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基于DMD动态掩膜微立体光刻系统的开发与研究

作　者: 周庚侠
导　师: 顾济华
学　校: 苏州大学
专　业: 光学
关键词: 面投影微立体光刻技术 DMD 光敏树脂 加工分辨率
分类号: O439
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


三维复杂结构微器件对于实现微机电系统的功能至关重要,但是加工三维复杂微结构对于传统的微细加工技术是一个挑战。面投影微立体光刻技术通过光引发光敏树脂固化,逐层制造并多层叠加来完成结构复杂、高分辨率、小尺寸的三维结构的制造,被认为是目前最有前景的微细加工技术之一。本文介绍了一套自行开发的动态掩膜面投影微立体光刻系统,系统中采用数字微反射镜(digital micro-mirror device, DMD)作为动态掩膜发生器,利用LED阵列作为光源,光源的功率以及波长可以满足光固化的要求,设计新的树脂槽和涂覆系统适用粘度大的复合纳米材料的加工。除了系统的设计与搭建以外,文中介绍了自行开发的基于AutoCAD的CAD模型的直接切片分层程序、基于LabVIEW设计的生成加工文件程序以及系统控制程序。文中分析得到微立体光刻系统加工分辨率由光学系统的分辨率以及光敏树脂的特性共同决定,通过测量微立体光刻系统中光学系统的分辨率以及光敏树脂与二二氧化硅纳米颗粒组成的纳米复合材料的工作曲线,最后确定微立体光刻系统的横向加工分辨率可以达到14μm。在文中还研究了氧气的阻聚作用对树脂固化的影响以及消除氧气影响的方法。利用自行开发的微立体光刻系统和纳米复合材料进行初步加工实验,成功制作了微齿轮。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-20
  1.1 微细加工技术  8-9
  1.2 微立体光刻技术  9-13
    1.2.1 线扫描微立体光刻技术  9-11
    1.2.2 面投影微立体光刻技术  11-12
    1.2.3 面投影微立体光刻技术的优点  12-13
  1.3 DMD 动态掩膜面投影微立体光刻技术的研究进展  13-15
  1.4 本文的研究目标和主要研究内容  15-17
  参考文献  17-20
第二章 基于DMD 动态掩膜微立体光刻系统设计的基本原理  20-27
  2.1 掩膜产生的基本原理  20-23
    2.1.1 DMD 的基本结构  20-21
    2.1.2 DMD 的工作原理  21-23
    2.1.3 DMD 的特点  23
  2.2 光固化的基本原理  23-25
    2.2.1 光固化的类型及机理  23-24
    2.2.2 树脂的特性—工作曲线  24-25
  2.3 小结  25-26
  文献参考  26-27
第三章 微立体光刻系统的设计与搭建  27-44
  3.1 系统设计原理  27-28
  3.2 系统的组成  28-33
    3.2.1 光源  29
    3.2.2 光路准直  29-30
    3.2.3 掩膜发生器DMD 的安装  30-31
    3.2.4 投影镜头  31
    3.2.5 树脂槽  31-33
    3.2.6 涂覆系统  33
  3.3 系统对焦方法  33-34
  3.4 基于AutoCAD 的CAD 模型直接分层切片方法  34-37
    3.4.1 直接分层切片代码  35-36
    3.4.2 分层切片说明  36-37
  3.5 加工系统程序  37-41
    3.5.1 WRITE SCRIPT2.0.vi  37-39
    3.5.2 系统控制程序  39-41
  3.6 本章小结  41-42
  参考文献  42-44
第四章 系统的分辨率研究  44-59
  4.1 影响加工分辨率因素的分析  44
  4.2 光学系统分辨率  44-47
    4.2.1 调制传递函数  44-45
    4.2.2 测量过程与结果  45-47
  4.3 固化材料  47-49
  4.4 粘度测量  49
  4.5 树脂工作曲线的测量  49-52
    4.5.1 测量原理  49-50
    4.5.2 测量方法和步骤  50-51
    4.5.3 测量结果  51-52
  4.6 树脂特性对系统加工横向分辨率的影响  52-54
  4.7 系统的分辨率  54-55
  4.8 氧气对树脂固化的影响  55-56
  4.9 初步加工实验  56
  4.10 本章小结  56-57
  参考文献  57-59
第五章 总结  59-61
  5.1 本文讨论的主要内容  59
  5.2 尚且存在的问题  59-60
  5.3 下一步的研究方向  60-61
攻读硕士期间公开发表的论文  61-62
致谢  62-63

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 应用光学
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