飛秒激光雙光子聚合加工中的三維AMF模型處理技術(shù)研究.pdf

1、飛秒激光雙光子聚合（Two-Photon Polymerization，簡稱 TPP）加工是一種集計算機(jī)輔助設(shè)計、輔助制造于一體的三維微納結(jié)構(gòu)加工技術(shù)。該技術(shù)能突破光的衍射極限限制制備特征尺寸小于100nm的微觀結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)任意復(fù)雜三維微納結(jié)構(gòu)或器件的制備。至今為止，雙光子聚合已被應(yīng)用于微光學(xué)元件、微機(jī)電系統(tǒng)、微流體、超材料、生物醫(yī)療器件等的制備。三維數(shù)據(jù)模型作為TPP加工的依據(jù)，是實現(xiàn)TPP制造的前提和基礎(chǔ)。當(dāng)前 TPP的三維結(jié)構(gòu)模型

2、無論是通過正向設(shè)計建模還是逆向工程重建獲取，均需要結(jié)合 TPP加工工藝的具體要求和現(xiàn)有加工系統(tǒng)的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的處理才能滿足TPP加工的需求。因此三維模型的處理是TPP的技術(shù)核心之一，是高精度、高效率實現(xiàn) TPP微納結(jié)構(gòu)加工的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和前提。為了滿足大面積三維微納結(jié)構(gòu)快速加工的需求，大行程氣浮運動平臺和二維振鏡的三維掃描系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用，這需要與之相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口。因此，本文針對TPP加工的AMF數(shù)據(jù)模型、AMF模型的切片方法、切片的截面

3、輪廓擬合以及激光掃描的路徑進(jìn)行研究。論文主要研究成果如下：
　　(1)為了實現(xiàn)對特征尺寸在微納米級的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的全面、精確的幾何描述并減少數(shù)據(jù)存儲量，本文在一種新的疊加制造數(shù)據(jù)模型 AMF（Additive Manufacturing File Format）文件格式下，通過分析AMF文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、模型精度、數(shù)據(jù)存儲量，提出了AMF曲面模型的細(xì)分算法并進(jìn)行了實例驗證。
　　(2)提出了基于AMF模型三角面片邊信息排序的切

4、片算法。根據(jù)AMF數(shù)據(jù)模型特點，剔除掉AMF文件中所有多余的三角面片的邊，之后建立剩余的每個邊與相鄰兩三角面片間的拓?fù)潢P(guān)系，并根據(jù)每條邊的左值大小對邊進(jìn)行排序，用一系列Z=zi的切平面與這些邊相交求交點，得到三維結(jié)構(gòu)切片的截面輪廓。進(jìn)行了實驗驗證，結(jié)果表明，此方法具有較好的穩(wěn)定性和可行性，不會產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)并且在不確定 AMF文件是否存在錯誤情況下仍可用。
　　(3)為了保證加工件的尺寸精度和形狀精度，對切片的截面輪廓進(jìn)行處理，根據(jù)