一种激光加热增材微纳辊压成形系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光加热增材微纳辊压成形系统，包括通过放卷辊进行放卷的基材，依次设置在机架上并供基材依次通过的第一牵引辊、张力辊、纠偏辊、辊压压印模块、表面处理器、供粉装置、辅压辊、增材辊压模块、冷却辊和第二牵引辊，以及位于表面处理器与控粉装置之间并对基材进行落粉的供粉装置和对基材进行收卷的收卷辊，通过辊压压印模块的第一激光器对基材进行加热使基材表面形成微细结构特征，在辅压辊的作用下，基材上的粉体材料渐进填充增材辊压模块的辊压间隙，经第二激光器加热融化，被辊压成形，与基材相互嵌合，再经冷却辊冷却脱模，形成微纳结构阵列。本发明专利技术采用激光非接触式加热，无需加热辊子，热作用可控性好，微纳结构精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种激光加热增材微纳辊压成形系统及方法
本专利技术涉及微纳制造装备
，尤其涉及一种激光加热增材微纳辊压成形系统及方法。
技术介绍
近年来，由于新能源与节能技术、新媒体与信息技术得到迅猛发展，具有功能性表面微细结构的聚合物薄膜器件由于材料成本低、厚度公差小、表面光洁等优势，受到业界广泛关注。薄膜器件主要包括增亮膜、扩散膜、反光膜、锚射膜及增透膜等。除了应用于液晶显示器、柔性显示器及电子纸等行业，聚合物薄膜器件的应用范围正在不断拓展，如薄膜太阳能、趋向于电路集成化和平面化发展的电子元器件等领域。尽管聚合物薄膜表面微细结构因其功能不同而不同，但其特征尺寸一般都在微纳米尺度，表面微细结构的加工精度直接影响光学膜性能和工作效率，因此，高效高精度的工艺方法成为薄膜表面微结构制造加工的关键。目前，这种功能性表面微细结构的制备，主要有两类方法，一类是光刻工艺，一类是压印工艺。光刻工艺主要是通过各种高能粒子束的物理轰击或化学刻蚀在基底材料或光刻胶上加工出所需的微纳结构阵列，如电子束光刻工艺、原子束光刻工艺、激光干涉光刻、胶体光刻工艺等，光刻工艺加工微纳结构可以获得较高的结构精度，但也存在很多不足之处，如加工周期长、成本高、不能大面积加工和连续加工、设备操作和维护要求高等，无法满足微纳结构批量化、大面积制备需求，制约了其应用范围。压印工艺主要有热压印、紫外固化压印等。热压印工艺是在高温高压条件下将固态的聚合物薄膜材料加热到熔融态并压进模腔，加工速度不能太快，脱模阶段材料的回弹导致材料充型率较低，存在工艺要求较高、加工效率较低等不足。紫外固化压印是在常温常压条件下将液态的树脂材料挤压进模腔并通过紫外光照固化获得微纳结构阵列，液态材料具有非常好的流动性，因此该工艺具有加工效率高、成形精度高等特点，但是液态树脂材料的制备需要大量的配方溶剂，在紫外固化压印过程中，溶剂的挥发会造成环境污染。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于设计一种激光加热增材微纳辊压成形系统及方法，可实现大面积功能性表面微细结构的高效高精度低成本连续制造，减少反弹、提高材料充型率、节能环保。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种激光加热增材微纳辊压成形系统，包括通过放卷辊进行放卷的基材，依次设置在机架上并供基材依次通过的第一牵引辊、张力辊、纠偏辊、辊压压印模块、表面处理器、供粉装置、辅压辊、增材辊压模块、冷却辊和第二牵引辊，以及位于表面处理器与控粉装置之间并对基材进行落粉的供粉装置和对基材进行收卷的收卷辊，所述放卷辊、供粉装置和收卷辊均设置在机架上；所述辊压压印模块包括上下设置并保持有辊压间隙的第一模具辊和第一支撑辊，所述第一支撑辊和/或第一模具辊由透光材质制成，所述第一支撑辊的正下方和/或第一模具辊的正上方设置有第一激光器，所述第一支撑辊和第一模具辊之间的基材通过第一激光器来获得加热，所述第一激光器与基材所在的水平面垂直，所述第一模具辊用于对基材的表面进行压印出微细结构特征；所述增材辊压模块包括上下设置并保持有辊压间隙的第二模具辊和第二支撑辊，所述第二模具辊和/或第二支撑辊由透光材质制成，所述第二模具辊的正上方和/或第二支撑辊正下方设置有第二激光器，所述第二模具辊和第二支撑辊之间的基材通过第二激光器来获得加热，第二激光器与基材所在的水平面垂直，基材在所述第二模具辊表面微纳结构模腔的约束下，形成表面微纳结构。作为本专利技术的进一步改进，所述第一激光器和第二激光器均采用连续式或脉冲式大功率激光。作为本专利技术的进一步改进，所述控粉装置包括自上而下设置的控粉上辊和控粉下辊，控粉上辊和控粉下辊间构成辊压间隙。作为本专利技术的进一步改进，所述表面处理器是静电处理器、电晕处理器或等离子处理器。作为本专利技术的进一步改进，所述基材是光学材料薄膜，所述供粉装置提供的粉体材料是光学材料粉末，光学材料粉末的熔点高于基材的熔点。本专利技术还提供一种增材微纳辊压成形系统进行微纳辊压加工的方法：包括下列步骤，步骤一、放卷阶段；将成卷的基材放置于放卷辊上，通过第一牵引辊进行牵引放卷，通过张力辊调节张紧程度，通过纠偏辊纠正跑偏；步骤二、激光加热微细辊压压印阶段；基材进入辊压压印模块的辊压间隙，经第一激光器加热，并通过辊压压印模块中的第一模具辊和第一支撑辊对基材进行加热辊压压印，在基材表面形成微细结构特征；步骤三、表面预处理阶段；基材进入表面处理模块，通过表面处理器，对基材表面进行处理；步骤四、铺粉填充阶段；基材经过供粉装置下方，供粉装置进行落粉，经控粉装置控制基材上所落粉体材料数量后，进入辅压辊和第二模具辊间构成的辊压间隙，在辅压辊的作用下，基材上的粉体材料渐进填充第二模具辊上的微纳结构模腔；步骤五、激光加热增材微纳辊压成形阶段；填充在第二模具辊上微纳结构模腔内的粉体材料随基材进入增材辊压模块的辊压间隙，经第二激光器加热融化，使熔融态的粉体材料与基材镶嵌结合，并在第二模具辊表面微纳结构模腔的约束下，形成表面微纳结构；步骤六、冷却脱模阶段；经增材辊压模块辊压成形后的材料，进入第二模具辊和冷却辊间构成的辊压间隙，并包覆于冷却辊上，进行保形冷却脱模；步骤七、收卷阶段；经冷却后的基材经过第二牵引辊后在收卷辊进行卷取。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：（1）本专利技术采用激光非接触式加热，无需加热模具或辊子，热量集中，热作用可控性好，加热速度快，加热效率高，加热无环境污染，节能降耗。（2）本专利技术采用增材成形，材料变形小，脱模后回弹小，充型率高，微纳结构精度高。（3）本专利技术采用粉体充型，流动性好，工艺连续，辊压力较小，易于实现大面积加工，加工过程不使用有机溶剂，节能环保。（4）本专利技术在增材微纳辊压成形阶段之前通过设置辊压压印模块，使材料界面间采用镶嵌结合，界面结合更牢固可靠。（5）本专利技术系统设计合理，工艺简单，模块化设计，具有更高的柔性，能实现大面积低成本高效高质大批量工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1结构示意图；图2为本专利技术实施例2结构示意图；图3为本专利技术实施例3结构示意图；图4为本专利技术实施例4中第一种结构示意图；图5为本专利技术实施例4中第二种结构示意图；图6为本专利技术实施例4中第三种结构示意图；图7为本专利技术中辊压压印模块结构示意图；图8为本专利技术中增材辊压模块结构示意图。附图中：1-放卷辊，2-基材，3-第一牵引辊，4-张力辊，5-纠偏辊，6-第一支撑辊，7-第一模具辊，8-第一激光器，9-表面处理器，10-供粉装置，11-控粉装置，12-辅压辊，13-第二激光器，14-第二模具辊，15-冷却辊，16-第二牵引辊，17-收卷辊，18-第二支撑辊，19-粉体材料。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光加热增材微纳辊压成形系统，其特征在于：包括通过放卷辊（1）进行放卷的基材（2），依次设置在机架上并供基材（2）依次通过的第一牵引辊（3）、张力辊（4）、纠偏辊（5）、辊压压印模块、表面处理器（9）、控粉装置（11）、辅压辊（12）、增材辊压模块、冷却辊（15）和第二牵引辊（16），以及位于表面处理器（9）与控粉装置（11）之间并对基材（2）进行落粉的供粉装置（10）和对基材（2）进行收卷的收卷辊（17），所述放卷辊（1）、供粉装置（10）和收卷辊（17）均设置在机架上；/n所述辊压压印模块包括上下设置并保持有辊压间隙的第一模具辊（7）和第一支撑辊（6），所述第一支撑辊（6）和/或第一模具辊（7）由透光材质制成，所述第一支撑辊（6）的正下方和/或第一模具辊（7）的正上方设置有第一激光器（8），所述第一支撑辊（6）和第一模具辊（7）之间的基材（2）通过第一激光器（8）来获得加热，所述第一激光器（8）所发射的激光与基材（2）所在的水平面垂直，所述第一模具辊（7）用于对基材（2）的表面进行压印出微细结构特征；/n所述增材辊压模块包括上下设置并保持有辊压间隙的第二模具辊（14）和第二支撑辊（18），所述第二模具辊（14）和/或第二支撑辊（18）由透光材质制成，所述第二模具辊（14）和第二支撑辊（18）之间的基材（2）通过第二激光器（13）来获得加热，所述第二模具辊（14）的正上方和/或第二支撑辊（18）正下方设置有第二激光器（13），第二激光器（13）所发射的激光与基材（2）所在的水平面垂直，基材（2）在所述第二模具辊（14）表面微纳结构模腔的约束下，形成表面微纳结构。/n...

【技术特征摘要】
1.一种激光加热增材微纳辊压成形系统，其特征在于：包括通过放卷辊（1）进行放卷的基材（2），依次设置在机架上并供基材（2）依次通过的第一牵引辊（3）、张力辊（4）、纠偏辊（5）、辊压压印模块、表面处理器（9）、控粉装置（11）、辅压辊（12）、增材辊压模块、冷却辊（15）和第二牵引辊（16），以及位于表面处理器（9）与控粉装置（11）之间并对基材（2）进行落粉的供粉装置（10）和对基材（2）进行收卷的收卷辊（17），所述放卷辊（1）、供粉装置（10）和收卷辊（17）均设置在机架上；
所述辊压压印模块包括上下设置并保持有辊压间隙的第一模具辊（7）和第一支撑辊（6），所述第一支撑辊（6）和/或第一模具辊（7）由透光材质制成，所述第一支撑辊（6）的正下方和/或第一模具辊（7）的正上方设置有第一激光器（8），所述第一支撑辊（6）和第一模具辊（7）之间的基材（2）通过第一激光器（8）来获得加热，所述第一激光器（8）所发射的激光与基材（2）所在的水平面垂直，所述第一模具辊（7）用于对基材（2）的表面进行压印出微细结构特征；
所述增材辊压模块包括上下设置并保持有辊压间隙的第二模具辊（14）和第二支撑辊（18），所述第二模具辊（14）和/或第二支撑辊（18）由透光材质制成，所述第二模具辊（14）和第二支撑辊（18）之间的基材（2）通过第二激光器（13）来获得加热，所述第二模具辊（14）的正上方和/或第二支撑辊（18）正下方设置有第二激光器（13），第二激光器（13）所发射的激光与基材（2）所在的水平面垂直，基材（2）在所述第二模具辊（14）表面微纳结构模腔的约束下，形成表面微纳结构。


2.根据权利要求1所述的一种激光加热增材微纳辊压成形系统，其特征在于：所述第一激光器（8）和第二激光器（13）均采用连续式或脉冲式大功率激光。


3.根据权利要求1所述的一种激光加热增材微纳辊压成形系统，其特征在于：所述控粉装置（11）包括自上而下设置的控粉上辊和控粉下辊，控粉上辊和控粉下辊间构成辊压间隙。


4.根据权利要求1所述的一种激光加热增材微纳辊压成形系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：高照阳，
申请(专利权)人：南京工业职业技术大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32