[发明专利]基于声表面波的微阵列无模成型装置及成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及微成型装置及成型方法，尤其是涉及一种基于声表面波的微阵列无模成型装置及成型方法。

背景技术

随着科技的进步，产品不断向微型化发展。微系统作为多学科交叉的研究领域，融合机械、电子、材料、力学等学科，在生物医学、航空航天、电子信息等领域得到广泛应用，特别是微机电系统（MEMS）的发展应用开拓了一个全新的技术领域和产业。微小构件作为微系统的重要组成部分，其成型制造方法一直是研究的热点。微阵列结构是指表面具有微小凸台或波纹阵列的结构，由于其特殊的表面微阵列形貌，具有比表面积大的特点，因此适用于作为化学反应催化剂的载体以增大反应接触面积，此外，表面微阵列形貌能产生较大的摩擦力，因此适用于作为一般微小构件的外表层，如仿生皮肤的外表层。目前，传统的微小构件的成型制造技术主要有光刻技术、LIGA技术、超精密微机械制造技术、快速光固化方法等。

光刻技术主要应用在微电子中。它一般是对半导体进行加工，采用一个部分透光的掩模板，通过曝光、显影、刻蚀等技术获得和掩模板一样的图形。由于掩膜板的磨损，光刻技术制造寿命很低，此外其工艺步骤多，生产效率低。

LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术，主要包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤。由于X射线有非常高的平行度、极强的辐射强度、连续的光谱，LIGA技术制造出的三维立体结构尺寸较大，精度较高。但LIGA技术一般需要特殊设备和贵金属，成本太高，费时，工艺步骤繁多。

超精密微机械制造技术是利用微型化的加工设备对工件进行加工的方法，如微铣床、微车床等。这种方法跟宏观的机械加工设备操作方法相同，但是这种微制造技术对微制造设备要求较高，生产周期长，生产效率低。

快速光固化成型方法是基于液态光敏材料的光固化原理，利用光使液态材料中的光敏材料发生光化学反应，产生具有引发活性的碎片，引发材料中的预聚体和单体聚合及交联固化。其工艺是在液槽中盛满液态光敏材料，紫外光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏材料表面进行逐点扫描，使被扫描区域的材料薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，在原先固化好的材料表面再敷上一层新的液态材料，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。将快速光固化成型方法应用于微成型制造是一种新兴的微成型方法，这种成型技术属于材料堆积技术，相对于传统的微制造技术，该技术材料利用率、成型速度、精度都比较高，因此采用光固化成型方法制造表面微阵列结构比传统的微制造技术有很大的优势，但逐点、逐层扫描固化的方式降低了其生产效率，限制了快速光固化微成型方法的发展和应用。

发明内容

为克服传统微成型技术和快速光固化成型方法的缺陷，结合快速光固化成型方法，利用超声表面波的声场作用，本发明提出了一种基于声表面波的微阵列无模成型装置及成型方法。利用高频的超声表面波使液态材料中形成稳定的声场，液态材料在与空气接触的界面即液态材料的表面上产生微阵列结构，调节超声表面波的振幅、频率、相位，从而改变微阵列的高度、大小、位置，在液态材料表面形成理想的微阵列形貌，并利用紫外光灯对成型的液态材料进行光照固化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种基于声表面波的微阵列无模成型装置：

本发明在正方形的压电基体板上光刻有两对叉指换能器，每对叉指换能器以正方形的压电基体板中心轴为轴线对称布置，在压电基体板中间放置正方形的玻璃液槽并与压电基体板胶结，被成型的液态材料置于玻璃液槽中。

所述两对叉指换能器中，每对叉指电极与各自压电基体板边缘平行的一边贴有吸声材料。

所述正方形的玻璃液槽为无底玻璃液槽，通过其玻璃壁面与正方形的压电基体板胶结。

所述正方形的玻璃液槽的边长小于等于叉指换能器的孔径。

二、一种基于声表面波的微阵列无模成型方法，该方法包括以下各步骤：

1) 将基于声表面波的微阵列无模成型装置放置在水平的平面上，使被成型的液态材料液面平坦，将产生射频电信号的多通道信号发生器和功率放大器与四个叉指换能器电极相连；