飛秒激光雙光子聚合大面積結(jié)構(gòu)化加工控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、微納米精度級(jí)別的加工技術(shù)目前已經(jīng)被用于航空航天、組織工程、生物醫(yī)療、微納機(jī)電系統(tǒng)、微流控器件、微納光學(xué)器件、生物芯片、新材料和新能源等諸多領(lǐng)域。其中飛秒激光雙光子聚合（Two-Photon Polymerization，簡(jiǎn)稱TPP）微納米加工技術(shù)能夠制備微納米級(jí)的三維立體結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)中超精密加工的研究熱點(diǎn)之一。由于復(fù)雜三維微納米結(jié)構(gòu)有著巨大的產(chǎn)業(yè)需求，隨之對(duì)微納結(jié)構(gòu)器件的加工精度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)提出的要求越來越苛刻。因此飛秒激

2、光雙光子聚合微納米加工系統(tǒng)的研究是目前急需解決的問題，國(guó)內(nèi)目前的加工系統(tǒng)多處于實(shí)驗(yàn)研究階段，其所能加工的工件尺寸精度、加工速度、三維結(jié)構(gòu)的加工能力都有很大的限制，尚且沒有推出成型的加工設(shè)備系統(tǒng)。本文在此基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室自主研制出一套飛秒激光雙光子聚合大面積快速結(jié)構(gòu)化加工系統(tǒng)，有效提高了飛秒激光微納加工的質(zhì)量和效果，為之后飛秒激光雙光子聚合加工技術(shù)的研究提供了保障。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)實(shí)驗(yàn)室自主研制的飛秒激光雙光子聚合

3、大面積快速結(jié)構(gòu)化加工系統(tǒng)，包括激光光路系統(tǒng)、宏-微定位系統(tǒng)、二維X-Y振鏡系統(tǒng)、激光快門和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。整個(gè)加工系統(tǒng)用大理石床身和氣浮平臺(tái)作為減振裝置，以減小加工過程中的顫振對(duì)加工效果的影響。
　　(2)以基于Aerotech的A3200系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過虛擬儀器平臺(tái)LabVIEW開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了飛秒激光雙光子聚合大面積快速結(jié)構(gòu)化加工系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制。從而極大提升了加工的效率，保證了加工精度，同時(shí)使加工系統(tǒng)具備了加工復(fù)雜三維立體結(jié)構(gòu)的能力

4、。
　　(3)以加工系統(tǒng)中的宏-微定位系統(tǒng)為分析對(duì)象，建立動(dòng)力學(xué)模型，利用滑模變結(jié)構(gòu)控制算法，對(duì)宏-微定位系統(tǒng)進(jìn)行了控制律運(yùn)算和控制器設(shè)計(jì)，通過滑模控制器對(duì)其加工過程進(jìn)行滑?？刂?，提高了加工精度。同時(shí)運(yùn)用Matlab中Simulink模塊進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了控制器的有效性，并在后續(xù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(4)利用加工系統(tǒng)進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的加工能力，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的聯(lián)動(dòng)控制和對(duì)宏-微定位系統(tǒng)進(jìn)行滑?？刂坪螅庸ばЧ?/p>