微米级微模具加工技术的研究

微米级微模具加工技术的研究 Researches on Nanofabrication Technology of Micro Mold and Die abac,郑炜～郑珲～蔡子霞～郭生士 (a. 厦门大学物理与机电 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院机电工程系～ b.中国电信厦门分公司互联网业务中心～c. 厦门大学物理与机 电工程学院物理学系) 摘 要 本文从地方、国家和国际的仪器仪表与机械工程技术的需要，选择了光学的 纳米级加工这样的 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 。为了解决纳米级光学加工机床的柔性设计、制造和测试 的技术难题，作者参考了国内外科学家的论述、文章和廿十年来的经验积累，应 用量子力学的理论和激光等离子体光子刻蚀或沉积的假说，对微米级微模具纳米 级加工技术进行研究，将现有的快速成形、快速制造和快速模具制造的设备改造 过来，运用化学计量等物理化学数学工具，与计算机技术相结合，实现了精密仪 器及机械的有机融合。 关键词:机械工程;光学加工;精密测量;纳米科技 Abstract For needs of local, national and international instrumentation and mechanical engineering technology, this paper title was chosen on optical nanofabrication. In order to solve technological difficult problems of flexible design, manufacturing and measurement of optical machining tools, the author referred to home and abroad scientists? expositions, papers and accumulated experience for over twenty years. After applying the theory of quantum mechanics and a hypothesis of laser plasma photon etching or deposition, nanofabrication technology of micro mold and die has been researched. After modifying the equipment of rapid prototyping and rapid manufacturing and rapid tooling, and applying physical, chemical and mathematical tools of chemical metrology, etc., combining technology of computer and automation, the organic merging of precision instrumentation and machinery has been realized. Keywords: optical nanofabrication; precision measurement; nanometer scale science and technology Keywords: Mechanical Engineering; Optical Machining; Precision Measurement; Nanometer Scale Science and Technology 一、前言 , 厦门市微机电研究会会员编号: 5920710100, 1965年8月出生, 副教授兼高级工程师, 领域: 纳米科技, 机 械工程. 电话: 2181786, 传真: 2186383, 电子邮件: wzheng@xmu.edu.cn. 厦门市思明南路422号厦门大学科 学楼一楼.邮政编码: 361005 纳米技术是廿一世纪各国认定的高精尖技术，和激光技术及生物技术统称为三大高技术，它在工业的应用是一个引人注目而崭新的领域。国内由厦门大学微米/纳米技术 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 和厦门大学物理与机电工程学院的一个课题组负责人提出超短脉冲激光等离子体无模纳米级加工的理论和方法(英文缩写为UPMNT&M，全称为Ultrashort Pulse Maskless Nanofabrication Theory & Method)，用来研究纳 等离子体中光子刻蚀和沉积加工。这种加工理论和方法不同现有的加米粒子—— 工理论和方法，例如田昭武院士和田中群院士提出的CELT(英文全称为Confined Etchant Layer Technique)、丁衡高院士提出的MIMU(英文全称为Micro Inertial Measurement Unit),国外流行的有德国的LIGA(德文为Lithograpic Galvahoformung Abformung)、美国的MEMS(英文为Micro-Electro-Mechanical-System)、日本的MSL(Micro Stereo Lithography)、扫描探针加工和EUVL(Extreme Ultraviolet Lithography)。本文介绍的理论和方法适用于微机械产品和电子工业巨大规模集成 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 的纳米制造。 二、微三维结构加工和测试的发展过程和现状 (一)发展过程 中国科学院副院长、院士白春礼研究员在1994年11月的第一次全国纳米科学与技术学术会议发表的“扫描探针显微术在纳米科技中的应用”一文中指出“因发明扫描隧道显微镜(英文简称STM)而获得1986年度诺贝尔奖的罗雷尔博士在1993年出席北京举办的第七届国际STM会议并受到江泽民主席接见之后，给江泽民同志的信中写道:„我非常希望在北京的STM会议能够在中国留下深深的印象。许多人认为纳米科技仅仅是遥远的事情，是未来的基础科学，没有什么实际意义。但我确信现在纳米科技和150年前的微米技术，同样具有美好的希望和重要的意义。?采用微米计量单位的意义是给人类带来了自行车、摩托车、拖拉机、汽车、飞机、火箭和卫星，采用纳米计量单位，将带来量子器件、分子电路、掌上电脑和纳米陀螺[1]。 (二)现状 丁衡高院士按照习惯划分，装置尺度在1毫米~10毫米范围以内，微小型机械，在1微米~1毫米范围以内，称微型机械，在1纳米~1微米范围以内，称纳米机械[1]。这些机械的加工方法是常规加工方法做不到的，需要以下列出的特种加工方法:电火花加工、电化学加工、三束加工、等离子体辅助加工、超声波加工、化学加工、快速成形，快速成形包括光固化、激光选区烧结、激光选区熔化、电子束熔化、叠层实体制造、三维打印、三维绘图、熔融沉积成形、激光近净成行和无模铸型快速制造[2，3]。常规的特种加工方法得到如火如荼的应用，获得了较大的经济、社会和学术效益。特种加工在新工艺方法、微细加工、电化学加工、激光等高能束流加工、复合加工等方面有很多新的技术进展[4]。从隧道式分子级加工技术研究[1]，到超短脉冲激光等离子体原子层加工技术的研究[5]，再到快速点成形与光子刻蚀及沉积的应用[6]，有机融合特种加工技术、物理化学理论、生物效应和计算机自动化知识，可以解决本课题的技术难题。 三、微三维结构加工和测试面临的主要问题 在纳米级特种加工中， LPVCD-RPM和LPCVD、PECVD不同，它有机融合激光技术、等离子体(富含正负离子和中性粒子，如光子)[7]和使用气固刻蚀与沉积的干法快速成形加工，属于光学加工的范畴;时至今日，光子特种加工表现出新的特点，有利于纳米技术的深入发展，从工艺上表现得简约，但不简单;从计算机自动化技术来看，仿真已经可以实现加工过程的完成;但是最难的是多维步进进给直线减速器、刻蚀或沉积的粒子情况和控制模型的建立。在现有的三维结构加工技术中，LIGA、NEMS、CELT、MSL和EUVL都需要精密的模 ，9，10]，才能进行批量加工。在半导体加工中，UPMNT&M先在基片刻蚀，版[8 然后沉积一层膜，是Buttom-up的加工方法;在微型模具加工中，先沉积后刻蚀，是Top-down的加工方法，这两种加工方法都是无模加工。理论上，已经具备实现这两种加工方法的知识库[11]。但是在应用上还有需要解决的问题: (一) 纳米粒子的物理化学效应，光子的机械能量效应; (二) 光子的稳定态，不同材料的能级定义; (三) 工件刻蚀与沉积的质量和形状的数据处理; (四) 碳纳米管和聚合物的有机构造加工装备; (五) 纳米粒子的机械性能、生物效应、物理性能和化学性能的数据库建 立; 纳米测控技术的应用。 (六) 采用扫描探针显微镜作为UPMNT&M的加工装备，配合纳米级的步进进给直线减速器和数控编程，采用超微粉体作为材料，在改进后的光子堆积成形[1];使用MEMS工艺制造加工装备;制造出的模版可以作为CELT和常规加工方法的光刻模版。其工艺过程 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 如下: 将快速成形技术SL(光敏树脂液相固化成形)、LOM(薄片分层叠加成形)、FDM(熔丝堆积成形)有机复合在一起，采用光敏树脂材料，激光激发微米粉末形成光子刻蚀或沉积，薄片分层叠加堆积成形。可见，本课题是可行的。这是一项军民两用的技术。 四、主要理论成果和本课题的实际成效 作者自1990年开始研究纳米技术，深得朋友们的帮助和引导，团结国内外同行，详细的论文请见本论文的参考文献;本课题具有优异的经济效益、社会效益和学术价值，得到大家的肯定，实际成效已于2009年8月26日星期三创建厦门大学微米/纳米技术实验室，感谢大家的支持、鼓励和肯定。 解决了六个问题 (一) 提出纳米级加工的理论模型，纳米粒子受到的力和它的质量及其作 用点到粒子的距离的方程; (二) 纳米光学系统的建立，深刻理解光电效应在加工中的作用; (三) 优化解法用于纳米形貌测控技术; (四) 介观状态的加工数据模型; (五) 厦门大学碳纳米管和华南理工大学聚合物生产; (六) 哈尔滨工业大学超微颗粒生产和西安交通大学快速成形与清华大学 生物制造。 已经实现微三维结构加工和测试的样例如奖杯，μ电动机，镜片铸模，掌上电脑和手机(htc，高技术公司)，等。 五、毫米级微模具快速成形技术的研究 如图1所示，微模具快速成形技术 加工装置简图。脉冲激光束聚焦在滴嘴 头，光敏树脂激发出光子，很快在工作 台上刻蚀或沉积;首先工作台在水平面 内通过移动X、Y轴成形一薄层，滴嘴Z轴 Y轴 沿Z轴上移一小段距离;以此类推，分 层叠加生成加工毛坯;这些微位移都在 滴嘴 纳米量级之中，毛坯模具尺寸在微米级 之中。这里综合了SL、LOM和FDM技加工毛坯 术[12]。DK7632机床具有五轴数控功能， 可以用它改装成需要的加工性能。 X轴 通过以上的分析，采用激光激发光敏 图1微模具加工原理图 树脂、分层加工微模具、一层可以多个 轨迹图形、叠加多层加工、最后生成设计的微模具。计算机辅助设计微模具包括结构(微支架)、工艺、加工仿真，然后进行有限元分析，最后进行计算机辅助制造，实现微模具的快速成形。 参考文献 [1]白春礼. 扫描探针显微术在纳米科技中的应用[J]. 仪器仪表学报. 1995. 16(S1). pp103-105 [2]Zheng Wei, Zheng Hui, Liao Rui. 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