热和成型过程集中在微流控芯片基体表面的微通道区域，因而，微流控芯片基体受到的热和压力影响小，微流控芯片成形效率高、成形精度好。
[0027]4.利用激光透射加热的微流控芯片成形加工方法，设备简单实用，成本低廉，应用范围广。
[0028]5.在计算机控制下，微通道加工柔性好，容易实现高效自动化生产。
【附图说明】
[0029]图1是聚合物微流控芯片微通道模压成形装置结构示意图。
[0030]图2是图1中A的放大结构示意图。
[0031]图3是模架的内壁的结构示意图。
[0032]图4是聚合物微流控芯片微通道模压成形方法具体实施步骤工艺流程示意图。
[0033]图5是实施例1所要求的微流控芯片结构示意图。
[0034]图6是实施例1所要求的微流控芯片微通道的截面结构示意图。
[0035]图7是实施例2所要求的微流控芯片结构示意图。
[0036]图8是实施例2所要求的微流控芯片微通道的截面结构示意图。
[0037]图中:激光器1、光路整形机构2、透光约束层3、定模板4、自动控制系统5、成型模板6、微结构凸起6-1、塑料件7、吸收涂层7-1、模架8、导轨8-1、微通道9。
【具体实施方式】
[0038]下面结合符合及实施例对本发明作进一步阐述。
[0039]实施例1:如图1?图4所示，一种聚合物微流控芯片微通道模压成形装置，包括激光输出系统、挤压模具以及自动控制系统5,激光输出系统包括激光器I和光路整形机构
2,挤压模具包括上模、下模、模架8,上模包括定模板4、透光约束层3,透光约束层3固定在定模板4上，定模板4固定于模架8上，透光约束层3位于光路整形机构2的正下方，下模包括活动连接于模架8内的成型模板6，在成型模板6上放置塑料件7，透光约束层3的下方正对塑料件7，在塑料件7的下表面设有吸收涂层7-1，在成型模板6的上表面设有与聚合物微流控芯片微通道9相对应的微结构凸起6-1，自动控制系统5与激光器I及挤压模具控制连接。
[0040]塑料件7采用PMMA基体板料，要求的微流控芯片基体及其表面微通道9如图5、图6所不,基体尺寸:15 X 15 X 1mm，微通道9排列分布在基体表面中间的1X 1mm区域,微通道9截面为半圆形,直径0.1mm,微通道间距0.5mm。
[0041]激光器I为光纤激光器，透光约束层3采用石英玻璃，吸收涂层7-1为碳黑，成型模板6为模具钢,在模架8的内壁设有导轨8-1,成型模板6活动连接于导轨8-1。
[0042]激光器I输出的激光经过光路整形机构2整形，激光束形状与微通道9结构区域一致。成形加工过程为:首先准备PMMA基体板料塑料件7，在待加工区域表面涂上吸收涂层7-1，然后将塑料件7放置在打开的成型模板6的微结构凸起6-1上，启动激光透射加热挤压成形装置的自动控制系统5，按照设定的工作指令和程序，进行激光透射加热成形加工。主要工艺参数:激光器I输出激光波长为900 nm，激光功率10 W、定位辐照时间4 S，挤压成形装置的压力大小为10-50千克，成型保压与冷却固化时间5-10 S。
[0043]成型模板6上表面的微结构凸起6-1是利用光刻加工方法精密制造而成。
[0044]激光器I采用单次连续定位辐照方式。
[0045]实施例2:如图1?图4所示，一种聚合物微流控芯片微通道模压成形装置，塑料件7采用PP基体板料，要求的微流控芯片基体及其表面微通道9如图7、图8所示，基体尺寸:30X20Xlmm，十字形微通道9长与宽尺寸20X 10mm，微通道9截面为半圆形，直径
0.2mm。
[0046]激光器I为Nd-YAG固体激光器，透光约束层3采用K9玻璃，吸收涂层7_1为碳黑，成型模板6为模具钢,在模架8的内壁设有导轨8-1,成型模板6活动连接于导轨8-1。
[0047]激光器I输出的激光经过光路整形机构2整形，激光束形状与微通道9结构区域相一致的十字形，激光束宽度为2mm，本实施例其余各部件结构与实施例1相同。成形加工过程为:首先准备PP基体板料塑料件7，在待加工区域表面涂上吸收涂层7-1，然后将塑料件7放置在打开的成型模板6的微结构凸起6-1上，启动激光透射加热挤压成形装置的自动控制系统5，按照设定的工作指令和程序，进行激光透射加热成形加工。主要工艺参数:激光器I输出激光波长为1064nm,激光功率2W、定位福照时间5 s,挤压成形装置的压力大小为5-20千克，成型保压与冷却固化时间5-10s。
[0048]成型模板6上表面的微结构凸起6-1是利用微切削加工方法精密制造而成。
[0049]激光器I采用多次间隙定位辐照方式。
【主权项】
1.一种聚合物微流控芯片微通道模压成形装置，其特征在于，包括激光输出系统、挤压模具以及自动控制系统，激光输出系统包括激光器和光路整形机构，挤压模具包括上模、下模、模架，上模包括定模板、透光约束层，透光约束层固定在定模板上，定模板固定于模架上，透光约束层位于光路整形机构的正下方，下模包括活动连接于模架内的成型模板，在成型模板上放置塑料件，透光约束层的下方正对塑料件，在塑料件的下表面设有吸收涂层，在成型模板的上表面设有与聚合物微流控芯片微通道相对应的微结构凸起，自动控制系统与激光器及挤压模具控制连接。
2.根据权利要求1所述的聚合物微流控芯片微通道模压成形装置，其特征在于，激光器为光纤激光器或Nd-YAG固体激光器，激光器输出激光波长为800?1064nm，功率为I?50 W，激光器的激光束经光路整形机构整形为与聚合物微流控芯片的微通道结构区域外形—致。
3.根据权利要求2所述的聚合物微流控芯片微通道模压成形装置，其特征在于，透光约束层为透光玻璃。
4.根据权利要求3所述的聚合物微流控芯片微通道模压成形装置，其特征在于，吸收涂层为碳黑。
5.根据权利要求4所述的聚合物微流控芯片微通道模压成形装置，其特征在于，成型模板为模具钢。
6.根据权利要求5所述的聚合物微流控芯片微通道模压成形装置，其特征在于，在模架的内壁设有导轨，成型模板活动连接于导轨。
7.实施如权利要求1至6任一项所述的聚合物微流控芯片微通道模压成形装置的方法，其特征在于，聚合物微流控芯片微通道模压成形加工方法的具体实施步骤如下: a.准备塑料件基体材料； b.打开激光器，根据塑料件的基体材料和聚合物微流控芯片的微通道尺寸，确定激光器的激光参数和成型工艺，调节光路整形机构，设定工作指令和控制程序； c.启动自动控制系统，挤压模具的上模、下模两部分分开，成型模板下移，放置塑料件在具有微结构凸起特征的成型模板的表面，并定位固定； d.自动控制系统控制成型模板上移，挤压模具闭合，塑料件紧贴透光约束层； e.激光投射加热:激光器开始工作，输出激光，激光器输出的激光经过光路整形机构整形，整形为与聚合物微流控芯片微通道结构区域外形一致的能量均匀分布的激光束，激光垂直透过透光约束层，透射塑料件并辐照加热塑料件下表面的吸收涂层，定位辐照时间1-5 S，吸收涂层吸收激光能量进而加热融化塑料件的下表面，塑料件的下表面由固态转化为高弹态或粘流态； f.挤压成型:塑料件的下表面融化后，自动控制系统控制成型模板向上挤压塑料件，挤压成形塑料件微通道； g.开模取件:塑料件微通道成型面冷却固化后，自动控制系统控制成型模板下移，取下塑料件，完成一个工作循环。
8.根据权利要求7所述的实施聚合物微流控芯片微通道模压成形装置的方法，其特征在于，准备塑料件基体材料包括塑料件的基体成形加工和在塑料件的下表面涂上吸收涂层，塑料件的基体成形加工通过注塑、挤塑、压塑模具完成，成型模板上表面的微结构凸起与聚合物微流控芯片微通道的结构尺寸和形状相对应，成型模板上表面的微结构凸起是利用光刻或微切削或电火花加工方法精密制造而成。
9.根据权利要求7所述的实施聚合物微流控芯片微通道模压成形装置的方法，其特征在于，激光器采用单次连续定位辐照方式。
10.根据权利要求7所述的实施聚合物微流控芯片微通道模压成形装置的方法，其特征在于，激光器采用多次间隙定位辐照方式。
【专利摘要】本发明公开了一种聚合物微流控芯片微通道模压成形装置及其方法，涉及聚合物微流控芯片成形加工领域，特指基于激光透射加热的聚合物微流控芯片微通道模压成形加工方法和装置。本发明是利用激光能量场作为热源，首先是激光透过聚合物微流控芯片基体并由吸收涂层吸收，吸收涂层吸收激光能量后瞬时升温，温度较高的吸收涂层加热融化微流控芯片基体表面，随后通过具有微结构凸起特征的成型模板挤压微流控芯片基体表面，从而实现聚合物微流控芯片的微通道模压复制成型加工。本发明的聚合物微流控芯片微通道模压成形方法和装置，具有操作简单、复制精度好和高效低成本的优点，适用于聚合物微流控芯片的大批量成型加工。
【IPC分类】B29C51-30, B29C51-26, B29C51-42, B29C51-00
【公开号】CN104527038
【申请号】CN201510008542
【发明人】谭文胜, 于云程, 李洪达, 徐波, 叶峰
【申请人】常州信息职业技术学院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月8日