本发明专利技术公开了一种采用热压印制作生物表皮形貌复制模板的复制工艺，该复制工艺先将原生物表皮制成生物表皮干燥样本，然后进行样本叠放施压→抽真空加热→降温脱模，最后制得复制模板。应用本发明专利技术复制模板作为复制仿生减阻蒙皮的模具，其制作出的仿生物减阻蒙皮可以应用于航行器减阻蒙皮；制作出的仿生物减阻蒙皮具有与原始生物表皮形貌９０％以上的逼真度，能够有效地提高作为航行器表面减阻蒙皮的减阻率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种对生物表皮形貌进行复制的工艺方法，更特别地说，是指一种通过热压印技术来直接复制生物表皮形貌的复制模板的制备工艺。
技术介绍
日益严峻的能源问题使得节能降耗成为当今社会的共同、迫切需求。有效降低航行器的表面阻力以提高速度、提升航行器的续航能力以提高燃料利用效率，对于国民经济和国防安全具有重要意义。一般航行器的外形体表面采用减阻蒙皮技术，使航行器表面具有较高的减阻率。当前，模仿鲨鱼等水下动物的体表减阻机理、制造仿生减阻表皮已成为国内外研究的热点。在现有技术条件下，对于生物表皮形貌模板的制备主要集中在对生物体表微观形貌的仿形制造上，大多在对生物表皮微观形貌进行抽象、简化、放大的基础上，借助微细机械加工(如微雕刻、微铣削、微锻压等)、激光加工(激光烧结)、半导体加工(UV-LIGA技术)、微快速原型等方法来仿制成型出生物表皮形貌模板。USPatents4753401、4930729、4863121、5386955、5606201、6545842、6729846分别公开了一种采用微快速原型方法来成形出仿鲨鱼减阻表皮的制备方法，采用上述仿制技术手段成型效率低、成本高，而且所仿制出的仿生物表皮逼真程度较差。往往用尺寸高出鲨鱼鳞片沟槽几个量级的V形、U形沟槽或者圆形微坑等单一几何图案来代替结构复杂且依部位不同而变化的鲨鱼鳞片。仿生鲨鱼皮在表面形貌上的低逼真度必然难以真实反映生物的原始机能，现有仿生鲨鱼皮研究成果所能达到的最大减阻率均低于8％，远远达不到原型生物表面的减阻效果。因此，上述问题直接限制了仿生鲨鱼皮的工程化应用。热压印是微纳米尺度下对结构图案进行并行微复制和纳复制的成本低而速度快的方法。其原理是借助热塑性高聚物在其玻璃化温度(Tg)下具有粘性减小、流动性增强的性质，在一定压力下使高聚物填充到母板上的凹型区域，从而实现结构图案到高聚物表面的复制转移。热压印可以得到高分辨率、高深宽比结构并具有方法灵活、成本低廉等特点。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种采用热压印制作出的生物表皮形貌的复制模板，应用复制模板作为复制仿生减阻蒙皮的模具，其制作出的仿生物减阻蒙皮可以应用于航行器减阻蒙皮；制作出的仿生物减阻蒙皮具有与原始生物表皮形貌90％以上的逼真度，能够有效地提高作为航行器表面减阻蒙皮的减阻率。本专利技术的另一目的是提出一种采用热压印制作复制模板的复制工艺，该复制工艺先将原生物表皮制成生物表皮干燥样本，然后进行样本叠放施压→抽真空加热→降温脱模，最后制得复制模板。本专利技术的复制工艺充分借助生物体表的独特外形和结构特点，直接将生物体作为界面约束引入复制模板的成形过程，最终实现生物体表微观形貌的高逼真复制。本专利技术是一种采用热压印制作生物表皮形貌复制模板的复制工艺，制作生物表皮形貌复制模板具有下列复制工艺步骤第一步制生物表皮样本(A)将购入的原生物表皮经去离子水清洗3～6次后，将其在2.5％戊二醛溶液中化学固定6～8h，化学固定温度0～4℃，制得固定试样表皮；(B)将经(A)步骤制得的固定试样表皮采用去离子水清洗3～6次后，将其依次放入浓度50％乙醇溶液中脱水20～30min、浓度75％乙醇溶液中脱水20～30min、浓度95％乙醇溶液中脱水20～30min、浓度100％乙醇溶液中脱水20～30min，制得脱水试样表皮；(C)将经(B)步骤制得的脱水试样表皮在50～70℃条件下烘8～12h，制得含水率5～10％的干燥试样表皮；第二步基板材质选取基板材质选取聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸酯、聚氯乙烯、或者聚苯乙烯热塑性材料作为制作生物表皮形貌的复形板；第三步等静压制作复制模板(A)将经第一步制得的干燥试样表皮(1)的正面与第二步中的复形板(2)相对放置，然后在所述干燥试样表皮(1)的背面放置重物板(3)，形成夹持模板；所述干燥试样表皮(1)承受的压印力为4～7KN； (B)将经(A)步骤制得的夹持模板放入真空干燥箱(4)中抽真空至1×10-3Pa，然后在真空箱温度105～155℃条件下恒温加热15～45min后，自然降温至55～75℃条件下脱模，制得复制模板。所述的生物表皮形貌复制模板的复制工艺，其制得的复制模板用作复制仿生减阻蒙皮的模具。本专利技术制作干燥试样表皮的优点(1)对原生物表皮采用平面钉板或框架加固进行清洗、固化、脱水、干燥，未破坏生物原型形貌，其原型结构完好率在95％以上；(2)在2.5％戊二醛溶液中化学固定使生物原型结构的机械性能得到有效提高，其硬度和强度提高80％以上；(3)经不同浓度的乙醇溶液脱水后进行烘干使试样表皮的含水率得到有效降低，其含水率低于10％。本专利技术制作复制模板的优点(1)复制模板成型时所需压印力是重物板的自重量，其仿生物形貌复制成型可控；(2)对夹持模板采用抽真空处理，使干燥试样表皮的正面与复形板的接触无空气存在，解决了空隙造成的复制精度降低；(3)采用本专利技术的热压印复制工艺可以对生物表皮形貌进行直接复制，且复制精度在90％以上；(4)制作工艺简单、效率高、成本低，具有较强的实用性和可操作性；(5)采用本专利技术方法制得的复制模板作为模具时，其材料的表面质量、机械性能和尺寸稳定性较高；(6)复形板材料取材广泛，成本低廉，易成型。附图说明图1是本专利技术采用热压印技术制作生物表皮形貌复制模板的工艺流程框图。图2是干燥试样表皮与重物板、基板的装配示意图。图3A是短尾真鲨鱼皮表面形貌的光学显微照片。图3B是短尾真鲨鱼皮单个鱼鳞结构示意图。图4A是短尾真鲨鱼皮复制模板表面形貌的SEM照片。图4B是采用短尾真鲨鱼皮复制模板作为模具进行硅橡胶复型后得到的仿鲨鱼蒙皮光学显微照片。具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。参见图1所示，本专利技术是一种采用热压印制作生物表皮形貌的复制模板的复制工艺，制作生物表皮形貌的复制模板包括有下列复制工艺步骤第一步制生物表皮样本(A)将购入的原生物表皮经去离子水清洗3～6次，然后将洗净的原生物表皮在2.5％戊二醛溶液中化学固定6～8h，化学固定温度0～4℃，制得固定试样表皮；(B)将经(A)步骤制得的固定试样表皮采用去离子水清洗3～6次，然后将洗净的固定试样表皮依次放入浓度50％乙醇溶液中脱水20～30min、浓度75％乙醇溶液中脱水20～30min、浓度95％乙醇溶液中脱水20～30min、浓度100％乙醇溶液中脱水20～30min，制得脱水试样表皮；(C)将经(B)步骤制得的脱水试样表皮在50～70℃条件下烘8～12h，制得含水率5～10％的干燥试样表皮。为防止原生物表皮皱缩和翘曲，将原生物表皮四周绷在一夹具或者平面板上，所述夹具为常用的相框式框架。在固定、脱水、干燥环节中均采用了框架式夹具，能够使原生物表皮保持平整。所述的原生物表皮可以是市售鲨鱼皮(短尾真鲨鱼皮)、金枪鱼鱼皮或者鲟鱼皮等。对于原生物表皮的挑选，一般选取具有呈菱形排列的盾鳞结构表皮。此步骤的目的是保持原生物表皮原型结构，通过戊二醛溶液并增加其机械强度，包括硬度和强度。第二步基板材质选取为了在成型中，保证基板不随温度的升高(加热环节105～155℃)、降低(降温脱模环节55～75℃)发生形变，本专利技术中基板材质选取聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用热压印制作生物表皮形貌复制模板的复制工艺，其特征在于有下列复制工艺步骤：第一步：制生物表皮样本（Ａ）将购入的原生物表皮经去离子水清洗３～６次后，将其在２．５％戊二醛溶液中化学固定６～８ｈ，化学固定温度０～４℃，制得固 定试样表皮；（Ｂ）将经（Ａ）步骤制得的固定试样表皮采用去离子水清洗３～６次后，将其依次放入浓度５０％乙醇溶液中脱水２０～３０ｍｉｎ、浓度７５％乙醇溶液中脱水２０～３０ｍｉｎ、浓度９５％乙醇溶液中脱水２０～３０ｍｉｎ、浓度１００％乙醇 溶液中脱水２０～３０ｍｉｎ，制得脱水试样表皮；（Ｃ）将经（Ｂ）步骤制得的脱水试样表皮在５０～７０℃条件下烘８～１２ｈ，制得含水率５～１０％的干燥试样表皮；第二步：基板材质选取基板材质选取聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸酯、聚 氯乙烯、或者聚苯乙烯热塑性材料作为制作生物表皮形貌的复形板；第三步：等静压制作复制模板（Ａ）将第一步步骤中（Ｃ）步制得的干燥试样表皮（１）的正面与第二步中的复形板（２）相对放置，然后在所述干燥试样表皮（１）的背面放置重物板（ ３），形成夹持模板；所述干燥试样表皮（１）承受的压印力为４～７ＫＮ；（Ｂ）将经（Ａ）步骤制得的夹持模板放入真空干燥箱（４）中抽真空至１×１０↑［－３］Ｐａ，然后在真空箱温度１０５～１５５℃条件下恒温加热１５～４５ｍｉｎ后，自然降温至 ５５～７５℃条件下脱模，制得复制模板。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张德远，韩鑫，李翔，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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