本發(fā)明涉及基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置及其加工方法。

背景技術(shù)：

微透鏡及微透鏡陣列在光學(xué)通信、生物醫(yī)學(xué)成像、投影光刻、激光光束整形等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，制造微透鏡的方法有光刻膠回流技術(shù)、激光直寫、熱壓成型、液滴噴墨等方法。

其中基于液滴噴墨的微透鏡加工方法在球面型透鏡的加工中應(yīng)用較為廣泛。然而，噴墨打印微透鏡加工方法仍然存在許多局限性，例如：噴墨打印方法只能加工球面型微透鏡，難以制造圓柱面型透鏡；難以在浸潤性相同的基底上實現(xiàn)不同直徑球面型微透鏡的制造；此外，噴墨打印加工方法對采用的墨水原料的粘度有著很高的要求，限制了低粘度原材料的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了解決目前加工微透鏡的方法存在的可控性差、效率低、難以制造圓柱面型透鏡以及噴墨打印加工方法對墨水原料的粘度要求高的問題，而提供一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置及其加工方法。

本發(fā)明的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置包括氣壓控制器、注射器針管、微噴嘴、基底、三軸線性運動平臺、控制驅(qū)動器、光學(xué)顯微鏡、COMS相機和計算機；

所述注射器針管一端與氣壓控制器相連，所述注射器針管另一端與微噴嘴相連；

所述控制驅(qū)動器的一個通信端口與三軸線性運動平臺相連，所述控制驅(qū)動器的另一個通信端口與計算機相連；

所述COMS相機設(shè)置在光學(xué)顯微鏡上以獲得圖像信息，所述COMS相機的信號輸出端與計算機相連；

所述基底固定在三軸線性運動平臺上。

本發(fā)明的利用一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置加工基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡的方法按以下步驟進行：

一、材料裝填及裝置連接：將可固化預(yù)聚物裝入注射器針管中，然后將基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置連接好；

二、基底疏水處理：將基底進行超聲清洗后用氮氣吹干，然后在基底上均勻噴涂超疏水防水劑，再在超疏水防水劑表面均勻噴涂全氟辛烷磺酸溶液，加熱烘干后，形成一層納米級疏水薄膜，完成基底表面的疏水處理，然后將疏水處理后的基底固定在三軸線性運動平臺上；

三、加工：通過控制驅(qū)動器驅(qū)動三軸線性運動平臺垂直運動，使微噴嘴與基底接觸，通過氣壓控制器調(diào)節(jié)氣壓至使可固化預(yù)聚物連續(xù)穩(wěn)定的從微噴嘴中擠出，然后按照計算機設(shè)定的加工參數(shù)開始進行加工：當(dāng)使微噴嘴與基底間斷性接觸時，得到球面型微透鏡液滴；當(dāng)使微噴嘴與基底連續(xù)性接觸時，得到圓柱面型微透鏡液滴；

四、固化：加工結(jié)束后，對基底上的可固化預(yù)聚物液滴進行固化，得到基于擠壓打印的球面型或圓柱面型微透鏡。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明采用透明的、具有一定粘度的可固化預(yù)聚物作為加工原料，基于擠壓打印原理，通過氣壓驅(qū)動可固化預(yù)聚物經(jīng)過微噴嘴穩(wěn)定連續(xù)地擠出到透明基底表面，在基底表面形成球冠形液滴或圓柱面形液滴，基底表面的預(yù)聚物液滴經(jīng)過固化，直接在基底表面制造出球面型及圓柱面型平-凸微型折射透鏡。微噴嘴內(nèi)徑在幾至十幾微米范圍內(nèi)，可實現(xiàn)幾微米至幾百微米級的微透鏡及微透鏡陣列的加工。通過切換微噴嘴與基底表面的接觸模式(間斷接觸模式及連續(xù)接觸模式)，可分別實現(xiàn)球面型及圓柱面型微透鏡及其陣列的靈活加工。可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底接觸時間、微噴嘴與基底相對運動等參數(shù)，對微透鏡的特征尺寸(球面型微透鏡半徑及圓柱形微透鏡寬度)進行無級調(diào)控。

常見的基于噴墨打印原理的加工方法是將孤立液滴分散地噴射到基底上，從而形成微透鏡液滴，但該方法只能用于球面型微透鏡的制造，并且無法實現(xiàn)同一基底上球面型透鏡半徑的無級調(diào)整。不同于噴墨打印的加工方法，在本發(fā)明提出的基于擠壓打印的加工方法中，可固化預(yù)聚物被穩(wěn)定連續(xù)地擠出到基底上，通過控制各種加工參數(shù)，可以實現(xiàn)微透鏡特征尺寸的無級調(diào)整。此外，微噴嘴與基底之間具有兩種接觸模式，可以分別實現(xiàn)兩種微透鏡的加工。當(dāng)微噴嘴與基底之間采用間斷接觸模式時，可以實現(xiàn)球面型微透鏡及其陣列的加工，并可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底接觸時間，改變每個接觸點上預(yù)聚物液滴的體積，從而無級的調(diào)控球面型微透鏡半徑大小；當(dāng)微噴嘴與基底之間采用連續(xù)接觸模式時，可以實現(xiàn)圓柱面型微透鏡及其陣列的加工，可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底相對運動速度，改變線性預(yù)聚物液滴的線密度，從而無級的調(diào)控圓柱面型微透鏡的寬度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為試驗二得到的球面型微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；其中10為可固化預(yù)聚物，↓代表氣壓方向，↑代表微噴嘴3相對于基底4的運動方向；

圖3為試驗三得到的圓柱面型微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；其中10為可固化預(yù)聚物，↓代表氣壓方向，→代表微噴嘴3相對于基底4的運動方向。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置包括氣壓控制器1、注射器針管2、微噴嘴3、基底4、三軸線性運動平臺5、控制驅(qū)動器6、光學(xué)顯微鏡7、COMS相機8和計算機9；

所述注射器針管2一端與氣壓控制器1相連，所述注射器針管2另一端與微噴嘴3相連；

所述控制驅(qū)動器6的一個通信端口與三軸線性運動平臺5相連，所述控制驅(qū)動器6的另一個通信端口與計算機9相連；

所述COMS相機8設(shè)置在光學(xué)顯微鏡7上以獲得圖像信息，所述COMS相機8的信號輸出端與計算機9相連；

所述基底4固定在三軸線性運動平臺5上。

本實施方式的氣壓控制器1可提供0-600kPa的氣壓，可驅(qū)動針管中的紫外固化預(yù)聚物經(jīng)由噴嘴連續(xù)均勻擠出，改變氣壓大小，可調(diào)節(jié)流出速率。

通過視覺反饋實時監(jiān)測加工過程和可固化預(yù)聚物的擠出情況，保證加工過程的順利進行。

本實施方式采用透明的、具有一定粘度的可固化預(yù)聚物作為加工原料，基于擠壓打印原理，通過氣壓驅(qū)動可固化預(yù)聚物經(jīng)過微噴嘴穩(wěn)定連續(xù)地擠出到透明基底表面，在基底表面形成球冠形液滴或圓柱面形液滴，基底表面的預(yù)聚物液滴經(jīng)過固化，直接在基底表面制造出球面型及圓柱面型平-凸微型折射透鏡。微噴嘴內(nèi)徑在幾至十幾微米范圍內(nèi)，可實現(xiàn)幾微米至幾百微米級的微透鏡及微透鏡陣列的加工。通過切換微噴嘴與基底表面的接觸模式(間斷接觸模式及連續(xù)接觸模式)，可分別實現(xiàn)球面型及圓柱面型微透鏡及其陣列的靈活加工?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底接觸時間、微噴嘴與基底相對運動等參數(shù)，對微透鏡的特征尺寸(球面型微透鏡半徑及圓柱形微透鏡寬度)進行無級調(diào)控。

常見的基于噴墨打印原理的加工方法是將孤立液滴分散地噴射到基底上，從而形成微透鏡液滴，但該方法只能用于球面型微透鏡的制造，并且無法實現(xiàn)同一基底上球面型透鏡半徑的無級調(diào)整。不同于噴墨打印的加工方法，在本實施方式提出的基于擠壓打印的加工方法中，可固化預(yù)聚物被穩(wěn)定連續(xù)地擠出到基底上，通過控制各種加工參數(shù)，可以實現(xiàn)微透鏡特征尺寸的無級調(diào)整。此外，微噴嘴與基底之間具有兩種接觸模式，可以分別實現(xiàn)兩種微透鏡的加工。當(dāng)微噴嘴與基底之間采用間斷接觸模式時，可以實現(xiàn)球面型微透鏡及其陣列的加工，并可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底接觸時間，改變每個接觸點上預(yù)聚物液滴的體積，從而無級的調(diào)控球面型微透鏡半徑大小；當(dāng)微噴嘴與基底之間采用連續(xù)接觸模式時，可以實現(xiàn)圓柱面型微透鏡及其陣列的加工，可通過調(diào)節(jié)氣壓、微噴嘴與基底相對運動速度，改變線性預(yù)聚物液滴的線密度，從而無級的調(diào)控圓柱面型微透鏡的寬度。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述微噴嘴3通過用拉針儀將直徑為1mm的毛細玻璃管從中間拉斷制備而成；且所述微噴嘴3噴嘴口內(nèi)徑為5μm～20μm。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。

本實施方式采用商業(yè)用拉針儀將毛細玻璃管從中間拉斷，加工成具有一定錐度的微量移液管，其尖端內(nèi)徑可達到幾至十幾微米，其與注射器針管連接以實現(xiàn)微透鏡加工的尺寸要求。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述微噴嘴3通過用拉針儀將直徑為1mm的毛細玻璃管從中間拉斷制備而成；且所述微噴嘴3噴嘴口內(nèi)徑為10μm。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：所述微噴嘴(3)與注射器針管(2)之間采用粘接的方式進行連接。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式三或四不同的是：所述基底4材質(zhì)為透明的疏水材料。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式三或四相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式三至五之一不同的是：所述基底4為透明玻璃基底。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式三至五之一相同。

具體實施方式七：本實施方式的利用一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置加工基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡的方法按以下步驟進行：

一、材料裝填及裝置連接：將可固化預(yù)聚物裝入注射器針管2中，然后將基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置連接好；

二、基底疏水處理：將基底4進行超聲清洗后用氮氣吹干，然后在基底4上均勻噴涂超疏水防水劑，再在超疏水防水劑表面均勻噴涂全氟辛烷磺酸溶液，加熱烘干后，形成一層納米級疏水薄膜，完成基底4表面的疏水處理，然后將疏水處理后的基底4固定在三軸線性運動平臺5上；

三、加工：通過控制驅(qū)動器6驅(qū)動三軸線性運動平臺5垂直運動，使微噴嘴3與基底4接觸，通過氣壓控制器1調(diào)節(jié)氣壓至使可固化預(yù)聚物連續(xù)穩(wěn)定的從微噴嘴3中擠出，然后按照計算機9設(shè)定的加工參數(shù)開始進行加工：當(dāng)使微噴嘴3與基底4間斷性接觸時，得到球面型微透鏡液滴；當(dāng)使微噴嘴3與基底4連續(xù)性接觸時，得到圓柱面型微透鏡液滴；

四、固化：加工結(jié)束后，對基底4上的可固化預(yù)聚物液滴進行固化，得到基于擠壓打印的球面型或圓柱面型微透鏡。

本實施方式通過控制驅(qū)動器6進行控制，帶動基底4進行三個方向的線性運動?？赏ㄟ^計算機內(nèi)的控制模塊，對三軸線性運動平臺5進行運動控制，使微噴嘴3與基底4之間按照特定軌跡進行相對運動，實現(xiàn)微透鏡加工原料在基底上的沉積。

本實施方式使用拉針儀制作出的具有微米級內(nèi)徑(幾微米至十幾微米)的玻璃微噴嘴，并將其與注射器針管連接，以實現(xiàn)微透鏡加工的尺寸要求。注射器針管末端與氣壓控制器連接，通過氣壓驅(qū)動注射器針管中的可固化預(yù)聚物經(jīng)由微噴嘴擠出到透明基底上?；坠潭ㄔ谟嬎銠C控制的三軸運動平臺上，通過控制基底與微噴嘴之間的相對運動，在基底表面直接形成球冠形液滴或圓柱面形液滴，經(jīng)過固化，完成球面型及圓柱面型微透鏡的加工。通過計算機內(nèi)部的控制模塊與預(yù)先設(shè)定的加工參數(shù)可實現(xiàn)微透鏡陣列的大批量自動化加工，制造效率較高。通過顯微視覺反饋系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測擠壓打印過程和預(yù)聚物擠出情況，保證加工過程的順利進行。

調(diào)整裝置各個參數(shù)，使其達到要求的加工預(yù)備狀態(tài)。一方面，在計算機中設(shè)定相關(guān)加工參數(shù)，例如運行速度、接觸時間、氣壓值等等，以實現(xiàn)不同尺寸、數(shù)量、陣列形狀的球面型、圓柱面型微透鏡及其陣列的加工。另一方面，調(diào)整顯微鏡位置并進行調(diào)焦，使微噴嘴清晰、大小合適地呈現(xiàn)在視覺反饋系統(tǒng)的顯示視野中央?？刂七\動平臺垂直方向運動，使針管微噴嘴尖端逐步接近基底，同時通過實時顯微視覺反饋系統(tǒng)，判斷噴嘴是否與基底接觸。當(dāng)噴嘴與基底接觸后，逐步增加氣壓，同時通過視覺反饋判斷加工原料(紫外固化預(yù)聚物)是否連續(xù)均勻地被擠出。當(dāng)加工原料能夠穩(wěn)定連續(xù)地從微噴嘴中擠出時，即達到加工要求的預(yù)備狀態(tài)。

工作原理：當(dāng)達到預(yù)備狀態(tài)后，運行計算機內(nèi)預(yù)先設(shè)定的加工參數(shù)，系統(tǒng)可以自動進行大批量的微透鏡陣列的加工。在進行球面型微透鏡陣列加工時，微噴嘴與基底間斷性接觸，接觸時，加工原料(可固化預(yù)聚物)從微噴嘴中擠出到基底上，當(dāng)微噴嘴相對基底向上抬升后，基底上留下的加工原料在表面張力的作用下形成一個球冠形的液滴，即球面型微透鏡的前身。計算機內(nèi)的控制模塊將控制運動平臺按特定軌跡運動，使基底與微噴嘴之間產(chǎn)生方波型的周期性相對運動，實現(xiàn)大量球面型微透鏡的加工。在進行圓柱面型微透鏡陣列加工時，微噴嘴與基底連續(xù)接觸，并產(chǎn)生相對運動，使得被擠出的加工原料在基底上沉積形成直線型圓柱面液滴。通過程序控制運動平臺按特定軌跡運動，可實現(xiàn)大量圓柱面型微透鏡的加工。此外，在加工的過程中，通過顯微視覺反饋系統(tǒng)，可實時監(jiān)測擠壓打印過程和預(yù)聚物擠出情況，保證加工過程的順利穩(wěn)定進行。

另外，本實施方式提出的基于擠壓打印的微透鏡加工方法具有良好的可控性及靈活性，可有效實現(xiàn)微透鏡尺寸及形狀的調(diào)節(jié)。進行球面型微透鏡加工時，當(dāng)微噴嘴與基底接觸時間增加、施加的氣壓增加時，擠出的加工原料體積增大，使得球面型微透鏡半徑增加，實現(xiàn)透鏡半徑的無級調(diào)控。在進行圓柱面型微透鏡陣列加工時，當(dāng)微噴嘴與基底相對運動速度減小、氣壓增加時，沉積在基底上的加工原料的線密度增加，使得圓柱面型微透鏡寬度增加，實現(xiàn)透鏡寬度的無級調(diào)控。此外，通過對基底表面進行不同程度的疏水處理，得到不同的接觸角，可以實現(xiàn)微透鏡高寬比的調(diào)整，得到不同折射能力的微透鏡。基底表面疏水性越強，接觸角越大，微透鏡的高寬比越大。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式七不同的是：步驟一中所述可固化預(yù)聚物為透明、粘度為15000MPa·s～26000MPa·s的可固化的預(yù)聚物。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式六相同。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式七或八不同的是：步驟一中所述可固化預(yù)聚物為透明、粘度為15000MPa·s～26000MPa·s的紫外固化預(yù)聚物。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式七或八相同。

具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式七至九之一不同的是：步驟一中所述紫外固化預(yù)聚物為UV膠。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式七至九之一相同。

本實施方式的可固化的預(yù)聚物固化后折射率為1.51。

具體實施方式十一：本實施方式與具體實施方式七至十之一不同的是：步驟二中所述全氟辛烷磺酸溶液的質(zhì)量分數(shù)為0～6％。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式七至十之一相同。

具體實施方式十二：本實施方式與具體實施方式七至十一之一不同的是：步驟二中所述納米級疏水薄膜為厚度為100nm～300nm。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式七至十一之一相同。

具體實施方式十三：本實施方式與具體實施方式七至十二之一不同的是：步驟二中所述納米級疏水薄膜為厚度為200nm。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式七至十二之一相同。

具體實施方式十四：本實施方式與具體實施方式七至十三之一不同的是：步驟三中加工球面型微透鏡時，使微噴嘴3與基底4間斷性接觸，并通過控制三軸線性運動平臺5運動使基底4與微噴嘴3之間產(chǎn)生方波型周期性相對運動，可得到球面型微透鏡液滴陣列；其中所述接觸時間為0.1s～3.0s，氣壓為100kPa～400kPa。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式七至十三之一相同。

具體實施方式十五：本實施方式與具體實施方式七至十四之一不同的是：步驟三中加工圓柱面型微透鏡時，使微噴嘴3與基底4連續(xù)性接觸，并通過控制三軸線性運動平臺5運動使基底4與微噴嘴3之間產(chǎn)生周期性相對運動，可得到圓柱面型微透鏡液滴陣列；其中所述相對運動速度為1.0mm/s～5.0mm/s，氣壓為100kPa～500kPa。其他步驟及參數(shù)與具體實施方式七至十四之一相同。

用以下實驗來驗證本發(fā)明的效果

試驗一、本試驗的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置包括氣壓控制器1、注射器針管2、微噴嘴3、基底4、三軸線性運動平臺5、控制驅(qū)動器6、光學(xué)顯微鏡7、COMS相機8和計算機9；

所述注射器針管2一端與氣壓控制器1相連，所述注射器針管2另一端與微噴嘴3相連；

所述控制驅(qū)動器6的一個通信端口與三軸線性運動平臺5相連，所述控制驅(qū)動器6的另一個通信端口與計算機9相連；

所述COMS相機8設(shè)置在光學(xué)顯微鏡7上以獲得圖像信息，所述COMS相機8的信號輸出端與計算機9相連；

所述基底4固定在三軸線性運動平臺5上。

所述微噴嘴3通過用拉針儀將直徑為1mm的毛細玻璃管從中間拉斷制備而成；且所述微噴嘴3噴嘴口內(nèi)徑為10μm。

所述微噴嘴3與注射器針管2之間采用粘接的方式進行連接。

所述基底4為透明玻璃基底。

本試驗的氣壓控制器1可提供0-600kPa的氣壓，可驅(qū)動針管中的紫外固化預(yù)聚物經(jīng)由噴嘴連續(xù)均勻擠出，改變氣壓大小，可調(diào)節(jié)流出速率。

通過視覺反饋實時監(jiān)測加工過程和可固化預(yù)聚物的擠出情況，保證加工過程的順利進行。

試驗二、利用試驗一所述的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置加工基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡的方法按以下步驟進行：

一、材料裝填及裝置連接：將可固化預(yù)聚物裝入注射器針管2中，然后將基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置連接好；

二、基底疏水處理：將基底4進行超聲清洗后用氮氣吹干，然后在基底4上均勻噴涂超疏水防水劑，再在超疏水防水劑表面均勻噴涂全氟辛烷磺酸溶液，加熱烘干后，形成一層納米級疏水薄膜，完成基底4表面的疏水處理，然后將疏水處理后的基底4固定在三軸線性運動平臺5上；

三、加工：通過控制驅(qū)動器6驅(qū)動三軸線性運動平臺5垂直運動，使微噴嘴3與基底4接觸，通過氣壓控制器1調(diào)節(jié)氣壓至使可固化預(yù)聚物連續(xù)穩(wěn)定的從微噴嘴3中擠出，然后按照計算機9設(shè)定的加工參數(shù)開始進行加工：使微噴嘴3與基底4間斷性接觸，得到球面型微透鏡液滴；

四、固化：加工結(jié)束后，對基底4上的可固化預(yù)聚物液滴進行固化，得到基于擠壓打印的球面型微透鏡。

步驟一中所述可固化預(yù)聚物為Loctite352型UV膠。

步驟二中所述超疏水防水劑層的厚度為100nm。

步驟二中所述全氟辛烷磺酸溶液的質(zhì)量分數(shù)為4％。

步驟二中所述納米級疏水薄膜為厚度為200nm。

步驟三中加工球面型微透鏡時，使微噴嘴3與基底4間斷性接觸，并通過控制三軸線性運動平臺5運動使基底4與微噴嘴3之間產(chǎn)生方波型周期性相對運動，可得到球面型微透鏡液滴陣列；其中所述接觸時間為1s，氣壓為300kPa。

步驟四中固化采用紫外線照射進行固化，劑量為2000毫瓦/平方厘米，時間為2s。

本實驗得到的球面型微透鏡陣列中球面型微透鏡的半徑為15μm。

工作原理：當(dāng)達到預(yù)備狀態(tài)后，運行計算機內(nèi)預(yù)先設(shè)定的加工參數(shù)，系統(tǒng)可以自動進行大批量的微透鏡陣列的加工。在進行球面型微透鏡陣列加工時，微噴嘴與基底間斷性接觸，接觸時，加工原料(可固化預(yù)聚物)從微噴嘴中擠出到基底上，當(dāng)微噴嘴相對基底向上抬升后，基底上留下的加工原料在表面張力的作用下形成一個球冠形的液滴，即球面型微透鏡的前身。計算機內(nèi)的控制模塊將控制運動平臺按特定軌跡運動，使基底與微噴嘴之間產(chǎn)生方波型的周期性相對運動，實現(xiàn)大量球面型微透鏡的加工。

本試驗提出的基于擠壓打印的微透鏡加工方法具有良好的可控性及靈活性，可有效實現(xiàn)微透鏡尺寸及形狀的調(diào)節(jié)。進行球面型微透鏡加工時，當(dāng)微噴嘴與基底接觸時間增加、施加的氣壓增加時，擠出的加工原料體積增大，使得球面型微透鏡半徑增加，實現(xiàn)透鏡半徑的無級調(diào)控。

試驗三、利用試驗一所述的一種基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置加工基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡的方法按以下步驟進行：

一、材料裝填及裝置連接：將可固化預(yù)聚物裝入注射器針管2中，然后將基于擠壓打印的球面型及圓柱面型微透鏡加工裝置連接好；

二、基底疏水處理：將基底4進行超聲清洗后用氮氣吹干，然后在基底4上均勻噴涂超疏水防水劑，再在超疏水防水劑表面均勻噴涂全氟辛烷磺酸溶液，加熱烘干后，形成一層納米級疏水薄膜，完成基底4表面的疏水處理，然后將疏水處理后的基底4固定在三軸線性運動平臺5上；

三、加工：通過控制驅(qū)動器6驅(qū)動三軸線性運動平臺5垂直運動，使微噴嘴3與基底4接觸，通過氣壓控制器1調(diào)節(jié)氣壓至使可固化預(yù)聚物連續(xù)穩(wěn)定的從微噴嘴3中擠出，然后按照計算機9設(shè)定的加工參數(shù)開始進行加工：使微噴嘴3與基底4連續(xù)性接觸，得到圓柱面型微透鏡液滴；

四、固化：加工結(jié)束后，對基底4上的可固化預(yù)聚物液滴進行固化，得到基于擠壓打印的圓柱面型微透鏡。

步驟一中所述可固化預(yù)聚物為Loctite352型UV膠。

步驟二中所述超疏水防水劑層的厚度為100nm。

步驟二中所述全氟辛烷磺酸溶液的質(zhì)量分數(shù)為4％。

步驟二中所述納米級疏水薄膜為厚度為200nm。

步驟三中加工圓柱面型微透鏡時，使微噴嘴3與基底4連續(xù)性接觸，并通過控制三軸線性運動平臺5運動使基底4與微噴嘴3之間產(chǎn)生周期性相對運動，可得到圓柱面型微透鏡液滴陣列；其中所述相對運動速度為1.6mm/s，氣壓為400kPa。

步驟四中固化采用紫外線照射進行固化，劑量為2000毫瓦/平方厘米，時間為3s。

本實驗得到的圓柱面型微透鏡陣列中圓柱面型微透鏡的寬度為45μm。

工作原理：當(dāng)達到預(yù)備狀態(tài)后，運行計算機內(nèi)預(yù)先設(shè)定的加工參數(shù)，系統(tǒng)可以自動進行大批量的微透鏡陣列的加工。在進行圓柱面型微透鏡陣列加工時，微噴嘴與基底連續(xù)接觸，并產(chǎn)生相對運動，使得被擠出的加工原料在基底上沉積形成直線型圓柱面液滴。通過程序控制運動平臺按特定軌跡運動，可實現(xiàn)大量圓柱面型微透鏡的加工。此外，在加工的過程中，通過顯微視覺反饋系統(tǒng)，可實時監(jiān)測擠壓打印過程和預(yù)聚物擠出情況，保證加工過程的順利穩(wěn)定進行。

本試驗提出的基于擠壓打印的微透鏡加工方法具有良好的可控性及靈活性，可有效實現(xiàn)微透鏡尺寸及形狀的調(diào)節(jié)。在進行圓柱面型微透鏡陣列加工時，當(dāng)微噴嘴與基底相對運動速度減小、氣壓增加時，沉積在基底上的加工原料的線密度增加，使得圓柱面型微透鏡寬度增加，實現(xiàn)透鏡寬度的無級調(diào)控。