一種用于雙光子聚合加工的三維橢圓運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超精密加工領(lǐng)域，特別是涉及一種用于雙光子聚合加工的三維橢圓運(yùn) 動(dòng)工作臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002] 微納結(jié)構(gòu)功能器件的應(yīng)用不僅僅涉及信息及通訊技術(shù)，空間、安全及防御等 工業(yè)領(lǐng)域，而且也涉及健康、能源、環(huán)境等社會(huì)發(fā)展領(lǐng)域。雙光子聚合（Two Photon Polymerization，TPP)被許多學(xué)者認(rèn)為是獲得微納結(jié)構(gòu)功能器件的最有發(fā)展前途的一種方 法。這主要是因?yàn)?(I)TPP具有非常高的空間分辨率，通?？梢垣@得IOOnm或更小的特征尺 寸；（2)TPP所需的可聚合材料較為廣泛，也很容易通過(guò)化學(xué)鍍或化學(xué)氣相淀積等簡(jiǎn)單工藝 獲得特定的金屬表面；（3) TPP的工藝簡(jiǎn)單，所需工藝裝備也不復(fù)雜，對(duì)加工環(huán)境要求不高； (4)通過(guò)TPP所形成的體元（Voxel)可以構(gòu)筑任意復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)。
[0003] 在現(xiàn)有的研究中，根據(jù)曝光方式，主要有兩種掃描方法：即精準(zhǔn)定位掃描 (Pinpoint Scanning)和連續(xù)掃描（Continuous Scanning)。精準(zhǔn)定位掃描方法是在每個(gè) 精確位置對(duì)聚合材料進(jìn)行曝光，該方法較易控制影響曝光的參數(shù)，可以獲得非常高的成形 精度，但耗時(shí)太長(zhǎng)。連續(xù)掃描方法是在激光束相對(duì)于樣件或樣件相對(duì)于激光束的平移中持 續(xù)曝光，該方法具有較高的加工效率但受限于激光功率與進(jìn)給速度之間的匹配，所獲得的 成形精度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種用于雙光子聚合加工的三維橢圓運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，用以實(shí)現(xiàn)待加工件 在快速進(jìn)給過(guò)程中相對(duì)于激光的的擬靜態(tài)曝光，以解決如何在精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)高速進(jìn)給的同 時(shí)，使待加工件產(chǎn)生與進(jìn)給速度方向相反、大小相同的速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)待加工件在激光焦點(diǎn) 處的擬靜態(tài)曝光這個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：側(cè)擋板一通過(guò)螺釘三、螺釘四與底板連接，側(cè)擋板二通 過(guò)螺釘五、螺釘六與底板連接，具有鉸鏈結(jié)構(gòu)的工作臺(tái)的固定端一通過(guò)螺釘七、螺釘八安裝 在側(cè)擋板一之上；固定端二通過(guò)螺釘九、螺釘十安裝在側(cè)擋板二之上，X向壓電疊堆一通過(guò) 預(yù)緊螺釘一與X向驅(qū)動(dòng)塊頂接，Y向壓電疊堆二通過(guò)預(yù)緊螺釘二與Y向驅(qū)動(dòng)塊頂接，Z向擋 塊通過(guò)固定螺釘一、固定螺釘二固定在X向驅(qū)動(dòng)塊上，Z向壓電疊堆三安裝在Z向擋塊之 上，通過(guò)下部預(yù)緊螺釘三與載物臺(tái)頂接；X向位移傳感器與X向壓電疊堆一方向一致，安裝 在X向壓電疊堆一一側(cè)通孔內(nèi)，由緊固螺釘三固定；Y向位移傳感器與Y向壓電疊堆二方向 一致，安裝在Y向壓電疊堆二一側(cè)通孔內(nèi)，由緊固螺釘四固定；Z向位移傳感器與Z向壓電 疊堆三方向一致，安裝在Z向擋塊之上，在Z向壓電疊堆三一側(cè)，由緊固螺釘五固定；
[0006] 所述具有鉸鏈結(jié)構(gòu)的工作臺(tái)由載物臺(tái)、X向驅(qū)動(dòng)塊、Y向驅(qū)動(dòng)塊、固定端一、固定端 二通過(guò)它們之間的柔性鉸鏈連接而成，所述載物臺(tái)通過(guò)柔性鉸鏈一、柔性鉸鏈二、柔性鉸鏈 三、柔性鉸鏈四與X向驅(qū)動(dòng)塊相接，X向驅(qū)動(dòng)塊由復(fù)合鉸鏈一、復(fù)合鉸鏈二、復(fù)合鉸鏈三、復(fù) 合鉸鏈四與Y向驅(qū)動(dòng)塊相連接，復(fù)合鉸鏈一與復(fù)合鉸鏈二相對(duì)于主體Y向中心位置為對(duì)稱 結(jié)構(gòu)，復(fù)合鉸鏈三與復(fù)合鉸鏈四相對(duì)于主體Y向中心位置為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；復(fù)合鉸鏈一與復(fù)合 鉸鏈二、復(fù)合鉸鏈三與復(fù)合鉸鏈四對(duì)稱分布在X向驅(qū)動(dòng)塊兩端，與Y向驅(qū)動(dòng)塊相連接，復(fù)合 鉸鏈五與復(fù)合鉸鏈六相對(duì)于主體X向中心位置為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，復(fù)合鉸鏈七與復(fù)合鉸鏈八相對(duì) 于主體X向中心位置為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，復(fù)合鉸鏈五與復(fù)合鉸鏈六、復(fù)合鉸鏈七與復(fù)合鉸鏈八對(duì) 稱分布在Y向驅(qū)動(dòng)塊兩端，兩側(cè)分別與固定端一、固定端二相連接；
[0007] 所述復(fù)合鉸鏈一、復(fù)合鉸鏈二、復(fù)合鉸鏈三或復(fù)合鉸鏈四分別由四個(gè)直梁型鉸鏈 首尾相連組成。
[0008] 通過(guò)對(duì)壓電疊堆一、壓電疊堆二、壓電疊堆三的振幅、頻率和相位的主動(dòng)控制，實(shí) 現(xiàn)工作臺(tái)在空間中做二維橢圓運(yùn)動(dòng)或三維橢圓運(yùn)動(dòng)。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0010] (1)各個(gè)方向均由單個(gè)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)，各向運(yùn)動(dòng)互相串聯(lián)，各向運(yùn)動(dòng)之間沒有運(yùn)動(dòng) 耦合，同時(shí)減小了壓電疊堆在接觸面發(fā)生側(cè)向滑動(dòng)而對(duì)壓電疊堆產(chǎn)生的損害。
[0011] (2)采用偶數(shù)個(gè)直梁型柔性鉸鏈?zhǔn)孜蚕噙B組合而成的復(fù)合鉸鏈，運(yùn)動(dòng)范圍大、靈敏 度高；由于復(fù)合鉸鏈的對(duì)稱分布，降低了壓電疊堆推動(dòng)柔性鉸鏈時(shí)所帶來(lái)的偏擺誤差；采 用復(fù)合鉸鏈可以大大減小裝置體積。
[0012] (3)通過(guò)主動(dòng)控制X、Y、Z三個(gè)方向的壓電疊堆的輸入信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)三維橢圓 運(yùn)動(dòng)軌跡振幅、頻率和相位的主動(dòng)控制，以適應(yīng)各種加工軌跡的需求。
[0013] (4)所述三維橢圓運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于加工。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明去掉底板后的仰視軸測(cè)圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明具有柔性鉸鏈的工作臺(tái)主體的軸測(cè)圖；
[0017] 圖4是本發(fā)明中由偶數(shù)個(gè)直梁型鉸鏈?zhǔn)孜蚕噙B組成的復(fù)合鉸鏈對(duì)稱分布于受力 兩側(cè)的示意圖；
[0018] 圖5是本發(fā)明具有柔性鉸鏈的工作臺(tái)主體的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 側(cè)擋板一 1通過(guò)螺釘三25、螺釘四27與底板24連接，側(cè)擋板二14通過(guò)螺釘五12、 螺釘六15與底板24連接，具有鉸鏈結(jié)構(gòu)的工作臺(tái)9的固定端一 903通過(guò)螺釘七2、螺釘八 8安裝在側(cè)擋板一 1之上；固定端二911通過(guò)螺釘九11、螺釘十13安裝在側(cè)擋板二14之 上，X向壓電疊堆一 22通過(guò)預(yù)緊螺釘一 23與X向驅(qū)動(dòng)塊907頂接，Y向壓電疊堆二6通過(guò) 預(yù)緊螺釘二5與Y向驅(qū)動(dòng)塊906頂接，Z向擋塊19通過(guò)固定螺釘一 7、固定螺釘二10固定 在X向驅(qū)動(dòng)塊907上，Z向壓電疊堆三17安裝在Z向擋塊19之上，通過(guò)下部預(yù)緊螺釘三26 與載物臺(tái)916頂接；X向位移傳感器20與X向壓電疊堆一 22方向一致，安裝在X向壓電疊 堆一 22 -側(cè)通孔內(nèi)，由緊固螺釘三21固定；Y向位移傳感器3與Y向壓電疊堆二6方向一 致，安裝在Y向壓電疊堆二6 -側(cè)通孔內(nèi)，由緊固螺釘四4固定；Z向位移傳感器18與Z向 壓電疊堆三17方向一致，安裝在Z向擋塊19之上，在Z向壓電疊堆三17 -側(cè)，由緊固螺釘 五16固定；
[0020] 所述具有鉸鏈結(jié)構(gòu)的工作臺(tái)9由載物臺(tái)916、X向驅(qū)動(dòng)塊907、Y向驅(qū)動(dòng)塊906、固 定端一 903、固定端二911通過(guò)它們之間的柔性鉸鏈連接而成，所述載物臺(tái)9