[发明专利]一种聚合物超声辅助线性摩擦压印装置及方法

说明书

本发明公开一种聚合物超声辅助线性摩擦压印装置及方法，压印装置包括压印平台、超声换能器、变幅杆、摩擦压印模具、聚合物薄板、X轴定位平台、Y轴定位平台和Z轴定位平台，所述压印平台的一侧设置有立柱，所述立柱的内侧通过Z轴定位平台连接有支架，所述支架上固定有所述超声换能器，所述超声换能器上设置有变幅杆，所述变幅杆的末端夹持有摩擦压印模具，所述摩擦压印模具的下方从上到下依次设置有聚合物薄板、吸盘、X轴运动平台和Y轴运动平台。本发明可以快速高效不产生切屑，加工过程中模具对聚合物压力小，损伤小、不会产生翘曲等，可通过替换模块微杆实现不同深度、宽度的微沟槽的加工。可用于加工复杂结构的微流控芯片等聚合物器件。

技术领域

本发明涉及聚合物表面压印成形领域，特别是涉及一种聚合物超声辅助线性摩擦压印装置及方法。

背景技术

传统的超声辅助压印采用商用的超声焊接机，由于超声焊接机在振动时振动方向和压力与器件平面垂直，压力与振动方向同方向使得摩擦生热效率低，进而导致压印效率低能耗高；压力和振动的耦合作用会导致对器件在厚度方向的破坏；传统超声压印为大面积整体性压印，难以实现多次套印及微结构修正。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种在聚合物表面压印加工微沟槽结构的成形工艺、装置及控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种聚合物超声辅助线性摩擦压印装置，包括压印平台、超声换能器、变幅杆、摩擦压印模具、聚合物薄板、X轴定位平台、Y轴定位平台和Z轴定位平台，所述压印平台的一侧设置有立柱，所述立柱的内侧通过Z轴定位平台连接有支架，所述支架上固定有所述超声换能器，所述超声换能器上设置有变幅杆，所述变幅杆的末端夹持有摩擦压印模具，所述摩擦压印模具的下方从上到下依次设置有聚合物薄板、吸盘、X轴运动平台和Y轴运动平台。

进一步的，所述摩擦压印模具与聚合物薄板垂直设置。

本发明还提供一种聚合物超声辅助线性摩擦压印工艺，通过超声换能器将电能转化为超声振动机械能，通过变幅杆实现振幅的放大调节；通过变幅杆末端带动摩擦压印模具产生沿变幅杆轴线方向的线性超声振动，从而使线性超声振动在摩擦压印模具末端与聚合物表面引起线性摩擦；通过超声线性摩擦生热使得与摩擦压印模具生热接触的聚合物在毫秒时间内局部熔融变形；Z轴运动平台的压力作用使得熔融的聚合物向摩擦压印模具的腔体填充，摩擦压印模具末端离开熔融的聚合物表面后，受力填充到摩擦压印模具的腔体的聚合物在毫秒内遇冷凝固，复制出摩擦压印模具上的结构。

本发明还提供一种聚合物超声辅助线性摩擦压印控制方法，包括以下步骤：

(1)将待加工的聚合物薄板固定在吸盘上；

(2)控制X轴定位平台、Y轴定位平台使待加工的聚合物薄板位于摩擦压印模具的正下方；

(3)在加工过程中，通过Z轴定位平台实现垂直方向的压力和高度控制，通过X轴定位平台、Y轴定位平台控制加工轨迹，使得X轴定位平台、Y轴定位平台的速度方向始终与摩擦压印模具的振动摩擦方向一致；最终完成聚合物的线性摩擦压印。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本专利采用超声辅助线性摩擦压印技术，将压力方向与振动方向解耦，摩擦生热效率高，且深度方向易于控制，可以采用微型模具在大幅表面实现微结构压印，通过数控系统控制运动轨迹实现复杂结构的灵活加工；采用微型模具实现复杂结构的灵活加工，可避免大型模具的加工，降低了模具成本。

2.本发明是一种局部加热的热塑性成形方法，快速高效不产生切屑，加工过程中模具对聚合物压力小，损伤小、不会产生翘曲等，可通过替换模块微杆实现不同深度、宽度的微沟槽的加工。可用于加工复杂结构的微流控芯片等聚合物器件。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。