维告试hp/ www Cyvip com 巫狀超鹨。砖區 个重要指标是分辨率。在快速成形制造中,把它区分 为扫描分辨率及成形分辨率。成形分辨率是指成形的 ①通过TPE充分有效激发化学效能的机理,根据 最小单位;扫描分辨率则指扫描机构移动的最小距离。 Cumpston等的理论,强的电子给体可以使共轭体系电 在微光成形系统中引入光固化单元的概念:光固化单子态比较宫裕,当分子吸收2个光子后,可将电子传给 元是指一个激光斑点照射在光敏树脂上所固化的树脂较弱的电子受体,通过分子内电荷转移,使整个分子呈 体积,固化单元越小,成形分率越高。2)光束扫描,光现富电子态,电荷转移到一定程度以后,就可以向周围 栅扫描是点成形,使激光束按一组平行光进行扫描,光的受电子单体“抛”出1个电子,从而引发聚合反应。即 柬按开闭方式控制,以此来得到任意的二维形状,分辨利用光化学的方法产生的自由基或离子,引发聚合。 率较高;矢量扫描,沿成形特征轮廓进行扫描。3)切片 通过 Saeva的电化学和光学研究,D--D结构的 方式,CAD模型直接切片,减少切片误差。4)液面控制触发剂BSB-S2具有足够的电子供应能力,以及一级激 方式,液面控制分自由液面式(一般的RPM系统采用发态电子具有足够的能量触使电子迁移,生成H'。 自由液面式)和约束液面式两种。约束液面由于排除了 PAG+h→H副产品,其自由能 液面表面张力的影响,有利于垂直分辨率的提高,适合 △G=E(Don’/Don)-E(Ac/Acc-)-E.<0 于微小器件、结构的制作4。 降低聚合能域值Pa,Pa和触媒的聚集度成反 ③TPP加工的选用材料 比,触媒浓度越高,Pa值越低,使得激光能量的选择远 1)成形材料光敏树脂主要有以下几种:③有/无低于材料破坏极限P,增大Pb/P0,表1是不同触媒 机混合聚合物;①环氧树脂;⊙SCR系列树脂一一丙的光敏树脂光敏度对比。 烯酸酯、氨基甲酸乙酯的单体及低聚体;@聚甲基丙烯 ④TPP工艺参数优化 酸甲酯,有机玻璃,陶瓷/有机聚合物覆膜材料等。 1)TPP工艺参数 2)阳离子触媒PAG( Photoacid Generator)光酸发 ④材料配比及触发剂的选择p、p 生器在TPE作用下有足够的活性,可以用来作为酸敏 ①激光参数特性选择—l0、T、、A、NA。 成形材料制作高精度3D微结构的触发剂。其分子具有 ⑨扫描速度 ,曝光时间t=2t/,有效作 极强的双光子吸收特性,是传统紫外光触媒吸收的50用时间 effeetive=fTt 倍,产生大量的光化学反应,生成触发所需的酸性分子 参数符号:ps为自由基浓度域值;p为触媒初始 (dH≈0.5)。高效触发剂性能要求及触发机理如下。a2为有效双光子吸收截面;l为光强峰值;r为脉冲周 具有较大的TPA吸收截面积,D-mD/I 期;为脉冲频率;λ为波长;MA为透镜数值孔径 丌-D(丌-共轭键桥,D-电子给体,A-电子受体)等分子 2)TPP工艺优化建立参数优化理论模型:双光 结构的双光子吸收剂,通过增加共轭键的长度和电子子吸收过程中,单位时间内吸收的光子数与触媒浓度 给体或受体的推拉电子能力,可以增强分子内对称电M成正比和光子流量N平方成正比,故自由基双光子 荷转移的程度,使其具有较大的双光子吸收截面(已有引发速率为R=Mσ2N。触媒实时浓度M为触媒初始 报道:当λ=670mm时,δm=1300×10cm‘phot-浓度p减去反应耗去的触媒(数值上等于生成自由基 的浓度p)即M=p-P;N=/(h)所以=(m-p) 配以触发剂量的光 敏案合薄层或液体 a2()2,由t=0时活性自由基p=0,对等式积分得 树脂 P=Po[ 1-exp(-c2(1-)2teffective) 红色/近红外激光束 高倍聚焦透镜 TPP/TPIP条件:自由基浓度p≥p则有 发生TPA区域 np Im-p0-- 高斯激光特性:激光束束腰w=2A/(mNA);瑞 利长度z=4n/(TMA2);r(r)=lexp[-2(r/wo)2] (x)=l6/[1+(z/z)2];代入,可得 1wo In( 6) 显影 (h)2 正胶工艺 ▲图3TPP加工工艺基本流程示意图 其中D=72po-Pm 小\与机械制造44卷第498期 2006/2一 个 重 要 指 标 是 分 辨 率 。在 快 速 成 形 制 造 中 ，把 它 区 分 为 扫描 分 辨率 及 成形 分 辨 率 。成 形 分 辨率 是 指成 形 的 最 小单位 ；扫描 分辨 率则 指扫 描 机构移 动 的最小 距离 。 在 微光 成形 系 统 中 引入 光 固化单 元 的概 念 ：光 固化单 元 是指一 个激光 斑 点照射 在 光敏树 脂 上所 固化 的树脂 体 积 ，固化 单元 越小 ，成形 分 辨率 越高 。2)光 束扫 描 ，光 栅 扫描是 点成形 ，使 激光 束按 一组 平行 光进 行扫 描 ，光 束 按 开 闭 方 式 控 制 ，以此 来 得 到 任 意 的 二 维 形 状 ，分 辨 率 较 高 ；矢 量 扫 描 ，沿 成 形 特 征 轮 廓 进 行 扫 描 。3)切 片 方 式 ，CAD 模 型 直 接 切 片 ，减 少 切 片 误 差 。4)液 面 控 制 方 式 ，液 面 控 制 分 自 由 液 面 式 (一 般 的 RPM 系 统 采 用 自由 液 面 式 )和 约 束 液 面 式 两 种 。约 束 液 面 由 于 排 除 了 液 面表面 张力 的影 响，有 利于 垂直 分辨 率 的提高 ，适合 于 微 小 器 件 、结 构 的 制 作 H1。 ③ TPP加工 的选 用 材料 1)成形 材料 光 敏 树 脂 主要 有 以下 几 种 ：④ 有 ／无 机混 合 聚 合 物 ；⑧ 环 氧 树 脂 ；④ SCR系列 树 脂 —— 丙 烯酸酯 、氨基 甲酸 乙 酯的单 体 及低 聚体 ；⑧聚 甲基 丙烯 酸 甲酯 ，有 机 玻 璃 ，陶 瓷 ／有 机 聚 合 物 覆 膜 材 料 等 。 2)阳 离 子 触 媒 PAG(PhotoaeidGenerator)光 酸 发 生 器 在 TPE作 用 下 有 足 够 的 活 性 ，可 以 用 来 作 为 酸 敏 成形材 料制作 高 精度 3D微 结构 的触 发剂 。其分 子具 有 极 强 的 双 光 子 吸 收 特 性 ，是 传 统 紫 外 光 触 媒 吸 收 的 50 倍 ，产 生 大 量 的 光 化 学 反 应 ，生 成 触 发 所 需 的 酸 性 分 子 f4,n 0．5)。高效 触 发剂 性能要 求 及触发 机理 如下 。 )具 有 较 大 的 TPA吸 收 截 面 积 6，D一盯一D ／D一叮T—A一 丌一D (盯一共轭 键 桥 ，D一电子 给体 ，A一电子受 体 )等分 子 结 构 的 双 光 子 吸 收 剂 ，通 过 增 加 共 轭 键 的 长 度 和 电 子 给体 或受 体 的推 拉 电子 能力 ，可 以增 强 分子 内对称 电 荷转移 的程度 ，使 其具 有较 大 的双光 子 吸收截 面 (已有 报 道 ：当 A=670nm 时 ，占 =1300 X10 。。cm phot 机械制造44卷 第498期 on 【1。1)。 ⑤ 通过 TPE充 分 有 效激 发 化 学 效 能 的机 理 ，根据 Cumpston等 的理 论 ，强 的 电子 给 体 可 以使 共 轭 体 系 电 子 态 比 较 富裕 ，当 分 子 吸 收 2个 光 子 后 ，可 将 电 子 传 给 较 弱 的 电 子 受 体 ，通 过 分 子 内 电 荷 转 移 ，使 整 个 分 子 呈 现 富 电 子 态 ，电 荷 转 移 到 一 定 程 度 以后 ，就 可 以 向周 围 的 受 电 子 单 体 “抛 ”出 1个 电 子 ，从 而 引 发 聚 合 反 应 。即 利 用 光 化 学 的 方 法 产 生 的 自 由基 或 离 子 ，引 发 聚 合 。 通 过 Saeva的 电 化 学 和 光 学 研 究 ，D一盯一D 结 构 的 触 发剂 BSB—s2具有 足 够 的 电子供 应能 力 ，以及一 级 激 发 态 电 子 具 有 足 够 的 能 量 触 使 电子 迁 移 。生 成 H 。 PAG + — H 副 产 品 ，其 自 由能 ： △G=E(Don ／Don)一E(Acc／Acc一)一E…<O。 @ 降 低 聚合 能 域 值 JP JP 和 触 媒 的聚 集 度成 反 比，触 媒浓 度越 高 ，JP 值 越 低 ，使 得激 光 能量 的选 择远 低 于 材 料 破坏 极 限 JP。，增 大 P ／Po，表 1是 不 同触 媒 的光敏树 脂光 敏度 对 比。 ④ TPP工艺 参数 优化 1)TPP工 艺 参 数 ④ 材料配 比及 触发 剂 的选择 ——pm、Po、0-2。 ⑧激 光参 数特 性选 择—— ，0、 、 、A、NA。 ⑥ 扫 描 速 度— — 曝 光 时 间 t=2W。／ 有 效 作 用 时 间 t。 = 7-。 参 数符 号 ：P 为 自由基 浓度 域 值 ；Po为 触媒 初 始 ； 0-2为 有 效双 光子 吸 收截 面 ；，0为光 强 峰值 ；7-为脉 冲周 期 ； 为脉 冲频率 ；A为波 长 ；NA为透 镜数 值 孔径 。 2)TPP工 艺 优 化 建 立 参 数 优 化 理 论 模 型 ：双 光 子 吸 收过 程 中 ，单 位 时 间 内吸 收 的光 子 数 与 触媒 浓 度 成 正 比 和 光 子 流 量 Ⅳ 平 方 成 正 比 ，故 自 由基 双 光 子 引发 速率 为 R；Mcr2N2。触媒 实 时浓 度 为 触媒 初始 浓 度 P。减 去 反应 耗 去 的触 媒 (数 值 上 等于 生 成 自由基 的浓度p)P~PM=po—P；N I／(hv)所以誓 ：(P。一P) 0"2( )，由 =o时活 性 自由基 P=0，对 等式 积分 得 ： P=p0【1一exp(一0-2( )teffcve)】 TPP／TPIP条 件 ：自 由基 浓 度 P≥ Pm则 有 ， 1／O生-~tJp下 ln—po—0-p一 高 斯 激 光 特 性 ：激 光 束 束 腰 Wo=2A／(丌NA)；瑞 利 长 度 R=4nA／(1TⅣA )；I(r)=loexp[一2(r／wo)】； I()=，0／【1+(z／zR)】；代 入 ，可得 ： r≤ 吉叫0√·n()；≤z(√告一 其 中 D： ln—旦U_ 2006／2 回 维普资讯 http://www.cqvip.com