微透镜阵列热压印应力与脱模温度研究

为了批量制造微透镜阵列,研究了热压印制造无缝隙六边形微透镜阵列工艺中的压印力和脱模温度。采用有限元方法,计算了无缝隙六边形微透镜阵列聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)压印过程中的应力变化,分析了模具与PMMA之间的黏附力影响因素。研究结果表明:随着脱模温度的降低,PMMA法向应力逐渐降低,并存在最低应力;PMMA与模具间黏附力随PMMA内的法向应力降低而减弱;当脱模温度降低到20℃时,微透镜阵列高度保真度达到了94.7%,大规模消除了压印缺陷。     

热压印聚合物成型体脱模过程中接触脱离分析

热压印光刻技术中,聚合物成型体在脱模阶段的变形破损关系到压印质量的高低。为了提高热压印质量,研究脱模过程中模板和聚合物成型体之间的接触力变化至关重要。采用理论分析、模型试验和有限元法数值模拟分析热压印脱模中的接触脱离过程,得到不同脱模位移的等效应力云图和脱模接触力变化曲线。结果显示:脱模过程中聚合物微结构的根部和顶部边缘有应力集中和变形现象,通过计算聚合物根部节点和顶部节点的接触力大小,得出接触力峰值是聚合物出现应力集中和变形的原因。实际脱模操作时应加强对聚合物成型体根部和顶部边缘的保护,通过增涂低表面能的抗粘剂降低模板和聚合物成型体间的脱模接触力,达到减少压印缺陷、提高压印质量的目的。     

高保真度五步加载纳米压印光刻的研究

从理论上建立了压印光刻工艺中留膜厚度与压印力的关系，为压印预设曲线的建立提供了理论依据。基于液态光敏抗蚀剂在紫外光照射下发生光固化反应这一特性，对固化过程进行了详细的分析，建立了抗蚀剂的固化深度与紫外光曝光量之间的关系。在分析了现有压印工艺存在的问题后，提出了一个全新的压印工艺：高保真度固化压印，即包括特征转移-抗蚀剂减薄-脱模回弹力释放-保压光固化-脱模等压印过程。实验结果表明，高保真度固化压印过程与加载路线能实现复杂图形特征的复制，从而保证了压印图形的保真度，并可保证图形复制的一致性及适度留膜厚度，压印图形的分辨率可达100nm。     

肝组织工程支架的微制造工艺

通过模拟自然肝脏的内部微结构，对肝组织工程支架进行仿生设计，构建了有利于人工肝向自然肝转化的肝支架孔洞与管道系统．结合光固化和微压印工艺制造了肝支架的硅橡胶模具，通过微复型工艺成型出生物可降解的壳聚糖／明胶复合肝支架．实验表明，普通光固化和掩膜光固化工艺可以实现最小尺度为200μm的微结构制造，精密光固化工艺不仅可以在同一模具上制造出具有良好复型精度和边缘特征的肝细胞孔洞（200-300μm）和血管管道（100-200μm），而且还可以制造出具有半通透功能的微管道（13．1～30μm）．因此，提出的微制造方法能成型出复杂的肝组织工程支架系统，可保证多种肝脏细胞的有序分布，并且为组织工程肝脏支架材料微观结构的模拟提供了参考．     

三维微流道支架直接压印成形方法

针对软质生物材料支架内部三维微结构成形难题,提出了结合分层制造、微压印与冷冻干燥技术的三维微流道支架直接压印成形方法.通过开发自动化成形设备,实现了材料溶液填充、微结构压印、结构预冻、层间黏结等工艺过程的可控化,从而解决了传统手工操作所造成的结构重复性差、成形效率低等问题.研究了模具表面等离子处理、亲水物质添加、改变溶液填充方式等工艺对自动化成形过程中微结构复型性能的影响.结果表明,向材料溶液中添加微量亲水物质并辅助溶液填充引导,可实现软质水溶性天然生物材料内部复杂微流道结构的精确三维压印成形.通过工艺装备保证了成形过程的自动化和稳定性,从而实现了支架微结构制造的可重复性与可控性.     

微透镜阵列光扩散片特性研究及制备

分析了球面微透镜阵列扩散片的扩散和增益特性,利用光线追迹法对其进行了模拟仿真,分析了不同球面半径和球冠高度对扩散增益特性的影响.结果表明,微透镜孔径越小,其扩散性能也好;微透镜的深宽比越高,其增益性能越好.提出了微透镜阵列扩散片的制作,利用自行设计的微区纳米压印机可制作不同深宽比和不同占空比的微透镜阵列模板,通过紫外胶曝光压印技术进行复制,便可形成微透镜阵列扩散片.     

高深宽比微细结构紫外光固化-脱模工艺建模与分析

针对高深宽比结构的脱模问题,利用压缩试验获得了材料的力学性能,并用Ogden模型对其进行描述,建立了卷对卷紫外光(UV)固化-脱模工艺过程的有限元模型.分析了光照时长、残余层厚度、微结构深宽比以及结构间隙等参数对脱模最大应力的影响规律.结果表明:在结构深宽比为4∶1时,界面粘接力是导致脱模缺陷的主要原因;光照时长越长,残余层厚度越薄;微结构深宽比越小以及结构间隙越大,固化-脱模应力越小、越有利于脱模.     

一种微透镜阵列制作方法

提出一种采用热压印技术制作微透镜阵列的方法.将聚合物加热到其玻璃转化温度以上,利用预先制备好的模板在适当的压力下压向聚合物样品,保持压力直到聚合物温度降到玻璃转化温度以下,将模板移去后,模板上图形便转移到样品表面.根据热压印工艺要求,研制了一台热压印设备,并利用这台设备制作了单元口径大小为40μm,单元之间间距为60μm的256×256单元8位相台阶衍射微透镜阵列.制作的微透镜阵列SEM图表明图形台阶清晰、各单元一致性好.光学性能测试表明制作的微透镜阵列聚焦的三维光强分布集中,具有较高的峰值.从制作工艺可以看出,利用热压印的方法制作微透镜阵列工艺简单,对制作设备要求不高,为实现低成本、高分辨率、大批量制造微透镜阵列等器件创造了条件.     

双投影光固化成型方法研究

针对现有投影光固化成型系统的数字成像芯片尺寸有限、不能兼顾尺寸和精度的问题,研制了基于数字微反射镜成像的双投影光固化成型设备,通过两路不同成像倍率的光路拼接成型,提高了零件成型尺寸和精度。首先,提出了基于数字微反射镜的双投影光固化成型方案,研发了光学系统和机械结构。其次,进行了该系统4倍成像光路的光照强度均匀化测试、畸变校正测试、脱模方法测试和两个光路的单列条纹固化测试。最后,对双投影光固成型方法进行了实验验证,结果表明,该系统两个光路的单列像素固化特征平均宽度为55μm和8μm,并且采用双投影光固化成型方法可以同时满足成型尺寸和精度需求,还可进一步实现宏微结构一体化制造,用于微结构制造和生物制造的研究。     

基于微压印成形的三维微电子机械系统制造新工艺

针对目前微电子机械系统(MEMS)制造中存在的三维加工能力不足的问题,将压印光刻技术和分层制造原理相结合,研究了三维MEMS制造的新工艺.采用视频图像原理构建了多层压印的对正系统,对正精度达到2μm.通过降低黏度和固化收缩率,兼顾弹性和固化速度,开发了适用于微压印工艺的高分辨率抗蚀剂材料,并进行了匀胶、压印和脱模工艺的优化实验.通过原子力显微镜对压印结果进行了分析,分析结果表明,图形从模具到抗蚀剂的转移误差小于8%,具有制作复杂微结构的能力,同时也为MEMS的制作提供了一种高效低成本的新方法.     

气动脱模用多孔材料的气体流动性能

为了克服常规脱模方式下注塑件易出现表面质量低、翘曲等缺陷,提出利用透气钢实现注塑件脱模的新方法。该方法将透气钢作为气动脱模介质,使气体通过其微孔直接到达制品的底部,由于气体的等压性,可确保脱模时注塑件受到均匀的顶出力,不发生传统脱模机构中引起的翘曲变形现象。为了确定脱模过程中透气钢的工作参数,采用定压差测流量的方法实验研究考虑气体可压缩性时透气钢的透过性能。研究结果表明:随着压力的增大,气体在透气钢中将发生从Darcy流动到非Darcy流动的转变,分别对这2种流动状态的透过系数和惯性系数进行分析计算,得出了这两种状态的流动方程,揭示该流体流动状态下透气钢中气体的流动规律,为这种新脱模方法的使用提供数据和理论支持。     

偏硅酸钠激发矿渣-粉煤灰胶凝材料水化机理研究

研究了偏硅酸钠激发矿渣-粉煤灰的水化机理.通过显微形貌探究了在不同碱当量下胶凝材料的微观结构和水化产物的变化.结果表明,掺入偏硅酸钠可提高胶凝材料的强度,增加浆体中C-S-H含量.此外,掺入8%偏硅酸钠可使水化产物不断增加,浆体内部结构更加致密化,浆体内部微裂纹减少.     

模拟层流冷却方式对厚板微观组织和性能的影响

为了研究层流冷却方式对中厚板组织和性能的影响,用耦合有限差分和微观组织演变模型模拟计算了中厚板层流冷却过程中的温度和组织变化,预测出了不同冷却方式下的铁素体晶粒尺寸和相组成.在此基础上,利用组织-性能关系模型对产品的屈服强度、抗拉强度进行了预报,并进行了实验验证.模拟结果和轧制实验表明,对于低碳中厚板,层流冷却方式对最终相组成的影响较小,而对产品的铁素体晶粒尺寸有较大的影响.两段冷却方式能获得较好的组织和力学性能.     

外圆磨削加工的质量缺陷分析与控制

目前,外圆磨削技术已广泛应用于各种零件的加工中,但在磨削过程中经常出现一些有质量缺陷的零件,如加工过的零件常常会出现表面烧伤、划伤等现象。因此,为了保证磨削后的产品的质量,在加工时就要有足够高的加工精度的磨床。该文将从外圆磨削加工的质量缺陷分析以及控制方法进行阐述。     

Microstructure-based multiphysics modeling for semiconductor integration and packaging

Semiconductor technology and packaging is advancing rapidly toward system integration where the packaging is co-designed and co-manufactured along with the wafer fabrication. However, materials issues, in par- ticular the mesoscale microstructure, have to date been excluded from the integrated product design cycle of electronic packaging due to the myriad of materials used and the complex nature of the material phenomena that require a multiphysics approach to describe. In the context of the materials genome initiative, we present an overview of a series of studies that aim to establish the linkages between the material microstructure and its responses by considering the multiple perspectives of the various mul- tiphysics fields. The microstructure was predicted using thermodynamic calculations, sharp interface kinetic models, phase field, and phase field crystal modeling techniques. Based on the predicted mesoscale microstruc- ture, linear elastic mechanical analyses and electromigra- tion simulations on the ultrafine interconnects were performed. The microstructural index extracted by a method based on singular value decomposition exhibits a monotonous decrease with an increase in the interconnect size. An artificial neural network-based fitting revealed a nonlinear relationship between the microstructure index and the average yon Mises stress in the ultrafine interconnects. Future work to address the randomness of microstructure and the resulting scatter in the reliability is discussed in this study.     

圆柱管制件表面的自动展开及加工方法

首先讨论斜口圆柱的表面展开方程,利用其展开方程讨论圆柱管制件的表面展开方法,建立基于AUTOCAD的圆柱管制件的表面展开程序模块,实现圆柱制件表面的自动展开.通过用等腰双圆弧样条方法处理非圆曲线,就可以确定等腰双圆弧的圆心和半径,从而实现圆柱制件展开表面的自动加工.     

Effect of cross wedge rolling on the microstructure of GH4169 alloy

The metal microstructure during the hot forming process has a significant effect on the mechanical properties of final products. To study the microstructural evolution of the cross wedge rolling (CWR) process, the microstructural model of GH4169 alloy was programmed into the user subroutine of DEFORM-3D by FORTRAN. Then, a coupled thermo-mechanical and microstructural simulation was performed under different conditions of CWR, such as area reduction, rolling temperature, and roll speed. Comparing experimental data with simulation results, the difference in average grain size is from 11.2% to 33.4% so it is verified that the microstructural model of GH4169 alloy is reliable and accurate. The fine grain of about 12-15 μm could be obtained by the CWR process, and the grain distribution is very homogeneous. For the symmetry plane, increasing the area reduction is helpful to refine the grain and the value should be around 61%. Moreover, when the rolling temperature changes from 1000 to 1100℃ and the roll speed from 6 to 10 r·min-1, the grain size of the rolled piece decreases first and then increases. The temperature may be better to choose the value around 1050℃ and the speed less than 10 r·min-1.     

Comparison of reduction disintegration characteristics of TiO2-rich burdens prepared with sintering process and composite agglomeration process

To reveal the impact of the composite agglomeration process (CAP) on the reduction disintegration properties of TiO2-rich iron-making burden for a blast furnace, the reduction disintegration indices (RDIs), mineral constituents, and microstructure of the products pre-pared by the CAP and the traditional sintering process (TSP) were investigated. The results showed that, compared to the sinter with a ba-sicity of 2.0 prepared by the TSP, the RDI+6.3 and the RDI+3.15 of the CAP product with the same basicity increased by 28.2wt%and 13.7wt%, respectively, whereas the RDI?0.5 decreased by 2.7wt%. The analysis of the mineral constituents and microstructure of the products indicated that the decreasing titanohematite content decreased the volume expansion during reduction. Meanwhile, the decreasing perovskite content decreased its detrimental effect on the reduction disintegration properties. In addition, the higher silicoferrite of calcium and aluminum (SFCA) content improved the strength of the CAP product. Together, these factors result in an improvement of the RDI of the CAP products. In addition, compared to the sinter, the reduced CAP products clearly contained fewer cracks, which also led to mitigation of reduction disintegration.     

基于MoldfloW的塑料管接头注塑模设计

为缩短注塑产品模具设计的开发周期、提高产品的经济效益以及使产品得到更加合理的模具结构方案.运用Moldflow对塑料管接头进行CAE分析.通过对充填、流动、保压及锁模力的模拟分析,预测塑件可能出现的缺陷并加于修改.得到的结果如下:最小纵横比为1.159,最大纵横比为14.076;充填时速度压力在3.74 s时开始切换,...