专利名称：在硬质材料表面照相砂雕图案的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种刻制图案的方法，特别是涉及一种采用高压空气加金刚砂的旋转混合射流，在塑性图案保护层的掩蔽下，对硬质材料进行雕刻图案的方法及其所用的设备。
近年来，在印刷、半导体器件的加工处理领域，发展了一种光刻技术，如CN86103644A公布了一种光刻工艺，包括在衬底旋涂保护层，并将掩模图形转移到保护层上而后进行曝光，图形被曝光后在衬底上形成该图形。它在衬底上的图形是通过显影得到的平面图形，这种图形在耐久性、形象的逼真程度以及装饰美感方面，都还存在一些不足。
在光刻技术使用的设备方面，CN86107270公开了一种将光掩模敷在基片上的装置，它用辊子把光掩模敷在基片上，用真空限制装置使用在把光掩模敷在基片的过程中限制光掩模，使其保持张力。它将光掩模图象在光敏接收元件上曝光，这种光敏接收元件在印象框或类似装置中与带有图象的光掩模接触，并在特殊光源下曝光，并公开了一种定位装置，然后用橡胶刮刀或硬度为50的辊子在光掩模表面上往返移动，大气压使光掩模和光聚合物表面保持紧密接触，复制出清晰的光掩模图形。按照这种方法和设备，得出的图形是复制图形而不是立体图形，难以达到装饰品的艺术效果。
本发明的目的是提供一种将照相技术与射流砂雕技术巧妙地结合起来的对硬质材料进行照相砂雕的工艺方法。
本发明的另一个目的是提供一种适用于在硬质材料上进行照相砂雕的设备。
本发明的目的是这样实现的一种在硬质材料表面照相砂雕图案的方法，在塑性保护层对不须雕刻部位的掩蔽下，用高压空气加金刚砂的混合射流，对待雕刻表面的待雕刻部位进行喷射雕刻，该法包括1)用公知方法清洗所说的硬质材料平整的待雕刻图案的表面的清洗工艺;
2)由在硬质材料待雕刻图案的表面上设置至少一层不干胶膜，然后在不干胶膜上涂敷塑性光敏胶层，将一其图案与欲雕刻的原著图案相反的掩模底板接触覆盖在塑性光敏胶层上，用紫外光或可见光在掩模底板的掩蔽下，对塑性光敏胶层进行曝光，使已曝光后的塑性光敏胶层显影、清洗，从待雕刻表面去掉未曝光部位即待雕刻部位的塑性光敏胶层，露出覆以不干胶膜的待雕刻部位，留下已曝光部位即不须雕刻部位的塑性光敏胶层，形成其图案与原著一致的塑性光敏胶保护层组成的图案转移工艺;
3)在砂雕箱中用高压空气加金刚砂的混合射流，对不干胶及其下面的硬质材料的待雕刻表面待雕刻部位进行喷射雕刻的工艺;
4)揭去硬质材料表面上的不干胶膜和塑性保护层，去掉金刚砂粉尘、被雕刻落下的硬质材料粉尘，以及清洗整个被雕刻件的工艺;
5)最后进行着色的工艺。
所说的高压空气加金刚砂的混合射流是旋转的。所用的高压空气的压力是6～8大气压，流量在1～1.5立方米/分。所说的被砂雕的硬质材料是大理石。所说的被砂雕的硬质材料是玻璃。所说的被砂雕的硬质材料是一种金属。所用的掩模底板的图案是与欲雕刻的原著图案一致正板，其砂雕的完成图案是与原著图案相反。
一种在硬质材料表面照相砂雕图案的设备，该设备具有一个高压空气加金刚砂高速旋转射流的形成系统，一个砂雕图案砂雕箱;
一个砂雕废气抽出、净化装置;
所说的射流形成系统至少包括一个空气压缩机和一个喷射枪，喷射枪至少设有进气口、进砂口和喷咀;
所说的砂雕箱至少设置一承放待雕刻件的托板，在托板上方的一侧壁设有喷射枪插入口，在托板上壁设有抽出雕刻废气的抽气口，在托板下方箱底上设有金刚砂收集盘;
所说的雕刻废气抽净化装置，接在雕刻箱的抽气口，它至少包括一个抽气机和一个置于砂雕箱和抽气机之间的除尘柜;
所说的喷射枪由喷枪插入口伸口进砂雕箱，并可在托板上方自由移动或至少二维移动，扫描全部托板。
本发明具有下述特点1.对不同硬质材料统一采用照相砂雕，容易掌握。
2.工艺简单，避免对环境化学腐蚀污染对人体无害，金刚砂可循环使用。
3.雕刻效率可提高数十倍，适宜于工业化生产。
图1A为砂雕技术工艺流程图。
图1B为解释图1A的工艺流程的剖面图。
图2为砂雕设备系统图。
图3为砂雕箱结构示意图。
图4为喷枪结构示意图。
图5为喷枪橡胶垫示意图。
图6A为固定套套箍与枪体卡环连接示意图。
图6B为固定套俯视示意图。
图7A为喷咀结构示意图。
图7B为喷咀B-B剖面示意图。
下面结合附图对本发明的照相砂调方法及其设备做详细说明。
参见图1，首先用公知的方法清洗硬质材料801，如大理石、花岗岩、玻璃、陶瓷和金属平整的待雕刻图案的表面。然后在硬质材料待雕刻图案的表面设备一层双面胶或不干胶802，然后再涂敷塑性光敏胶层803，再将一其图案与欲雕刻的图案相反的掩模底板(黑白软底片)804接触覆盖在塑性光敏胶层803上，用紫外光或可见光805在掩模底板804的掩蔽下，对塑性光敏胶层803进行曝光8～10分钟，然后显影，清洗。从待雕刻表面去掉待雕刻部位上方的未曝光的塑性光敏胶层803b，露出覆以不干胶的待雕刻部位801b，留下已曝光的塑性光敏胶层803a，以该胶层的塑性对下方不须雕刻部位的硬质材料801a起掩蔽作用，使硬质材料801a不被砂雕。形成与原著一致的图案保护层803，用高压空气加金刚砂的混合旋转射流806在砂雕箱中对不干胶膜及其下面的硬质材料801的待雕刻表面的待雕刻部位801b进行砂雕。
对大理石砂雕每分钟砂雕深度可达2mm;
对花岗岩砂雕每分钟砂雕深度可达2mm;
对玻璃砂雕每分钟砂雕深度可达3mm;
对陶瓷砂雕每分钟砂雕深度可达3mm;
对钢材砂雕每分钟砂雕深度可达1mm;
高速高压旋转空气加金刚砂混合射流是由喷枪喷咀射出的，喷枪(喷咀)6可自由在整个待雕刻表面801a和801b上至少二维移动，扫描全部图案。完成图案的砂雕，得到砂雕好的硬质材料图案901，最后，去掉不干胶膜和塑性图案保护层803a，清洗砂雕过程中落下附着于图案各处的砂粉尘，硬质材料粉尘，然后再报据原著色彩着色。
本发明中采用来做保护层803的塑性光敏胶是醇溶三乙共聚尼龙，显影溶剂为乙醇85%(或北京印刷技术研究所的胶质感光材料)。
本发明所采用的掩模底板804是通常照相用的薄基软黑白底片负板。(此底片可根据图案需要，做成正板)参见图2空气在空气压缩机1被压缩，然后通过过滤器2净化，再经起开关作用的电磁阀3，连接到喷射枪的进气口5进入喷射枪，金刚砂由进砂口7被气流负压吸入喷枪与空气混合，喷射枪通过喷射枪插口伸进砂雕箱。从砂雕箱的工作窗11将带有图案保护层的待砂雕的硬质材料放到托板上，将手伸入带橡皮胶套的孔洞16，根据需要移动喷射枪6，整个加工过程可以从观测窗9中观测。备用窗口12供临时备用(如工件过长时，可由此处插入)，在操作期间将备用窗口12和孔洞16密封关闭。通过压力表4监督工作压力。工作废气从出气口10排出，为了环境保护，净化并回收有用材料，与出气口10的连接处设除尘柜14，柜的上侧斜置泡沫块13挡住细砂粒或尘土落入除尘柜14底部，净化后的空气用风机(250瓦)15抽出。
通过试验证实，在喷射枪6中采用一种空气介质，其工作压力需要达到20～30个大气压的气流，才能得到稳定的雕刻图象，如此高压，除了在工艺上增加费用外，还会使图象边缘不清晰。故而本发明在喷射枪中采用两种介质，即空气加金刚砂。它们可以将工作气压降至6～8个大气压，雕刻图象清晰，工作效率高。
参见图3高压气流从进气口与通过柔性输入管道进入喷射枪6，与来自输砂管道17靠负压由进砂口7吸入的金刚砂混合，用喷出的空气加金刚砂旋转混合射流，对放置在托板8上的在图案保护膜掩蔽下的硬质材料进行砂雕，喷射枪6可以在托板上方往复移动，如虚线所示，在砂雕过程中的粉尘通过上罩18的出口10流向除尘柜14，稍大颗粒金刚砂通过托盘8与砂雕箱四周的间隙通过下罩19流入集砂口20，通过柔性进砂管道17再次通过金刚砂进口7进入喷射枪参加循环。
在操作箱中的托盘可以倾斜设置。
参见图4～6A、B喷射枪从进气口5输入高压空气，从柔性输砂管道输入金刚砂，二种介质在喷射枪6的内壁混合，喷射枪枪体23与喷咀21之间，填塞橡胶塞22，用固定套25一端与枪体23螺纹连接，另端与喷咀21紧配合。在喷咀的中间段，设螺旋套管24。该螺旋套管24可以使混合的空气与金刚砂介质形成旋转气流并产生了加速度。橡胶塞22的卡盘26与固定套25的套箍27在螺纹28处连接。
参见图7为了加大射流压力，提高工作效率，对喷射枪喷咀做了重点改造，即在喷咀内中部用柔性材料做一螺旋套管24，该螺旋套管24可以使混合的空气与金刚砂介质形成旋转气流并产生加速度。
空气压缩机输出流量为1～1.5立方米/分，风机功率250W，调节砂雕时间，可控制雕刻深度，其最大雕刻深度可达8mm。
下面通过实施例对各种硬质材料作详细说明实施例1一.清洗待雕刻的大理石表面;
二.在已清洗好的大理石表面贴一层不干胶膜;
三.在不干胶膜上涂敷塑性醇溶三元共聚尼龙光敏胶层;
四.把通过照相制板形成的掩模底板放在光敏胶层上;
五.用紫外光曝光10分钟;
六.用乙醇85%显影，用湿水清洗，晾干;
七.用7个大气压的空气加金刚砂混合射流雕刻1分钟，形成图形，深度可达2mm;
八.揭去不干胶膜和光敏胶层。
九.清洗、着色。
实施例2一.清洗待雕刻的玻璃表面;
二.在已清洗好的玻璃表面上贴一层不干胶膜;
三.在不干胶膜上涂敷塑性醇溶三元共聚尼龙光敏胶层;
四.把通过照相制版形成的掩膜板放在光敏胶层上;
五.用紫外光曝光10分钟;
六.用乙醇85%显影，用湿水清洗，晾干;
七.用6个大气压的空气加金刚砂的混合射流雕刻1分钟，形成图形，深度达3mm;
八.揭去不干胶膜和光敏胶层;
九.清洗、着色。
实施例3一.清洗金属(工具钢)表面;
二.在已清洗好的金属表面上贴一层不干胶膜;
三.在不干胶膜上涂敷塑性醇溶三元共聚尼龙光敏胶层;
四.把通过照相制版形成的掩膜板放在光敏胶层上;
五.用紫外光曝光10分钟;
六.用乙醇85%显影，用湿水清洗，晾干;
七.用8个大气压的空气加金刚砂的混合射流雕刻1分钟，形成图形，深度达1mm;
八.揭去不干胶膜和光敏胶层;
九.清洗、着色。
上述列举实施例，旨在对本发明做详细描述，但本发明不受实施例的限制。如所说的硬质材料不限于大理石、花岗岩、陶瓷、玻璃、金属等材料，其它硬质材料都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种在硬质材料表面照相砂雕图案的方法，其特征在于在塑料保护层对不须雕刻部位的掩蔽下，用高压空气加金刚砂的混合射流，对待雕刻表面的待雕刻部位进行喷射雕刻，该法包括1)用公知方法清洗所说的硬质材料平整的待雕刻图案的表面的清洗工艺；2)由在硬质材料待雕刻图案的表面上设置至少一层不干胶膜，然后在不干胶膜上涂敷塑性光敏胶层，将一其图案与欲雕刻的原著图案相反的掩模底板接触覆盖在塑性光敏胶层上，用紫外光或可见光在掩模底板的掩蔽下，对塑性光敏胶层进行曝光，使已曝光后的塑性光敏胶层显影、清洗，从待雕刻表面去掉未曝光部位即待雕刻部位的塑性光敏胶层，露出覆以不干胶膜的待雕刻部位，留下已曝光部位即不须雕刻部位的塑性光敏胶层，形成其图案与原著一致的塑性光敏胶保护层组成的图案转移工艺；3)在砂雕箱中用高压空气加金刚砂的混合射流，对不干胶及其下面的硬质材料的待雕刻表面待雕刻部位进行喷射雕刻的工艺；4)揭去硬质材料表面上的不干胶膜和塑性保护层，去掉金刚砂粉尘、被雕刻落下的硬质材料粉尘，以及清洗整个被雕刻件的工艺；5)最后进行着色的工艺。
2.如权利要求1所述的在硬质材料表面照相砂雕图案的方法，其特征在于所说的高压空气加金刚砂的混合射流是旋转的。
3.如权利要求1所述的在硬质材料表面照相砂雕图案的方法，其特征在于所用的高压空气的压力是6～8大气压，流量在1～1.5立方米/分。
4.如权利要求1所述的在硬质材料表面照相砂雕图案的方法，其特征在于所说的被砂雕的硬质材料是大理石。
5.如权利要求1所述的在硬质材料表面照相砂雕图案的方法，其特征在于所说的被砂雕的硬质材料是玻璃。
6.如权利要求1所述的在硬质材料表面照相砂雕图案的方法，其特征在于所说的被砂雕的硬质材料是一种金属。
7.如权利要求1所述的在硬质材料表面照相砂雕图案的方法，其特征在于所用的掩模底板的图案是与欲雕刻的原著图案一致正板，其砂雕的完成图案是与原著图案相反。
8.一种在硬质材料表面照相砂雕图案的设备，该设备具有一个高压空气加金刚砂高速旋转射流的形成系统，一个砂雕图案砂雕箱;一个砂雕废气抽出、净化装置;所说的射流形成系统至少包括一个空气压缩机和一个喷射枪，喷射枪至少设有进气口、进砂口和喷咀;所说的砂雕箱至少设置一承放待雕刻件的托板，在托板上方的一侧壁设有喷射枪插入口，在托板上壁设有抽出雕刻废气的抽气口，在托板下方箱底上设有金刚砂收集盘;所说的雕刻废气抽净化装置，接在雕刻箱的抽气口，它至少包括一个抽气机和一个置于砂雕箱和抽气机之间的除尘柜;所说的喷射枪由喷枪插入口伸口进砂雕箱，并可在托板上方自由移动或至少二维移动，扫描全部托板。
全文摘要
一种在硬质材料表面照相砂雕图案的方法及其设备。在塑性保护层对不须雕刻部位的掩蔽下，用高压空气加金刚砂的混合射流，对待雕刻表面的待雕刻部位进行喷射雕刻。硬质材料指大理石、玻璃、陶瓷、金属。在硬质材料表面照相砂雕图案的设备具有一个高压空气加金刚砂高速旋转射流的形成系统，包括砂雕图案砂雕箱、砂雕废气抽出、净化装置、空气压缩机、喷射枪，该喷射枪至少设有进气口、进砂口和喷嘴。产品逼真，提高工效数十倍。
文档编号B28D1/00GK1068062SQ9210484
公开日1993年1月20日 申请日期1992年6月25日 优先权日1992年6月25日
发明者袁树森 申请人:中国科学院半导体研究所职工技术协会