CN113510364A - 一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，包括以下步骤：A、使用高能激光束在待加工工件的表面加工出一条或者多条辅助成型通道，所述辅助成型通道贯穿于所述待加工工件的表面；B、将所述待加工工件置于腐蚀流体中，所述腐蚀流体为光敏腐蚀溶液或者腐蚀性气体；C、使所述腐蚀流体在所述辅助成型通道中流动。所述基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，能够从工件的内部逐渐向工件的外部延伸加工成型形成三维空腔，实现了对待加工工件的局部高效加工，形成三维空腔的加工效率高，解决了现有三维空腔成型方法效率低下的问题。
Description
技术领域
本发明涉及精密加工技术领域，尤其涉及一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法。
背景技术
三维空腔，在工业生产和精密仪器中具有重要用途，如在制备微流控芯片的微通道等领域有相关应用，其作为储存室和通道可用来填充或传导不同的物质，通过自身结构的运作可以避免人工操作产生的各种误差性，提高生产的自动化程度，提高工作效率，降低成本，便于维护。随着加工技术的不断进步与发展，加工产品也在朝着高精确度、高均匀性、细孔径、细间距和高速传输方向等发展，对三维空腔的成形和完善提出了更高的要求。目前形成三维空腔的方法主要为使用激光进行三维烧蚀材料，需要通过激光从待加工工件的外侧开始加工，加工效率低下，且加工得到的三维空腔的质量差。
发明内容
针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，能够从工件的内部逐渐向工件的外部延伸加工成型形成三维空腔，实现了对待加工工件的局部高效加工，形成三维空腔的加工效率高，解决了现有三维空腔成型方法效率低下的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，包括以下步骤：
A、使用高能激光束在待加工工件的表面加工出一条或者多条辅助成型通道，所述辅助成型通道贯穿于所述待加工工件的表面；
B、将所述待加工工件置于腐蚀流体中，所述腐蚀流体为光敏腐蚀溶液或者腐蚀性气体；
C、使所述腐蚀流体在所述辅助成型通道中流动；
D、用共聚焦激光对准所述辅助成型通道的内壁上的待加工部位，不断移动所述共聚焦激光，使所述共聚焦激光根据所需形成的三维空腔的形状不断照射不同的区域，被照射的区域发生选择性腐蚀，移除所述共聚焦激光，最终在所述待加工工件形成所需形状的三维空腔。
更进一步说明，所述光敏腐蚀溶液的原料包括腐蚀液和感光剂，所述腐蚀液为硝酸溶液、盐酸溶液、氢氟酸溶液和氯化铜溶液中的一种或多种的混合物，或者所述腐蚀液为碱液；
所述感光剂为酚酸树脂或重氮醌。
更进一步说明，所述光敏腐蚀溶液的原料还包括黑色色素、高硬度微粒和表面活性剂中的一种或多种的混合物；
所述高硬度微粒为硅微粒、二氧化硅微粒和氧化铝微粒中的一种或多种；
所述表面活性剂为烷基苯磺酸钠或椰油酸二乙醇酰胺。
更进一步说明，所述腐蚀性气体为二氧化硫或三氧化硫。
更进一步说明，所述步骤C中，所述腐蚀流体在所述辅助成型通道中流动的流速为0.001～0.1L/s。
更进一步说明，所述辅助成型通道的孔径为1～100μm。
更进一步说明，所述步骤D中，移除所述共聚焦激光后，还包括向形成的空腔内通入保护性气体或保护性液体，对形成的空腔进行清洗并使腐蚀产物排出。
更进一步说明，所述步骤D中，所述不断移动所述共聚焦激光具体为按照切片模型规划好的路径进行逐层扫描。
更进一步说明，所述步骤A中，所述高能激光束的能量密度不小于待加工工件的烧蚀阈值。
与现有技术相比，本发明的实施例具有以下有益效果：
1、通过先使用所述高能激光束在待加工工件的表面加工出一条或者多条辅助成型通道，由于所述辅助成型通道贯穿于所述待加工工件的表面，当所述腐蚀流体为光敏腐蚀溶液时，将所述待加工工件完全浸没在腐蚀流体中，当所述腐蚀流体为腐蚀性气体时，将所述待加工工件置于腐蚀性气体的环境中，所述腐蚀流体在所述辅助成型通道中流动，然后用共聚焦激光对准所述辅助成型通道的内壁上的待切割部位，利用激光的高能量密度使被照射的区域发生选择性腐蚀，不断移动所述共聚焦激光，使所述共聚焦激光根据所需形成的三维空腔的形状不断照射不同的区域，最终在所述待加工工件的表面形成所需形状的三维空腔。所述基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，借助激光加工的灵活性和光斑尺寸小的特点，配合所述辅助成型通道和所述腐蚀流体，能够从工件的内部逐渐向工件的外部延伸加工成型形成三维空腔，实现了对待加工工件的局部高效加工，形成三维空腔的加工效率高，解决了现有三维空腔成型方法效率低下的问题；
2、通过控制所述腐蚀流体在所述辅助成型通道中的流动速度，能够控制流体通入所述辅助成型通道中的速度，使所述腐蚀流体能够与所述辅助成型通道充分接触，且在选择性腐蚀的过程中，能够与所述待加工工件的成型空腔充分接触，从而保证选择性腐蚀效率和表面腐蚀质量；
3、通过在被照射的区域发生选择性腐蚀后，向形成的空腔内通入保护性气体或保护性液体，能够对形成的空腔实现清洗并使腐蚀产物排出，使得三维空腔内部不会有腐蚀产物余留，保证形成的三维空腔的导通性。
附图说明
图1是本发明一个实施例的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法步骤A的示意图；
图2是本发明一个实施例的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法步骤B的示意图；
图3是本发明一个实施例的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法步骤C的示意图；
图4是本发明一个实施例的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法步骤D中用共聚焦激光对准所述辅助成型通道的内壁上的待加工部位的示意图；
图5是本发明一个实施例的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法步骤D中形成所需形状的三维空腔的示意图；
其中：待加工工件1、辅助成型通道2、腐蚀流体3、动力装置4、三维空腔5。
具体实施方式
如图1至图5所示，一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，包括以下步骤：
A、使用高能激光束在待加工工件1的表面加工出一条或者多条辅助成型通道2，所述辅助成型通道2贯穿于所述待加工工件1的表面；
B、将所述待加工工件1置于腐蚀流体3中，所述腐蚀流体3为光敏腐蚀溶液或者腐蚀性气体；
C、使所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道中流动；
D、用共聚焦激光对准所述辅助成型通道2的内壁上的待加工部位，不断移动所述共聚焦激光，使所述共聚焦激光根据所需形成的三维空腔的形状不断照射不同的区域，被照射的区域发生选择性腐蚀，移除所述共聚焦激光，最终在所述待加工工件1形成所需形状的三维空腔5。
本发明通过先使用所述高能激光束在待加工工件1的表面加工出一条或者多条辅助成型通道2，由于所述辅助成型通道2贯穿于所述待加工工件1的表面，当所述腐蚀流体3为光敏腐蚀溶液时，将所述待加工工件1完全浸没在腐蚀流体3中，当所述腐蚀流体3为腐蚀性气体时，将所述待加工工件1置于腐蚀性气体的环境中，所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中流动，然后用共聚焦激光对准所述辅助成型通道2的内壁上的待切割部位，利用激光的高能量密度使被照射的区域发生选择性腐蚀，不断移动所述共聚焦激光，使所述共聚焦激光根据所需形成的三维空腔的形状不断照射不同的区域，空腔体积不断增大，最终在所述待加工工件1形成所需形状的三维空腔5。所述基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，借助激光加工的灵活性和光斑尺寸小的特点，配合所述辅助成型通道2和所述腐蚀流体3，能够从工件的内部逐渐向工件的外部延伸加工成型形成三维空腔5，实现了对待加工工件1的局部高效加工，形成三维空腔5的加工效率高，解决了现有三维空腔成型方法效率低下的问题。
更进一步说明，所述光敏腐蚀溶液的原料包括腐蚀液和感光剂，所述腐蚀液为硝酸溶液、盐酸溶液、氢氟酸溶液和氯化铜溶液中的一种或多种的混合物，或者所述腐蚀液为碱液；
所述感光剂为酚酸树脂或重氮醌。
当所述腐蚀流体3为光敏腐蚀溶液时，将所述待加工工件1置于腐蚀流体3中，所述感光剂会预先在所述待加工工件1的表面形成一层薄的保护层，减少所述腐蚀液对所述待加工工件1的表面的作用，被所述共聚焦激光照射的区域中，所述共聚焦激光使感光剂变性，从而在被所述共聚焦激光照射的区域中可以借助所述腐蚀液对目标材料进行去除，当所述共聚焦激光停止照射后，所述光敏腐蚀溶液中的感光剂再次保护待加工的表面，避免被腐蚀液去除，从而有效提升了三维空腔5的表面质量。
具体地，所述步骤C中，当所述腐蚀流体3为光敏腐蚀溶液时，通过动力装置4使所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中流动，所述动力装置4可以为水泵等能够将所述腐蚀流体3泵入所述辅助成型通道2的动力装置4，保证所述腐蚀流体3能够浸润所述辅助成型通道2，保证三维空腔5的成型效果。
更进一步说明，所述光敏腐蚀溶液的原料还包括黑色色素、高硬度微粒和表面活性剂中的一种或多种的混合物；
所述高硬度微粒为硅微粒、二氧化硅微粒和氧化铝微粒中的一种或多种；
所述表面活性剂为烷基苯磺酸钠或椰油酸二乙醇酰胺。
当所述腐蚀流体3为光敏腐蚀溶液时，通过在所述光敏腐蚀溶液中加入黑色色素，黑色色素对激光有较高吸收度，能够提高所述光敏腐蚀溶液的能量吸收率，使得被照射的区域发生选择性腐蚀的效率更高；
通过在所述光敏腐蚀溶液中加入高硬度微粒，在激光进行照射时，高硬度微粒能够起到打磨作用，加快被照射区域的腐蚀速度；
通过在所述光敏腐蚀溶液中加入表面活性剂，表面活性剂能够提高所述光敏腐蚀溶液中粉体颗粒的分散性和稳定性，从而保证选择性腐蚀的效果。
更进一步说明，所述腐蚀性气体为二氧化硫或三氧化硫。
当所述腐蚀流体3为腐蚀性气体时，所述腐蚀性气体为二氧化硫或三氧化硫，二氧化硫和三氧化硫是偏酸性的气体，当将所述待加工工件1置于腐蚀性气体的环境中时，腐蚀性气体在所述辅助成型通道2中流动，在被所述共聚焦激光照射的区域中可以借助腐蚀性气体对目标材料进行去除，实现被照射的区域的选择性腐蚀。
优选的，所述步骤C中，所述腐蚀流体在所述辅助成型通道中流动的流速为0.001～0.1L/s。
所述步骤C中，通过控制所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中的流动速度，能够控制流体通入所述辅助成型通道2中的速度，使所述腐蚀流体能够与所述辅助成型通道2充分接触，且在选择性腐蚀的过程中，能够与所述待加工工件1的成型空腔充分接触，从而保证选择性腐蚀效率和表面腐蚀质量，如果所述腐蚀流体3的流动速度太小，则所述腐蚀流体3无法与所述辅助成型通道2充分接触，在选择性腐蚀的过程中，也无法与所述待加工工件1的成型空腔充分接触，从而降低了三维空腔成型的效率，使得三维空腔的成型速度慢。
优选的，所述辅助成型通道2的孔径为1～100μm。
所述辅助成型通道2的孔径为1～100μm，根据所需成型的空腔的大小选择需加工的所述辅助成型通道2的孔径，保证三维空腔成型的精细度，此外，根据所需成型的三维空腔的具体形状构型，加工出所需数量的所述辅助成型通道。
具体地，所述步骤A中，所述高能激光束为单数激光或者多束激光，当使用高能激光束在待加工工件1的表面加工出一条所述辅助成型通道2时，使用单束高能激光束进行加工，当使用高能激光束在待加工工件1的表面加工出多条所述辅助成型通道2时，根据需加工得到的所述辅助成型通道2的数目使用多束高能激光进行加工，有效提高在所述待加工工件1的表面加工所述辅助成型通道2的加工效率，从而提高三维空腔的成型效率。
优选的，所述步骤D中，移除所述共聚焦激光后，还包括向形成的空腔内通入保护性气体或保护性液体，对形成的空腔进行清洗并使腐蚀产物排出。
具体地，按照体积百分比计算，所述保护性气体含有5％H2和95％N2，所述保护性液体为去离子水。
当所述腐蚀流体3为光敏腐蚀溶液时，腐蚀产物被光敏腐蚀溶液带出，通过在被照射的区域发生选择性腐蚀后，向形成的空腔内通入保护性气体或保护性液体，能够对形成的空腔实现清洗并使腐蚀产物排出，使得三维空腔5内部不会有腐蚀产物余留，保证形成的三维空腔的导通性。
更进一步说明，所述步骤D中，所述不断移动所述共聚焦激光具体为按照切片模型规划好的路径进行逐层扫描。
通过按照切片模型规划好的路径进行逐层扫描，所述共聚焦激光照射扫描的区域发生选择性腐蚀，所述切片模型具体为在沿竖直方向上，间隔很小的距离做切割，重复该步骤，可得到三维物体在每一层上的形貌，从而得到不同形貌的三维空腔。
更进一步说明，所述步骤A中，所述高能激光束的能量密度不小于待加工工件的烧蚀阈值。
所述步骤A中，通过限定所述高能激光束的能量密度不小于待加工工件的烧蚀阈值，能够加快使用高能激光束在待加工工件1的表面加工所述辅助成型通道2的加工速度，从而提高三维空腔的成型效率。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为了便于理解本发明，下面对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，包括以下步骤：
A、使用高能激光束在待加工工件1(具体为玻璃样品)的表面加工出一条辅助成型通道2(辅助成型通道2的孔径为100μm，深度为500μm)，所述辅助成型通道2贯穿于所述待加工工件1的表面；
B、将所述待加工工件1完全浸没在腐蚀流体3中，所述腐蚀流体3为光敏腐蚀溶液(所述光敏腐蚀溶液的原料为腐蚀液和感光剂，所述腐蚀液为浓度为10mol/L的氢氟酸溶液，感光剂为重氮醌)；
C、通过动力装置4(具体为水泵)使所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中流动，所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中流动的流速为0.05L/s；
D、用波长为532nm的共聚焦激光对准所述辅助成型通道2的内壁上的待加工部位，不断移动所述共聚焦激光，使所述共聚焦激光根据所需形成的三维空腔的形状不断照射不同的区域，被照射的区域发生选择性腐蚀，腐蚀产物被光敏腐蚀溶液带出，移除激光，最终在所述待加工工件1形成所需形状的三维空腔5。
实施例2
一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，包括以下步骤：
A、使用高能激光束在待加工工件1(具体为玻璃样品)的表面加工出三条辅助成型通道2(辅助成型通道的孔径为100μm，深度为500μm)，所述辅助成型通道2贯穿于所述待加工工件1的表面，如附图1所示；
B、将所述待加工工件1完全浸没在腐蚀流体3中，所述腐蚀流体3为光敏腐蚀溶液(所述光敏腐蚀溶液的原料为腐蚀液和感光剂，所述腐蚀液为浓度为10mol/L的氢氟酸溶液，感光剂为重氮醌)，如附图2所示；
C、通过动力装置4(具体为水泵)使所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中流动，所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中流动的流速为0.05L/s，如附图3所示；
D、用波长为532nm的共聚焦激光对准所述辅助成型通道2的内壁上的待加工部位，如附图4所示，不断移动所述共聚焦激光，使所述共聚焦激光根据所需形成的三维空腔的形状不断照射不同的区域，被照射的区域发生选择性腐蚀，腐蚀产物被光敏腐蚀溶液带出，移除激光，最终在所述待加工工件1形成所需形状的三维空腔5，如附图5所示。
实施例3
一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，包括以下步骤：
A、使用高能激光束在待加工工件1(具体为玻璃样品)的表面加工出三条辅助成型通道2(辅助成型通道2的孔径为100μm，深度为500μm)，所述辅助成型通道2贯穿于所述待加工工件的表面；
B、将所述待加工工件1置于腐蚀流体3中，所述腐蚀流体3为腐蚀性气体(具体为二氧化硫气体)；
C、使所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中流动，所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中流动的流速为0.05L/s；
D、用波长为532nm的共聚焦激光对准所述辅助成型通道2的内壁上的待加工部位，不断移动所述共聚焦激光，使所述共聚焦激光根据所需形成的三维空腔的形状不断照射不同的区域，被照射的区域发生选择性腐蚀，移除激光，向形成的空腔内通入保护性气体(所述保护性气体含有5％H2和95％N2)，对形成的空腔进行清洗并使腐蚀产物排出，最终在所述待加工工件1形成所需形状的三维空腔2。
实施例4
与实施例2相比，所述光敏腐蚀溶液的原料为腐蚀液、感光剂和黑色色素，所述腐蚀液为浓度为10mol/L的氢氟酸溶液，感光剂为重氮醌)，其余原料和成型方法与实施例2一致，成型的三维空腔5的形状与实施例2一致，最终在所述待加工工件1形成所需形状的三维空腔5，在本实施例中，由于在光敏腐蚀溶液中添加了黑色色素，黑色色素对激光有较高吸收度，能够提高所述光敏腐蚀溶液的能量吸收率，使得被照射的区域发生选择性腐蚀的效率更高。
实施例5
与实施例2相比，所述光敏腐蚀溶液的原料为腐蚀液、感光剂、高硬度颗粒和表面活性剂，所述腐蚀液为浓度为10mol/L的氢氟酸溶液，感光剂为重氮醌，高硬度颗粒为直径为10μm的氧化铝微粒，表面活性剂为烷基苯磺酸钠)其余原料和成型方法与实施例2一致，成型的三维空腔5的形状与实施例2一致，最终在所述待加工工件1形成所需形状的三维空腔5，在本实施例中，由于在光敏腐蚀溶液中添加了高硬度颗粒和表面活性剂，高硬度微粒能够起到打磨作用，加快被照射区域的腐蚀速度，表面活性剂能够提高高硬度颗粒在光敏腐蚀溶液中的分散性和稳定性。
实施例6
一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，包括以下步骤：
A、使用高能激光束在待加工工件1(具体为玻璃样品)的表面加工出三条辅助成型通道2(辅助成型通道2的孔径为50μm，深度为100μm)，所述辅助成型通道2贯穿于所述待加工工件的表面；
B、将所述待加工工件1完全浸没在腐蚀流体3中，所述腐蚀流体3为光敏腐蚀溶液(所述光敏腐蚀溶液的原料为腐蚀液、感光剂、高硬度颗粒和表面活性剂，所述腐蚀液为浓度为5mol/L的氢氟酸溶液，感光剂为重氮醌，高硬度颗粒为直径为5μm的氧化铝微粒，表面活性剂为烷基苯磺酸钠)；
C、通过动力装置4(具体为水泵)使所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中流动，所述腐蚀流体3在所述辅助成型通道2中流动的流速为0.01L/s；
D、用波长为355nm的紫外共聚焦激光对准所述辅助成型通道2的内壁上的待加工部位，不断移动所述共聚焦激光，使所述共聚焦激光根据所需形成的三维空腔的形状不断照射不同的区域，被照射的区域发生选择性腐蚀，腐蚀产物被光敏腐蚀溶液带出，移除激光，向形成的空腔内通入保护性液体(具体为去离子水)，对形成的空腔进行清洗并使腐蚀产物排出，最终在所述待加工工件1形成所需形状的三维空腔5，通过对形成的空腔进行清洗并使腐蚀产物排出，使得三维空腔内部不会有腐蚀产物余留，保证了形成的三维空腔的导通性。
对比例1
一种三维空腔结构的成型方法，包括以下步骤：
A、将待加工工件完全浸没在腐蚀流体中，所述腐蚀流体为光敏腐蚀溶液(所述光敏腐蚀溶液的原料为腐蚀液和感光剂，所述腐蚀液为浓度为10mol/L的氢氟酸溶液，感光剂为重氮醌)；
B、用波长为532nm的共聚焦激光对准所述待加工工件上的待加工部位，不断移动所述共聚焦激光，使所述共聚焦激光根据所需形成的三维空腔的形状不断照射不同的区域，被照射的区域发生选择性腐蚀，腐蚀产物被光敏腐蚀溶液带出，移除激光，最终在所述待加工工件形成所需形状的三维空腔，成型得到的三维空腔的形状与实施例2一致，在本对比例中，直接将待加工工件浸没在腐蚀流体中，在使用共聚焦激光进行加工时，需要通过激光从待加工工件的外侧开始加工，加工效率低下。
对比例2
与实施例2进行对比，所述腐蚀流体在所述辅助成型通道2中流动的流速为0.8mL/s，其余原料和成型方法与实施例2一致，成型的三维空腔5的形状与实施例2一致，最终在所述待加工工件1形成所需形状的三维空腔5，在本对比例中，所述腐蚀流体3的流动速度太小，所述腐蚀流体3无法与所述辅助成型通道充分接触，在选择性腐蚀的过程中，也无法与所述待加工工件1的成型空腔充分接触，降低了三维空腔成型的效率，使得三维空腔的成型速度慢。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、使用高能激光束在待加工工件的表面加工出一条或者多条辅助成型通道，所述辅助成型通道贯穿于所述待加工工件的表面；
B、将所述待加工工件置于腐蚀流体中，所述腐蚀流体为光敏腐蚀溶液或者腐蚀性气体；
C、使所述腐蚀流体在所述辅助成型通道中流动；
D、用共聚焦激光对准所述辅助成型通道的内壁上的待加工部位，不断移动所述共聚焦激光，使所述共聚焦激光根据所需形成的三维空腔的形状不断照射不同的区域，被照射的区域发生选择性腐蚀，移除所述共聚焦激光，最终在所述待加工工件形成所需形状的三维空腔。
2.根据权利要求1所述的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，其特征在于，所述光敏腐蚀溶液的原料包括腐蚀液和感光剂，所述腐蚀液为硝酸溶液、盐酸溶液、氢氟酸溶液和氯化铜溶液中的一种或多种的混合物，或者所述腐蚀液为碱液；
所述感光剂为酚酸树脂或重氮醌。
3.根据权利要求1所述的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，其特征在于，所述光敏腐蚀溶液的原料还包括黑色色素、高硬度微粒和表面活性剂中的一种或多种的混合物；
所述高硬度微粒为硅微粒、二氧化硅微粒和氧化铝微粒中的一种或多种；
所述表面活性剂为烷基苯磺酸钠或椰油酸二乙醇酰胺。
4.根据权利要求1所述的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，其特征在于，所述腐蚀性气体为二氧化硫或三氧化硫。
5.根据权利要求1所述的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，其特征在于，所述步骤C中，所述腐蚀流体在所述辅助成型通道中流动的流速为0.001～0.1L/s。
6.根据权利要求1所述的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，其特征在于，所述辅助成型通道的孔径为1～100μm。
7.根据权利要求1所述的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，其特征在于，所述步骤D中，移除所述共聚焦激光后，还包括向形成的空腔内通入保护性气体或保护性液体，对形成的空腔进行清洗并使腐蚀产物排出。
8.根据权利要求1所述的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，其特征在于，所述步骤D中，所述不断移动所述共聚焦激光具体为按照切片模型规划好的路径进行逐层扫描。
9.根据权利要求1所述的基于激光辅助溶解的三维空腔结构的成型方法，其特征在于，所述步骤A中，所述高能激光束的能量密度不小于待加工工件的烧蚀阈值。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000302488A (ja) * | 1999-04-23 | 2000-10-31 | Seiko Epson Corp | ガラスの微細穴加工方法 |
| JP2006303286A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Kyushu Institute Of Technology | レーザー照射微細加工方法及び該方法を用いて構成された半導体ウェーハ |
| JP2009119340A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Ebara Corp | 液中レーザーアブレーションシステム |
| CN102489873A (zh) * | 2011-11-16 | 2012-06-13 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 在多孔玻璃内部制备三维微流通道的方法 |
| CN102513700A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-06-27 | 西安交通大学 | 利用飞秒激光在石英玻璃内部制造三维微螺旋通道的方法 |
| JP2017534458A (ja) * | 2014-09-16 | 2017-11-24 | エル・ピー・ケー・エフ・レーザー・ウント・エレクトロニクス・アクチエンゲゼルシヤフト | 板状の加工物に少なくとも一つの窪み又は穴を配設する方法 |
| CN108394856A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-14 | 华东师范大学 | 透明材料内部集成三维导电金属微纳结构的方法 |
| CN110625272A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-12-31 | 江苏大学 | 一种利用化学腐蚀冰层辅助激光加工低锥度微孔的装置及方法 |
| CN110788500A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-14 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种硬脆材料复杂构件飞秒激光精密成型加工系统 |
-
2021
- 2021-07-28 CN CN202110856145.1A patent/CN113510364B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000302488A (ja) * | 1999-04-23 | 2000-10-31 | Seiko Epson Corp | ガラスの微細穴加工方法 |
| JP2006303286A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Kyushu Institute Of Technology | レーザー照射微細加工方法及び該方法を用いて構成された半導体ウェーハ |
| JP2009119340A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Ebara Corp | 液中レーザーアブレーションシステム |
| CN102513700A (zh) * | 2011-11-03 | 2012-06-27 | 西安交通大学 | 利用飞秒激光在石英玻璃内部制造三维微螺旋通道的方法 |
| CN102489873A (zh) * | 2011-11-16 | 2012-06-13 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 在多孔玻璃内部制备三维微流通道的方法 |
| JP2017534458A (ja) * | 2014-09-16 | 2017-11-24 | エル・ピー・ケー・エフ・レーザー・ウント・エレクトロニクス・アクチエンゲゼルシヤフト | 板状の加工物に少なくとも一つの窪み又は穴を配設する方法 |
| CN108394856A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-14 | 华东师范大学 | 透明材料内部集成三维导电金属微纳结构的方法 |
| CN110625272A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-12-31 | 江苏大学 | 一种利用化学腐蚀冰层辅助激光加工低锥度微孔的装置及方法 |
| CN110788500A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-14 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种硬脆材料复杂构件飞秒激光精密成型加工系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈力 杨晓锋 于大全: "玻璃通孔技术研究进展", 《电子与封装》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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