[實用新型]一種激光誘導等離子體直寫加工頭

有效

• 申請號: 201720841479.0
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN206869308U
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 孫軻;曹宇;薛偉;朱德華;潘曉銘;劉文文;孫兵濤
• 申請（專利權）人: 溫州大學激光與光電智能制造研究院
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B23K26/14
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司11253
• 代理人: 段秋玲

技術領域

本實用新型屬于激光應用技術領域，具體涉及一種激光誘導等離子體直寫加工頭。

背景技術

激光加工是將激光束照射到工件的表面，以激光的高能量來切除、熔化材料以及改變物體表面性能。由于激光加工是無接觸式加工，工具不會與工件的表面直接摩擦產生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的范圍較小而且不會產生噪音。由于激光束的能量和光束的移動速度均可調節，因此激光加工可應用到不同層面和范圍上。

直寫技術不是一種單一的工藝，而是從快速原型制造領域發展起來的制造電子傳感元件和微結構的一類新工藝技術的統稱，但“直寫”(Direct Write)一詞并非新概念，如我們用筆寫字就屬于一種典型的直寫工藝過程，它本質上可看作是在大腦意識中的字體筆劃圖形驅動下的油墨材料沉積過程(從筆內流出沉積到紙張上)。在此基礎上，可以認為“任何可以由預先設計的圖形數據驅動在某種材料表面實現材料的沉積、轉移或處理的工藝或技術”均可歸之為直寫技術，換言之，任何不是由圖形數據直接驅動的加工方法，如硅基微加工工藝、LIGA工藝等，均不屬于直寫技術。

直寫技術能夠依照計算機程序預設的形狀和尺寸要求，在所指定的基板表面去除或者沉積所指定的各種材料，形成所需要功能結構的技術和工藝。與傳統的基板制造技術相比，直寫技術具有不需掩膜、制造精度高、易于修改、研制周期短、材料選擇范圍廣、材料利用率高、對環境污染小等優點。直寫技術主要分為減成法和加成法兩種。減成法指采用特定工具在基板表面進行刻蝕或者雕刻等去除過程，該方法的工藝簡單可靠，所使用的工具可以是聚焦離子束、激光束、金剛石刀具等，但所制造的微結構功能主要局限于基板相關材料。加成法是指采用特殊的工具在基板表面添加新的材料來形成微結構的過程。加成法所添加的材料不受基板材料的限制，因此可以制備的微結構種類更多，功能也更廣泛。在眾多的加成法直寫技術中，比較成熟和應用廣泛的主要有Micropen直寫技術和M3D技術，但Micropen直寫技術所需要的設備比較復雜，M3D技術能夠適用的漿料種類較少。

等離子體是由大量正負帶電粒子和中性粒子組成的，并表現出集體行為的一種準中性氣體。它已區別于物質的固、該、氣三種狀態，而稱為物質的第四態。等離子體的集體行為體現在帶電粒子的作用不局限在它自身周圍，它的運動引起的空間電荷局部集中，產生空間電荷場，電荷的運動也會產生電流引起的磁場，這樣的電荷電場和電流磁場，對遠處的帶電粒子運動發生積極的影響，因此等離子體是一個完整的整體。

脈沖激光沉積(Pulsed Laser Deposition簡稱PLD)技術，是伴隨著激光技術的發展而一步步發展起來的。人們發現激光與固體作用時，在固體表面附近區域會產生一個由該固體成分粒子形成的發光的等離子體區，如果這些處于等離子體狀態的物質離子向外噴射，并沉積于襯底上，就會形成薄膜，這就是激光沉積薄膜技術。PLD的主要制膜過程可簡單描述為：一束激光通過聚焦，從窗口進入真空室。激光束的入射角度可以任意選，但一般為了提高沉積效率，常選擇與靶材表面成45°。激光照射到靶材上，使靶材瞬時獲得1～10J/cm²的能量密度，燒蝕產物受激光輻射形成高溫高壓等離子體羽輝。等離子體羽輝中包括了離子、電子、中性原子、分子以及大原子團等成分。等離子體經過在真空室的膨脹飛行，最終到達基底表面沉積成膜。目前，脈沖激光沉積技術已用來制作具備外延特性的晶體薄膜。陶瓷氧化物(ceramic oxide)、氮化物膜(nitride films)、金屬多層膜(metallic multilayers)，以及各種超晶格(superlattices)等都可以用脈沖激光沉積技術來制作。但是，脈沖激光沉積技術目前還只能制備薄膜，不能制備圖形化的涂層。

實用新型內容

本實用新型針對上述現有技術的不足，提供了一種能夠制備圖形化涂層的激光誘導等離子體直寫加工頭。

本實用新型是通過如下技術方案實現的：

一種激光誘導等離子體直寫加工頭，包括直寫沉積加工頭、基片、工作臺、激光發射模塊、吹氣模塊和多自由度運動模塊，所述基片設置在工作臺上，所述激光發射模塊用于發射聚焦激光束；所述吹氣模塊用于向直寫沉積加工頭內吹氣；所述多自由度運動模塊用于提供二維或三維運動，使直寫沉積加工頭與工作臺發生相對運動；