《大面積三維超材料快速結構化加工新技術的研究》是依託長春工業大學，由林潔瓊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大面積三維超材料快速結構化加工新技術的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林潔瓊
- 依託單位：長春工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
三維超材料在許多領域受到了日益增加的關注、具有極為誘人的套用潛力。利用超短脈衝雷射的兩光子聚合（TPP）被普遍認為是進行三維超材料結構化加工的一種非常有發展前途的方法，然而迄今為止關於大面積快速結構化加工還存在著一些關鍵問題有待研究解決。本項目針對三維超材料，致力於研究並形成一種利用TPP的大面積快速結構化加工新技術，其創新特徵主要涉及：通過樣件作三維高頻橢圓運動，以在大行程運動軸快速進給中在樣件內預期位置進行精準曝光；通過快速二維振鏡伺服，以在樣件中獲得預期的體元姿態；通過主動校正三維橢圓運動的軌跡中心，以在樣件中獲得預期的體元位置；在一種新的疊加製造數據模型AMF的框架下，對三維超材料的幾何結構進行最優切片及體元遍歷。本項目研究將為大面積三維超材料快速結構化提供關鍵的理論基礎和技術基礎，對於推動三維超材料在諸多受關注領域中獲得突破性的工程套用具有重要的意義。
結題摘要
三維超材料在許多領域受到了日益增加的關注，利用超短脈衝雷射的兩光子聚合（TPP）被認為是進行三維超材料結構化加工的一種有發展前途的方法，但關於大面積快速結構化加工還存在著一些問題有待解決。為此，本項目研究並形成一種利用 TPP 的大面積快速結構化加工新技術。創新性研究如下:（1）項目組自主研製了一套雙光子聚合大面積快速結構化加工平台，行程為100mm×100mm×100mm，定位精度為200nm；開發了可實現快速精準曝光的三維橢圓運動輔助裝置。利用滑模變結構控制策略，提高了加工精度，實現了10mm以上的柵格結構大面積快速製造;（2）提出了以提升雙光子聚合加工效率為目標的擬靜態曝光新方法，同時建立了掃描速度、振動幅值、振動頻率、體元間距等參數之間的依賴模型。研究了擬靜態曝光方法獲得穩定結構的參數區間，並與連續掃描曝光方法的加工結果相對比，驗證了擬靜態曝光可提高加工效率;（3）建立了大行程運動平台的幾何誤差對體元位姿影響的映射模型，揭示了所形成的體元位姿誤差對所構築三維微納結構成形精度的影響。採用誤差補償後的加工平台對尺寸達1mm×1mm的微流體結構進行了加工及檢測，流道表面粗糙度均在100nm以下，驗證了補償後的加工平台具有較高的加工精度;（4）通過將完整雙光子聚合光學系統的衍射積分與ABCD矩陣相結合，研究了傾斜光束對體元位姿的主動控制方法，建立了光束偏轉角度與體元位姿、體元尺寸的參數依賴模型，並提出了一種通過二維掃描振鏡偏轉光束對體元位姿誤差進行補償的方法;（5）利用AMF數據模型對三維微納結構進行了幾何表達，開展了最優切片和路徑規劃研究,並實現了AMF檔案格式的分層處理及路徑規劃。提出了一種基於特徵方向的切片輪廓數據的自適應分層算法，對比自適應分層和等厚度分層的精度與效率，驗證了所提出高精度快速分層處理技術的有效性。 本研究為大面積三維超材料快速結構化提供了關鍵的理論基礎和技術基礎，對推動三維超材料在諸多受關注領域中獲得突破性的工程套用具有重要意義。
