面曝光3D打印成形室约束石英基板防粘附工艺研究

作     者：王影 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖继明;王权岱

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：面曝光3D打印 界面粘附 纳米小球 纳米结构刻蚀 光透过率 

摘      要：面曝光3D打印是通过生成层面的轮廓掩膜,一次曝光完成实体零件一个层面的固化,从而可以显著提高成型效率。面曝光3D打印工艺过程中主要问题是,树脂反复在石英玻璃表面形成固化层并在剥离过程中发生剥离失效,从而导致零件加工失败。考虑到树脂材料力学性能及机构变形等因素对成型精度的影响,克服粘附力的外力不宜过大。因此,尽可能减小固化树脂层与树脂槽基底之间的粘附力是目前解决上述问题的基本思路。由于固化树脂层在基底的粘附,目前使用的树脂槽需要经常更换,这成为制约此类3D打印设备进一步推广的主要问题。为了进一步减小固化层与基底界面间的粘附力,同时提高功能膜层的使用寿命,考虑透光性的要求,通过控制合成二氧化硅纳米小球结构尺寸,获得纳米刻蚀结构可以起到增透的效果。本文提出了在玻璃基底本体直接加工纳米阵列结构,经过表面处理获得低表面功能膜的方法,并对功能膜层制备、功能膜层的防粘附性能及其透光性进行了研究。主要工作及结果如下:通过纳米二氧化硅小球合成、单层小球密排以及转移刻蚀工艺的系统研究,实现了防粘附功能表面准周期纳米结构的制备。通过系统研究溶胶-凝胶法制备纳米小球工艺中各工艺要素的影响规律,实现了满足粒径尺寸及尺寸一致性要求的纳米二氧化硅小球的可控制备;为了实现纳米小球的刻蚀掩膜功能,研究了在玻璃表面单层纳米小球排布工艺,实现了单层纳米小球大面积紧密排布;研究了刻蚀工艺参数影响玻璃表面所刻蚀的纳米结构几何尺寸、形状、均匀性的机理和规律,实现了纳米小球到石英玻璃基底表面的转移刻蚀。对所制功能膜的防粘附性能进行了表征和试验测试,对表面具有不同粒径及不同形貌纳米结构的基底表面进行了测试表征。结果表明,纳米结构影响树脂与基底的接触方式,适当的纳米结构有利于减小界面粘附力,同时表面亚波长结构可以提高光的透过率;对制备了功能膜层的基底表面的粘附力进行了初步的实验测量,并采用基底经过处理的成形室进行了零件打印试验,对功能膜层的防粘附效果进行了初步评价。