[发明专利]一种微结构高精度压印加工方法

说明书

本发明公开了一种微结构高精度压印加工方法，属于微纳结构制造技术领域。微结构压印装置刚性固定于Z向平移台，并通过Z向平移台支撑结构固定于工作台上；工件固定于由X向平移台和Y向平移台构成的XY轴二维平移台上，二维平移台同样固定于工作台上。微结构压印装置设计为：压电叠堆驱动器可驱动微结构压印头伸缩，微结构压印头压印工件时产生的压力使柔性运动部位位移，此位移量可由位移传感器实时测量。本发明方法通过控制系统以控制微结构压印头的压印深度为目的并结合压电叠堆驱动器快速响应、精准定位的特点，能够实现一定深度的微结构高精度快速压印加工。

技术领域

本发明属于微纳结构制造技术领域，涉及一种微结构高精度压印加工方法。

背景技术

微纳结构表面具有一定的物理、化学等功能，如有些微纳结构表面能实现防菌、减阻、防污等效果。另外，一些高精度的微纳结构，如多相交线阵组成的线槽组织和微槽结构、棱柱体基体、棱锥体基体以及特殊反射面涂层、薄膜的微观结构等，在成像、探测、太阳能等高科技领域有着广泛应用前景。具有一定精度的微纳结构大多采用3D打印材料堆积成型、聚焦离子束加工、电子束加工、激光加工、快刀伺服技术等，但这些加工方法依赖于昂贵的设备、严苛的加工工艺及加工条件，如需要通过精密或者超精密设备且在防振、防尘、恒温等严苛的条件下实现，加工成本高，限制了微纳结构表面的广泛应用。另外，对于在有些材料的复杂微结构表面上进一步加工微纳结构，采用上述方法的加工工艺将会更加复杂，加工成本更高。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种微结构高精度压印加工方法，基于本发明中的加工方法可以实现对微纳结构甚至在较为复杂的微纳结构上进一步加工微纳结构的高精度低成本加工。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种微结构高精度压印加工方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：将微结构压印装置刚性固定于Z向平移台，并通过Z向平移台支撑结构固定于工作台上；工件固定于由X向平移台和Y向平移台构成的XY轴二维平移台上，二维平移台同样固定于工作台上。微结构压印装置的结构特征为：微结构压印头固定在柔性运动部位上，压电叠堆驱动器可通过伸长缩短，驱动柔性运动部位将位移量传递到微结构压印头；微结构压印头在工件表面压印时产生的压力将使另一柔性运动部位产生相应的位移，压电叠堆驱动器的预紧螺栓固定于此柔性运动部位，位移传感器可通过测量预紧螺栓来精确获取此柔性运动部位的位移。

步骤二：获取微结构压印头压印到所要加工的微结构最低处时的位移传感器测量预紧螺栓的测量值，将此测量值作为反馈控制系统中的目标值。

步骤三：通过Z向平移台调整微结构压印头与工件的初始位置，并确保微结构压印头和工件的相对距离控制在微结构压印头伸缩的精确控制范围内，驱动电动平移台移动，使压印头以设定的目标值在加工表面进行微结构压印。如加工表面与压印装置相对位置发生变化，在间隔的下一次压印过程中，控制系统实时比较位移传感器的测量值与目标值，控制压电叠堆驱动器驱动微结构压印头伸缩，直至位移传感器的测量值与目标值一致，从而实现一定深度的微结构高精度压印。

进一步地，步骤三中，闭环反馈控制系统中的控制参数应调整为能使微结构压印头快速响应且不产生过冲现象，避免微结构压印深度大于所要加工微结构的设定深度。

进一步地，步骤二、三中，预紧螺栓被位移传感器测量的端面表面质量应使位移传感器能测得微结构压印头的纳米级位置变化。

本发明的优点在于：以控制微结构压印头的压印深度为目的并结合压电叠堆驱动器快速响应、精准定位的特点，除能够在常规平面进行快速且一定深度的微结构高精度压印加工外，还能在小曲率曲面（微观近似平面的曲面）或平面高低不一的微结构，如槽栅型微结构、方柱阵列微结构等上进一步加工一定深度的高精度微结构；实现本发明方法的结构设计简单、成本低，在不占用精密甚至超精密设备资源的条件下可实现高精度微结构的高附加值产品加工。

附图说明