一种非接触式电驱动模塑成形装置及设备的制作方法

本发明实施例涉及微结构制造技术领域，特别是涉及一种非接触式电驱动模塑成形装置及设备。

背景技术：

随着科技的发展，微结构制件在生物医学、精密仪表、光纤通信、航空、航天等领域不断增加，微流控芯片作为一种新兴技术在生物、化学、医学等领域的应用越来越广泛。微流控芯片技术(microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程中的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。随着微流控芯片的大量运用，快速、高效以及可以大规模生产的芯片生产方法被广泛研究，其中，最常用的方法为热压成型方法，并且模具的制造是热压成型方法的关键。

目前，常用的模具为采用弹性材料(即聚合物材料)制作而成的弹性模具，采用聚合物制作而成的弹性模具的弹性较好，较好的弹性有助于模具在热压成型时脱模，但是由于该弹性模具的机械性能较差，所以在利用该弹性模具制作微流控芯片并受热压时被热压部分的高深宽比结构容易变形，从而导致利用该弹性模具制作的微流控芯片的精确降低。

鉴于此，如何使制作出的弹性模具在保持弹性优势的情况下，增强了待受热压区域的机械性能，从而使弹性模具在使用过程中其受热压区域不易因受热压而发生形变，且容易脱模成为本领域技术人员目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种非接触式电驱动模塑成形装置及设备，使加工而成的弹性模具的特定区域的机械性能得到加强，并且还保持了弹性模具其他区域的弹性，提高了弹性模具的质量和精确度，使基于该弹性模具制作而成的微流控芯片的精确度提高。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种非接触式电驱动模塑成形装置，包括微结构模板、模板移动装置、聚合物基板、可移动加工平台、电泳辅助控制器和控制柜，其中：

所述微结构模板设置于所述模板移动装置的移动端；所述聚合物基板设置于所述可移动加工平台上；所述聚合物基板的上表面用于放置混合胶体，所述混合胶体包括强化粒子和聚合物胶体；所述微结构模板位于所述聚合物基板的上方，且与所述聚合物基板间隔预设间距；所述控制柜的输出端分别与所述模板移动装置、所述可移动加工平台和所述电泳辅助控制器的控制端连接，所述控制柜用于控制所述模板移动装置对所述微结构模板进行移动，用于控制所述可移动加工平台对所述聚合物基板进行移动；所述电泳辅助控制器的阳极和阴极分别与所述微结构模板和所述聚合物基板连接，所述电泳辅助控制器，用于在开启时使所述微结构模板和所述聚合物基板之间产生电场，并将位于所述聚合物基板上的强化粒子牵引至预设区域，以便进行混合聚合物成型加工。

可选的，还包括真空温度控制器，用于对成型的混合聚合物模具进行固化加工以形成弹性模具。

可选的，还包括混合循环系统，用于将所述强化粒子和所述聚合物胶体进行充分混合，得到混合胶体，并将所述混合胶体输送至所述聚合物基板上。

可选的，所述混合循环系统包括：

装载模块，用于将预设比例的强化粒子和聚合物胶体装载至滚筒内；

搅拌模块，用于对滚筒内的强化粒子和聚合物胶体进行搅拌混合，得到混合胶体；

胶体吸引模块，用于将所述混合胶体输送至所述聚合物基板上。

可选的，还包括检测系统，用于对所述混合聚合物成型状态进行检测，获取相应状态信息。

可选的，所述检测系统还用于将所述状态信息发送至所述控制柜；

所述控制柜还用于依据所述状态信息对所述模板移动装置、所述可移动加平台以及所述电泳辅助控制器进行相应的控制。

可选的，所述检测系统为ccd视频监测系统。

可选的，还包括电磁波发生器，所述电磁波发生器的控制端与所述控制柜的输出端连接，用于在开启时产生电磁波，以使所述混合聚合物模具中的强化粒子在电磁波的作用下进行高频振荡加热。

可选的，还包括聚合物基板夹具，所述聚合物基板通过所述聚合物基板夹具设置于所述可移动加工平台上。

本发明实施例还公开了一种非接触式电驱动模塑成形设备，包括如上述所述的非接触式电驱动模塑成形装置。

本发明实施例提供了一种非接触式电驱动模塑成形装置及设备，包括微结构模板、模板移动装置、聚合物基板、可移动加工平台、电泳辅助控制器和控制柜；微结构模板设置于模板移动装置的移动端；聚合物基板设置于可移动加工平台上；聚合物基板的上表面用于放置混合胶体，混合胶体包括强化粒子和聚合物胶体；微结构模板位于聚合物基板的上方，且与聚合物基板间隔预设间距；控制柜的输出端分别与模板移动装置、可移动加工平台和电泳辅助控制器的控制端连接，控制柜用于控制模板移动装置对微结构模板进行移动，用于控制可移动加工平台对聚合物基板进行移动；电泳辅助控制器的阳极和阴极分别与微结构模板和聚合物基板连接，电泳辅助控制器，用于在开启时使微结构模板和聚合物基板之间产生电场，并将位于聚合物基板上的强化粒子牵引至预设区域，以便进行混合聚合物成型加工。

本发明实施例中的控制柜通过模板移动装置和可移动加工平台控制微结构模板和聚合物基板的相对位置和间距以实现非接触式模塑，并且本发明实施例中的聚合物胶体中混合有强化粒子，将混合胶体精准的置于聚合物基板上，由于电泳辅助控制器的输出端分别与微结构模板和聚合物基板连接，所以在电泳辅助控制器开启后可以使微结构模板和聚合物基板之间产生辅助电场，并牵引聚合物基板上的强化粒子运动至预设区域，使强化粒子在该预设区域定向沉淀，同时通过电场产生的麦斯威尔压强实现对混合聚合物流变的有效驱动，实现在无机械压力条件下的混合聚合物成型，从而使加工而成的弹性模具中特定区域的机械性能得到加强，并且还保持了弹性模具其他区域的弹性，提高了弹性模具的质量和精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种非接触式电驱动模塑成形装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种非接触式电驱动模塑成形装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种非接触式电驱动模塑成形装置示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种非接触式电驱动模塑成形装置及设备，使加工而成的弹性模具的特定区域的机械性能得到加强，并且还保持了弹性模具其他区域的弹性，提高了弹性模具的质量和精确度，使基于该弹性模具制作而成的微流控芯片的精确度提高。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种非接触式电驱动模塑成形装置的结构示意图。

该装置，包括微结构模板1、模板移动装置2、聚合物基板3、可移动加工平台4、电泳辅助控制器5和控制柜6，其中：

微结构模板1设置于模板移动装置2的移动端；聚合物基板3设置于可移动加工平台4上；聚合物基板3的上表面用于放置混合胶体，混合胶体包括强化粒子和聚合物胶体；微结构模板1位于聚合物基板3的上方，且与聚合物基板3间隔预设间距；控制柜6的输出端分别与模板移动装置2、可移动加工平台4和电泳辅助控制器5的控制端连接，控制柜6用于控制模板移动装置2对微结构模板1进行移动，控制柜6用于控制可移动加工平台4对聚合物基板3进行移动，以使模板移动装置2和可移动加工平台4对微结构模板1和聚合物基板3之间的相对位置和间距进行调整；电泳辅助控制器5的阳极和阴极分别与微结构模板1和聚合物基板3连接，电泳辅助控制器5，用于在开启时使微结构模板1和聚合物基板3之间产生电场，并将位于聚合物基板3上的强化粒子牵引至预设区域，以便进行混合聚合物成型加工。

需要说明的是，本发明实施例预先将强化粒子混合在聚合物胶体中，使强化粒子与聚合物胶体均匀混合后得到混合胶体，并将适量的混合胶体放置于聚合物基板3上，具体可以通过管道引流或者人工手动放置。本申请中的微结构模板1位于聚合物基板3的上方，并且微结构模板1与聚合物基板3之间不接触，具有一定的间距，实现非接触式模塑成型。模板移动装置2依据控制柜6输出的控制信号进行相应的运行，以带动设置于其移动端的微结构模板1进行相应的运动，可移动加工平台4也可以依据控制柜6输出的控制信号进行在三维空间内进行运动，并带动位于其上面的聚合物基板3进行相应的运动，以对微结构模板1和聚合物基板3之间的相对位置和间距进行调整。

具体的，可移动平台上可以设置加工槽，并且将聚合物基板3可以设置于加工槽内部，当然，可移动平台可以依据控制柜6输出端的控制指令使加工槽进行准确的定向运动，从而保障聚合物基板3与微结构模板1之间的相对位置。另外，模板移动装置2具体可以设置有机床主轴和模板夹具及运动机构，该机床主轴可以依据控制柜6的控制指令带动模板夹具及运动机构进行相应的运动，进而带动微结构模板1进行相应的运动。

还需要说明的是，电泳辅助技术是通过外加电压形成的电场，并通过该电场牵引位于电场内部的带电微粒运动到特定区域。本申请中的电泳辅助控制器5的阳极和阴极分别与微结构模板1和聚合物基板3连接，当电泳辅助控制器5开启时，微结构模板1和聚合物基板3之间便产生一定的电场，实现非接触模塑成型的必要条件，又由于强化粒子在聚合物胶体中可以吸附游离电子进而使自身带电，所以该电场可以牵引强化粒子运动至预先设定的需要强化的区域(预设区域的选定可以根据实际情况进行确定)，从而使强化粒子在预设区域中进行定向沉淀，以进行聚合物模具局部区域沉积成型加工。其中，电泳辅助控制器5可以使微结构模板1和聚合物基板3之间形成可控有效电场，并且还可以依据控制柜6发送的指令对加工中正反交直流电的电场进行切换，以便在混合聚合物成型效果不佳时对混合聚合物的状态进行复原，以重新进行模塑成型。

具体的，在将强化粒子牵引至预设区域后，通过电场产生的麦斯威尔压强实现对聚合物薄膜流变的有效驱动，从而使混合聚合物成型，当然，在成型后还需要对混合聚合物模具进行固化，以得到加工而成的弹性模具。

需要说明的是，本申请中采用非接触式电驱动模塑成形的方式，可以避免采用机械压力压印成型时模具发生的形变问题，从而可以使制作而成的弹性模具对微结构模板1图案的完整复型，提高对微结构模板1复型的保真度和弹性模板的精确度。

另外，本发明实施例是对弹性模具特定区域的机械性能进行加强，而不是对弹性模具整体机械性能进行加强，主要是因为在热压成型时，弹性模具中受热压部分的高深宽比结构易变形，而其他区域因具有较好的弹性易于后期的脱模，如果对整个弹性模具的机械性能进行加强，则非热压区域的弹性减弱，从而导致弹性模具不易脱模时，不易脱模可能会导致弹性模具高深宽比结构被破坏，所以需要对弹性模具的特定区域(特定区域具体为哪些区域可以根据实际情况进行确定)的机械性能进行增强，同时保持其他区域的弹性优势，故，本申请中采用电泳辅助控制器5对混合胶体中的强化粒子进行定向牵引，实现对弹性模具特定区域机械性能的提高。采用本发明实施例中的装置制作而成的弹性模具在应用到热压成型技术中时，受热压区域的高深宽比结构不易发生变形，有助于提高弹性模具的高深宽比，并且有助于减小弹性模具的尺寸，使制作出的微流控芯片的精确度提高。

还需要说明的是，本发明实施例中的控制柜6中集成有控制模板移动装置2、可移动加工平台4和电泳辅助控制器5的各个控制程序，以保证本申请中所有工艺的运行，并且，本发明实施例中提供的各个设备均可以设置于机床工作台上。

另外，本发明实施例中的强化粒子可以为无机纳米粒子、纳米粘土或碳纳米管等，当然也可以为其他的填充物，只要能实现提高固化成型后的弹性模具的表面强度即可。

本发明实施例中的控制柜通过模板移动装置和可移动加工平台控制微结构模板和聚合物基板的相对位置和间距以实现非接触式模塑，并且本发明实施例中的聚合物胶体中混合有强化粒子，将混合胶体精准的置于聚合物基板上，由于电泳辅助控制器的输出端分别与微结构模板和聚合物基板连接，所以在电泳辅助控制器开启后可以使微结构模板和聚合物基板之间产生辅助电场，并牵引聚合物基板上的强化粒子运动至预设区域，使强化粒子在该预设区域定向沉淀，同时通过电场产生的麦斯威尔压强实现对混合聚合物流变的有效驱动，实现在无机械压力条件下的混合聚合物成型，从而使加工而成的弹性模具中特定区域的机械性能得到加强，并且还保持了弹性模具其他区域的弹性，提高了弹性模具的质量和精确度，使基于该弹性模具制作而成的微流控芯片的精确度提高。

在上述实施例的基础上，请参照图2和图3：

作为一个优选的实施例，该装置还包括真空温度控制器7，用于对成型的混合聚合物模具进行固化加工以形成弹性模具。

需要说明的是，本发明实施例中在得到成型的混合聚合物模具后，可以采用真空温度控制器7对其进行固化，真空温度控制器7可以依据控制柜6输出的控制信号对固化时的温度和真空度进行调节，还可以在其内部充入其他必要的辅助气体，以保证混合聚合物模具固化时的需要。

当然，在实际应用中不仅限于采用真空温度控制器7对混合聚合物模具进行固化，也可以采用其他的装置对其进行固化，具体不限。

作为一个优选的实施例，该装置还包括混合循环系统9，用于将强化粒子和聚合物胶体进行充分混合，得到混合胶体，并将混合胶体输送至聚合物基板3上。

具体的，本发明实施例中还可以设置混合循环系统9，该混合循环系统9可以用来将强化粒子充分混合在聚合物胶体中，并将混合后的混合胶体输送至聚合物基板3上，具体可以通过一次将预设量的混合胶体输送至聚合物基板3上，也可以通过多次输送将预设量的混合胶体输送至聚合物基板3上。

作为一个优选的实施例，混合循环系统9包括：

装载模块，用于将预设比例的强化粒子和聚合物胶体装载至滚筒内；

搅拌模块，用于对滚筒内的强化粒子和聚合物胶体进行搅拌混合，得到混合胶体；

胶体吸引模块，用于将混合胶体输送至聚合物基板3上。

需要说明的是，本发明实施例中的胶体吸引模块可以与模板移动装置2进行组合，具体可以与模板移动装置2上的机床主轴进行组合，并通过吸引管将混合好的混合胶体输送至聚合物基板3上行。

另外，当聚合物胶体较粘稠时，不易于强化粒子与聚合物胶体的均匀混合，此时本发明实施例中的混合循环系统9不仅限于包括装载模块、搅拌模块和胶体吸引模块，还可以包括稀释模块，稀释模块用于对强化粒子和聚合物胶体进行适当的稀释，以便于两者更好的混合。另外，由于混合胶体长时间放置可能会出现凝固，所有本发明实施例中的混合循环系统9还可以包括溶液循环模块，用于对混合胶体进行流动循环处理。

具体的，本发明实施例中的搅拌模块具体可以包括超声振动模块和/或磁力搅拌模块，当然，也可以采用其他方式实现，本发明实施例对此不作特殊限定。

作为一个优选的实施例，该装置还包括检测系统10，用于对混合聚合物成型状态进行检测，获取相应状态信息。

需要说明的是，为了在加工过程中更好的了解位于聚合物基板3上的混合聚合物的成型状态，本发明实施例还可以设置检测系统10，通过该检测系统10获取混合聚合物的状态信息，还可以检测定位精度，以便系统或工作人员依据该状态信息及其他检测信息对相应的系统做出适当的调整。

作为一个优选的实施例，检测系统10还用于将状态信息发送至控制柜6；

控制柜6还用于依据状态信息对模板移动装置2、可移动加平台以及电泳辅助控制器5进行相应的控制。

具体的，本发明实施例中的检测系统10可以将获取的状态信息发送至控制柜6，以便控制柜6根据检测系统10发送的状态信息对当前混合聚合物的成型状态进行判断，若满足预设条件则继续后续加工程序，若不满足预设条件则根据该状态信息确定哪个设备需要调节，在对模板移动装置2、可移动加平台以及电泳辅助控制器5中的相应设备进行相应的控制。

例如，当成型效果不佳时，可以控制电泳辅助控制器5的正反交直流的电场进行切换，从而使成型的混合聚合物恢复到成型之前的状态，然后再通过控制柜6对影响成型的因素进行相应的调整，以便重新成型。

作为一个优选的实施例，检测系统10为ccd视频监测系统。

需要说明的是，本发明实施例中的检测系统10可以危机视频检测系统10，具体可以为ccd视频检测系统10，通过对视频进行分析得到当前的状态信息。当然，还可以为图像检测系统10，通过对检测到的图像信息进行分析得到当前的状态信息。

作为一个优选的实施例，还包括电磁波发生器8，电磁波发生器8的控制端与控制柜6的输出端连接，用于在开启时产生电磁波，以使混合聚合物模具中的强化粒子在电磁波的作用下进行高频振荡加热。

可以理解的是，微波是一种高频率的电磁波，其本身并不产生热，在宇宙、自然界中到处都有微波，但存在自然界的微波，因为分散不集中，故不能使物体内部产生热效应。利用磁控管，将电能转变成微波，以超高振荡频率穿透物体，当微波被物体吸收时，物体内之极性分子即被吸引，并以同样的高频率速度快速振荡，这种震荡的宏观表现就是物体被加热了。

电磁波热效应就是当微波辐射到物体上时，物体中总是含有一定量的水分，而水是由极性分子(分子的正负电荷中心，即使在外电场不存在时也是不重合的)组成的，这种极性分子的取向将随微波场而变动。由于物体中的极性分子的这种运动，以及相邻分子间的相互作用，产生了类似摩擦的现象，因此，物体的温度也就上升了。用电磁波加热的物体，因其内部也同时被加热，使整个物体受热均匀，升温速度也快。

具体的，在本发明实施例中将成型的混合聚合物进行固化后得到混合聚合物模具，此时位于混合聚合物模具特定区域中的各个强化粒子之间的相互作用并不是很强，所以本发明实施例增设了电磁波发生器，并利用电磁波发生器8所产生的电磁波对混合聚合物模具产生热作用，从而使位于混合聚合物模具内部的强化粒子进行高频振荡加热，使强化粒子之间发生热粘连等变化，增加各个强化粒子之间的相互作用，进一步增强强化粒子所在区域的机械性能，也即使加工得到的弹性模具预设区域的机械性能进一步增强，从而使该弹性模具在用于热压成型时保持较高的高深宽比结构，使基于该弹性模具生产的微流控芯片的质量和精确度提供。

作为一个优选的实施例，还包括聚合物基板夹具11，聚合物基板3通过聚合物基板夹具11设置于可移动加工平台4上。

需要说明的是，本发明实施例中的聚合物基板3可以通过聚合物基板夹具11固定在可移动加工平台4上，该聚合物基板夹具11具体可以设置在位于可移动加工平台4上的加工槽内部。当然，再具体实施时也可以采用其他的固定装置固定聚合物基板3，本发明实施例对此不做特殊限定。

在上述实施例到了基础上，本发明实施例还公开了一种非接触式电驱动模塑成形设备，包括如上述的非接触式电驱动模塑成形装置。

需要说明的是，本发明实施例在加工过程中可以使混合在聚合物胶体中的强化粒子定向沉淀，从而使加工而成的弹性模具的特定区域的机械性能得到加强，并且还保持了弹性模具其他区域的弹性，以使该弹性模具应用于热压成型时被热压的区域高深宽比结构不易发生形变，同时还保持易于脱模的优点，以使基于该弹性模具制作而成的微流控芯片的精确度提高。

另外，对于本发明实施例中所涉及到的非接触式电驱动模塑成形装置的具体介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。