[發明專利]一種分段式回轉掃描微孔陣列加工方法

有效

• 申請號: 202110315682.5
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113020820B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 王聰;康濤;段吉安
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/06;B23K26/064;B23K26/082;B23K26/70
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 李崇章

本發明提供了一種分段式回轉掃描微孔陣列加工裝置及其加工方法，裝置包括高重頻超快激光器、反射鏡、光闌、物鏡、激光振鏡、復合運動平臺和旋轉臺。本發明的方法是利用高重頻超快激光器產生飛秒量級超快脈沖，通過設定的激光路徑穿過顯微物鏡到達工件，同時工件被夾具固定在高精度電控旋轉臺上，通過復合運動平臺帶動旋轉臺的徑向平移以及周向旋轉的配合，結合分段式加工算法，最終穩定、均勻、高效且大面積地加工出微孔陣列。本發明創新性地提出分段式算法，能夠在保證每段回轉加工時穩定性和微孔陣列均勻性的同時又高效地完成了大面積部分的加工；加工激光功率恒定，只需利用計算機程序簡單控制平臺運動即可一次性完成加工，操作簡單。

技術領域

本發明涉及微納加工技術領域，特別涉及一種分段式回轉掃描微孔陣列加工方法。

背景技術

激光微孔加工技術是利用激光脈沖與物質相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行微孔掃描加工，涉及到光、機、電、計算機控制、材料特性及檢測等多學科綜合技術。激光微孔加工在汽車、微電子、光通訊、航天航空、生物醫學、太陽能及燃料電池新能源等高新技術產業領域有廣泛應用，改進以及取代了某些傳統加工方式。利用超快激光直寫加工微孔陣列結構具有很好的優勢：超短的脈沖具有極低“熱效應”，同時高功率和高精度以及和物質非線性作用的特性也使得加工出來的微孔具有亞波長的尺度、微納米級的精度對和大多數難加工材料的加工適應性，再結合現代計算機技術和掃描算法，可以實現復雜的平面甚至曲面的三維結構加工。

目前提出的對微孔陣列的激光加工方案有：二維平面激光線性掃描加工，三維振鏡激光加工。其中平面激光線性掃描使用壓電位移臺或者直線電機控制氣浮導軌XY線性掃描，前者壓電位移臺具備納米精度但加工范圍和掃描速度受限，影響效率；后者范圍足夠，精度可達亞微米級，但線性掃描的方式在小范圍內很難保持較高的加工速度的同時克服加減速中的慣性，并且XY線性掃描很難保證垂直方向掃描一致性，導軌誤差會直接影響微孔加工質量，尤其是深度方向上。而三維振鏡加工依靠光束的運動實現加工，雖然可以得到較完美的微孔陣列，但受限于掃描范圍的限制，大面積加工效率不高，加工一個毫米量級的陣列微結構，往往需要幾十個小時的時間。

吉林大學團隊曾提出使用旋轉臺進行飛秒激光直寫加工的設想，提出了第一掃描半徑和第二掃描半徑的概念，在三個半徑區間內分別使用了恒線速度、恒角速度變功率、二維振鏡加工的加工方式。但是這種方法無法很好的應用到到微孔陣列加工上，微孔陣列加工需要始終保證功率恒定使加工的微孔質量均勻，保證掃描速度恒定使微孔間距均勻。首先他們提出的恒線速度回轉加工理論上是需要角速度連續變化的，但在有高旋轉精度要求的同時是很難做到角速度連續變化的，其次他們提出的恒角速度變功率加工也無法保證微孔加工質量一致性，并且微孔陣列加工的連續性非常重要，同一個地方不能有重復脈沖。

因此，有必要得到一種具有高精度、高均勻度以及高加工效率的微孔陣列加工裝置及其加工方法。

發明內容

本發明提供了一種分段式回轉掃描微孔陣列加工方法，其目的是為了得到一種具有高精度、高均勻度的同時加工效率也高的微孔陣列加工方法。

為了達到上述目的，本發明提供了一種分段式回轉掃描微孔陣列加工裝置，包括：

高重頻超快激光器，所述高重頻超快激光器產生超快脈沖激光；

光闌，所述光闌設于所述高重頻超快激光器的射出端，所述光闌調整所述超快脈沖激光的光路；

凸透鏡，所述凸透鏡設有兩個且平行設置，所述凸透鏡設于所述光闌的射出端；

激光振鏡，所述激光振鏡設于所述凸透鏡遠離所述光闌的一端；

復合運動平臺，所述復合運動平臺設于所述激光振鏡的射出端，所述復合運動平臺和所述激光振鏡之間還設有一物鏡，所述超快脈沖激光水平射出所述激光振鏡后通過所述物鏡并聚焦在所述復合運動平臺上。