基于音圈电机的振动辅助线性摩擦压印装置及方法

本发明涉及压印技术领域，尤其是一种基于音圈电机的振动辅助线性摩擦压印装置及方法。

背景技术：

目前的振动辅助压印为纵波振动，通过局部振动使聚合物熔融实现复制，但由于聚合物材料的不可压缩性，压出完成后会产生毛边等缺陷，且纵向振动会对基底材料内部产生破坏性影响。

针对相关技术中由于聚合物材料的不可压缩性，压出完成后会产生毛边等缺陷，且纵向振动会对基底材料内部产生破坏性影响的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

发明目的：提供一种基于音圈电机的振动辅助线性摩擦压印装置及方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种基于音圈电机的振动辅助线性摩擦压印装置及方法，包括：振动台底座，以及设置于所述振动台底座一侧的电机支架；所述电机支架上设置有音圈电机；所述振动台底座上设置有导轨，所述导轨上设置有振动台，所述振动台与所述音圈电机动子连接；所述振动台上方设置有宏动进给机构，所述宏动进给机构内设置有微动进给机构，所述宏动进给机构和所述微动进给机构之间设置有预紧螺栓和压电陶瓷驱动器，所述预紧螺栓与所述压电陶瓷驱动器连接；所述音圈电机，用于驱动所述振动台在平面方向振动，所述压电陶瓷驱动器，用于驱动所述微动进给机构，所述宏动进给机构，用于进给控制。

在进一步的实施例中，所述音圈电机包括：音圈电机定子和音圈电机动子，所述音圈电机定子与所述音圈电机动子连接。能够实现驱动振动平台在平面方向振动。

在进一步的实施例中，所述音圈电机的振动频率100~300hz，振幅10~100μm。能够实现提供足够动力的效果。

在进一步的实施例中，所述宏动进给机构与所述微动进给机构柔性铰链。能够实现动力传输的效果。

在进一步的实施例中，所述柔性铰链处设置有动态应变片。能够实现应力反馈的效果，从而实现精准的进给控制。

在进一步的实施例中，所述微动进给机构的输出端设置有模具。能够实现良好的成型效果。

在进一步的实施例中，所述振动台上固定设置有聚合物薄板。能够实现固定聚合物材料的效果。

本发明还提供一种基于音圈电机的振动辅助线性摩擦压印方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、准备阶段；步骤二、摩擦生热阶段；步骤三、力控微进给阶段；步骤四、冷却脱模阶段。

在进一步的实施例中，摩擦生热阶段包括：通过振动在聚合物表面实现线性摩擦生热。

在进一步的实施例中，力控微进给阶段包括：通过具有力反馈功能的微动进给机构控制压印过程压力；再通过压印过程的温度场和应力应变场的在线检测，完成表面摩擦和微进给的精密控制，实现表面熔融深度的有效可控；根据模具的微纳尺寸要求，使整个聚合物表面熔融，并通过在可控压力作用下的填充，实现熔融区域的结构重构，完成高密度微流控芯片的复制制造。

有益效果：在本申请实施例中，采用基于音圈电机的振动辅助和线性摩擦作用的方式，通过振动台底座，以及设置于所述振动台底座一侧的电机支架；所述电机支架上设置有音圈电机；所述振动台底座上设置有导轨，所述导轨上设置有振动台，所述振动台与所述音圈电机动子连接；所述振动台上方设置有宏动进给机构，所述宏动进给机构内设置有微动进给机构，所述宏动进给机构和所述微动进给机构之间设置有预紧螺栓和压电陶瓷驱动器，所述预紧螺栓与所述压电陶瓷驱动器连接；所述音圈电机，用于驱动所述振动台在平面方向振动，所述压电陶瓷驱动器，用于驱动所述微动进给机构，所述宏动进给机构，用于进给控制，达到了音圈电机振动辅助和线性摩擦的目的，从而实现了解决压印对聚合物材料损伤的技术效果，进而解决了由于聚合物材料的不可压缩性，压出完成后会产生毛边等缺陷，且纵向振动会对基底材料内部产生破坏性影响的技术问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的流程示意图1；

图3是本发明的流程示意图2；

图4是本发明的流程示意图3；

图5是本发明的流程示意图4。

附图标记为：1、振动台底座；2、导轨；3、振动台；4、聚合物材料；5、音圈电机动子；6、音圈电机定子；7、电机支架；8、模具；9、微动进给机构；10、柔性铰链；11、宏动进给机构；12、预紧螺栓；13、压电陶瓷驱动器；14、音圈电机；15、动态应变片；16、聚合物薄板。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

如图1-5所示，本申请涉及一种基于音圈电机的振动辅助线性摩擦压印装置。该基于音圈电机的振动辅助线性摩擦压印装置包括：振动台底座1，以及设置于所述振动台底座1一侧的电机支架7；振动台底座1是指振动台底部支撑座，能够实现良好的固定和支撑效果；电机支架7是指电机支撑架，能够实现固定和支撑电机的效果。

所述电机支架7上设置有音圈电机14；音圈电机14是指一种特殊形式的直接驱动电机。具有结构简单体积小、高速、高加速相应的特点，能够实现提供动力的效果。进一步的，所述音圈电机14包括：音圈电机定子6和音圈电机动子5，所述音圈电机定子6与所述音圈电机动子5连接。能够实现驱动振动平台在平面方向振动。其中，所述音圈电机14的振动频率100~300hz，振幅10~100μm。能够实现提供足够动力的效果。

所述振动台底座1上设置有导轨2，所述导轨2上设置有振动台3，所述振动台3与所述音圈电机动子5连接；能够实现良好的固定和连接，以及动力传输的效果。

所述振动台3上方设置有宏动进给机构11，所述宏动进给机构11内设置有微动进给机构9，能够实现大距离进给和微动进给的效果。通过将宏动进给机构11固定在支架上，能够实现良好的固定和支撑效果。

所述宏动进给机构11和所述微动进给机构9之间设置有预紧螺栓12和压电陶瓷驱动器13，所述预紧螺栓12与所述压电陶瓷驱动器13连接；能够实现良好的驱动效果，从而作用于模具8上。

所述音圈电机14，用于驱动所述振动台3在平面方向振动，能够实现平面方向的振动效果；

所述压电陶瓷驱动器13，用于驱动所述微动进给机构9，通过设置有压电陶瓷驱动器13，能够实现驱动微动进给机构9的效果。

所述宏动进给机构11，用于进给控制。通过设置有宏动进给机构11，能够实现较大距离进给的效果，从而提高进给效率。

从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：

在本申请实施例中，采用基于音圈电机14的振动辅助和线性摩擦作用的方式，通过振动台底座1，以及设置于所述振动台底座1一侧的电机支架7；所述电机支架7上设置有音圈电机14；所述振动台底座1上设置有导轨2，所述导轨2上设置有振动台3，所述振动台3与所述音圈电机动子5连接；所述振动台3上方设置有宏动进给机构11，所述宏动进给机构11内设置有微动进给机构9，所述宏动进给机构11和所述微动进给机构9之间设置有预紧螺栓12和压电陶瓷驱动器13，所述预紧螺栓12与所述压电陶瓷驱动器13连接；所述音圈电机14，用于驱动所述振动台3在平面方向振动，所述压电陶瓷驱动器13，用于驱动所述微动进给机构9，所述宏动进给机构11，用于进给控制，达到了音圈电机14振动辅助和线性摩擦的目的，从而实现了解决压印对聚合物材料4损伤的技术效果，进而解决了由于聚合物材料4的不可压缩性，压出完成后会产生毛边等缺陷，且纵向振动会对基底材料内部产生破坏性影响的技术问题。

作为本实施例中优选的，所述宏动进给机构11与所述微动进给机构9柔性铰链10。能够实现动力传输的效果。进一步的，所述柔性铰链10处设置有动态应变片15。能够实现应力反馈的效果，从而实现精准的进给控制。

作为本实施例中优选的，所述微动进给机构9的输出端设置有模具8。能够实现良好的成型效果。

作为本实施例中优选的，所述振动台3上固定设置有聚合物薄板16。能够实现固定聚合物材料4的效果。

本发明的装置工作流程如下：

本发明主要通过音圈电机14实现水平方向的横向振动，振动频率100~300hz，振幅10~100μm。音圈电机14驱动振动平台在平面方向振动，将聚合物薄板16固定在平台上，将模具8安装在微动进给机构9上，微动进给机构9通过压电陶瓷驱动，通过柔性铰链10实现导向，通过粘贴在柔性铰链10处的应变片实现进给过程的力反馈；微动机构安装在宏动机构上，宏动机构通过精密电机实现进给控制。

如图2-5所示，本发明还提供一种基于音圈电机的振动辅助线性摩擦压印方法，包括以下步骤：步骤一、准备阶段；步骤二、摩擦生热阶段；步骤三、力控微进给阶段；步骤四、冷却脱模阶段。

作为本实施例中优选的，摩擦生热阶段包括：通过振动在聚合物表面实现线性摩擦生热。

作为本实施例中优选的，力控微进给阶段包括：通过具有力反馈功能的微动进给机构控制压印过程压力；再通过压印过程的温度场和应力应变场的在线检测，完成表面摩擦和微进给的精密控制，实现表面熔融深度的有效可控；根据模具的微纳尺寸要求，使整个聚合物表面熔融，并通过在可控压力作用下的填充，实现熔融区域的结构重构，完成高密度微流控芯片的复制制造。

本发明的方法具体如下：

基于音圈电机的振动辅助线性摩擦的压印工艺是通过模具将高频振动传递到聚合物表面，基于摩擦生热及黏弹生热机理，使得界面整体受热熔融，并在正压力作用下实现模具填充，经过固化脱模最终实现模具上微纳结构的快速复制。整个过程包括四个阶段：（一）准备阶段；（二摩擦生热阶段；（三）力控微进给阶段；（四）冷却脱模阶段，如图所示。

主要介绍方法：通过振动在聚合物表面实现线性摩擦生热，通过具有力反馈功能的微进给系统控制压印过程压力，即影响摩擦的正压力，通过压印过程的温度场和应力应变场的在线检测，完成表面摩擦和微进给的精密控制，实现表面熔融深度的有效可控，根据模具的微纳尺寸要求，使整个聚合物表面熔融，并通过在可控压力作用下的填充，实现熔融区域的结构重构，完成高密度微流控芯片的复制制造。

本发明还具有如下有益效果：

1、本发明通过音圈电机振动平台的摩擦作用，使聚合物和模具表面温度升高，使得聚合物熔融，进而在压力作用下实现微纳结构的复制。

2、可用于高密度微流控芯片，可用于多层结构，横向振动不会对内部结构产生影响。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。