[發明專利]一種柔性傳感器三維曲面的激光保形制造方法

有效

• 申請號: 202111112967.5
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113843498B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 周偉;陳銳;朱鑫寧;羅濤;凌偉淞;肖池牽
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/70
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 連耀忠;王婷婷

本發明提出一種柔性傳感器三維曲面的激光保形制造方法，包括：首先獲取傳感器待貼合曲面形貌數據并建立傳感器貼合曲面STL模型；導入三維建模軟件，并將傳感器待貼合曲面與夾具座組合，建立含貼合曲面的夾具STL模型；并進行快速成型技術加工，獲取含貼合曲面夾具；在含貼合曲面夾具的3D曲面待加工區域涂覆待加工材料并安裝到激光設備加工平臺上定位；基于傳感器貼合曲面STL模型，建立加工圖案STL或dwg模型；并導入激光設備，開啟激光設備，運行三維動態聚焦系統；重復循環加工步驟，完成傳感器柔性基底層和柔性功能材料層的加工；將傳感器從3D曲面剝離，進行后續工藝；本發明中實現真正意義上的3D曲面保形加工，提高了加工精度、效率以及對任意3D曲面的適用性。

技術領域

本發明屬于柔性傳感器制造技術，尤其涉及一種柔性傳感器三維曲面的激光保形制造方法。

背景技術

各種制造技術，例如MEMS、反應離子蝕刻、化學氣相沉積、納米壓印、軟光刻等工藝方法已被廣泛應用于2D平面基底上的柔性傳感器制造。由于制造技術的特殊性，這些工藝無法直接用于3D曲面上柔性傳感器件的保形制造。然而，隨著柔性電子的快速發展，人們對于柔性可彎曲變形的傳感器的需求越來越大。近些年，科研人員利用各種柔性可拉伸納米材料及其復合材料進行了柔性傳感器件的制造方法探索，使其具備較大的拉伸性能，可將2D平面傳感器直接貼附到3D曲面上，但因曲率不同而無法實現完美貼合，進而限制了柔性傳感器的實際應用。

為了將傳感器盡可能完全貼合于3D曲面上，科研人員大多數采用轉印印刷技術，具體采用拓撲方法和共形映射理論對3D曲面圖案進行曲率分析，將3D圖案拆分為多個2D圖案。然后在2D平面上對各個拆分圖案分別進行制造，再將其拼接到3D曲面上，實現3D貼合。這種工藝方法繁瑣且耗時，并且一些3D圖案無法拆分成2D圖案，在3D曲面的適應性方面存在技術局限性。同時，將2D平面拼接成3D曲面的工藝過程容易造成傳感器精度下降。由此可見，現有制造工藝在加工效率、加工精度以及3D曲面適應性等方面均有待提升。

發明內容

針對上述問題，本發明提供柔性傳感器的3D曲面保形激光制造工藝，新型3D曲面上納米材料及其復合材料的原位激光保形加工制造工藝，通過激光三維動態聚焦系統在3D傳感器待貼合曲面上直接進行激光加工，完成3D曲面上柔性功能材料與微納功能結構的保形制造，最終實現在3D曲面上保形制造具有特定傳感功能的柔性傳感器件，從而極好地適形于傳感器待貼合的曲面。

為實現上述一種柔性傳感器三維曲面的激光保形制造方法，本發明采用以下步驟：

S1：用三維掃描儀對傳感器待貼合曲面進行掃描，獲取傳感器待貼合曲面形貌數據并建立傳感器貼合曲面STL模型；

S2：將所述步驟S1的傳感器貼合曲面STL模型導入三維建模軟件，并將傳感器待貼合曲面與夾具座組合，建立含貼合曲面的夾具STL模型；

S3：將所述步驟S2的含貼合曲面的夾具STL模型進行快速成型技術加工，獲取含貼合曲面夾具；

S4：在所述步驟S3含貼合曲面夾具的3D曲面待加工區域涂覆待加工材料；

S5：將所述步驟S4涂覆待加工材料的含貼合曲面夾具安裝到激光設備加工平臺上定位；

S6：基于所述步驟S1的傳感器貼合曲面STL模型，用三維建模軟件或CAD軟件建立激光待加工圖案模型，建立加工圖案STL或dwg模型；

S7：將所述步驟S6的加工圖案STL或dwg模型導入激光設備，并設置參數；

S8：開啟激光設備，運行三維動態聚焦系統；

S9：根據傳感器件的結構設計，重復循環步驟S4～S8，完成傳感器柔性基底層和柔性功能材料層的加工；