一种基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置及方法，利用紫外曝光的动态掩膜版形成有效且环保的快速成型新技术，臭氧对紫外线的阻透作用，生成紫外曝光环保掩膜版，将臭氧掩膜版应用于快速制造领域。本发明专利技术方法能够重复进行紫外曝光，反应过程无有害气体生成，高效环保，且相对于传统的快速成型机降低了成本，提高了设备的使用寿命，适合对树脂模样中、小批量的快速制造和新产品的快速试制等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置及方法
本方法涉及快速制造领域的紫光曝光控制系统设计、光路设计、模具的曝光固化和成型工艺。
技术介绍
在研究复杂形状光制造的过程中,如何快速生成任意形状的紫外环保掩膜版成为长期困扰业界的问题。但传统的掩膜版寿命会受到雾化缺陷的限制，雾化缺陷是指在对特定的区域内，电子束曝光时，部分电子在光刻胶表面反射，从光刻胶表面反射的电子再遇置于光刻胶之上的挡板而重新反射至光刻胶上，从而使之感光，但由于雾化缺陷中，电子反射后是在空气中，从而碰撞几率比在光刻胶中小，因此在掩膜版中，雾化缺陷是个很重要的影响因素，但在光刻波长大于200nm时，这些缺陷不会引起太大的问题，但是小于200nm光刻时，受到影响的掩膜版会高达20％左右，使得掩膜版的寿命难以提高。
技术实现思路
为克服上述问题，本专利技术在传统紫外曝光掩膜版技术的基础上，提出一种利用臭氧的长紫外光的阻透作用，对液态光固化材料进行曝光的方案，实现了程序控制下的重复应用，具有过程可逆，且高效环保。本专利技术的具体技术方案如下：一种基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置，包括树脂槽、封闭气室、长波紫外光源、短波紫外光源和控制主机，所述的封闭气室设置在树脂槽的下方，封闭气室内装有氧气，长波紫外光源和短波紫外光源发出的光透过封闭气室入射至树脂槽内；所述的树脂槽内装有液态光敏树脂，并可在长波紫外光的照射下固化；所述的短波紫外光源按照成形加工分层切片的特定形状投射短波紫外光至封闭气室内的氧气中，使其反应生成臭氧，并使得封闭气室的局部投射区变为臭氧区，阻挡短波紫外光的透射，同时臭氧区的臭氧在长波紫外光的照射下转化为氧气，恢复至初始状态；所述的控制主机实现对长波紫外光源和短波紫外光源投射工序的控制。上述基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置中，短波紫外光源的波长为184nm。上述基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置中，长波紫外光源的波长为200nm。上述基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置中，液态光敏树脂为光敏环氧树脂、光敏乙烯醚、光敏丙烯树脂或上述树脂的混合液体。上述基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置中，短波紫外光源前设置有微透镜阵列或液晶器件，用于控制输出光斑的形状和位置。上述基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置中，长波紫外光源和短波紫外光源为点光源、面光源、体光源或三者的组合。基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形的方法，包括以下步骤：【1】将要成形加工产品的三维图上传到控制主机，由控制程序运行进行切片处理，得到每层切片的形状参数；【2】将光敏树脂加入到树脂槽内；【3】控制主机控制短波紫外光源，按照第一层截面的形状参数，投射短波紫外光至封闭气室内的氧气，使得氧气反应生成臭氧，并在封闭气室的局部形成臭氧区；【4】控制主机控制长波紫外光源照射至封闭气室，对臭氧区外的液态树脂进行固化，同时使得臭氧区内的臭氧反应生成氧气，完成该层的成形加工；【5】重复步骤【3】和【4】，完成剩余其他层的加工；【6】将树脂槽内未固化的液态光敏树脂倒出，对产品清洗。上述基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形方法中，短波紫外光的出光时长为0.01～0.03微秒；上述基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形方法中，长波紫外光的出光时长为0.01～0.03微秒；上述基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形方法中，短波紫外光和长波紫外光之间的间隔为0.04～0.05毫秒。本专利技术具有的有益技术效果如下：1、本专利技术在传统紫外曝光掩膜技术的基础上，利用臭氧对长紫外光的阻透作用，在封闭气室内装有氧气，使得按照分层特定形状设置的短波紫外光照射后生成动态的局部臭氧区，阻碍长波紫外光的透过，而未阻碍区域的长波紫外光可使得树脂槽内树脂固化，形成特定的形状，同时长波长紫外光又照射臭氧区，使得臭氧变为氧气，回复初始状态，完成重复循环加工，该方法实现了程序控制下的重复应用，具有过程可逆，且高效环保。2、本专利技术利用臭氧与氧气的转化过程，臭氧的吸光度高，且整个转化过程没有其他有害气体生成，原子利用率高，整个反应非自发，且过程可逆，由此可以得出紫外环保掩膜版反应过程可以控制，并且能够重复利用，能够有效提高掩膜版的寿命，而且还能反复进行紫外曝光固化的过程，有效的提高了快速成型的效率，3、本专利技术在封闭气室内进行的氧气反应声场臭氧、臭氧反应生成氧气，具有反应过程可逆，放热和吸热过程动态平衡，确保可成形加工的精度。4、本专利技术利用紫外曝光动态掩膜版技术的快速制造新方法，可用于商业化的光刻机、复合材料成型试验台、快速成型设备和增材制造装备等领域，推广价值大。附图说明图1是基于紫外曝光动态掩膜版原理的成形原理示意图；图2是紫外光固化原理示意图。附图标记为：1－树脂槽；2－封闭气室；3－长波紫外光；4－短波紫外光；5－控制主机；6－氧气；7－臭氧区；8－光敏树脂；10－固化产品；11－固化第一层；12－固化第二层；13－固化最后一层。具体实施方式如图1所示，基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置，包括树脂槽1、封闭气室2、长波紫外光源、短波紫外光源和控制主机5，所述的封闭气室2设置在树脂槽1的下方，长波紫外光源和短波紫外光源发出的光透过封闭气室入射至树脂槽1内，所述的树脂槽1内装有液态光敏树脂，并可在长波紫外光3的照射下固化；所述的封闭气室内装有氧气6，所述的短波紫外光源按照成形加工分层切片的特定形状，投射短波紫外光4至封闭气室内的氧气，使其反应生成臭氧，并使得封闭气室2的局部投射区变为臭氧区7，阻挡短波紫外光4的透射，同时臭氧区的臭氧在长波长紫外光的照射下转化为氧气，恢复至初始状态，所述的控制主机5实现对长波紫外光源和短波紫外光源投射工序的控制，其中长波紫外光源的波长不小于200nm。本专利技术中长波紫外光源的波长为200nm，短波紫外光源的波长为184nm。液态光敏树脂为光敏环氧树脂、光敏乙烯醚、光敏丙烯树脂或上述树脂的混合液体。其中短波紫外光源前设置有微透镜阵列或液晶器件，用于控制输出光斑的形状和位置。长波紫外光源和短波紫外光源均为点光源、面光源、体光源或三者的组合。图1中该反应区域在封闭环境下完成，光敏树脂槽1设在封闭气室2上方，液槽温度为30℃，在室温25℃的环境下，使用400W功率且波长分别为λ＝184nm的短波点光源和λ大于200的长波面光源UV紫外光固化设备，该设备的工艺参数为：临界曝光量Ec＝8.8mJ/cm2，紫外光功率Pl＝100mV，扫描速度Vs＝2800mm/s，分层厚度H＝0.09mm，扫描间距hs＝0.05mm，通过公式(1)：E＝PL/(Vs*hs)(1)可以计算出该设备的曝光量E＝71mJ/cm2，上述参数是判断该设备亮度、紫外投影区域均匀度、图像的清晰度等性能的重要指标，该设备临界曝光量Ec＝8.8mJ/cm2和曝光量E＝71mJ/cm2得出该设备具有高亮度，紫外光功率Pl＝100mV和扫描速度Vs＝2800mm/s可以得出该设备具有清晰的图像，分层厚度h＝0.09mm和扫描间距hs＝0.05mm可以得出投影区域分布非常均匀，接近于均匀分布指数的峰值。短波紫外线投射到封闭气室2的形状可由计算机图形数据直接控制生成，形状产生的方式可由微透镜阵列或液晶器件产生，例如可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置，其特征在于：包括树脂槽(1)、封闭气室(2)、长波紫外光源、短波紫外光源和控制主机(5)，所述的封闭气室(2)设置在树脂槽(1)的下方，封闭气室(2)内装有氧气(6)，长波紫外光源和短波紫外光源发出的光透过封闭气室入射至树脂槽(1)内；所述的树脂槽(1)内装有液态光敏树脂(8)，并可在长波紫外光(3)的照射下固化；所述的短波紫外光源按照成形加工分层切片的特定形状投射短波紫外光(4)至封闭气室(2)内的氧气中，使其反应生成臭氧，并使得封闭气室(2)的局部投射区变为臭氧区(7)，阻挡短波紫外光(4)的透射，同时臭氧区(7)的臭氧在长波紫外光(3)的照射下转化为氧气，恢复至初始状态；所述的控制主机(5)实现对长波紫外光源和短波紫外光源投射工序的控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置，其特征在于：包括树脂槽(1)、封闭气室(2)、长波紫外光源、短波紫外光源和控制主机(5)，所述的封闭气室(2)设置在树脂槽(1)的下方，封闭气室(2)内装有氧气(6)，长波紫外光源和短波紫外光源发出的光透过封闭气室入射至树脂槽(1)内；所述的树脂槽(1)内装有液态光敏树脂(8)，并可在长波紫外光(3)的照射下固化；所述的短波紫外光源按照成形加工分层切片的特定形状投射短波紫外光(4)至封闭气室(2)内的氧气中，使其反应生成臭氧，并使得封闭气室(2)的局部投射区变为臭氧区(7)，阻挡短波紫外光(4)的透射，同时臭氧区(7)的臭氧在长波紫外光(3)的照射下转化为氧气，恢复至初始状态；所述的控制主机(5)实现对长波紫外光源和短波紫外光源投射工序的控制。2.根据权利要求1所述的一种基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置，其特征在于：所述的短波紫外光源的波长为184nm。3.根据权利要求1所述的一种基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置，其特征在于：所述的长波紫外光源的波长不小于200nm。4.根据权利要求1所述的一种基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置，其特征在于：所述的液态光敏树脂(8)为光敏环氧树脂、光敏乙烯醚、光敏丙烯树脂或上述树脂的混合液体。5.根据权利要求1所述的一种基于紫外曝光动态掩膜版技术的快速成形装置，其特征在于：短波紫外光源前设置有微透镜阵列或液晶器件，用于控...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗学文，宁楠，张传伟，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61