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为适应21世纪高新技术产业化的需要,研究现代激光制造技术,开发高性能加工系统势在必行,对提高国内生产力水平和科技水平有重要意义。本文的研究重点是激光高精密加工设备Musen_WA09的相关研发工作,以及应用该设备进行激光网格化UPFA的工艺研究。该研究工作促进了国内对UFPA网格化加工技术的发展,展现了激光高精密加工系统在微细加工领域的应用潜力。
研究中设计的Musen_WA09激光高精密加工系统采用大理石底座作为结构基础,应用全闭环伺服控制系统做为运动控制的核心,选用直线电机驱动X-Y平台,使加工平台获得最大加速度达到2g,最大运动速度达到1.5 m/s,配合分辨率0.5μm的光栅系统后XY平台定位精度<±2μm。该系统通过加载不同类型的激光器和光学系统,可以实现激光切割、激光焊接、激光打标、激光熔覆等应用,在国内同行业处于领先水平。同时,成功开发了配套的设备操作软件LaserCut和CNC转档软件ConvertCNC。LaserCut集成了多个功能模块,为用户提供快捷、简便、多功能、智能化的GUI界面对设备进行交互和控制。ConvertCNC对多种工程文档格式提供转档支持,轻松实现CNC代码的转换。
在工艺方面,利用Musen_WA09加工系统,加载LD侧泵Nd:YVO4倍频紫外激光器,在空气、氩气、纯净水、KOH溶液中应用不同工艺参数分别对基于BST的UFPA进行网格化加工实验,并进行相关加工工艺研究。研究中成功制备了平均刻槽宽度约7 μm、刻槽深度深度约20 μm、像元尺寸43 μm×43μm、像元规模320×240的图形阵列,加工时间14.5min,符合UFPA应用标准。