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1. MXMX/a/2007/010994 - APPARATUS AND METHOD FOR MAKING MICROREPLICATED ARTICLE

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ ES ]

APARATO Y MÉTODO PARA ELABORAR UN ARTICULO MICRORKEPLICADO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La descripción se relaciona en general con la fundición continua de material sobre una trama y más específicamente con la fundición de artículos que tienen un alto grado de registro entre los patrones fundidos en lados opuestos de la trama .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la fabricación de muchos artículos, desde la impresión de periódicos hasta la fabricación de dispositivos electrónicos y ópticos sofisticados, es necesario aplicar cierto material que está al menos temporalmente en forma líquida a lados opuestos de un substrato. Frecuentemente ocurre que el material aplicado al substrato se aplica en un patrón predeterminado; en el caso de, por ejemplo, impresión se aplica tinta en el patrón de letras e imágenes. Es común en tales casos que haya un requerimiento mínimo para el registro entre los patrones en lados opuestos del substrato.

Cuando el substrato es un artículos discreto tal como un tablero de circuitos, los aplicadores de un patrón pueden usualmente depender de un borde para ayudar a lograr el registro. Pero cuando el substrato es una trama y no es posible depende de un borde del substrato para referencia periódica en mantener un registro, el problema se dificulta un poco más. Aún, incluso en el caso de tramas, cuando el

Ref. : 186074 requerimiento para un registro no es severo, por ejemplo, un arrastre del registro perfecto mayor que 100 micrómetros es tolerable, se conocen artificios mecánicos para controlar la aplicación de material. El arte de la impresión está repleto de dispositivos capaces de cumplir con dicho estándar.
Sin embargo, en algunos productos que tienen patrones en lados opuestos de un substrato, se requiere un registro entre los patrones mucho más preciso. En tal caso, si la trama no está en movimiento continuo, se conocen aparatos que pueden aplicar material conforme con ese estándar. Y si la trama está en movimiento continuo, si es tolerable, como por ejemplo en algunos tipos de circuitos flexibles, reajustar los rodillos formadores de patrones a 100 micrómetros, o incluso 5 micrómetros, de registro perfecto una vez por revolución de los rodillos formadores de patrones, la técnica proporciona aún guías acerca de cómo proceder.
Sin embargo, por ejemplo, en artículos ópticos tales como películas de realce del brillo, se requiere que los patrones en el polímero ópticamente transparente a lados opuestos de un substrato estén fuera de registro en no más de una tolerancia muy pequeña en cualquier punto en la rotación de la herramienta. Hasta ahora, la técnica no menciona cómo fundir una superficie con patrón en lados opuestos de una trama que está en movimiento continuo de tal manera que los patrones de mantengan continuamente, en vez de intermitentemente, en registro en los 100 micrómetros.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Se describe un aparato de microrreplicación de rodillo a rodillo. Este aparato forma un artículo microrreplicado que incluye una trama que tiene una primera y una segunda superficies opuestas. El aparato incluye un primer rodillo con patrón, un primer rodillo de presión y un primer dado de recubrimiento; el primer dado de recubrimiento se dispone adyacente al primer lado del substrato de la trama y el substrato de la trama se dispone entre el primer rodillo con patrón y el primer rodillo de presión. El primer rodillo de presión toca el segundo lado del substrato de la trama y el primer rodillo con patrón toca el primer lado del substrato de la trama. El aparato incluye, un segundo rodillo con patrón, un segundo rodillo de presión y un segundo dado de recubrimiento, el segundo dado de recubrimiento se dispone adyacente al segundo lado del substrato de la trama, el segundo dado de recubrimiento se dispone adyacente al segundo lado del substrato de la trama y el substrato de la trama se dispone entre el segundo rodillo con patrón y el segundo rodillo de presión. El segundo rodillo de presión toca el primer lado del substrato de la trama y el segundo rodillo con patrón toca el segundo lado del substrato de la trama. Un montaje de impulsión está configurado para hacer girar el primer rodillo con patrón y el segundo rodillo con patrón de tal forma que el primer y segundo rodillos mantienen un registro continuo en 100 micrómetros, o en 75 micrómetros, o en 50 micrómetros, o en 10 micrómetros, o en 5 micrómetros.
Otro aspecto de la presente descripción está dirigido a un método de elaboración de un artículo microrreplicado que usa este aparato. El método incluye disponer un primer líquido curable en un primer lado de una trama para formar una trama de un primer lado recubierto; hacer pasar la trama del primer lado recubierto entre un primer rodillo de presión y un primer rodillo con patrón, en donde el primer rodillo con patrón forma un primer patrón microrreplicado en el primer líquido curable sobre el primer lado de la trama; curar el primer patrón microrreplicado para crear un primer patrón microrreplicado curado; disponer un segundo líquido curable sobre un segundo lado de una trama para formar una trama recubierta en un segundo lado; hacer pasar la trama del segundo lado recubierto entre un segundo rodillo de presión y un segundo rodillo con patrón, en donde el segundo rodillo con patrón forma un segundo patrón microrreplicado en el segundo líquido curable sobre el segundo lado de la trama; y curar el segundo patrón microrreplicado para crear un segundo patrón microrreplicado curado. El primer y segundo patrones microrreplicados curados están en registro en 100 micrómetros. En algunas modalidades, el primer y segundo patrones microrreplicados en un registro mejor que 100 micrómetros, o en 75 micrómetros, o en 50 micrómetros, o en 10 micrómetros, o en 5 micrómetros.
DEFINICIONES
En el contexto de la presente descripción, "registro" , significa la colocación de estructuras sobre una superficie de la trama en una relación definida con respecto a otras estructuras sobre el lado opuesto de la misma trama.
En el contexto de la presente descripción, "trama" significa una lámina de material que tiene una dimensión fija en , una dirección en, ya sea una longitud predeterminada o indeterminada en la dirección ortogonal .
En el contexto de la presente descripción, "registro continuo" , significa que en todo momento durante la rotación del primer y segundo rodillos con patrón el grado de registro entre las estructuras en los rodillos es mejor que un límite especificado.
En el contexto de la presente descripción, "microrreplicado" o "microrreplicación" significa la producción de una superficie microestructurada a través de un proceso en donde las características de superficie estructuradas retienen una fidelidad de característica individual durante la manufactura, de producto a producto, que varía no más de aproximadamente 100 micrómetros.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
En varias figuras de la figura anexa, las partes similares portan números de referencia similares, y:
La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de una modalidad de ejemplo de un sistema que incluye un sistema de conformidad con la presente descripción;
La figura 2 ilustra una vista de amplificación de una porción del sistema de la figura 1 de conformidad con la presente descripción;
La figura 3 ilustra otra vista en perspectiva del sistema de la figura 1 de conformidad con la presente descripción;
La figura 4 ilustra una vista esquemática de una modalidad de ejemplo de un aparato de fundición de conformidad con la presente descripción;
La figura 5 ilustra una vista de amplificación de una sección del aparato de fundición de la figura 4 de conformidad con la presente descripción;
La figura 6 ilustra una vista esquemática de una modalidad de ejemplo de un arreglo de montaje de rodillos de conformidad con la presente descripción;
La figura 7 ilustra una vista esquemática de una modalidad de ejemplo de un arreglo de montaje para un par de rodillos con patrón de conformidad con la presente descripción;
La figura 8 ilustra una vista esquemática de una modalidad de ejemplo de un arreglo de motor y rodillos de conformidad con la presente descripción;
La figura 9 ilustra una vista esquemática de una modalidad de ejemplo de un medio para controlar el registro entre rodillos de conformidad con la presente descripción;
La figura 10 ilustra un diagrama de bloques de una modalidad de ejemplo de un método y aparato para controlar el registro de conformidad con la presente descripción;
La figura 11 ilustra una vista en sección transversal de una artículo ilustrativo elaborado de conformidad con la presente descripción; y
La figura 12 ilustra una vista en elevación de una modalidad de ejemplo de un sistema que incluye un rodillo de presión de conformidad con la presente descripción.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
En general, la descripción de la presente descripción está dirigida a un aparato y método de elaboración de un substrato flexible recubierto con estructuras con patrones microrreplicadas en cada lado. Los artículos microrreplicados están en registro uno con respecto al otro en un alto grado de precisión. Las estructuras en lados opuestos pueden cooperar para dar al artículo calidades ópticas tal como se desee, en algunas modalidades, las estructuras son una pluralidad de características de lentes.
Con referencia a la figura 11, se ilustra una modalidad de ejemplo de un artículo microrreplicado de doble lado 1200.

El artículo 1200 incluye un substrato de trama 1210 que tiene una primera y segunda superficies opuestas 1220, 1230. La primera y segunda superficies 1220, 1230 incluyen una primera y segunda estructuras microrreplicadas 1225, 1235, respectivamente. La primera estructura microrreplicada 1225 incluye una pluralidad de características 1226, que en la modalidad mostrada son lentes cilindricos con un diámetro efectivo de aproximadamente 142 micrométricos . La segunda estructura microrreplicadas 1235 incluye una pluralidad de características de sierra o prismáticas piramidales 1236. Se entiende que la primera y segunda estructuras microrreplicadas 1225, 1235 pueden ser de cualquier forma y/o configuración útil diferente de las formas particulares ilustradas en la figura 11.
En la modalidad de ejemplo mostrada, la primera y segunda características 1226, 1236 tienen el mismo paso o periodo de repetición P, por ejemplo, el periodo de la primera característica es de 10 a 500 micrómetros, de 50 a 250 micrómetros o de aproximadamente 150 micrómetros, y el periodo de repetición de la segunda característica es el mismo. La relación del periodo de la primera y segunda característica puede ser toda una relación numérica (o lo contrario), aunque son permisibles otras combinaciones.
En la modalidad de ejemplo mostrada, las características microrreplicadas opuestas 1226, 1236 cooperan para formar una pluralidad de características de lentes 1240. En la modalidad de ejemplo mostrada, las características de lentes 1240 son lentes lenticulares . Dado que el desempeño de cada característica de lente 1240 es función de la alineación de las características opuestas 1229, 1239 que forman cada lente, la alineación de precisión o registro en una segunda dimensión de las características de lentes es preferible. En muchas modalidades, la distancia de los lentes a la característica opuesta está a una distancia igual a una longitud focal del lente.
Opcionalmente, el artículo 1200 también incluye una primera y segunda áreas de suelo 1227, 1237. El área de suelo se define como el material entre las superficies de substrato 1220, 1230 y el fondo de cada característica respectiva, es decir, valles 128, 1238. En muchas modalidades, la primera área de suelo 1228 puede ser al menos de aproximadamente 10 micrómetros en el lado del lente y la segunda área de suelo 1238 puede ser de al menos aproximadamente 25 micrómetros en el lado del prisma. El área de suelo puede ayudar a que las características tengan buena adherencia a la trama y también ayuda en la fidelidad de replicación. El posicionamiento del área de suelo también puede usarse para coordinar características en el primer y segundo lados de la trama, según se desee. El segundo rodillo de presión, descrito más adelante, puede ayudar a controlar la primera área de suelo 1228 y/o la segunda área de suelo 1238. En una modalidad, la primera área de suelo 1228 y/o la segunda área de suelo 1238 se controlan para asegurar que la distancia de los lentes a la característica opuesta es substancialmente igual a la longitud focal del lente cilindrico.
El artículo 1200 descrito arriba puede elaborarse usando un aparato y método para producir estructuras microrreplicadas alineadas con precisión sobre superficies opuestas de la trama, cuyo el aparato y métodos se describen a detalle más adelante.
La primera estructura microrreplicada puede elaborarse en un primer rodillo con patrón fundiendo y curando un líquido curable sobre el primer lado de la trama. El primer líquido curable puede se cualquier solución de resina de acrilato fotocurable tal como, por ejemplo, Photomer 6010, disponible de Cognis Corp. , Cincinnati, Ohio; SR385 acrilato de tetrahidrofurfurilo y SR238 (70/15/15%) diacrilato de 1,6-hexanediol, ambos disponibles de Satomer Co., Expon, Pensilvania; alcanfor quinona, disponible de Hanford Research Inc., Stratford, Connecticut; y benzoato de etil-4-dimetilamino (0.75/0.5%), disponible de Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin. La segunda estructura microrreplicada puede elaborarse sobre un segundo rodillo con patrón por fundición y curado de un líquido curable sobre el segundo lado de la trama. El segundo líquido curable puede ser el mismo o diferente que el primer líquido curable. En algunas modalidades, el primer y segundo líquido curable se disponen sobre la superficie de la trama antes de pasar a través del primer y segundo rodillo con trama, respectivamente. En otras modalidades, el primer líquido curable se dispone sobre el primer rodillo con patrón y el segundo líquido curable se dispone sobre el segundo rodillo con patrón, que después es transferido a la trama desde los rodillos con patrón.
Después de que cada estructura respectiva se funde en un patrón, cada patrón respectivo es curado externamente usando una fuente de luz para curar que incluye una fuente de luz ultravioleta. Un rol de desprendimiento puede usarse después para remover el artículo microrreplicado del segundo rodillo con patrón. Opcionalmente, puede usarse una agente de liberación para ayudar a remover las estructuras con patrón de las herramientas con patrón.
Las configuraciones del proceso ilustrativo usadas para crear el artículo descrito anteriormente son las siguientes. Una velocidad de trama de aproximadamente 0.3 metros (1 pie) por minuto con una tensión de trama dentro y fuera del aparato de fundición de aproximadamente 8 N (2 libras fuerza) . Se usó una relación de arrastre de rodillo de desprendimiento de aproximadamente 5% para jalar la trama de la segunda herramienta con patrón. Una presión de prensado de aproximadamente 16 N (4 libras fuerza) . Existe una separación entre el primer y segundo rodillos con patrón de aproximadamente 0.025 cm (0.01 pulgadas) Puede suministrarse resina a la primera superficie de la trama usando un aparato de recubrimiento por goteo y la resina puede suministrarse a la segunda superficie a una velocidad de aproximadamente 1.35 ml/min, usando una bomba de jeringa.
El curado de las estructuras puede lograrse usando una fuente de radiación que está adaptado al fotoiniciador en el líquido curable.
El primer rodillo con patrón incluye una serie de imágenes negativas para formar lentes cilindricos con un diámetro de 142 micrómetros a un paso de 150 micrómetros. El segundo rodillo con patrón incluye una serie de imágenes negativas para formar una pluralidad de prismas simétricos con 60 grados incluyendo un ángulo en el paso de 150 micrómetros .
Generalmente, el artículo descrito anteriormente puede elaborarse por medio de un sistema y método, descrito de aquí en adelante, para producir estructuras microrreplicadas de doble lado con un registro mejor que aproximadamente 100 micrómetros, o mejor que 50 micrómetros, o menos que 25 micrómetros, o menos que 10 micrómetros, o menos de 5 micrómetros. El sistema incluye generalmente un primer montaje con patrón y un segundo montaje con patrón. Cada montaje respectivo crea un patrón microrreplicado sobre una superficie respectiva de una trama que tiene una primera y una segunda superficie. Un primer patrón se crea sobre el primer lado de la trama y un segundo patrón se crea sobre el la segunda superficie de la trama.
Cada montaje con patrón incluye medios para aplicar un recubrimiento, un miembro con patrón, y un miembro de curado. Típicamente, los montajes con patrón incluyen rodillos con patrón y una estructura de soporte para sostener y mover cada rodillo. El medio de recubrimiento del primer montaje con patrón surte un primer material de recubrimiento curable sobre una primera superficie de la trama. El medio de recubrimiento del segundo montaje con patrón surte un segundo material de recubrimiento curable sobre una segunda superficie de la trama, en donde la segunda superficie es opuesta a la primera superficie. Típicamente, el primer y segundo material de recubrimiento son de la misma composición.
Después de que el primer material de recubrimiento es colocado sobre la trama, la trama pasa sobre un primer miembro con patrón, en donde se crea un patrón en el primer material de recubrimiento. El primer material de recubrimiento es curado entonces para formar el primer patrón. Subsiguientemente, después de que el segundo material de recubrimiento es colocado sobre la trama, la trama pasa sobre un segundo miembro con patrón, en donde se crea un patrón en el segundo material de recubrimiento. El segundo material de recubrimiento es curado entonces para formar el segundo patrón. Típicamente cada miembro con patrón es una herramienta microrreplicada y cada herramienta tiene típicamente un miembro de curado dedicado para curar el material. Sin embargo, es posible tener un solo miembro de curado que cure tanto el primer material con patrón como el segundo. Asimismo, es posible colocar los recubrimientos sobre las herramientas con patrón.
El sistema también incluye medios para hacer girar el primer y segundo rodillos con patrón de tal manera que sus patrones sean transferidos a los lados opuestos de la trama mientras está en movimiento continuo, y dichos patrones son mantenidos en registro continuo en ambos lados opuestos de la trama mejor que aproximadamente 100 micrómetros o mejor que 10 micrómetros.
Una ventaja de la presente descripción es que una trama que tiene una estructura microrreplicada en cada superficie opuesta de la trama puede manufacturarse teniendo la estructura microrreplicada en cada lado de la trama formada continuamente manteniendo a la vez las estructuras microrreplicadas en los lados opuestos registradas en 100 micrómetros entre sí, o en 50 micrómetros, o en 20 micrómetros, o en 10 micrómetros, o en 5 micrómetros.
Con referencia a las figuras 1-2, se ilustra una modalidad de ejemplo de un sistema 110 incluye un aparato de fundición de rodillo a rodillo 120. En el aparato de fundición ilustrado 120, se provee una trama 122 al aparato de fundición 120 de un carrete de desenrollado principal (no se muestra) . La naturaleza exacta de la trama 122 puede variar ampliamente, dependiendo del producto que esté siendo producido, como se describió líneas arriba. Sin embargo, cuando el aparato de fundición 120 se usa para la fabricación de artículos ópticos usualmente es conveniente que la trama 122 sea traslúcida o transparente, para permitir curar a través de la trama 122. La trama 122 es dirigida alrededor de varios rodillos 126 en el aparato de fundición 120.
Un control de tensión preciso de la trama 122 es benéfico para el logro de resultados óptimos, de tal manera que la trama 122 pueda dirigirse sobre un dispositivo detector de tensión (no se muestra) . En situaciones en las que es deseable usar una trama de forro para proteger la trama 122, la trama de forro está típicamente separada en el carrete de desenrollado y dirigida sobre un carrete de enrollado de trama de forro (no se muestra) . La trama 122 puede dirigirse vía un rodillo loco a un rodillo oscilante para el control de tensión de precisión. Los rodillos locos pueden dirigir la trama 122 a una posición entre el rodillo de presión 154 y el primer cabezal de recubrimiento 156.
Puede emplearse una variedad de métodos de recubrimiento. En la modalidad ilustrada, el primer cabezal de recubrimiento 156 es un cabezal de dado de recubrimiento. La trama 122 pasa entonces entre el rodillo de presión 154 y el primer rodillo con patrón 160. El primer rodillo con patrón 160 tiene una superficie con patrón 162, y cuando la trama 122 pasa entre el rodillo de presión 154 y el primer rodillo con patrón 160 el material surtido sobre la trama 122 por el primer cabezal de recubrimiento 156 es conformado en una superficie con patrón 162.
Mientras la trama 122 está en contacto con el primer rodillo con patrón 160, el material es surtido del segundo cabezal de recubrimiento 164 sobre la otra superficie de la trama 122. Junto con la discusión anterior con respecto al primer cabezal de recubrimiento 156, el segundo cabezal de recubrimiento 164 es también un arreglo de dado de recubrimiento que incluye un segundo extrusor (no se muestra) y un segundo dado de recubrimiento (no se muestra) . En algunas modalidades, el material surtido por el primer cabezal de recubrimiento 156 es una composición que incluye un precursor poliméricos y que va a curarse como un polímero sólido con la aplicación de energía de curado tal como, por ejemplo, radiación ultravioleta.
El material que ha sido surtido sobre la trama 122 por el segundo cabezal de recubrimiento 164 es puesto entonces en contacto con el segundo rodillo con patrón 174 con una segunda superficie con patrón 176. Junto con la discusión anterior, en algunas modalidades, el material surtido por el segundo cabezal de recubrimiento 164 es una composición que incluye un precursor poliméricos y que va a curarse como un polimero sólido con la aplicación de energía de curado tal como, por ejemplo, radiación ultravioleta.
En este punto, la trama 122 ha tenido aplicado un patrón en ambos lados. Un rodillo de desprendimiento 182 puede estar presente para ayudar a remover la trama 122 del segundo rodillo con patrón 174. En algunos casos, la tensión de la trama en y fuera del aparato de fundición de rodillo a rodillo es casi constante.
La trama 122 que tiene un patrón microrreplicado de doble lado es dirigido entonces a un carrete de enrollado (no se muestra) a través de varios rodillos locos. Si se desea una película intercalada para proteger la trama 122, puede proveerse desde un carrete de desenrollado secundario (no se muestra) y la trama y la película de intercalación se enrollan entre sí sobre el carrete de enrollado a una tensión apropiada .
Con referencia a las figuras 1-3, un primer y segundo rodillos con patrón están acoplados a un primer y segundo montajes de motor 210, 220, respectivamente. El soporte para los montajes de motor 210, 220 se logra montando los montajes a una armazón 230, ya sea directamente o indirectamente. Los montajes de motor 210, 220 se acoplan al armazón usando arreglos de montaje de precisión. En la modalidad de ejemplo mostrada, el primer montaje de motor 210 se monta fijamente al armazón 230. El segundo montaje de motor 220, el cual se coloca en su posición cuando la trama 122 es insertada a través del aparato de fundición 120, puede necesitar colocarse repetidamente y por lo tanto es movible, tanto en la dirección transversal como en la dirección de la máquina. El arreglo de motor movible 220 puede acoplarse a guías lineales 222 para ayudar en la colocación de precisión repetida, por ejemplo, cuando se cambia entre patrones en los rodillos. El segundo arreglo de motor 220 también incluye un segundo arreglo de montaje 225 en el lado posterior del armazón 230 para colocar el segundo rodillo con patrón 174 lado con lado en relación con el primer rodillo con patrón 160. En algunos casos, el segundo arreglo de montaje 225 incluye guías lineales 223 que permiten la colocación precisa en las direcciones transversal y de la máquina.
Con referencia a la figura 4, se ilustra una modalidad de ejemplo de un aparato de fundición 420 para producir una trama de doble lado 422 con estructuras microrreplicadas registradas sobre superficies opuestas. El montaje incluye un primer y segundo miembros de recubrimiento 456, 464, un rodillo de presión 454, y un primer y segundo rodillos con patrón 460, 474. La trama 422 se presenta al primer medio de recubrimiento 456, en este ejemplo un primer dado de extrusión 456. El primer dado 456 surte un primer recubrimiento de capa de líquido curable 460 por medio de un rodillo de presión 454, típicamente un rodillo cubierto con caucho. Mientras está sobre el primer rodillo con patrón 460, el recubrimiento es curado usando una fuente de curado 480, por ejemplo, una lámpara, de luz de longitud de onda adecuada, tal como, por ejemplo, una fuente de luz ultravioleta.
Una segunda capa de líquido curable 481 es recubierta sobre el lado opuesto de la trama 422 usando un segundo dado de extrusión 464. La segunda capa 481 es presionada en el segundo rodillo de herramienta con patrón 474 y se repite el proceso de curado para la segunda capa de recubrimiento 481. El registro de las dos patrones de recubrimiento se logra manteniendo los rodillos herramienta 460, 474 en una relación angular precisa entre sí, como se describirá de aquí en adelante .
Con referencia a la figura 5, se ilustra una vista amplificada de una porción del primer y segundo rodillos con patrón 560, 574. El primer rodillo con patrón 560 tiene un primer patrón 562 para formar una superficie microrreplicada. El segundo rodillo con patrón 575 tiene un segundo patrón microrreplicado 576. En la modalidad de ejemplo mostrada, el primer y segundo patrón 562, 576 son el mismo patrón, aunque los patrones pueden ser diferentes. En la modalidad ilustrada, el primer patrón 562 y el segundo patrón 576 se muestran como estructuras prismáticas, sin embargo, cualesquiera estructuras simples o múltiples pueden formar al patrón 562 y al segundo patrón 576.
Al pasar una trama 522 sobre el primer rodillo 560, un primer líquido curable (no se muestra) sobre una primera superficie 524 es curado mediante una fuente de luz de curado 525 cerca de una primera región 526 sobre el primer rodillo con patrón 560. Una primera estructura con patrón microrreplicada 590 se forma sobre el primer lado 524 de la trama 522 al ser curado el líquido. La primera estructura con patrón 590 es un negativo del patrón 562 sobre el primer rodillo con patrón 560. Después de que se forma la primera estructura con patrón 590, se surte un segundo líquido curable 581 sobre una segunda superficie 527 de la trama 522. Para asegurar que el segundo líquido 581 no es curado prematuramente, el segundo líquido 581 puede aislarse de la primera luz de curación 525, colocando la primera luz de curación 525 de tal manera que no cae sobre el segundo líquido 582. Alternativamente, pueden colocarse medios de protección 592 entre la primera luz de curación 525 y el segundo líquido 581. Asimismo, las fuentes de curado pueden localizarse dentro de sus respectivos rodillos con patrón en donde es impráctico o difícil curar a través de la trama.

Después de que se forma la primera estructura con patrón 590, la trama 522 continua a lo largo del primer rodillo 560 hasta que entra a la región de un espacio 575 entre el primer y segundo rodillos con patrón 560, 574. El segundo líquido 581 se pone en contacto entonces con el segundo patrón 576 en el segundo rodillo con patrón y es conformado en una segundo estructura microrreplicada, la cual es curada después mediante una segunda luz de curación 535. Al pasar la trama 522 dentro del espacio 575 entre el primer y segundo rodillos con patrón 560, 574, la primera estructura con patrón 590, que en este momento es curada substancialmente y unida a la trama 522, evita que la trama 522 se deslice mientras la trama 522 comienza a moverse dentro del espacio 575 y alrededor del segundo rodillo con patrón 574. Esto elimina el estiramiento y desplazamientos de la trama como fuente de error entre la primera y segunda estructuras con patrón formadas sobre la trama.
Al soportar la trama 522 sobre el primer rodillo con patrón 560 mientras el segundo líquido 581 se pone en contacto con el segundo rodillo con patrón 574, el grado de registro entre la primera y segunda estructuras microrreplicadas 590, 593 formada en lados opuestos 524, 527 de la trama 522 se convierte en una función de control de la relación de posición entre las superficies del primer y segundo rodillos con patrón 560, 574. El enrollado en S de la trama alrededor del primer y segundo rodillos con patrón 560, 575 y entre el espacio 575 formado por o rodillo minimiza efectos de tensión, cambios en el esfuerzo de la trama, temperatura, microdeslizamientos ocasionados por la mecánica del prensado de una trama, y control de posición lateral. Típicamente, el enrollado en S mantiene la trama 522 en contacto con cada rodillo en un ángulo de enrollado de 180 grados, aunque el ángulo de enrollado puede ser mayor o menor dependiendo de los requerimientos particulares .
Típicamente, los rodillos con patrón son del mismo diámetro medo, aunque esto no se requiere. Está dentro del conocimiento de alguien con experiencia en la técnica seleccionar el rodillo apropiado para cualquier aplicación particular .
Con referencia a la figura 6, se ilustra un arreglo montaje de motor. Un motor 633 para impulsar una herramienta o rodillo con patrón 662 está montado al armazón de la máquina 650 y conectado a través de un acoplamiento 640 a un eje giratorio 601 del rodillo con patrón 662. El motor 633 está acoplad a un codificador primario 630. Un codificador secundario 651 está acoplado a la herramienta para proveer un control de registro angular preciso del rodillo con patrón 662. Los codificadores primario 630 y secundario 651 cooperan para proveer control del rodillo con patrón 662 para mantenerlo en registro con un segundo rodillo con patrón, como se describirá más en detalle más adelante.
La reducción o eliminación de la resonancia del eje es importante debido a que es una fuente de error de registro que permite el control de la posición del patrón en los límites especificados. Usando un conector 640 entre el motor 633 y el eje 650 que es más rante que la especificación de cédulas de dimensionamiento generales reducirá también la resonancia del eje ocasionada por conectores más flexibles. Montajes de cojinetes 660 se localizan en varios sitios para proporcionar soporte rotacional para el arreglo de motor.
En la modalidad de ejemplo mostrada, el diámetro del rodillo de herramienta 662 puede ser más pequeño que el diámetro de su motor 633. Para acomodar este arreglo, los rodillos herramienta se pueden instalar en pares dispuestos en una imagen de espejo. En la figura 7 dos montajes de rodillos 610 y 710 están instalados como imágenes de espejo con el fin de que sean capaces de juntar los dos rodillos herramienta 662 y 762. Con referencia también a la figura 1, el primer arreglo de motor está típicamente unido fijamente al armazón y el segundo arreglo de motor se coloca usando guías lineales movibles de calidad óptica.
El montaje de rodillo de herramienta 710 es muy similar al montaje de rodillo de herramienta 610, e incluye un motor 733 para impulsar una herramienta o rodillo con patrón 762 montado al armazón de la máquina 750 y conectado a través del conector 740 a un eje giratorio 701 del rodillo con patrón 762. El motor 733 está acoplado a un codificador primario 740. Un codificador secundario 751 está acoplado a la herramienta para proporcionar un control de registro angular preciso del rodillo con patrón 762. Los codificadores primario 730 y secundario 751 cooperan para proveer control del rodillo con patrón 762 para mantenerlo en registro con un segundo rodillo con patrón, como se describirá adicionalmente más adelante.
La reducción o eliminación de la resonancia del eje es importante porque esto es una fuente de error de registro permitiendo en control de la posición del patrón en los límites especificados. Usando el conector 740 entre el motor 733 y el eje 750 que es mayor que la especificación de cédulas de dimensionamiento generales también reducirá la resonancia del eje ocasionada por conectores más flexibles. Montajes de cojinetes 760 se localizan en varios sitios para proporcionar soporte rotacional para el arreglo de motor.
Debido a que se desea que las características de la estructuras microrreplicadas en ambas superficies de una trama estén en un registro fino entre sí, los rodillos con patrón deberán controlarse con un alto grado de precisión. El registro de trama cruzada en los límites descritos aquí puede lograrse aplicando las técnicas usadas en el control de registro en la dirección de la' máquina, como se describirá más adelante. Por ejemplo, para lograr aproximadamente 10 micrómetros de colocación de características de extremo a extremo en un rodillo con patrón de circunferencia de 25.4 centímetros (10 pulgadas) , cada rodillo debe mantenerse en una precisión rotacional de + 32 segundos de arco por revolución. El control de registro se hace más difícil al amentar la velocidad a la cual se desplaza la trama a través del sistema.
Los solicitantes han construido y demostrado un sistema que tiene rodillos con patrones circulares de 25.4 centímetros (10 pulgadas) que pueden crear una trama con características de patrones en superficies opuestas de la trama que están en registro en 2.5 micrómetros. Al leer la presente descripción y aplicar los principios enseñados en la presente, alguien con experiencia normal en la técnica apreciará cómo lograr el grado de registro para otras superficies microrreplicadas.
Con referencia a la figura 8, se ilustra un esquema de un arreglo de motor 800. El arreglo de motor 800 incluye un motor 810 que incluye un codificador primario 830 y un eje de impulsión 820. El eje de impulsión 820 está acoplado a un eje impulsado 840 del rodillo con patrón 860 a través de un conector 825. Un codificador secundario, o de carga 850 está acoplado al eje impulsado 840. El uso de dos codificadores en el arreglo de motor descrito permite que la posición del rodillo con patrón sea medida con más precisión ubicando el dispositivo de medición (codificador) 850 cerca del rodillo con patrón 860, reduciendo o eliminando así efectos de disturbios en el torque cuando el arreglo de motor 800 está en operación.
Con referencia a la figura 9, se ilustra un esquema del arreglo de motor de la figura 8 unido a componentes de control. En el ejemplo el aparato mostrado en las figuras 1-3, una configuración similar controlaría cada arreglo de motor 210 y 220. Consecuentemente, el arreglo de motor 900 incluye un motor 910 que incluye un codificador primario 930 y un eje de impulsión 920. El eje de impulsión 920 está acoplado a un eje impulsado 940 del rodillo con patrón 960 a través de un conector 930. Un codificador secundario, o de carga 950 está acoplado al eje impulsado 940.
El arreglo de motor 900 se comunica con un arreglo de control 965 para permitir el control de precisión del rodillo con patrón 960. El arreglo de control 965 incluye un módulo de impulsión 966 y un módulo de programa 975. El módulo de programa 975 se comunica con el módulo de impulsión 966 vía una línea 977, por ejemplo, una red de fibra SERCOS . El módulo de programa 975 se usa para ingresar parámetros, tales como puntos de ajuste, al módulo de impulsión 966. El módulo de impulsión 966 recibe una entrada de energía trifásica de 480 voltios 915, la rectifica a corriente directa, y la distribuye vía una conexión de energía 973 para controlar el motor 910. El codificador del motor 912 alimenta una señal de posición al módulo de control 966. El codificador secundario 950 en el rodillo con patrón 960 también alimenta una señal de posición que regresa al módulo de impulsión 966 vía la línea 971. El módulo de impulsión 966 utiliza las señales del codificador para colocar con precisión el rodillo con patrón 960. El diseño de control para lograr el grado de registro de describe más detalladamente a continuación.
En las modalidades ilustrativas mostradas, cada rodillo con patrón está controlado por medio de un arreglo de control dedicado . Los arreglos de control dedicado cooperan para controlar el registro entre el primer y segundo rodillos. Cada módulo de impulsión se comunica con y controla sus respectivos montajes de motor.
El arreglo de control en el sistema construido y demostrado por los Solicitantes incluye lo siguiente. Para impulsar cada uno de los rodillos con patrón, se usó un motor de bajo torque de engrane con una retroalimnetación de codificador sinusoidal de alta resolución (512 ciclos sinusoidales x 4096 interpolación de impulsión >> 2 millones de partes por revolución) , modelo MHD090B-035-NG0-UN, disponible de Bosch-Rexroth (Indramat) . También el sistema incluyó motores sincrónicos, modelo MHD090B-035-NG0-UN, disponible de Bosch-Rexroth (Indramat) , pero también podrían usarse otros tipos tales como motores de inducción.
Cada motor se acopló directamente (sin caja de engranes o reducción mecánica) por medio de un conector de fuelles extremadamente rígidos, modelo BK5-300, disponible de R/W Corporation. Podrían usarse diseños de conectores alternos, pero el estilo de fuelle generalmente combina rigidez proporcionando a la vez alta precisión rotacional. Cada conector se dimensionó de tal manera que se seleccionó un conector substancialmente más grande de los que recomendarían las especificaciones típicas de fabricantes.
Adicionalmente se prefieren placas de contrapresión o cubos de bloqueo tipo compresivos entre conectores y ejes. Cada eje de rodillo se unió a un codificador a través de un codificador lateral de carga de eje hueco, modelo RON255C, disponible de Heidenhain Corp., Schaumburg, IL. La selección de codificador deberá tener la mayor precisión y resolución posible, típicamente mayor que una precisión de 32 segundos de arco. El diseño del solicitante, 18000 ciclos sinusoidales por revolución se empleó, junto con la interpolación de impulsión de 4096 bits de resolución que resultó en un exceso de 50 millones de partes por resolución de revolución dando una resolución substancialmente mayor que la precisión. El codificador lateral de carga tuvo una precisión de +/- 2 segundos de arco; la desviación máxima en las unidades entregadas fue menor que +/- 1 segundo de arco.

En algunos casos, cada eje puede diseñarse para que tenga un diámetro tan grande como sea posible y tan corto como sea posible para maximizar la rigidez, dando como resultado la mayor frecuencia resonante posible. La alineación de precisión de todos los componentes rotacionales se desea para asegurar un error de registro mínimo debido a esta fuente de error de registro.
Con referencia a la figura 10, los comandos de referencia de posición idénticos del sistema del solicitante se presentaron en cada eje simultáneamente a través de la red de fibra SERCOS a una velocidad de actualización de 2 ms . Cada eje interpola la referencia de posición con un ajuste cúbico, en la velocidad de actualización del ciclo de posición de intervalos de 250 microsegundos. El método de interpolación no es crítico, ya que la velocidad constante resulta en una constante simple por la trayectoria de intervalo de tiempo. La resolución es crítica para eliminar cualquier redondeo de errores de representación numérica. Debe tratarse también la rotación del eje. En algunos casos, es importante que cada ciclo de control del eje esté sincronizado a la velocidad de ejecución del circuito actual (intervalos de 62 microsegundos) .
La trayectoria superior 1151 es la sección de avance de alimentación de control . La estrategia de control incluye un circuito de colocación 1110, un circuito de velocidad 1120, un circuito de corriente 1130. La referencia de posición 1111 es diferenciada, una vez para generar los términos de avance de alimentación de velocidad 1152 y un segundo tiempo para generar el término de avance de alimentación de aceleración 1155. La trayectoria de avance de alimentación 1151 ayuda al desempeño durante cambios en velocidad de línea y la corrección dinámica.
El comando de posición 1111 se substrae de la posición actual 1114, generando una señal de error. El error 1116 es aplicado a un controlador proporcional 1115, generando la referencia de comando de velocidad 1117. La retroalimentación de velocidad 1167 se substrae del comando 1117 para generar la señal de error de velocidad 1123, la cual se aplica entonces a un controlador PID. La retroalimentación de velocidad 1167 es generada por diferenciación de la señal de posición del codificador del motor 1126. Debido a la diferenciación y a los límites de resolución numérica un filtro Butterworth de bajo paso 1124 se aplica para remover componentes de ruido de alta frecuencia de la señal de error 1123. Un filtro banda de paro estrecha (muesca) 1129 se aplica en el centro de la frecuencia resonante del motor-rodillo. Esto permite que se apliquen ganancias substancialmente mayores al controlador de velocidad 1120. Una mayor resolución del codificador del motor también mejoraría el desempeño. La ubicación exacta de los filtros en el diagrama de control no es crítica; son aceptables la trayectoria de avance o retroceso, aunque los parámetros de afinación dependen de la ubicación.
Un controlador PID también podría usarse en el circuito de posición, pero el retardo de fase adicional del integrador hace más difícil la estabilización. El circuito de corriente es un controlador Pl tradicional; las ganancias son establecidas por los parámetros del motor. El circuito de corriente de ancho de banda más alto permitiría un desempeño óptimo. Asimismo, se desea una mínima fluctuación del torque.

La reducción al mínimo de disturbios externos es importante para obtener un registro máximo. Esto incluye una construcción del motor y conmutación del circuito de corriente como se discutió anteriormente, pero la disminución de disturbios mecánicos también es importante. Lo ejemplos incluyen un control de tensión extremadamente uniforme al entrar y salir la extensión de la trama, un soporte de cojinetes y arrastre de sellos uniforme, disminución en trastornos de tensión del desprendimiento de la trama del rodillo, rodillo de presión de caucho uniforme. En el diseño actual se provee un tercer eje engranado con los rodillos herramienta como rodillo de tracción para ayudar a remover la estructura curada de la herramienta.
El material de trama puede ser de cualquier material adecuado, como se describió anteriormente, sobre el cual puede crearse una estructura con patrón microrreplicada. La trama también puede ser se capas múltiples, según se desee. Dado que el líquido típicamente es curado mediante una fuente de curado en el lado opuesto al que se creó la estructura con patrón, el material de trama puede ser al menos parcialmente traslúcido a la fuente de curado usada. Ejemplos de fuentes de energía para curar son radiación infrarroja, radiación ultravioleta, radiación de luz visible, microondas, o haces de electrones. Alguien con experiencia normal en la técnica apreciará que pueden usarse otras fuentes de curado, y la selección de una combinación de material de trama/fuente de curado particular dependerá del artículo particular (con estructuras microrreplicadas en registro) que va a crearse.
Una alternativa para curar el líquido a través de la trama sería el uso de un curado reactivo en dos partes, por ejemplo, un epoxi, que sería útil para tramas a través de las cuales es difícil curar, tales como tramas metálicas o tramas que tienen una capa metálica. El curado podría lograrse mezclando en línea los componentes o rociando catalizador sobre una porción del rodillo con patrón, que curaría el líquido para formar la estructura microrreplicada cuando el recubrimiento y catalizador se pongan en contacto.
La forma líquida de la cual se crean las estructuras microrreplicadas puede ser un material fotopolimerizable curable, tal como acrilatos curables por luz UV. Alguien con experiencia normal en la técnica apreciará que pueden usarse otros materiales de recubrimiento, y la selección de un material dependerá de las características particulares deseadas para las estructuras microrreplicadas. Similarmente, el método de curado particular empleado está dentro de la habilidad y conocimiento de alguien con experiencia en la técnica. Ejemplos de métodos de curado son curado reactivo, curado térmico, o curado por radiación.
Ejemplos de medios de recubrimiento útiles para suministrar y controlar el líquido a la trama son, por ejemplo, recubrimiento con dado o placa, acolado con cualquier bomba adecuada como una jeringa o bomba peristáltica. Alguien con experiencia normal en la técnica apreciará que pueden usarse otros medios de recubrimiento, y la selección de un medio particular dependerá de las características particulares del líquido que va a suministrarse a la trama.
Otro aspecto de la presente descripción proporciona una zona de tensión uniforme entre las dos herramientas de microrreplicación, creando así un ángulo de desprendimiento uniforme de la herramienta uno y un espesor de recubrimiento controlable más uniforme para el patrón de la herramienta dos. Un espesor de recubrimiento controlable y más uniforme se traduce en especificaciones de calibre y tolerancias determinadas por el producto final requerido. El ángulo de desprendimiento uniforme ayuda a crear un producto ópticamente más uniforme.
Se puede lograr la zona de tensión uniforme, creando la segunda herramienta con un diámetro más grande de porcentaje pequeño que la primera herramienta. Al girar las herramientas en exactamente el mismo número de revoluciones por minuto, un diámetro más grande de porcentaje pequeño en la segunda herramienta resulta en la segunda herramienta con una velocidad rotacional superficial ligeramente mayor que la primera herramienta. Esto da como resultado una zona de tensión ligeramente mayor, eliminan do por lo tanto la bolsa que se forma. Para mantener una alineación de las características de la herramienta transversal, que se convierten en características de trama, la segunda herramienta está torneada con herramienta de punta de diamante con todas las características de la herramienta transversales exactamente en el mismo ángulo rotacional que la característica de la primera herramienta. La diferencia entre esta invención y el enfoque anterior es que la zona de dibujo se crea entre las dos herramientas. Las zonas de dibujo pueden usarse para crear una zona de tensión uniforme cuando se desprende material de una herramienta. La tensión uniforme reducirá o eliminará la diferencia en la extensión de la trama entre las dos herramientas creadas por la dinámica de la bolsa. Al aumentar la anchura del patrón transversal de la trama, la cantidad de tensión requerida para lograr un ángulo de desprendimiento uniforme aumenta. Los patrones con mayores características también requieren mayores tensiones para lograr un desprendimiento uniforme. En ángulo de desprendimiento también es importante para crear un material ópticamente uniforme. Cuando se desprende a diferentes ángulos de una herramienta, diferentes áreas experimentas diferente flexión. Estos resultados de diferencial de flexión resultan en no uniformidades ópticas en el producto. Al eliminar la fluctuación dinámica creada por la bolsa, se logrará un desprendimiento más uniforme. Esto dará como resultado una mejor alineación, un suelo más uniforme y una apariencia óptica más uniforme.
Otra modalidad de ejemplo de la presente descripción está dirigida a controlar el espesor del suelo creado por el segundo rodillo herramienta corriente abajo. Este método y aparato incluye el uso de un segundo rodillo de presión, el cual presiona sobre la película o substrato después de que se ha enrollado sobre la segunda herramienta. La presión directa de la prensa de los rodillos sobre la película aprieta la resina aún no curada que se encuentra debajo. El espesor de la capa de la resina determina la altura base o suelo de las características microrreplicadas después de curar. Al ajustar la presión de prensa de los rodillos el espesor del suelo puede controlarse directamente e independientemente de otros parámetros del proceso.
Con referencia a la figura 12 se ilustra una modalidad de ejemplo de un aparato de fundición 421 para producir una trama de doble lado 422 con estructuras microrreplicadas en registro sobre superficies opuestas. El montaje incluye un primer y segundo miembros de recubrimiento o dados de recubrimiento 456, 464, un primer y segundo rodillos de presión 454, 482 y un primer y segundo rodillos con patrón 460, 474. La trama 422 se presenta al primer medio de recubrimiento 456, en este ejemplo un primer dado de extrusión 456. El primer dado de recubrimiento 456 surte un primer recubrimiento de capa líquida curable 470 sobre la trama 422. El primer recubrimiento 470 es prensado en el primer rodillo con patrón 460 por medio del primer rodillo de presión 454, que en algunas modalidades es un rodillo cubierto con caucho. Mientras sobre el primer rodillo con patrón 460, el recubrimiento es curado usando una fuente de curado 480, por ejemplo, una lámpara, de luz de longitud de onda adecuada, tal como por ejemplo, una fuente de luz ultravioleta.
Una segunda capa de líquido curable 481 se recubre entonces sobre el lado opuesto de la trama 422 usando un dado de recubrimiento de extrusión del segundo lado 464. Esta segunda capa es presionada en el segundo rodillo herramienta con patrón 474 por medio del segundo rodillo de presión 482 y el proceso de curado se repite entonces para la segunda capa de recubrimiento 481. El registro de los dos patrones de recubrimiento se logra manteniendo los rodillos herramienta 460, 474 en una relación angular precisa entre ellos, como se describe en la presente. Además, el segundo rodillo de presión 482 puede ayudar en el control del espesor del área de suelo, descrito líneas arriba.
Algunas ventajas del uso de un segundo rodillo de presión incluyen 1) la tensión de la trama entre los rodillos no depende de los requerimiento de espesor del suelo. Dado que la tensión no se usa para controlar el espesor del suelo se permite optimizar en un intervalo más amplio los valores de tensión para condiciones tales como estiramiento mínimo de la trama. Esto a su vez mejora el registro de los patrones en ambos lados uno con respecto al otro y minimiza el torcimiento en la trama con patrón; y 2) el efecto de la dinámica de fluidos en el espesor del suelo se reduce en gran medida. Sin el segundo rodillo de presión la cantidad de resina que es arrastrada entre la trama y la segunda herramienta depende bastante de la velocidad de la trama y de la viscosidad de la resina. Un espesor pequeño de suelo puede obtenerse usando una resina de baja viscosidad y/o velocidades bajas. El aumento en la tensión de la trama ayuda también pero puede ser indeseable como se describió en 1) .
Tener la capacidad de crear un suelo pequeño a altas velocidades y sobre un intervalo grande de viscosidades de resina es un factor significativo en el escalamiento del proceso de microrreplicación de doble lado al formato industrial. La figura 12 ilustra esta línea de proceso continuo de microrreplicación de doble lado de ejemplo que incluye el segundo rodillo de presión. La resina se alimenta a la primera herramienta usando un primer prensado de presión controlada. Al ajustar la presión del primer prensado, puede controlarse el espesor del suelo en el primer lado. El prensado aprieta el espesor de la capa de resina que es alimentada entre la película y la herramienta. La segunda herramienta es alimentada por medio de un prensado de separación controlada que consiste de la herramienta 1 y la herramienta 2. La pequeña separación entre la herramienta 1 y 2 limita la cantidad de resina que puede alimentarse a la herramienta 2. La separación no puede ser tan pequeña

(inferior a 25 ó 50 micrómetros) dado que tiene que estar presente un claro positivo en todo momento tomando en cuenta la descarga del rodillo, la deflexión y la variación en el calibre de la película. Por lo tanto hay una pequeña amplitud de la trama entre las dos herramientas. La tensión de la trama es esta amplitud tiene un efecto en el espesor del suelo pero no puede controlarse con mucha efectividad debido a su corta longitud. Asimismo, el valor de la tensión está determinada por otros parámetros así como por la guía de la trama, la tensión del rodillo de desprendimiento, el calibre de la trama, etc. Por lo tanto, el espesor del suelo solo puede controlarse hasta cierto grado por la tensión de la trama .
Para aumentar el control en este espesor de suelo del segundo lado microrreplicado se utiliza un segundo prensado de presión controlada en la segunda herramienta, como se ilustra en la figura 12. Debido a restricciones geométricas, es deseable que el segundo prensado se monte después de que la trama y la resina se han laminado sobre la segunda herramienta.
Varias modificaciones y alteraciones de la presente descripción serán evidentes para aquellos con experiencia en la técnica sin alejarse del alcance y espíritu de la presente descripción, y deberá entenderse que la presente descripción no está limitada a las modalidades ilustrativas establecidas en la presente .
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.