[实用新型]一种大行程柱坐标双光子聚合加工装置

说明书

技术领域

本实用新型属于微纳制造技术领域，特别是涉及一种大行程柱坐标双光子聚合加工装置。

背景技术

双光子聚合(Two Photon Polymerization,以下简称TPP)被认为是非常有发展前途的一种获得“真正”三维微纳结构器件的加工方法，在许多重要的工业领域中有着极为诱人的应用前景。例如，利用TPP方法可以制作三维超材料器件、微纳结构光学元件、三维仿生功能表面器件等。

通过飞秒激光束聚焦所形成的聚焦体如何在试件材料内部按预先设计的路径进行扫描及曝光是TPP方法的关键之一。迄今为止，主要有如下一些基本的技术方案：(1)将试件安装在利用压电驱动的二维或三维微位移台上，以获得飞秒激光束相对于试件的高精密扫描(孙洪波等人，2004年；段宣明等人，2007年)；(2)利用气浮支撑、直线电机驱动的高精密运动轴x、y和z，以获得飞秒激光束相对于试件的大行程扫描(Andreas Ostendorf and Boris N.Chichkov，2006年)。(3)利用二维振镜绕x或y轴摆动，以获得飞秒激光束相对于试件的快速扫描(Jürgen Stampfl，2012年)。

现有的这些技术方案主要存在如下有待解决的问题：(1)采用二维振镜，所获得的行程非常有限，不适合制作大面积的三维微纳结构器件；(2)压电驱动的微动台具有较高的往复运动精度，但所获得的行程和工作频率皆十分受限；(3)无论是小行程的驱动台还是大行程的气浮运动轴，皆是直角坐标系构形，使用两个直线运动逼近一个曲线运动，不可避免地存在插补误差；(4)采用大行程的气浮运动轴，虽可获得大行程，但若要遍历每个切片上预期的体元位置，三个运动轴x、y或z皆不可避免地存在回退，这使得运动精度难以保证；(5)无论是压电微位移平台扫描，直线电机驱动的高精密运动轴x、y、z扫描还是二维振镜扫描都难以保证在每个体元位置的扫描速度相等。体元是双光子聚合中最小的单元。影响体元大小的因素之一是曝光时间。当用高速扫描方法对曝光时间进行控制时，曝光时间t可设为激光扫描通过一个聚焦点处光斑直径2ω₀所需要的时间。当扫描速度不同时，曝光时间不同，所得到的体元大小会有差异，这将影响双光子聚合的加工精度；(6)因为双光子聚合为逐点扫描加工，因此加工效率低。

发明内容

本实用新型提供一种大行程柱坐标双光子聚合加工装置，针对大面积三维微纳结构器件，以克服现有技术的不足。

本实用新型采取的技术方案是，支座通过个内六角圆柱头螺钉连接在大理石床身上，支座上安装有分光镜，反射镜三与振镜箱体固连在一起，x轴溜板与气浮直线导轨一滑动连接，直线电机一与气浮直线导轨一连接、并安装在大理石床身上，C轴转台叠放在x轴溜板上，底座与C轴转台固定连接，z轴溜板与气浮直线导轨二滑动连接，直线电机与气浮直线导轨二连接，气浮直线导轨二连接在底板上，底板通过6个内六角圆柱头螺钉连接在大理石床身上，z轴溜板上通过内六角圆柱头螺钉安装有气缸连接座，气缸的活塞杆通过螺母安装在气缸连接座上，气缸的缸体通过螺纹安装在气缸安装座上，气缸安装座通过2个内六角圆柱头螺钉安装在底板上，振镜箱体通过4个内六角圆柱头螺钉安装在z轴溜板上，二维振镜安装在振镜支座上，该振镜支座通过2个内六角圆柱头螺钉安装在振镜箱体上，显微物镜与振镜箱体螺纹连接，反射镜一、反射镜二安装在大理石床身上。

本实用新型的一种实施方式是：直线电机一由动子一、定子一组成，定子通过内六角圆柱头螺钉安装在溜板上，定子一通过内六角圆柱头螺钉安装在溜板上。

本实用新型的一种实施方式是：C轴转台安装有回转光栅、读数头三，读数头三与固定座固定连接，以气浮轴作支撑，气浮轴装在气浮轴承上，伺服电机由伺服电机定子、伺服电机转子构成，气浮轴承通过内六角圆柱头螺钉安装在支撑架上，支撑架通过内六角圆柱头螺钉安装在底座上，进气阀与底座外部固定连接；

本实用新型的一种实施方式是：直线电机二的动子二通过内六角圆柱头螺钉安装在溜板上，定子二通过内六角圆柱头螺钉安装在气浮直线导轨二上。