用于压印原材料的模制设备和方法技术

该模制设备用于由原材料制造模制制品，原材料旨在设置在模制设备的压印室(41)的第一区域中。压印室(41)包括模具(21)和相对模具(22)，模具(21、22)设置在第一区域的两个相对侧。所述模制设备还包括：第二室(5)，其具有与压印室(41)的公共壁(7)；以及加压系统，其配置为在所述压印室(41)与第二室(5)之间产生预定义的压力差，所述公共壁(7)包括至少一个压印致动器，所述压印致动器被配置成产生模具(21、22)中的至少一个的移动，以便在施加预定义的压力差时对原材料进行模制。压力差时对原材料进行模制。压力差时对原材料进行模制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于压印原材料的模制设备和方法


[0001]本专利技术涉及微型压印设备和方法的领域。更准确地说，本专利技术的领域是微热成型，例如板对板微热压印技术和设备，或者更特别地是具有压力倍增和自动调平特性的真空辅助板对板微热压印。

技术介绍

[0002]“热成型”指对加热并因此软化的热塑性聚合物薄膜或板材形式的半成品进行塑形，半成品边缘通过三维拉伸固定。“微热成型”是用于微观或微尺度热成型(或者更准确地说，是用于微产品或微结构产品的热成型)的缩写。“微结构产品”是指具有微米范围内的结构，并具有由微结构形状提供其技术功能的产品。
[0003]在这种热成型技术中，塑形主要通过使薄膜或板材成型为阴模(负成型)或在阳模上成型(正成型)来进行。
[0004]还存在其他技术。例如，聚合物微复制可以通过诸如微注射模制一次成型工艺的工艺获得，其中成型已经在加热的聚合物材料的熔融液相中发生。
[0005]微热成型是成型过程，在该过程中，成型发生在加热聚合物的强烈软化但仍为固态的状态下。
[0006]微热成型工艺的一个优点是，热成型微部件具有仅以微尺度维度出现的附加特性，这是由其不寻常的形态造成的。特别地，热成型微流控结构可能会出现具有厚度低至几微米的薄壁的微腔(例如通道和储存器)。热成型微部件的具体特性包括：其高柔韧性、小体积和质量、低热阻和热容、以及低光吸收率和背景荧光。
[0007]微热成型工艺的其他优点是，由于材料的一致性，在成型步骤之后，待形成的薄膜的修改保持不变。这使得能够表面和批量修改和功能化三维形成的薄膜或膜，即高分辨率的微图案和纳米图案。另一个优点是，可以在三维形成的薄膜的所有侧面(即在难以接近的侧壁上，甚至在底切后面)产生图案。因此，例如，用于三维单元培养的热成型芯片能够具有孔、单元粘附模式、表面拓扑和电极。
[0008]通常用于聚合物微复制，特别是用于微热成型的模具能够通过各种方法(例如机械微机械加工、与电镀结合的基于光刻的方法(也称为“LIGA”工艺)以及湿法或干法蚀刻)制造。
[0009]执行应用于聚合物片材的微热成型工艺的一种方式是“热压印”工艺，该工艺依赖于将聚合物片材温度提高到刚好高于其玻璃化转变温度，并将加热的主板压入聚合物，以触发材料的局部流动，从而填充待复制的空腔。与其他复制技术相比，此技术由于设置相对简单以及相关联的成本较低，近年来引起了越来越多的关注。相对较高的长宽比特征能够利用热压印在几百微米至几纳米的广泛的结构尺寸范围内复制。
[0010]存在不同的热压印技术。应对用于大面积图案化聚合物薄膜的增长的需求，相继开发了三种类型的微热压印技术，包括板对板、卷对板和卷对卷。
[0011]关于板对板的热压印，该技术依赖于通过施加压力，利用面向固定的板的可移动
的板来进行热压印。这项技术涉及使用特定的设备，然而，该设备在商业上是可用的，并且每天都在行业中使用。此外，基于常规的板对板方法，在微热压中提出了一些创新(例如橡胶辅助、超声波辅助和气体辅助)，以提高效率、均匀性和复制速率。
[0012]这些常规的热压技术仍然存在一个问题，即系统的精度可能会导致所创建结构的模制特征的不均匀性和变形。实际上，当进行热压印时，上部模具和下部模具通常用于固定位置，因此在安装时设置对齐和平行度。然而，在微米范围内，对齐和平行度的影响变得非常显著。在具有固定模具的此类配置中，由于安装时模具未对齐，模制部件可能会受到不利的定位。
[0013]此外，常规的热压印通常使用液压系统和坚固且笨重的元件以传递压印所需的力。这导致设备相对较重且体积较大。此外，常规的热压印使用液压系统产生高达几吨的力，如此等等，这种设备具有通过挤压运动部件中的主体部件而对用户造成伤害的固有风险。
[0014]此外，在常规的热压印工艺中，一些气孔可能滞留在模具特征和热塑性层之间。在压印过程中，气孔可能不会被排出，并且导致在压印部件内不当的模制特征或存在气泡。
[0015]然而，真空辅助热压印是板对板热压印的替代方案，其中，力不是通过移动板施加的，而是通过静液压力直接施加在热塑性基板上。通常，热塑性基板可能是通过辐射热软化的薄层，并通过横向夹具固定在模具上方。在这种技术中，在热塑性基板的一侧，例如，在模具区域中设置真空，在热塑性基板的另一侧设置大气压力或更高的压力。
[0016]例如在专利申请CN1624586A或EP 1 244 939 A1中描述了使用真空辅助热压技术的一些解决方案。
[0017]这些真空辅助热压技术的一个问题是，它们与使用刚性相对模具在部件两侧形成特征不兼容。在实践中，很难在部件两侧依次形成特征，对齐状态良好并且同时不损坏首先形成的特征。这个问题是重要的限制。这些真空辅助热压印技术的另一个问题是，它们无法达到高压印压力，这导致压印时间增加，且能够被制造的部件的厚度减少。真空辅助热压印技术通常使用相对薄的热塑性层进行压印，作为压力差之间的界面。然后，施加在压印层上的最大压力等于热塑性层一侧产生的真空与施加在热塑性层另一侧的压力之间的压力差。因此，使用大气压力的常规真空压印被限制在大约1bar的压印压力，这会增加压印时间，并阻止厚的热塑性层的压印。
[0018]因此，需要使用紧凑的解决方案对各种类型的原材料进行压印技术，并确保消除气孔和模具错位。

技术实现思路

[0019]为此目的，本专利技术的主题是用于由原材料制造模制制品的模制设备，所述原材料旨在设置在所述模制设备的压印室的第一区域中，
[0020]所述压印室包括模具和相对模具，该模具和相对模具设置在第一区域的两个相对侧，模具在压印室中沿压印轴线可移动，
[0021]其中，模制设备包括致动室，致动室与压印室具有公共壁，压印室和致动室均为气密型，并且能够同时维持和保持低的内部压力和/或内部真空，
[0022]其中，模制设备还包括加压系统，加压系统配置为在压印室和致动室之间产生预
定义的压力差，
[0023]其中，所述公共壁包括至少一个压印致动器，所述压印致动器包括移动构件，所述移动构件是呈现第一表面和第二表面的刚性板，第一表面是压印室的一部分并连接到模具，第二表面与第一表面相对并且是致动室的一部分，压印致动器配置为在压印室和致动室之间施加预定义的压力差时，产生模具的移动，以便移动以便对原材料进行模制，
[0024]其中，模具呈现旨在在对原材料模制期间与相对模具配合的模制表面，以及连接到压印元件的第一表面的连接表面，沿着压印轴线投影的模具的模制表面小于沿着同一压印轴线投射的压印致动器的第二表面。
[0025]根据实施例，模制设备包括机械锁定和密封装置，机械锁定和密封装置旨在当致动室内部的压力高于压印室内部的压力时使设备保持关闭。
[0026]密封装置可包括可膨胀接头。
[0027]根据另一实施例，模具在压印期间施加在相对模具上的压印压力大于5bar，优选大于20bar，更优选大于50bar。
[0028]根据另一个实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于由原材料(1)制造模制制品的模制设备(100)，所述原材料旨在设置在所述模制设备(100)的压印室(4)的第一区域内，所述压印室(4)包括模具(21)和相对模具(22)，所述模具(21)和相对模具(22)设置在第一区域的两个相对侧，所述模具(21)在压印室(4)内沿压印轴线(620)可移动，其中，所述模制设备(100)包括致动室(5)，所述致动室(5)与压印室(4)具有公共壁(7)，所述压印室(4)和所述致动室(5)二者都是气密的，并且都能够同时维持和保持低的内部压力和/或内部真空，其中，所述模制设备(100)还包括加压系统(9)，所述加压系统(9)配置为在压印室(4)与致动室(5)之间产生预定义的压力差，其中，所述公共壁(7)包括至少一个压印致动器(6)，所述压印致动器(6)包括移动构件(600)，所述移动构件(600)是呈现第一表面和第二表面的刚性板，所述第一表面是所述压印室(4)的一部分并连接到模具(21)，所述第二表面与第一表面相对并且是致动室(5)的一部分，所述压印致动器(6)配置为当在压印室(4)与致动室(5)之间施加预定义的压力差时产生模具(21)的移动，以便对原材料(1)进行模制，其中，所述模具(21)呈现旨在在原材料的模制期间与相对模具(22)配合的模制表面(210)和连接到压印元件(6)的第一表面(600A)的连接表面(211)，沿着压印轴线(620)投影的模具(21)的模制表面(210)小于沿着同一压印轴线(620)投影的压印致动器(6)的第二表面(600B)。2.根据权利要求1所述的模制设备(100)，其中，所述模制设备(100)包括机械锁定和密封装置，所述机械锁定和密封装置旨在当致动室(5)内部的压力高于压印室(4)内部的压力时使所述设备(100)保持关闭。3.根据权利要求2所述的模制设备(100)，其中，所述密封装置包括可膨胀接头。4.根据前述权利要求中任一项所述的模制设备(100)，其中，所述模具(21)在压印期间施加在所述相对模具(22)上的压印压力大于5bar，优选地大于20bar，且更优选地大于50bar。5.根据前述权利要求中任一项所述的模制设备，其中致动系统(44)使得致动室能够沿压印方向(620)移动到模具(21)不面向相对模具(22)的位置，并因此使得能够通过沿着压印方向(620)接近而较容易地回收模制制品。6.根据前述权利要求中任一项所述的模制设备(100)，其中，所述压印致动器(6)包括至少一个可变形部件(601、610、611)，所述可变形部件(601、610、611)通过施加预定义的压力差而变形，并允许移动构件(600)的移动，所述至少一个可变形部件(601、610、611)被设置以提供所述模具(21、22)中至少一个的平行度自校正功能。7.根据前述权利要求中任一项所述的模制设备(100)，其中所述压印致动器(6)包括夹持装置(23)，所述夹持装置(23)允许使模具(21)与所述移动构件(600)保持一体。8.根据前述权利要求中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯，
申请(专利权)人：阿斯特拉维斯公司，
类型：发明
国别省市：