[发明专利]一种嵌入式叠层结构制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种嵌入式叠层结构制备装置及方法。本发明提供的装置包括上层喷头、下层喷头、单刃刀片、上层储液箱、上层溶液泵、下层储液箱、下层溶液泵、运动平台、基底、静电屏蔽罩和高压电源。本发明采用上层喷头和下层喷头同时直写，通过高压静电进行精准定位，高效地制备出微纳米级别的嵌入式叠层结构，解决现有技术制备嵌入式叠层结构效率低、结构形状精度低、结构上下不对称、结构尺度大等问题。

技术领域

本发明涉及微纳米结构制备技术领域，具体为一种嵌入式叠层结构制备装置及方法。

背景技术

微纳米尺度的叠层结构通常由上下两层材料堆叠而成，可用于制作上下两层叠加的结构，还可进一步加工成悬空结构、悬臂梁结构等，在MEMS器件、微流控芯片、半导体等领域中具有广泛应用。

叠层结构通常采用快速成型技术制作而成，该技术借助计算机辅助设计预先规划好走线，通过移动笔头或基底，将设计模型快速实物化。快速成型技术常见有光固化成型、选择性激光烧结成型以及分层实体成型几种类型。

光固化成型技术(SLA)，是目前最为成熟和广泛应用的一种快速成型制造工艺。这种工艺以液态光敏树脂为原材料，在计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合(固化)反应，从而形成零件的一个薄层截面。完成一个扫描区域的液态光敏树脂固化层后，工作台下降一个层厚，使固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂然后重复扫描、固化，新固化的一层牢固地粘接在一层上，如此反复直至完成整个零件的固化成型。

选择性激光烧结成型(SLS)，选择性激光烧结法是在工作台上均匀铺上一层很薄(100μ-200μ)的金属粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层截面轮廓逐点地进行扫描、烧结，使粉末固化成截面形状。完成一个层面后工作台下降一个层厚，滚动铺粉机构在已烧结的表面再铺上一层粉末进行下一层烧结。未烧结的粉末保留在原位置起支撑作用，这个过程重复进行直至完成整个零件的扫描、烧结，去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理后便获得需要的零件。

分层实体成型(LOM)，该工艺是将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起，位于上方的激光切割器按照CAD分层模型所获数据，用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置和下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割，如此反复逐层切割、粘合、切割，直至整个模型制作完成。

可见上述现有快速成型工艺方法都需要分层制造，再一层一层地离散叠加从底至顶完成零件的制作过程。由于该叠层结构的制备工艺方法都是一层一层地制造零件再粘结成型，效率低，结构形状精度低且结构上下不对称。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有叠层结构的制备工艺方法都是一层一层地制造零件再粘结成型，效率低，结构形状精度低且结构上下不对称的缺陷，提供一种嵌入式叠层结构制备装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种嵌入式叠层结构制备装置，其特征是，包括：上层喷头、下层喷头、单刃刀片、上层储液箱、上层溶液泵、下层储液箱、下层溶液泵、运动平台、基底、高压电源、运动平台驱动器；

上层喷头与下层喷头竖直平行设置；单刃刀片设于下层喷头水平侧面且单刃刀片的刀尖低于下层喷头；所述下层喷头与单刃刀片的刀尖都插入基底；所述上层喷头、下层喷头与单刃刀片设置于同一水平直线上；所述上层喷头的下端与基底上表面之间保持预设高度的间距；上层储液箱、上层溶液泵和上层喷头三者连通，上层溶液泵将上层溶液输送至上层喷头；下层储液箱、下层溶液泵和下层喷头三者连通，下层溶液泵将下层溶液输送至下层喷头；

所述运动平台设置于上层喷头与下层喷头正下方，并且所述运动平台与所述运动平台驱动器连接，通过运动平台驱动器编程实现运动平台按照预设路径和速度在XYZ轴方向上移动；基底可固定设于运动平台上表面；