[发明专利]基于激光加热的微器件温挤压成形方法及装置

权利要求书

1.一种基于激光加热的微器件温挤压成形装置，包括激光加热系统(1)、挤压模具(2)、压力施加机构(4)、进给机构(5)、三维精密工作台(6)、支座(7)和控制系统，其特征在于：整个装置的最下方是支座(7)，支座(7)上方从左至右，依次为挤压模具(2)、压力施加机构(4)、进给机构(5)；三维精密工作台位(6)于支座(7)和压力施加机构(4)中间；激光加热系统(1)位于支座(7)的左端，由激光器(1-1)和外光路系统组成，外光路系统由扩展器(1-2)、可调光阑(1-3)、准直器(1-4)、导光系统(1-5)、反射镜(1-6)和短焦物镜(1-8)组成；挤压模具(2)的组成部件从左到右依次为左底座(2-1)、平面玻璃(2-1-1)、顶杆(2-1-2)、垫板(2-1-3)、凹模垫板(2-2)、凹模(2-4)、挤压头导套(2-6)、凸模(2-7)；左底座(2-1)上开有第一通孔(2-1-4)和第二通孔(2-1-5)，所述第一通孔(2-1-4)中安有平面玻璃(2-1-1)，所述第二通孔(2-1-5)中安有顶杆(2-1-2)和垫板(2-1-3)，来实现微器件的顶出；在凹模垫板(2-2)中心处开有第三通孔，凹模(2-4)上端面沿周向布置四个电热棒盲孔(2-3)放置电热棒(3-1)和一个热电偶盲孔(2-5)放置热电偶(3-2)；压力施加机构(4)的组成部件从左到右依次为支臂(4-1)、超磁致伸缩微位移控制器(4-2)、力传感器(4-3)、超磁致伸缩微致动器(4-4)、微致动控制器(4-5)；进给机构(5)的组成部件从左到右依次为螺母(5-1)、螺杆(5-2)、步进电机(5-3)、步进电机控制器(5-4)；激光加热系统(1)按照光路的传播路线依次是激光器(1-1)、扩展器(1-2)、可调光阑(1-3)、准直器(1-4)、导光系统(1-5)、反射镜(1-6)和短焦物镜(1-8)；控制系统包括A/D转换器(8)、计算机(9)、D/A转换器(10)、图像采集器(11)和模具温度控制组件(3)。

2.根据权利要求1所述的基于激光加热的微器件温挤压成形装置，其控制系统中的模具温度控制组件(3)由电热棒(3-1)、热电偶(3-2)、PID反馈控制电路(3-3)、可控硅(3-4)和交流电源(3-5)组成，电热棒(3-1)插入电热棒盲孔(2-3)内对凹模进行加热，热电偶(3-2)插入凹模上端面的热电偶盲孔(2-5)中来测量凹模的加热温度，热电偶(3-2)的输出端和PID反馈控制电路(3-3)的输入端相连接，而PID反馈控制电路(3-3)的输出端和可控硅(3-4)的控制极(3-7)相连接，可控硅(3-4)的一端连电热棒(3-1)，可控硅(3-4)的另一端连交流电源(3-5)的一极，交流电源(3-5)的另一极和电热棒(3-1)相连接。

3.根据权利要求1所述的基于激光加热的微器件温挤压成形装置，其压力施加机构(4)由支臂(4-1)、超磁致伸缩微位移控制器(4-2)、力传感器(4-3)、超磁致伸缩微致动器(4-4)和微致动控制器(4-5)组成，其特征在于力传感器(4-3)位于超磁致伸缩微致动器(4-4)的左边，超磁致伸缩微位移控制器(4-2)与超磁致伸缩微致动器(4-4)的电源线相连接，微致动控制器(4-5)与控制系统相连接。

4.根据权利要求1所述的基于激光加热的微器件温挤压成形装置，其进给机构(5)由螺母(5-1)、螺杆(5-2)、步进电机(5-3)和步进电机控制器(5-4)组成，其特征在于螺杆(5-2)右端连步进电机(5-3)，其左端连螺母(5-1)，螺母(5-1)固定在超磁致伸缩微致动器(4-4)的右端面上，步进电机(5-3)的电源线和步进电机控制器(5-4)相连接。

5.根据权利要求1所述的基于激光加热的微器件温挤压成形装置，其三维精密工作台(6)的X、Y和Z向步进电机由计算机(9)来控制运动，可实现X、Y和Z向的线性精密调节，其特征在于三维精密工作台(6)和支座(7)相连。

6.根据权利要求1所述的基于激光加热的微器件温挤压成形装置，其特征在于通过三维精密工作台、分光镜、CCD摄像头、图像采集器和图像处理技术来实现坯料、凸凹模的对中和定位。