一种集成的双光子聚合加工装备及其加工方法技术

本发明专利技术材料加工设备技术领域，具体涉及一种集成的双光子聚合加工装备及其加工方法

【技术实现步骤摘要】
一种集成的双光子聚合加工装备及其加工方法


[0001]本专利技术材料加工设备
，具体涉及一种集成的双光子聚合加工装备及其加工方法
。

技术介绍

[0002]双光子聚合加工技术是基于双光子吸收原理而发展起来的一种微纳米制造技术
。
该技术具有真三维
、
高分辨率等加工特点被广泛应用于微光学
、
微机械
、
细胞与组织工程和超材料等多个领域
。
[0003]虽然该技术可以突破光学衍射极限，实现微纳米级分辨率，但是存在加工效率低，加工尺寸限制等问题，主要是因为双光子聚合加工技术中往往采用高倍浸油物镜以达到更高的结构分辨率，但是高倍浸油物镜由于工作距离短，视场范围小会导致加工结构的尺寸纵向高度
、
横向宽度受到限制，以及较低的结构加工效率
。
如何实现跨尺度
‑
高精度结构制造是一项挑战
。
通常可以采用普通物镜扩大工作距离和视场宽度，从而提高结构的尺寸和加工效率，但是又会降低加工结构的分辨率
。
而对于制造大尺寸平面结构往往采用拼接的方法，但是对运动平台的精度具有较高的要求，但是目前的双光子聚合加工设备还不能有效可控地结合宏观加工和微观加工，限制了双光子聚合加工技术的工业化应用
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种集成的双光子聚合加工装备，该集成的双光子聚合加工装备具有但不限于既能加工宏观结构也能加工微细结构，且具有加工效率高的优点
。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种集成的双光子聚合加工装备的加工方法
。
[0006]为实现上述目的之一，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]提供一种集成的双光子聚合加工装备，其特征是：包括
[0008]激光光路系统，所述激光光路系统包括沿激光束输出方向依次设置的激光器
、
快门
、
扩束镜
、
反射镜
、
扫描振镜和物镜组件，所述物镜组件包括浸油物镜和普通聚焦物镜，所述浸油物镜与所述普通聚焦物镜切换对准激光束，穿过浸油物镜的激光束扫描加工待加工材料的第一加工结构，穿过所述普通聚焦物的激光束扫描镜加工待加工材料的第二加工结构，通过浸油物镜加工的结构分辨率大于通过普通聚焦物镜加工的结构分辨率；
[0009]运动系统，其包括用于放置待加工材料的运动平台，所述运动平台为
xyz
三维运动平台，所述扫描振镜为
xy
二维扫描振镜；
[0010]运动控制系统，其与所述运动平台和扫描振镜连接，用于控制运动平台的
xyz
轴三维运动和扫描振镜的
xy
平面扫描；
[0011]激光控制器，其与激光光路系统连接，用于控制激光束的通断和调节激光功率；
[0012]CCD
视觉定位系统，其用于监测激光焦点定位和焦点处加工情况；
[0013]机床床身系统，其包括床身和机柜，所述激光光路系统
、
所述运动平台
、
所述运动
控制系统和所述
CCD
视觉定位系统设置在所述床身上
。
[0014]在一些实施方式中，所述激光器为光纤飞秒激光器
。
[0015]在一些实施方式中，所述运动平台为气浮纳米运动平台
。
[0016]在一些实施方式中，所述运动平台连接有
Z
向运动模组
。
[0017]在一些实施方式中，所述运动平台的参数是：
XY
的行程
≤50mm
；
XY
定位精度为
±
200nm
；
XY
重复定位精度
±
50nm
；
Z
轴行程
≤20mm
；
Z
定位精度
±
200nm
；
Z
重复定位精度
±
100nm
；
XYZ
移动步进
≥0.3
μ
m
；
A
轴旋转角度
≤3
°
；
A
轴旋转步进
≤0.01
°
；所述运动平台的承重为
2KG。
[0018]在一些实施方式中，所述浸油物镜的参数为
60X
，
NA1.35
；所述普通聚焦物镜的参数为
40X
，
NA0.6。
[0019]本专利技术一种集成的双光子聚合加工装备的有益效果：
[0020](1)
本专利技术的集成的双光子聚合加工装备，其物镜组件有浸油物镜和普通聚焦物镜，其中浸油物镜能实现更高精度的微纳米级分辨率加工，普通聚焦物镜则可增大待加工材料的结构尺寸，提高加工效率，通过切换浸油物镜和普通聚焦物镜，既能宏观增大结构尺寸，同时在宏观结构的基础上又能制备更微细的结构，使得加工精度和加工效率同时具备
。
[0021](2)
本专利技术的集成的双光子聚合加工装备，其集成了激光光路系统
、
运动系统
、
运动控制系统
[0022]激光控制器和
CCD
视觉定位系统的控制系统以及数控装备结构，能实现双光子聚合加工技术的工业化，适合大规模生产应用
。
[0023](3)
本专利技术的集成的双光子聚合加工装备，其设置了
xy
二维扫描振镜和
xyz
三轴运动平台，扫描振镜可以在
xy
平面内快速扫描，提高制造效率；该运动平台的运动范围大，运动精度高，能减少制造结构的拼接误差，增大待加工材料的制造结构面积，扫描振镜和
xyz
三轴运动平台的组合既可以提高加工精度又可以提高加工效率，而且可以制造出结构范围大，尺寸精度高的结构
。
[0024]为实现上述目的之二，本专利技术提供以下技术方案：
[0025]提供一种集成的双光子聚合加工装备的加工方法，采用上述的集成的双光子聚合加工装备，包括以下步骤：
[0026]将待加工材料放置到运动平台上，开启激光光路系统，对待加工材料进行加工，其中，当加工第一加工结构时，切换所述浸油物镜并使激光束通过所述浸油物镜聚焦至待加工材料进行加工，当加工第二加工结构时，切换所述普通聚焦物镜并使光路通过所述普通聚焦物镜聚焦至待加工材料进行加工；
[0027]控制所述运动平台在
XYZ
三轴上的运动路径，使激光焦点聚焦在运动平台上的待加工材料；当激光焦点聚焦在运动平台上的待加工材料后，扫描振镜对待加工材料的结构进行二维扫描加工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种集成的双光子聚合加工装备，其特征是：包括激光光路系统，所述激光光路系统包括沿激光束输出方向依次设置的激光器
、
快门
、
扩束镜
、
反射镜
、
扫描振镜和物镜组件，所述物镜组件包括浸油物镜和普通聚焦物镜，所述浸油物镜与所述普通聚焦物镜切换对准激光束，穿过浸油物镜的激光束扫描加工待加工材料的第一加工结构，穿过所述普通聚焦物的激光束扫描镜加工待加工材料的第二加工结构，所述通过浸油物镜加工的结构分辨率大于通过普通聚焦物镜加工的结构分辨率；运动系统，其包括用于放置待加工材料的运动平台，所述运动平台为
xyz
三维运动平台，所述扫描振镜为
xy
二维扫描振镜；运动控制系统，其与所述运动平台和扫描振镜连接，用于控制运动平台的
xyz
轴三维运动和扫描振镜的
xy
平面扫描；激光控制器，其与激光光路系统连接，用于控制激光束的通断和调节激光功率；
CCD
视觉定位系统，其用于监测激光焦点定位和焦点处加工情况；机床床身系统，其包括床身和机柜，所述激光光路系统
、
所述运动平台
、
所述运动控制系统和所述
CCD
视觉定位系统设置在所述床身上
。2.
根据权利要求1所述的集成的双光子聚合加工装备，其特征是：所述激光器为光纤飞秒激光器
。3.
根据权利要求1所述的集成的双光子聚合加工装备，其特征是：所述运动平台为气浮纳米运动平台
。4.
根据权利要求3所述的集成的双光子聚合加工装备，其特征是：所述运动平台连接有
Z
向运动模组
。5.
根据权利要求1所述的集成的双光子聚合加工装备，其特征是：所述运动平台的参数是：
XY
的行程
≤50mm
；
XY
定位精度为
±
200nm
；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成勇，陈守峰，丁峰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：