采用紫外固化灯照射光预聚物,获得具有周期性形貌的单层微结构;4)位于工作区域上方的电动Z轴滑台下降,将步骤3)获得的单层微结构上表面粘附到电动Z轴滑台上的粘板底面,再上升使得单层微结构和工作区域分离,从而制造获得具有周期性形貌的单层微结构;5)重复上述步骤3)和4)实现多层周期性形貌的单层微结构的连续制造,从而实现三维微结构快速成形。2.根据权利要求1所述的一种具有超声能场辅助的三维微结构快速成形方法,其特征在于:所述步骤2)中,通过调节驱动装置的输出频率、振幅和相位以及每对声表面波换能器的工作状态进而参数化调节声表面波换能器激发产生的超声能场,改变光预聚物上表面形成的周期性形貌,具体从以下四个方面进行调整:通过调整输出频率调节超声能场的周期性,进而改变周期性形貌中的重复结构的分布周期;通过调整输出电压调节超声能场的强度,进而改变周期性形貌的高度;通过调整相位调节超声能场的相位,进而改变周期性形貌整体在工作区域的成形位置;通过独立控制每对声表面波换能器的工作状态,调节超声能场的多维叠加以及工作区域中区域的选择性激发,进而调整周期性形貌的形貌分布规律和形貌成形区域。3.根据权利要求1所述的一种具有超声能场辅助的三维微结构快速成形方法,其特征在于:所述单层微结构能够成形的周期性形貌的种类根据声表面波换能器的超声...
【专利技术属性】
技术研发人员:汪延成,薛岱,梅德庆,邓兆兴,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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