[实用新型]一种激光诱导等离子体直写加工头

说明书

技术领域

本实用新型属于激光应用技术领域，具体涉及一种激光诱导等离子体直写加工头。

背景技术

激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接摩擦产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。

直写技术不是一种单一的工艺，而是从快速原型制造领域发展起来的制造电子传感元件和微结构的一类新工艺技术的统称，但“直写”(Direct Write)一词并非新概念，如我们用笔写字就属于一种典型的直写工艺过程，它本质上可看作是在大脑意识中的字体笔划图形驱动下的油墨材料沉积过程(从笔内流出沉积到纸张上)。在此基础上，可以认为“任何可以由预先设计的图形数据驱动在某种材料表面实现材料的沉积、转移或处理的工艺或技术”均可归之为直写技术，换言之，任何不是由图形数据直接驱动的加工方法，如硅基微加工工艺、LIGA工艺等，均不属于直写技术。

直写技术能够依照计算机程序预设的形状和尺寸要求，在所指定的基板表面去除或者沉积所指定的各种材料，形成所需要功能结构的技术和工艺。与传统的基板制造技术相比，直写技术具有不需掩膜、制造精度高、易于修改、研制周期短、材料选择范围广、材料利用率高、对环境污染小等优点。直写技术主要分为减成法和加成法两种。减成法指采用特定工具在基板表面进行刻蚀或者雕刻等去除过程，该方法的工艺简单可靠，所使用的工具可以是聚焦离子束、激光束、金刚石刀具等，但所制造的微结构功能主要局限于基板相关材料。加成法是指采用特殊的工具在基板表面添加新的材料来形成微结构的过程。加成法所添加的材料不受基板材料的限制，因此可以制备的微结构种类更多，功能也更广泛。在众多的加成法直写技术中，比较成熟和应用广泛的主要有Micropen直写技术和M3D技术，但Micropen直写技术所需要的设备比较复杂，M3D技术能够适用的浆料种类较少。

等离子体是由大量正负带电粒子和中性粒子组成的，并表现出集体行为的一种准中性气体。它已区别于物质的固、该、气三种状态，而称为物质的第四态。等离子体的集体行为体现在带电粒子的作用不局限在它自身周围，它的运动引起的空间电荷局部集中，产生空间电荷场，电荷的运动也会产生电流引起的磁场，这样的电荷电场和电流磁场，对远处的带电粒子运动发生积极的影响，因此等离子体是一个完整的整体。

脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition简称PLD)技术，是伴随着激光技术的发展而一步步发展起来的。人们发现激光与固体作用时，在固体表面附近区域会产生一个由该固体成分粒子形成的发光的等离子体区，如果这些处于等离子体状态的物质离子向外喷射，并沉积于衬底上，就会形成薄膜，这就是激光沉积薄膜技术。PLD的主要制膜过程可简单描述为：一束激光通过聚焦，从窗口进入真空室。激光束的入射角度可以任意选，但一般为了提高沉积效率，常选择与靶材表面成45°。激光照射到靶材上，使靶材瞬时获得1～10J/cm²的能量密度，烧蚀产物受激光辐射形成高温高压等离子体羽辉。等离子体羽辉中包括了离子、电子、中性原子、分子以及大原子团等成分。等离子体经过在真空室的膨胀飞行，最终到达基底表面沉积成膜。目前，脉冲激光沉积技术已用来制作具备外延特性的晶体薄膜。陶瓷氧化物(ceramic oxide)、氮化物膜(nitride films)、金属多层膜(metallic multilayers)，以及各种超晶格(superlattices)等都可以用脉冲激光沉积技术来制作。但是，脉冲激光沉积技术目前还只能制备薄膜，不能制备图形化的涂层。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种能够制备图形化涂层的激光诱导等离子体直写加工头。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种激光诱导等离子体直写加工头，包括直写沉积加工头、基片、工作台、激光发射模块、吹气模块和多自由度运动模块，所述基片设置在工作台上，所述激光发射模块用于发射聚焦激光束；所述吹气模块用于向直写沉积加工头内吹气；所述多自由度运动模块用于提供二维或三维运动，使直写沉积加工头与工作台发生相对运动；