[发明专利]具有微米/纳米图案的注塑成型工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种将微米和/或纳米图案嵌入注塑成型工具的方法。本发明也涉及一种相应的注塑成型工具。

背景技术

注塑成型的原理显然简单：将融化的聚合物用来注满用于制造零件的模具。实际上，这是具有很多参数的一个复杂工艺。其基本过程是：1)将液态聚合物注射进模型，2)冷却使得该聚合物固化，以及3)将该零件脱模。注塑机把热塑性颗粒或者粒子转变成成品零件。

注模也称为模塑工具，并且通常具有可替换的模腔。因为当模腔用旧时，只需要更换该模腔，这就延长了工具寿命。

纳米结构可能已经在例如蓝光光盘和DVD的生产过程中注塑在2D表面上。不过，所谓自由变形注塑成型的目前结构尺寸限制是大约50μm。一般使用计算机辅助设计(CAD)技术设计自由曲面，并且因为没有由像平面、圆柱、圆锥的表面等等一样的刚性径向坐标作为边界，因此，需要一种在有效50μm极限下能进行模塑构造细节的更先进的注塑技术。

WO 2009/028745(LG电子股份有限公司)公开一种注塑成型装置。该注塑成型装置包括：具有型腔的模子；具有芯表面的芯模，当连接到型腔模子时形成注塑成型的模塑空间；用于加热型腔模或者芯模的加热单元；冷却型腔模或者芯模的冷却单元；以及具有微米或纳米大小的图案形成并设置在模塑空间的内表面上的图案印模。微米或纳米大小的图案形成在注塑成型的表面上，以便具有超级疏水的特性和光学特性，并且复杂结构的微米或者纳米图案可以通过将图案印模设置在模腔里而完成。

但是，该成型装置固有地局限于图案印模是在成型装置外面制备并随后插入成型工具内的专用位置，并且局限于在平面或者简单曲面(像圆柱一样的弯曲面)上形成微米和纳米图案。由于在成型时注塑系统内的高压和/或高温，这反过来也限制了可能获得的图案形状。因此，通过这种方法不容易形成更复杂的形状。因此，由于可获得的形状有限，所公开的方法相当缺乏灵活性。

因此，一种改进的注塑成型工具将是有利的，并且尤其一种更有效和/或可靠的注塑成型工具将是有利的。

发明目的

本发明的再一个目的是提供现有技术之外的另一种选择。

尤其，提供一种解决现有技术上述问题的具有在复杂的几何形状或者在模型的型腔中的所谓自由表面上形成微米和/或纳米图案的注塑成型工具可以被视为一个本发明的目的。

发明内容

因此，上述目的和几个其他目的可以通过在本发明的第一主要方面的一种在注塑成型工具的作用表面之中或之上制造微米/纳米结构图案的方法实现，该方法包括：

提供注塑成型工具；

提供微米/纳米结构压印设备，其具有要被压印到所述工具内的结构；以及

将该压印设备应用于所述作用表面之中或之上，以便当该压印设备至少部分位于在注塑成型工具的型腔内时将所述微米/纳米图案结构转移给所述工具。

本发明特别，但不是专门，有利于提供一种使简单和有效转移图案的方式成为可能的注塑成型工具的微米/纳米图案形成方法。另一个优点是在进行成型工艺之前不需要工具的广泛制备或者重新安装，这种图案能转移到工具的有效工作位置上，即该图案在开模前可立即植入。这有利于在各种新的和/或令人惊讶的领域中应用所成型的零件和/或实现其功能，参照附录1和附录2所列出的这种领域。

在一个实施例中，压印有微米/纳米图案的作用表面可以在宏观范围内是非平面的。宏观范围的概念可能被定义为对象和过程为具有正常视力的人的肉眼可测的和看得见的长度范围。更具体地说，参考下面“定义”段落，宏观范围可暂时规定为大约1毫米(mm)以上的长度。

从数学观点考虑，非平面的概念认为是偏离平面，但是非平面应该更进一步根据宏观范围考虑，即大约1毫米。非平面的更定量的概念在下面“定义”段落内提出。更具体地，被压印微米/纳米图案的作用表面可能被在宏观范围内弯曲，例如是近似圆柱形，圆锥形，或者圆形。

优选的，当注塑工具为组合形式时，上述组合形式准备好，或者基本上准备好用于注塑成型时，可进行压印设备的应用。这可能与其他已有的要求作用表面部与工具本身分开的注塑成型工具的表面图案形成技术有区别。一个例子是WO 2009/028745(LG电子股份有限公司)的方法，其需要一个用于图案形成的可插入印模板。

优选的，微米/纳米图案结构可能永久转移到工具。这可以由例如激光辅助直接压印(LADI)完成。术语“永久”意思是实质上与工具不可分离，和/或该纳米/微米结构构成刀具表面的材料(例如钢)的整体部分。