一种防粘减阻纳米结构槽底连续快速曝光光固化打印机制造技术

本发明专利技术公开一种防粘减阻纳米结构槽底连续快速曝光光固化打印机，所述打印机包括：固化光源、微镜阵列、树脂槽、承载打印零件的托板、侧支撑板、进给装置和底座；所述底座用于固定固化光源、微镜阵列和侧支撑板；树脂槽和进给装置固定在侧支撑板上；承载打印零件的托板与进给装置相连接；所述树脂槽的表面采用透气疏液材料制成，并且所述树脂槽的表面具有准周期纳米结构，纳米疏液结构减小了零件打印提升过程中的拖曳力，减小了树脂与槽底界面间的接触面积；槽底表面亚波长纳米结构阵列可以提高透光率。利用本发明专利技术可以显著减小打印过程中零件底部与槽底表面的粘附力，从而实现高精度复杂微细结构的连续快速打印。

【技术实现步骤摘要】
一种防粘减阻纳米结构槽底连续快速曝光光固化打印机
本专利技术属于面曝光3D打印领域，尤其涉及一种防粘减阻纳米结构槽底连续快速曝光光固化打印机。
技术介绍
面曝光3D打印是通过生成层面的轮廓掩膜，一次曝光完成实体零件一个层面的固化，从而可以显著提高成型效率。面曝光成型分为自由面曝光(上曝光式)和约束面曝光(下曝光式)两种方式。与自由面曝光方式相比，约束面曝光具有以下优点：节约材料；固化层与空气不接触，避免了氧气拟制固化的问题，精度高；不需要树脂重新涂铺及刮平动作，效率高；避免了刮平对精细结构可能的破坏。约束面曝光工艺存在的主要问题是，固化树脂层从槽底剥离时需要克服的界面粘附力较大，树脂反复在成型室槽底表面形成固化层并剥离过程中会发生剥离失效，从而导致零件加工失败。
技术实现思路
基于此，本专利技术公开了一种防粘减阻纳米结构槽底连续快速曝光光固化打印机；所述打印机包括：固化光源、微镜阵列、树脂槽、承载打印零件的托板、侧支撑板、进给装置和底座；所述底座用于固定固化光源、微镜阵列和侧支撑板；树脂槽和进给装置固定在侧支撑板上；承载打印零件的托板与进给装置相连接；所述树脂槽的表面采用透气疏液材料制成，并且所述树脂槽的表面具有准周期纳米结构。本专利技术的特点是：1)树脂槽表面采用透气疏液材料，打印过程中，固化层与树脂槽表面间存在树脂阻聚区，即固化层与槽底表面间存在液态树脂薄层；2)树脂槽表面具有纳米疏液结构；3)纳米结构间隙存在气膜，树脂与树脂槽接触面积减小，所以树脂流动阻力减小；4)纳米疏液结构尺寸小于固化光源的半波长，具有光增透作用，而且对零件微米级特征尺寸的影响可以忽略；5)树脂槽表面纳米结构通过微模铸工艺获得，微模铸用模具制备包括纳米二氧化硅小球密排、小球分离刻蚀、金属溅射、小球去除、硅刻蚀和金属掩蔽膜去除等步骤；6)所制备的准周期纳米结构几何尺寸参数可控，可以通过控制工艺参数得到满足防粘减阻要求的优选的纳米结构几何尺寸；7)利用本专利技术可以显著减小打印过程中零件底部与槽底表面的粘附力，从而实现高精度复杂微细结构的连续快速打印。附图说明图1为本专利技术一个实施例中所述的打印机的结构组成示意图；附图中，1.侧支撑板，2.承载打印零件的托板，3.树脂槽，4.微镜阵列，5.进给装置，6.树脂槽托架，7.底座，8.固化光源；图2为本专利技术一个实施例中所述打印机树脂槽局部示意图；附图中，9.成型室框架,10.光固化树脂，11.承载打印零件的托板，12.阻聚区，13.新固化层，14.已打印的部分零件，15.打印区透气疏液槽底，16.光源，17.阻聚气体，18.槽底纳米结构与树脂的接触方式局部放大；图3a、图3b为本专利技术所述打印机成型室槽底纳米疏液结构的制备工艺流程示意图；附图中，19.纳米二氧化硅小球，20.硅基底，21.金属膜，22.透气疏液氟树脂，23.注塑成形聚合物材料。具体实施方式以下结合附图和具体的实施例对本专利技术作进一步详细描述。在一个实施例中，所述打印机包括：固化光源、微镜阵列、树脂槽、承载打印零件的托板、侧支撑板、进给装置和底座；所述底座用于固定固化光源、微镜阵列和侧支撑板；树脂槽和进给装置固定在侧支撑板上；承载打印零件的托板与进给装置相连接；所述树脂槽的表面采用透气疏液材料制成，并且所述树脂槽的表面具有准周期纳米结构。在本实施例中，所述树脂槽的表面采用的透气疏液材料对氧气具有较好的渗透性，并且具有疏液性。树脂槽采用了透气材料，透过的氧气使得槽底与固化层界面处存在树脂的阻聚区，在该区域未固化树脂呈液态，界面间液态树脂的存在减小了固化层剥离时的力。在一个实施例中，所述树脂槽表面采用氟树脂、PDMS或者硅酮制成。在本实施例中，如图2所示：由于树脂槽表面纳米结构的存在，液态树脂与树脂槽表面接触界区域部分由固液接触变成了气液接触，因此可以减小打印零件提升、树脂填充打印区过程中的流动阻力，避免了过大的拖曳力对已打印零件造成的破坏，从而为提高打印速度提供了条件。纳米结构制作在透气材料基底表面，不影响阻聚气体17透过打印区槽底15，从而不影响阻聚区12的形成。纳米结构尺寸小于光源16光波长的一半，由亚波长结构的渐变折射率效应，该结构可以提高光16的透过率。在本实施例中，所述树脂槽的表面采用的透气疏液材料对氧气具有较好的渗透性，并且具有疏液性，比如采用氟树脂材料(比如AF2400，AF1600)、PDMS、硅酮等，优选采用AF2400氟树脂。在一个实施例中所述准周期纳米结构的纵向尺寸小于固化光源波长的一半。在本实施例中，所述准周期纳米结构尺寸小于固化光源波长的一半，具有光增透作用，对所打印的特征尺寸在微米级的零件的尺寸精度不会产生影响。在一个实施例中，所述准周期纳米结构由均匀排列的凸起组成。在本实施例中，如图3a和图3b所示的准周期纳米结构就是有均匀排列的凸起组成，图3a所示的准周期纳米结构通过微模铸工艺形成所需纳米结构；可以通过控制制备工艺参数控制纳米疏液结构的间距、深径比。所述树脂槽表面的纳米疏液结构，也可以通过以下技术方案实现：纳米二氧化硅小球密排，以纳米二氧化硅小球作为掩蔽刻蚀，小球去除，微注塑得到刻蚀图形的负型结构，再次微注塑成形得到与原来一样的纳米疏液结构，如图3b所示。在一个实施例中，所述准周期纳米结构由非均匀排列的凸起组成。在本实施例中，可以通过控制制备准周期纳米结构的刻蚀工具的结构来的到非均匀排列的凸起结构。在一个实施例中，所述凸起的结构包括：圆台、圆柱、圆球、长方体、正方体或者五面体。在本实施例中，如图3a、3b所示，所述凸起的结构包括圆球、圆台和长方体结构，可以通过控制不同的刻蚀结构来得到不同的凸起结构。在本实施例中，所述准周期纳米结构的特点包括：1)该结构直接制备在疏液材料表面，纳米粗糙结构和材料本身的疏液性提供了形成非浸润表面的条件，因而液态树脂和该结构间有气膜存在，由于气膜存在，打印完一层托板上升、周围树脂补充过程中，树脂与基底界面间的接触部分由固液接触变成气液接触，流动阻力减小，减小了固化层提升过程中的拖曳力，拖曳力随提升速度增加而增加，拖曳力过大会破坏已固化部分，所以减小拖曳力的主要效果是可以提高打印速度；2)该结构用透氧气材料制备，所制备结构不影响打印过程中液态阻聚区的形成；3)该结构尺寸小于固化光源波长的一半，由于亚波长的结构形成的渐变折射率效应可以产生抗反射效果，因此透光性增加。在一个实施例中，所述准周期纳米结构由以下步骤制成：S100、在清洗干净的硅片表面进行纳米二氧化硅小球单层密排；S200、第一次刻蚀，对二氧化硅小球之间接触部分进行部分去除刻蚀，露出部分硅基底；S300、溅射刻蚀掩蔽膜；S400、去除纳米二氧化硅小球；S500、第二次刻蚀，以金属膜为掩蔽刻蚀得到硅基底表面的纳米孔阵列；S600、以表面具有纳米孔阵列的硅片为模具，得到准周期纳米结构。在本实施例中，所述步骤S100中采用旋涂法、提拉法(浸涂法)、滴涂法、电泳沉积法和气/液界面自组装法清洗硅片表面。所述步骤S300中刻蚀掩蔽膜包括金属膜和非金属膜；所述金属膜包括铝、铬和镍，另外，非金属材料包括淡化硅和二氧化硅，不同材料作为刻蚀掩蔽膜时被刻蚀材料与掩蔽材料的刻蚀选择比不同，所以采用不同材料作为掩蔽膜时具体工艺参数有所不同。在一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防粘减阻纳米结构槽底连续快速曝光光固化打印机，其特点在于，所述打印机包括：固化光源、微镜阵列、树脂槽、承载打印零件的托板、侧支撑板、进给装置和底座；所述底座用于固定固化光源、微镜阵列和侧支撑板；树脂槽和进给装置固定在侧支撑板上；承载打印零件的托板与进给装置相连接；所述树脂槽的表面采用透气疏液材料制成，并且所述树脂槽的表面具有准周期纳米结构。

【技术特征摘要】
1.一种防粘减阻纳米结构槽底连续快速曝光光固化打印机，其特点在于，所述打印机包括：固化光源、微镜阵列、树脂槽、承载打印零件的托板、侧支撑板、进给装置和底座；所述底座用于固定固化光源、微镜阵列和侧支撑板；树脂槽和进给装置固定在侧支撑板上；承载打印零件的托板与进给装置相连接；所述树脂槽的表面采用透气疏液材料制成，并且所述树脂槽的表面具有准周期纳米结构，准周期纳米结构间隙存在气膜，液态树脂与树脂槽表面接触界区域部分气液接触，准周期纳米结构尺寸小于固化光源的半波长。2.根据权利要求1所述的光固化打印机，其特征在于：所述树脂槽表面采用氟树脂、PDMS或者硅酮制成。3.根据权利要求2所述的光固化打印机，其特征在于：所述树脂槽表面采用AF2400氟树脂制成。4.根据权利要求1所述的光固化打印机，其特征在于：所述准周期纳米结构的纵向尺寸小于固化光源波长的一半。5.根据权利要求4所述的光固化打印机，其特征在于：所述准周期纳米结构由均匀排列的凸起组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，卢秉恒，梁正和，王权岱，刘伟，王影，杨志强，段辉，
申请(专利权)人：南京增材制造研究院发展有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32