[发明专利]一种准分子激光加工锥形微孔的方法及装置

说明书

本发明公开了一种准分子激光加工锥形微孔的方法及装置，该装置包括指示光(1)、准分子激光器(2)、掩模调换台(3)、掩模(4)、反射镜(5)、聚焦投影物镜(6)、样品放置台(7)、三维电控位移台(8)、电机驱动器(9)和计算机(10)。本发明通过在加工过程中改变掩模的大小来增大微孔的锥度，彻底改变目前精细锥形孔锥度小且难以控制等缺点，明显改善微孔锥度的目的；采用准分子激光器等气体激光器作为激光光源来加工锥形孔，由于气体光子能量较大，大于材料之间的化学键能，可以直接打断材料的化学键实现冷加工，获得较好的加工表面质量，同时具有加工精度高、可靠性高，材料对光的吸收率高以及无热影响区等优点。

技术领域

本发明属于激光微加工技术领域，特别是涉及一种用于加工锥形微孔的准分子激光加工方法及装置。

背景技术

随着现代科学、先进制造技术、生物医学等高科技领域的飞速发展，对精密微器件的需求日益迫切。传统的加工方法已经不能满足人们的需求，激光加工是一种比较热门的加工方法，在微细加工领域，激光加工还具备其他任何技术都无法比拟的技术优势，它区别于传统的材料加工，它是一个多光子吸收的过程，非线性作用过程占主导地位，且加工精度高。纳秒脉冲准分子激光器目前的发展比较成熟，具有波长短、单光子能量高、单脉冲输出能量高、激光脉冲输出稳定等优势，已成为激光微加工领域的主要工业型激光器，尤其是248nm KrF准分子激光束对于制造聚合物材料是很有优势的。准分子激光加工具有容易应对加工物体设计变化、可以进行微细加工、加工精度高的优点。

激光微加工是用于医疗设备制造的理想技术，通过选择适当的波长和脉冲宽度，同时激光加工工艺本质上是非接触式的，这使得它可以用于医疗设备制造所需的无尘和无菌环境，这种方法用于加工可以在相对短的周期时间多次注入的聚合物模具。本发明用于准分子激光在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加工锥形微孔，作为微针模具进行倒模，得到可生物降解聚合物微针，用于医学治疗的低侵入性针头进行皮下给药。

现有的激光加工锥形微孔的方法，得到的锥形孔锥度小，底端孔径大，倒模后得到的微针尖端达不到医学应用的要求。如何增大微孔的锥度，同时使倒模后容易脱模，得到理想的微针已成为一个急需要解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种准分子激光加工锥形微孔的方法及装置，其采用双掩模进行激光微加工锥形孔。

本发明所采用的技术方案是：

一种准分子激光加工锥形微孔的装置，该装置包括：指示光(1)、准分子激光器(2)、掩模调换台(3)、掩模(4)、反射镜(5)、聚焦投影物镜(6)、样品放置台(7)、三维电控位移台(8)、电机驱动器(9)和计算机(10)。计算机(10)中装有系统控制程序，样品放置台(7)放置在三维电控位移台(8)上后组成加工台，反射镜(5)沿45°方向斜向布置，反射镜(5)的中心与聚焦投影物镜(6)的中轴线重合，样品通过夹具固定在样品放置台(7)上，计算机(10)分别和准分子激光器(2)、电机驱动器(9)以及三维电控位移台(8)连接，通过计算机(10)控制三维电控位移台(8)进行实现样品的上下左右移动；指示光(1)、准分子激光器(2)、掩模调换台(3)、反射镜(5)、聚焦投影物镜(6)依次沿光路传输方向进行连接，掩模调换台(3)的入射光处有掩模(4)，掩模调换台(3)的出射光通过45°方向斜向布置的反射镜(5)反射变成与原光路呈90o角竖直向下的光路，再通过聚焦投影物镜(6)到三维电控位移台(8)及样品放置台(7)上的样品上。

所述指示光(1)为HeNe指示光，准分子激光器(2)为248nm KrF准分子激光器，反射镜(5)为248nm波段高反射率反射镜。

利用所述装置实现的准分子激光加工锥形微孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：