阅读说明：本技术 一种热压印用柔性金属微模具的制造方法 (Manufacturing method of flexible metal micro-mold for hot stamping ) 是由 杨海峰 时明天 刘昊 郝敬宾 刘新华 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种热压印用柔性金属微模具的制造方法,首先对金属箔进行退火处理,消除内应力并降低硬度；然后采用金属箔表面微结构激光连续加工装置对退火后的金属箔进行加工,在金属箔的一面加工得到金属微模具需要的微结构；带有微结构的金属箔再次进行退火处理,去除金属箔内因加工产生的残余应力；最后将热塑性塑料薄膜或热固性塑料薄膜与金属箔无结构侧结合在一起,从而得到热压印用柔性金属微模具。本发明通过激光烧蚀牺牲层产生的热力耦合作用进行金属箔表面的微结构成型,具的绿色、高效的特点。(The invention discloses a manufacturing method of a flexible metal micro-mould for hot stamping, which comprises the following steps of firstly, carrying out annealing treatment on a metal foil, eliminating internal stress and reducing hardness; then processing the annealed metal foil by adopting a metal foil surface microstructure laser continuous processing device, and processing one side of the metal foil to obtain a microstructure required by a metal micromold; annealing the metal foil with the microstructure again to remove residual stress generated in the metal foil due to processing; and finally, combining the thermoplastic plastic film or the thermosetting plastic film with the unstructured side of the metal foil together to obtain the flexible metal micromold for hot stamping. The invention carries out the microstructure forming on the surface of the metal foil through the thermal coupling effect generated by laser ablation of the sacrificial layer, and has the characteristics of greenness and high efficiency.)

一种热压印用柔性金属微模具的制造方法

技术领域

本发明涉及金属微模具的制造技术领域，尤其涉及一种热压印用柔性金属微模具的制造方法。

背景技术

热压印是一种高通量、低成本的微结构制造技术，在适当的温度和压力条件下，通过这种技术可以使微模具表面的微结构精准的转移到聚合物基底上。在学术界和工业界，热压印被认为是可靠的高精度微纳结构制造方法。热压印在各种领域都有出众的表现，在制作一些结构简单、排列规则的微结构时，更有其他工艺不具备的优势。这种优势使得热压印在光学、生物学、仿生学、医药学与MEMS制造等领域都拥有重要的地位。并且采用热压印的方式在聚合物表面制作微结构具有成形效率高、加工简单、性价比高等优点。近年，卷对卷热压印技术有了较大发展，同时对热压印用金属微模具也提出了更高的要求。在卷对卷热压印工艺中，表面带有微结构的金属微模具对热压印的质量起着决定性作用。目前常用的金属微模具主要有超精密加工方法、LIGA技术等。超精密加工方法可以在卷对卷热压印的辊筒表面制作高精度的微纳米结构，但该方法对机床和刀具的精度要求很高，加工成本大，不适合进行大面积高精度加工。LIGA技术是通过曝光、刻蚀、电铸、脱模等过程实现金属微模具的加工，但制作工艺路线较长，涉及电化学技术、有污染、效率低等，对制作设备的投资很大，不适合进行大面积的制造。

目前，针对卷对卷热压印技术而言，仍缺乏一种大面积、简单、高效的金属微模具制造方法，因此，需要提出一种新的工艺来进行热压印用柔性金属微模具的制造。

发明内容

发明目的：为解决现有卷对卷热压印用金属微模具的绿色、高效制造问题，提供一种利用激光连续加工技术进行热压印用柔性金属微模具的制造方法。

技术方案：一种热压印用柔性金属微模具的制造方法，包括如下步骤：

步骤1：对金属箔进行退火处理，消除内应力并降低硬度；

步骤2：采用金属箔表面微结构激光连续加工装置对退火后的金属箔进行加工，在金属箔的一面加工得到金属微模具需要的微结构；

步骤3：带有微结构的金属箔再次进行退火处理，去除金属箔内因加工产生的残余应力；

步骤4：将热塑性塑料薄膜或热固性塑料薄膜与金属箔无结构侧结合在一起，从而得到热压印用柔性金属微模具。

进一步的，所述金属箔厚度不大于200μm，所述步骤1中退火温度高于金属箔的再结晶温度，且低于0.7倍的熔点，退火时间不小于20min。

进一步的，所述金属箔表面微结构激光连续加工装置包括激光模块和材料传输模块；所述材料传输模块包括底部升降台、顶部升降架，所述底部升降台上固定原模，所述顶部升降架上固定透明传输层；底部升降台的一侧设有第一张紧辊筒、绕有牺牲层的第一放卷辊筒以及绕有金属箔的第二放卷辊筒，底部升降台的另一侧设有第二张紧辊筒、回收所述牺牲层的第一收卷辊筒以及回收所述金属箔的第二收卷辊筒；所述牺牲层和金属箔经所述第一张紧辊筒和第二张紧辊筒层叠张紧后从原模和透明传输层之间穿过；所述激光模块位于顶部升降架上方。

进一步的，所述步骤3中，退火温度低于金属箔的再结晶温度，且高于0.2倍的熔点，退火时间不小于20min。

进一步的，所述热塑性塑料薄膜或热固性塑料薄膜的厚度不大于1mm。

进一步的，所述透明传输层为厚度不小于1mm的玻璃。

进一步的，所述牺牲层为厚度小于0.2mm且上表面覆有黑漆的金属薄膜。

有益效果：(1)本发明通过激光烧蚀牺牲层产生的热力耦合作用进行金属箔表面的微结构成型，无刀具产生的切削力，也无化学反应引起的污染问题，具有绿色、无刀具磨损的加工特点。

(2)本发明与传统方法相比，激光连续加工方法制备柔性金属微模具所需工序少，无需超精密机床和刀具，具有设备投资小、工艺简洁的特点。

(3)本发明结合辊筒对牺牲层和约束层的连续传输和回收，可以实现柔性金属微模具的大面积高效加工。

附图说明

图1为金属箔表面微结构激光连续加工装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

一种热压印用柔性金属微模具的制造方法，包括如下步骤：

步骤1：对金属箔进行退火处理，消除内应力并降低硬度，提高后续激光加工的加工工艺性。其中，金属箔可以为铝箔、铜箔、不锈钢箔、镍箔等金属薄膜，厚度不大于200μm，退火温度高于金属箔的再结晶温度，且低于0.7倍的熔点，退火时间不小于20min。

步骤2：采用金属箔表面微结构激光连续加工装置对退火理后的金属箔进行加工，在金属箔的一面加工得到金属微模具需要的微结构。

如图1所示，金属箔表面微结构激光连续加工装置包括激光模块和材料传输模块。激光加工模块由脉冲激光控制器1、脉冲激光发生器2、光束整形装置3。材料传输模块包括底部升降台8、顶部升降架5，底部升降台8上固定原模7，顶部升降架5上固定透明传输层4。底部升降台8的一侧设有第一张紧辊筒13、绕有牺牲层12的第一放卷辊筒11以及绕有金属箔17的第二放卷辊筒16，底部升降台8的另一侧设有第二张紧辊筒14、回收牺牲层12的第一收卷辊筒15以及回收金属箔17的第二收卷辊筒18。牺牲层12和金属箔17经第一张紧辊筒13和第二张紧辊筒14层叠张紧后从原模7和透明传输层4之间穿过。

激光模块位于顶部升降架5上方，正对透明传输层4，脉冲激光发生器2发出的激光脉冲宽度不小于1ps。透明传输层4为厚度不小于1mm的玻璃。牺牲层12为厚度小于0.2mm且上表面覆有黑漆的金属薄膜。原模7可以为金属、塑料等其他材料，上表面有微结构，形状与所需金属微模具结构相反。

加工过程包括4个步骤，依次为夹紧、加工、分离和传输。首先，控制器10控制两个电机9驱动底部升降台8和顶部升降架5的相向运动，顶部升降架5带动透明传输层4向下运动，底部升降台8带动原模7向上运动，从而实现牺牲层12和金属箔17的夹紧。然后，脉冲激光控制器1控制脉冲激光发生器2发射脉冲激光束，激光束经光束整形装置3后穿过透明传输层4作用于牺牲层12表面，激光与牺牲层12相互作用过程中产生的热力耦合作用使金属箔17的下表面获得了与原模7相反的微结构。再次，控制器10控制两个电机9，实现底部升降台8和顶部升降架5分开，顶部升降架5带动透明传输层4向上运动，底部升降台8带动原模7向下运动，从而实现透明传输层4和原模7的分离。最后，控制器10控制收卷辊筒15和收卷辊筒18转动，收卷辊筒15的转动使得牺牲层12从放卷辊筒11放出，依次经过张紧辊筒13、张紧辊筒14、回收于收卷辊筒15；收卷辊筒18的转动使得金属箔17从放卷辊筒16放出，依次经过张紧辊筒13、张紧辊筒14、回收于收卷辊筒18。重复上述四个过程，即可实现金属箔17表面微结构的激光连续加工。

步骤3：对加工后带有微结构的金属箔再次进行退火处理，去除金属箔内因加工产生的残余应力。退火温度低于金属箔的再结晶温度，且高于0.2倍的熔点，退火时间不小于20min。

步骤4：将厚度不大于1mm的热塑性塑料薄膜或热固性塑料薄膜与金属箔无结构侧结合在一起，从而得到热压印用柔性金属微模具，塑料薄膜可以为PI、PDMS等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。