【技术实现步骤摘要】
多适应性的全压电跨尺度多维微纳刻划加工系统及方法
[0001]本申请涉及微纳结构加工
,尤其涉及毫米尺度且多种特殊表面的微纳结构加工。
技术介绍
[0002]微纳加工系统是先进制造业领域的重要研究方向之一,是微纳制造、生命科学和光学仪器等领域的核心装备。在样品表面加工出具有一定规则分布、并具有微观几何拓扑形状的微纳米结构可以赋予样品某些特定的功能,如信息存储功能、光学反射功能、润滑或摩擦功能等。现阶段微纳加工方法主要包括电物理化学法、光刻技术、机械加工技术以及基于尖端的微纳结构制造,然而却面对昂贵的加工设备、复杂的加工流程和严苛的加工条件等加工硬件上的限制,且在加工性能上无法实现毫米尺度的加工范围、加工质量有待提高和加工维度单一。综上所述,现阶段的微纳加工系统的技术尚无法在微小曲面或回转球面等特殊表面的结构上实现跨尺度多维的微纳加工,制约了大尺度高密度光栅、毫米尺度复杂结构的微纳流控芯片、球面光学器件等诸多微纳器件的制造。
[0003]随着先进智能材料的发展,利用压电操控技术精度高、响应快和易于实现多维运动等突出优势可以实现在微纳米尺度改变物体表面的微观形貌。例如,基于直驱式压电驱动器的微纳米压痕加工以及基于原子力显微镜探针的微纳刻划加工都已证明压电操控技术具备制造复杂微纳结构的能力。然而当前基于压电操控技术存在的问题在于:受压电操控技术速度控制策略的限制,微纳加工质量有待提升;受压电陶瓷管驱动行程的限制,尚不能实现毫米尺度加工范围纳米结构的加工;受加工系统自由度的限制,尚无法在微小曲面或回转球面等特殊 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多适应性的全压电跨尺度多维微纳刻划加工系统,其特征在于,所述系统包括:四自由度跨尺度压电微纳定位平台(1)、多维压电操控器(2)、结构支撑部件(3)和传感控制部件(4);所述跨尺度压电微纳定位平台(1)用于待加工样品姿态的调整与刻划轨迹的运动控制,其运动自由度数N依据微纳刻划技术性能实现标准而定;所述多维压电操控器(2)用于调整刻刀与样品间的法向距离与加工力,其可实现的运动维数依据微纳加工维数确定;所述结构支撑部件(3)用于架构全压电微纳加工操控系统,调控刻刀与样品间的宏观距离;所述传感控制部件(4)用于跨尺度压电微纳定位平台(1)和多维压电操控器(2)的加工力与位移的传感与反馈。2.根据权利要求1所述的一种多适应性的全压电跨尺度多维微纳刻划加工系统,其特征在于,所述四自由度跨尺度压电微纳定位平台(1)包括沿X轴平移部件(1
‑
1),沿Y轴平移部件(1
‑
2),绕X轴转动部件(1
‑
3)和绕Y轴转动部件(1
‑
4),这四个部件可独立且协同实现沿X,Y方向的平移运动和绕X轴和Y轴的旋转运动。3.根据权利要求2所述的一种多适应性的全压电跨尺度多维微纳刻划加工系统,其特征在于,加工单个微点结构时,四自由度跨尺度压电微纳定位平台(1)保持位置恒定;加工单个平面微纳结构时,依据结构形状在其各自运动轴上的分解情况,沿X轴平移部件(1
‑
1)和沿Y轴平移部件(1
‑
2)进行协同运动;加工单个曲面微纳结构时,依据待加工微纳结构的曲率和方向,并结合多维压电操控器(2)的深度控制,沿X轴平移部件(1
‑
1),沿Y轴平移部件(1
‑
2),绕X轴转动部件(1
‑
3)和绕Y轴转动部件(1
‑
4)进行协同运动;加工阵列结构时,首先依据上述规划加工单个微纳结构,然后沿X轴平移部件(1
‑
1),沿Y轴平移部件(1
‑
2)依据阵列结构的间隔进行分度运动。4.根据权利要求1所述的一种多适应性的全压电跨尺度多维微纳刻划加工系统,其特征在于,所述结构支撑部件(3)包括龙门架(3
‑
1),宏观位移调整平台(3
‑
2)和底板(3
‑
3);所述龙门架(3
‑
1)用于支撑多维压电操控器(2)以及传感控制部件(4);所述宏观位移调整平台(3
‑
2)安装固定在龙门架(3
‑
1)上,用于调整多维压电操控器(2)法向运动,从而实现调控多维压电操控器(2)与待加工样品间的法向间距;所述底板(3
‑
3)用于支撑微纳结构加工的整体操控系统,龙门架(3
‑
1)与宏观位移调整平台(3
‑
2)均固定安装在底板(3
‑
3)上。5.根据权利要求4所述的一种多适应性的全压电跨尺度多维微纳刻划加工系统,其特征在于,所述多维压电操控器(2)包括支撑基座(2
‑
1),压电元件(2
‑
2),刀具操控端(2
‑
3)与刀具(2
‑
4);所述支撑基座(2
‑
1)用于将多维压电操控器固定安装在宏观位移调整平台(3
‑
2)上;所述压电元件(2
‑
2)可产生独立的、沿着两个正交方向的弯曲微动和沿着轴向的伸缩微动,工作时的运动维数依据需要加工的微纳...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘英想,孙建华,邓杰,张仕静,陈维山,刘军考,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:
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