面约束光固化成形防粘附膜制备工艺及其对剥离力的影响

发布时间：2020-09-11 15:10

　　面曝光快速成形是一种通过掩膜生成动态图形切片,一次曝光即可实现零件整个层面的固化,逐层堆叠成形的光固化3D打印技术。目前广泛使用的下照式面曝光快速成形技术中,存在的主要问题是,透明树脂槽底部与光敏树脂固化后形成的固化层间存在较大的粘附力而产生的剥离失效。剥离失效现象会导致零件加工失败并降低树脂槽的使用寿命。论文通过制备表面纳米织构化的PDMS薄膜减小固化层与树脂槽底部之间的粘附力,以解决剥离失效问题。本文通过系统研究包括纳米级二氧化硅单分散微球的合成、大面积单层小球排布及硅片表面纳米结构阵列刻蚀在内的模具制备工艺和微模铸工艺实现了 PDMS防粘附功能膜的制备,对功能膜透光性、疏水性和防粘附性的试验测量,并通过内聚力模型对PDMS膜的防粘附性进行了仿真研究。主要工作及结果包括:研究了二氧化硅单分散微球的合成和浸渍提拉法分子自组装工艺,重点对影响纳米小球排布缺陷形成的影响因素进行了理论分析和试验研究,实现了在作为微模铸模具基材的硅片表面大面积单层密排,完成了模具表面纳米结构阵列制备所需要的图形化步骤。以表面单层密排的纳米小球为掩蔽膜,通过刻蚀工艺制备了表面具有纳米结构阵列的硅模具,通过液态PDMS材料在模具表面的浇铸、固化、脱模制备PDMS防粘附功能膜;重点结合PDMS凝胶流动填充机理的理论分析,对微模铸工艺中缺陷形成和控制方法进行了研究,获得了表面具有纳米结构的PDMS防粘附膜。基于内聚力模型,采用不同截面形状的结构阵列进行计算,对剥离过程进行了的仿真研究。结果表明,具有表面纳米织构化结构的PDMS防粘附膜能够将剥离载荷由12MPa降低至2.7MPa并大幅降低局部最大应力。正方形纳米结构具有最佳的防粘附效果。对制备PDMS防粘附膜的透光性、疏水性和防粘附性进行了测试表征。结果表明,适当尺寸的纳米结构可以提高光的透过率;有序纳米结构表面具备低表面能特性,可提高材料表面的疏水性;具有有序纳米结构的PDMS膜可将固化层与树脂槽基底之间的粘附力由27N降低至1.4N,初步验证了 PDMS防粘附膜的效果。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB306
【部分图文】：

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图 2-1 硅核生长示意图Fig.2-1 Growth of silica bead1 所示为实验所用二氧化硅单分散微球制备溶液成分与用量。通过调量，可控制合成二氧化硅小球的粒径。为减弱光固化过程中的衍射现影图像精度，最终制备 PDMS 薄膜表面纳米结构尺寸应小于紫外光的

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图 2-2 二氧化硅小球合成结果电镜图Fig.2-2 SEM graph of silica bead为合成失败的二氧化硅单分散微球。主要缺陷有三种：统一示，二氧化硅小球的合成参数选择的是 400nm，但电镜

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图 2-5 提拉法原理示意图Fig.2-5 Pulling method of molecular assembly序纳米结构的过程可以分为两个阶段：微球从悬浮液中露出时，将形成晶核。

【参考文献】