[发明专利]一种混合固化的静电喷雾制备微结构磨具的方法及装置

说明书

本发明公开了一种混合固化的静电喷雾制备微结构磨具的方法及装置，属于精密与超精密加工领域，装置包括静电喷雾单元、紫外光固化单元以及微波固化单元。利用静电喷雾技术，将溶液雾化沉积在微结构工件表面，采用紫外光‑微波混合固化得到微结构磨具，解决了传统制备微结构磨具过程复杂的问题。紫外光‑微波混合固化成型体系效率高、均匀性好，克服了光固化成型物理力学性能较差、热固化成型效率低的缺点。平台搭建方便，工艺过程简单。

技术领域

本发明属于精密与超精密加工技术领域，涉及一种混合固化的静电喷雾制备微结构磨具的方法及装置。

背景介绍

静电喷雾技术是一个在电场作用下，液滴射流破碎成细小液滴的技术。其实质是电场产生的库仑力克服液体的表面张力，使液滴分散成均匀尺寸细小雾滴的过程。在一般情况下，该技术可以在正常环境温度和大气压力下应用。利用静电喷雾制备微结构磨具的技术，将制备的溶液雾化沉积到形态可控的微结构工件上，通过静电喷雾光固化工艺，可得到微结构磨具。

其中，静电喷雾光固化工艺对沉积在微结构工件的雾滴进行紫外光照射，使光固化树脂发生固化反应，形成微结构磨具。这种成型方法固化速度快，但是固化形成微结构磨具的物理力学性能不足，强度和硬度都较低。在光固化成型工艺的基础上加入热固化成型工艺，从而形成紫外光-热固化体系，成型的微结构磨具的拉伸强度、弯曲强度等机械性能会有明显提升。但是，热固化成型时间较长。用微波固化工艺来代替常规热固化工艺，利用0.3-300GHz的电磁波，使分子剧烈运动与碰撞而产生热量进行热固化反应，使微结构磨具的机械性能提高，缩短固化时间，提高固化效率。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明公开了一种混合固化的静电喷雾制备微结构磨具的方法及装置。以实现微结构磨具物理机械性能、加工效率、均匀性提高等效果。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种混合固化的静电喷雾制备微结构磨具的装置，包括静电喷雾单元、紫外光固化单元以及微波固化单元。

所述的静电喷雾单元包括喷嘴，喷嘴下方安装有环形电极，环形电极连接在环形电极移动导轨上；输液管Ⅰ的一端与喷嘴相连，另一端与液压泵相连，喷嘴通过喷嘴夹具连接在喷嘴移动导轨上，输液管Ⅱ的一端与储液桶相连，另一端与液压泵相连；电极线Ⅰ的一端与喷嘴相连，另一端与高压静电发生器的负极相连，电极线Ⅱ的一端与环形电极相连，另一端与高压静电发生器的正极相连。

所述的紫外光固化单元包括环形紫外灯以及环形紫外灯升降装置，环形紫外灯升降装置固定端与微波腔体内壁相连，环形紫外灯升降装置活动端与环形紫外灯相连。

所述的微波固化单元包括为微波发生装置Ⅰ和微波发生装置Ⅱ，其中，在微波发生装置Ⅰ中，微波发生器Ⅰ通过固定螺钉Ⅰ连接在转盘Ⅰ上，转盘Ⅰ通过轴承Ⅰ与微波腔体Ⅰ相连接，端盖Ⅰ通过端盖螺钉Ⅰ固定在微波腔体Ⅰ外壁上，小齿轮Ⅰ安装在转盘旋转电机Ⅰ的输出轴上，小齿轮Ⅰ与转盘Ⅰ上的外齿啮合传动，微波发生装置Ⅱ与微波发生装置Ⅰ在结构上左右对称，微波腔体同微波腔体门通过销连接，截止波导安装在微波腔体上表面。

进一步的改进，所述的喷嘴以及环形电极可通过喷嘴导轨和环形电极导轨进行升降，方便安装，环形紫外灯升降装置采用电动推杆的形式，更好将环形紫外光聚焦到微结构工件表面。

进一步的改进，转盘上的波导采用矩形波导，根据微波的频率和工况情况，计算矩形波导的尺寸。

进一步的改进，所述微波腔体上部空心圆柱体为截止波导，喷出的液滴通过截止波导进入微波腔体，防止微波在喷雾进入口发生泄露，截止波导的截止频率为工作微波频率的5倍。

进一步的改进，在微波腔体门与微波腔体接触处采用1/4波长的波导槽抑制器来抑制微波泄露。