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微立体光刻技术简介
发布时间:2008-07-14    来源:陳仲宜   阅读次数:1863 分享到:

一、前言
根據美國WTEC(World Technology Evaluation Center)的調查,將精微製造技術區分成削減法(Subtractive)、近淨形法(Near-net-shape)及附加法(Additive)等三大類。其中附加法可視為直接材料成長製造技術,主要是利用黏結、熔結、聚合做用或化學反應等方式,選擇性地固化(或接合)液體(或固體)材料,從而製作出要求形狀的零組件。其最初的製造概念是來自於三維的實體被分割成一系列的連續薄切片的逆向過程,易言之,只要用二維的製造方法製作出一系列的薄切片,然後即可堆疊成為三維的零組件實體。這種製造方式是以不斷地把材料按需要添加在未完成的零件上,直至零件製作完畢,即所謂的「材料成長的製造過程」。該項技術的出現,開闢了無需刀具即可製作各類零組件的新途徑,並為目前尚不能或難以製作的零件及模型,提供了一種新穎的製造方法。

二、微立體光刻術簡介
微立體光刻術最初的研究源自於快速原型製造技術中的立體光刻技術。初期的微立體光刻裝置僅在原有的立體光刻裝置上作了簡單的改進,包括在原有的裝置上加入一組 X-Y 二維慣性檢流鏡及一組活動聚焦鏡。光束通過一組X-Y慣性檢流鏡動態調節後,經活動聚焦鏡聚焦引發含紫外光起始劑的丙烯酸光敏樹脂聚合。一層固化過程中如遇兩段不連續的區域,則透過光開關適時關閉光束,避免不必要的固化。重複每層的操作即可得最終的模型或實體。

按照光束掃描方式的不同,通常可將微立體光刻技術分為線掃描微立體光刻術(Vector-by-vector Microstereolithography)及面投影微立體光刻術(Integral Microstereolithography)。對於線掃描微立體光刻而言,光束依照電腦斷層的薄層數據,逐點掃描完成一層的製造;而對於面投影微立體光刻而言,光束則透過動態掩模裝置整形,以獲得與待聚合樹脂層形狀一致的光束,經由一次照射將光束投影在液態樹脂表面完成一層的製造,如【圖1】所示。

圖1 面投影微立體光刻技術

三、微立體光刻術之應用前景
微立體光刻技術目前最主要應用於微尺寸原型及微系統零組件,由於傳統的矽基加工技術一般無法獲得三維複雜形狀元件,而結合微立體光刻,即可用於三維複雜微結構之製作。應用微立體光刻技術製造微尺寸產品的前景相當誘人,然而,目前仍存在一些極需解決的問題。首先,製造物件的空間分辨率有待進一步提高;其次,由於微立體光刻無法使用支撐結構,因此不能製造必須使用支撐結構的物件;另外,目前的成型材料侷限於丙烯酸酯及環氧樹脂系的光敏樹脂,而單一種類的樹脂無法使製品具有良好的機械、物理及化學特性,因此,當前的研究方向之一是新材料的開發,其側重在複合材料的研究,例如陶瓷粉體與光敏樹脂材料複合的研究。

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