本文關(guān)鍵詞：飛秒激光雙光子聚合成形加工質(zhì)量的研究　出處：《吉林大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：飛秒激光雙光子聚合(Two Photon Polymerization,TPP)是一種強(qiáng)大的、有潛力的三維微納加工方法,它可以加工多種工程材料(如聚合物、陶瓷、金屬、雜化材料等)的任意復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu),且分辨率可達(dá)100 nm以下。因此被廣泛應(yīng)用在微光學(xué)器件、電子、通信、生物醫(yī)學(xué)、微流體器件、微機(jī)電系統(tǒng)、超材料等領(lǐng)域。TPP的成形加工質(zhì)量直接關(guān)系到三維微納結(jié)構(gòu)的使用性能,如表面粗糙度對(duì)微光學(xué)器件的光學(xué)性能影響較大。影響TPP成形加工質(zhì)量的因素包括TPP的原理誤差(STL模型的離散化誤差和臺(tái)階效應(yīng))、TPP的工藝參數(shù)(飛秒激光功率、曝光時(shí)間、物鏡的數(shù)值孔徑、體元間重疊率、分層厚度等),三維掃描系統(tǒng)的幾何誤差和顯影階段的收縮變形等。隨著大面積三維微納結(jié)構(gòu)需求的不斷增長,基于大行程氣浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和二維振鏡的三維掃描系統(tǒng)逐漸被采用。與壓電平臺(tái)相比,三軸氣浮平臺(tái)和二維振鏡的幾何誤差會(huì)引起體元位姿在試件坐標(biāo)系中較大的偏離,從而對(duì)成形加工質(zhì)量造成較大的影響。因此本文對(duì)TPP的工藝參數(shù)、三軸氣浮平臺(tái)的幾何誤差和二維振鏡的幾何誤差與TPP的成形加工質(zhì)量的關(guān)系展開研究。論文取得的研究成果包括:1)搭建了基于三維壓電平臺(tái)和二維振鏡的TPP加工系統(tǒng),包括硬件方面(光源、各種光學(xué)元器件和掃描系統(tǒng)等)和軟件方面(加工數(shù)據(jù)的生成等),根據(jù)自由基濃度模型推導(dǎo)出了TPP分辨率的表達(dá)式。通過理論分析和物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),體元隨激光功率、曝光時(shí)間增加、數(shù)值孔徑減小而逐漸變大,且越來越細(xì)長。采用較小的體元、較大的重疊率和較小的分層厚度可獲得表面質(zhì)量較好的微納結(jié)構(gòu)。2)基于多體系統(tǒng)理論建立了三軸氣浮平臺(tái)的綜合誤差模型,并用基于方差的全局敏感性分析方法對(duì)每個(gè)誤差分量進(jìn)行了敏感性分析。結(jié)果表明,每個(gè)軸的角度誤差對(duì)體元位置的影響比較大,而線性誤差對(duì)體元位置的影響比較小。其中,x軸的影響最大,y軸其次,z軸的影響最小。此外,三個(gè)垂直度誤差對(duì)體元位置的影響也較大。三軸氣浮平臺(tái)的俯仰、翻滾誤差及X軸與Z軸垂直度誤差、Y軸與Z軸垂直度誤差對(duì)體元姿態(tài)的影響比較大,而其余誤差影響較小。之后分析了三軸氣浮平臺(tái)的敏感誤差單獨(dú)作用和綜合誤差對(duì)體元位姿的影響,并以加工一球體為例分析了綜合誤差對(duì)TPP成形加工質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,三軸氣浮平臺(tái)幾何誤差可引起體元間的分離,對(duì)三維微納結(jié)構(gòu)的成形加工質(zhì)量造成較大的影響。3)用矢量法推導(dǎo)出了體元位姿與二維振鏡轉(zhuǎn)角間的關(guān)系,當(dāng)二維振鏡存在幾何誤差時(shí),導(dǎo)出了二維振鏡掃描系統(tǒng)的綜合誤差模型,并用基于方差的全局敏感性分析方法對(duì)二維振鏡的12項(xiàng)幾何誤差進(jìn)行了敏感性分析。結(jié)果表明,二維振鏡的6個(gè)角度誤差對(duì)體元位置的影響比較大,而x振鏡的3個(gè)角度誤差對(duì)體元姿態(tài)的影響比較大。之后分析了二維振鏡敏感誤差單獨(dú)作用和綜合誤差對(duì)體元位姿的影響,并以加工一平面為例分析了綜合誤差對(duì)TPP成形加工質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,由于幾何誤差的作用,實(shí)際表面質(zhì)量比理想表面質(zhì)量差很多。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG665

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本文編號(hào)：1348332