飞秒激光双光子聚合加工扫描路径的规划

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1、分类号：TP391单位代码：10190研究生学号：201301012密级：无硕士学位论文飞秒激光双光子聚合加工扫描路径的规划ScanningPathPlanningofTwo-photonPolymerizationFabricationbyFemtosecondLaser研究生姓名：李雨澄专业：机械工程指导教师姓名：林洁琼指导教师职称：教授2016年4月硕士学位论文长春工业大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，《飞秒激光双光子聚合加工扫描路径的规划》是本人在指导教师的指

2、导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春工业大学硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春工业大学硕士学位论文版权使用规定”，同意长春工业大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春工业大学可以将本学位论文的全部或部分内

3、容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：年月日校内指导教师签名：年月日硕士学位论文摘要飞秒激光双光子聚合（Two-PhotonPolymerization，简称TPP）被认为是实现三维微纳结构功能器件加工最具发展前景的工艺方法之一，具有高精度、良好空间选择性和真三维加工能力。并且在微电子、光电子、通信、生物医药、微机电系统和超材料等领域都具有广泛的应用前景。飞秒激光双光子聚合加工根据光聚合材料与飞秒激光脉冲发生非线性双光子吸收作用，通过扫描系统对

4、分层截面进行扫描，实现截面区域的固化。并通过逐层加工的方式，形成立体微结构。因此在加工过程中，扫描路径规划作为影响成形件精度和成形效率的重要因素，有待于进一步研究。本文分别从截面轮廓数据拟合和扫描路径生成算法两个方面展开研究。由于扫描路径是基于截面轮廓数据进行规划的，因此必须对截面轮廓数据进行拟合处理，并选择直线和非均匀有理B样条曲线进行数据拟合。该算法以最小二乘法为基础，根据斜率和长度判断对数据进行分段拟合处理，并且通过二分法优化控制点数目。经实例仿真分析，在允许误差范围内，采用该方法可以用较

5、少的NURBS曲线逼近原截面轮廓。然后采用轮廓环偏置扫描和分组光栅式扫描相结合的复合扫描方式，进行二维截面的填充。通过对独立轮廓组的划分、轮廓环偏置扫描算法中停止扫描的判断以及分组光栅式扫描算法中交点的优化筛选来进行数据处理。该算法有效避免了传统往复扫描出现空行程的缺点，以及轮廓环偏置扫描算法不稳定、判断复杂的特性，能够延长激光器的使用寿命。最后以LabVIEW软件作为开发工具对扫描路径生成系统进行模块化结构设计，通过对三维STL数据模型进行分层后得到的CLI分层文件格式进行分析，实现了CLI分

6、层文件的读取、显示及生成扫描路径。并通过实例仿真分析，验证了该扫描路径生成系统的可行性。关键字：双光子聚合截面轮廓拟合扫描路径复合扫描二进制CLI文件I硕士学位论文AbstractThefemtosecondlasertwo-photonpolymerization(two-photonpolymerization，hereinafterreferredtoasTPP)isconsideredtobeoneofthemostpromisingtechnique,whichcouldachieve

7、theprocessofthree-dimensionalmicro-nanostructurefuctionaldevice.Ithasthecharacteristicsofhighprecision,goodspatialselectivityandtruethree-dimensionalprocessingability.Ithasbroadapplicationprospectsinthefieldsofmicroelectronics,optoelectronics,communi

8、cations,biomedicine,MEMSandmetamat-erials.Thefemtosecondlasertwo-photonpolymerizationtechnologybasedonthenonlineartwo-photonabsorptionofphotopolymerizationmaterialswithfemtosecondlaserpulse.Scanningthelayeredcrosssectionbyscanningsystem,thenthecross-