飛秒激光雙光子聚合大面積結構化加工控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、微納米精度級別的加工技術目前已經(jīng)被用于航空航天、組織工程、生物醫(yī)療、微納機電系統(tǒng)、微流控器件、微納光學器件、生物芯片、新材料和新能源等諸多領域。其中飛秒激光雙光子聚合（Two-Photon Polymerization，簡稱TPP）微納米加工技術能夠制備微納米級的三維立體結構，是當今先進制造技術中超精密加工的研究熱點之一。由于復雜三維微納米結構有著巨大的產(chǎn)業(yè)需求，隨之對微納結構器件的加工精度等關鍵技術指標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，國內(nèi)目前的加工系統(tǒng)多處于實驗研究階段，其所能加工的工件尺寸精度、加工速度、三維結構的加工能力都有很大的限制，尚且沒有推出成型的加工設備系統(tǒng)。本文在此基礎上，實驗室自主研制出一套飛秒激光雙光子聚合大面積快速結構化加工系統(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的研究提供了保障。論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)實驗室自主研制的飛秒激光雙光子聚合

3、大面積快速結構化加工系統(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)、激光快門和實時監(jiān)測系統(tǒng)。整個加工系統(tǒng)用大理石床身和氣浮平臺作為減振裝置，以減小加工過程中的顫振對加工效果的影響。
　　(2)以基于Aerotech的A3200系統(tǒng)為基礎，通過虛擬儀器平臺LabVIEW開發(fā)，實現(xiàn)了飛秒激光雙光子聚合大面積快速結構化加工系統(tǒng)的聯(lián)動控制。從而極大提升了加工的效率，保證了加工精度，同時使加工系統(tǒng)具備了加工復雜三維立體結構的能力

4、。
　　(3)以加工系統(tǒng)中的宏-微定位系統(tǒng)為分析對象，建立動力學模型，利用滑模變結構控制算法，對宏-微定位系統(tǒng)進行了控制律運算和控制器設計，通過滑模控制器對其加工過程進行滑?？刂疲岣吡思庸ぞ?。同時運用Matlab中Simulink模塊進行了仿真分析，驗證了控制器的有效性，并在后續(xù)進行了實驗驗證。
　　(4)利用加工系統(tǒng)進行多組實驗，驗證了該系統(tǒng)的加工能力，在實現(xiàn)系統(tǒng)整體的聯(lián)動控制和對宏-微定位系統(tǒng)進行滑?？刂坪?，加工效果