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光学微纳纹理的工艺和应用介绍


光学纹理早期名称“UV纹理”,用于手机成型按键。2006年由日本人最先发明,在2007年开始大面积应用。早期的UV纹理主要作用不是用于外观加强,而是用于手感增强,主要是以钢板模具技术制作,技术和纹理十分粗糙。电铸模具技术应运市场应运而生,优点是比钢板模具更精细,可以做出一些CD纹路的线条,即便纹理的细腻程度有所提升,制作模具的难度依然困扰着纹理工艺的发展。

 

PR(Photo Resist)模具技术随后诞生,主要是通过曝光显影的方式制作出微纳米级别的纹理不仅线条更精细,而且可以将多种效果叠加在一起,实现多重叠加的特殊外观效果。目前,钢板模具和电铸模具这两种工艺很难做出比较精细化的纹理,基本已经淘汰。所以当下国内最常用的纹理制作技术是RP模具技术,也就是我们经常提及的UV纹理转印。

 

微纳光学纹理应用

 

光学纹理的工艺介绍:

 

1、光学微纳纹理模板制作——纹理的“地基”

 

光学微纳纹理的母模制作一般采用激光刻写、超精度数控加工、全息技术、电子束、电化学等微细加工技术,母模制作的工序难度极大,因此对生产车间环境要求极其严格,工厂必须采用无尘车间达到千级以上才能保证正常生产制作。

 

光刻设备

 

模板制作是将将设计图稿展现在一块金属的制版之上,由于纹理的细腻程度是以微纳米来计算,制成特定的表层结构,在后道工序中做出的产品通过光照产生折射、衍射、散射等光学现象,并且以灰白明暗及色彩变化来仿真植物、生物、织物、矿物、自然、科学、抽象艺术。具有动态,三维,明暗互换,彩色多变的奇幻效果。

 

2、光学微纳纹理模板制作——光刻胶

 

光刻胶是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、X射线等光源的照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀刻半流体材料。最早时期光刻胶是应用在印刷工业领域,到20世纪20年代才被逐渐用在印刷电路板领域,50年代开始用于半导体工业领域。20世纪50年代末,伊士曼柯达Eastman Kodak和施普莱 Shipley 公司分别设计出适合半导体工业需要的正胶和负胶。

 

光刻胶版

光刻胶版验版

 

光刻胶是利用曝光区和非曝光区的溶解速率差来实现图像的转移。具体从流程上来解释,由于光刻胶具有光化学敏感性,可利用其进行光化学反应,将光刻胶涂覆半导体、导体和绝缘体上,经曝光、显影后留下的部分对底层起保护作用,然后采用蚀刻剂进行蚀刻就可将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工的衬底上。因此光刻胶是微细加工技术中的关键性化工材料。

 

光刻胶主要由五种基本成分组成,包括聚合剂、溶剂、感光剂、光敏剂和添加剂。

 

3、炫彩的搬运工——UV转印技术

 

在完成母模制作的基础之上,在较硬承载板材聚碳酸酯PC、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA上制作出可放入转印设备上的复制模具,即可开始纹理的转印工序。

 

4、光学微纳纹理的“炫”工艺

 

要将完成UV转印工序的纹理变“炫丽”,需要进行物理气相沉积PVD(Physical Vapor Deposition)镀膜工序,是指在真空条件下,用物理的方法使材料沉积在被镀工件上的薄膜制备技术。

 

PVD技术出现于20世纪70年代末,制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视,人们在开发高性能、高可靠性涂层设备的同时,也在硬质合金、陶瓷类刀具中进行了更加深入的涂层应用研究。

 

与化学气相沉淀CVD工艺相比,PVD工艺处理温度低,在600以下时对刀具材料的抗弯强度无影响;薄膜内部应力状态为压应力,更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层;PVD工艺对环境无不利影响,符合现代绿色制造的发展方向。

 

经工艺的发展和延伸,今天的PVD镀膜技术的应用主要分为两大类:装饰镀膜和工具镀膜。

 

装饰镀的目的主要是为了改善工件的外观装饰性能和色泽同时使工件更耐磨耐腐蚀延长其使用寿命;这方面主要应用五金行业的各个领域,如门窗五金、锁具、卫浴五金等行业。工具镀的目的主要是为了提高工件的表面硬度和耐磨性,降低表面的摩擦系数,提高工件的使用寿命;这方面主要应用在各种刀剪、车削刀具(如车刀、刨刀、铣刀、钻头等等)、各种五金工具(如螺丝刀、钳子等)、各种模具等产品中。

 

真空离子镀膜设备

 

PVD镀膜技术主要分为三类,真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。对应于PVD技术的三个分类,相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机这三种。近十多年来,真空离子镀膜技术的发展是最快的,它已经成为当今最先进的表面处理方式之一。我们通常所说的PVD镀膜,指的就是真空离子镀膜;通常所说的PVD镀膜机,指的也就是真空离子镀膜机。

 

PVD镀膜(离子镀膜)技术,其具体原理是在真空条件下,采用低电压、大电流的电弧放电技术,利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离,利用电场的加速作用,使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。PVD镀膜能够镀出的膜层种类,PVD镀膜技术是一种能够真正获得微米级镀层且无污染的环保型表面处理方法,它能够制备各种单一金属膜(如铝、钛、锆、铬等),氮化物膜(TiN、ZrN、CrN、TiAlN)和碳化物膜(TiC、TiCN),以及氧化物膜(如TiO等)。PVD镀膜膜层的厚度—PVD镀膜膜层的厚度为微米级,厚度较薄,一般为0.3μm~5μm,其中装饰镀膜膜层的厚度一般为0.3μm~1μm,因此可以在几乎不影响工件原来尺寸的情况下提高工件表面的各种物理性能和化学性能。PVD镀膜与传统化学电镀(水电镀)的异同PVD镀膜与传统的化学电镀的相同点是,两者都属于表面处理的范畴,都是通过一定的方式使一种材料覆盖在另一种材料的表面。两者的不同点是:PVD镀膜膜层与工件表面的结合力更大,膜层的硬度更高,耐磨性和耐腐蚀性更好,膜层的性能也更稳定;PVD镀膜不会产生有毒或有污染的物质。

 

光学纹理应用

 

5、纹理的“背后”支撑者——丝印盖底

 

业内俗称“丝印”的全称为丝网印刷,丝网印刷属于孔板印刷,简单的理解就是利用网胶封住多余的网纱区域,留出需要的图像或文字,通过一定的压力使油墨通过孔版的孔眼转移到承印物上,形成图象或文字。丝网印刷的承印物可以是纸张、木材、玻璃、金属、塑料等众多的基材,生活中比较常见的丝网印刷应用有产品上的指示说明、家电上的装饰花纹、T恤图案、导视牌、书籍封面、海报、名片等。

 

丝网印刷的工艺流程:

 

丝网印刷文件输出→菲林胶片制作→网板制作→调色印刷→油墨固化

 

6、纹理的定型者——激光切割成型工序

 

激光切割的原理:激光切割是由电子放电作为供给能源,通过He、N2、CO2等混合气体为激发媒介,利用反射镜组聚焦产生激光光束,从而对材料进行切割。

 

激光切割的过程:在数控程序的激发和驱动下,激光发生器内产生出特定模式和类型的激光,经过光路系统传送到切割头,并聚焦于工件表面,将金属熔化;同时,喷嘴从与光束平行的方向喷出辅助气体将熔渣吹走;在由程控的伺服电机驱动下,切割头按照预定路线运动,从而切割出各种形状的工件。

 

光学纹理展示

 

7、与防爆膜纹理工艺的平行者——IMD工艺

 

IMD(In-Mold Decoration)即模内装饰技术。IMD是目前国际风行的表面装饰技术,主要用于家电产品的装饰及功能控制面板,汽车仪表盘、空调面板,手机按键、外壳、视窗镜片等,应用非常广泛。IMD是一个笼统的称呼,实际上IMD分为IMR、IML、IMF。

 

IMR (In-Mold Roller) ——模内转印,将连续片材的一部分置于模具腔内,注塑后塑胶将片材表面丝印的图案带走,与片材分离。日本也称之为热转印。

 

IML (In-Mold Label) ——模内镶件注塑,将背面丝印的透明片材成型后置于模具腔内,注塑后与塑胶结合为一体,丝印部分夹在片材与塑胶之间。

 

IMF (In-Mold Film) ——模内镶件注塑,与IML是一回事。

 

行内一般将IMR称为IMD, 而将IML独立出来。不过本次讨论的IMD专指IML,即模内镶件注塑。

 

IML与IMR的区别:成品的区别主要在于表面是否有一层透明材料:IML表面有一层透明的PC或PET片材(约0.1mm),图案不易磨损;IMR表面只是一层油墨(厚度可以只有几微米),不如IMD耐磨。

 

工艺上的区别如下图:

 

IMR工艺

 

IML工艺

IMD主要特点 :

l  立体成型能增加设计的自由度;

l  镶件注塑加工技术可用于所有图案需求;

l  图案及颜色设计可随时改变,而无需更换有关模具;

l  背面印刷使装饰面防刮花和耐磨损且颜色鲜明;

l  视窗有极高的透明度及优良的油墨后置透光效果;

l  功能按键凹凸均匀、手感好,有极长的使用寿命;

l  表面纹理均匀;

l  复合成型达无缝效果。

 

产品展示

 

打火机纹理

光学纹理金属

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