【技术实现步骤摘要】
本申请涉及高精度激光制造的，特别是一种柔性基材曲面金属图案精细刻蚀方法。
技术介绍
1、柔性基材表面高精度金属图案制造技术的一个重要应用领域是先进航天器天线反射器的制造。该类天线能够极大增强卫星通讯信噪比，提高卫星通讯灵敏度，对航天器天线在导航、通讯、深空探测等领域的应用具有关键性意义。
2、目前金属图案制造主要包括软刻蚀、直写打印、转印等技术。软刻蚀工艺使用光刻技术得到所需的金属电路图案，工艺成本高，产生的化学废液污染严重；直写打印工艺可以实现复杂三维曲面金属电路图案的制备，其打印材料为液态金属，对材料的选择有所限制，且与基体的结合强度低。而利用传统的印制电路板制造技术实现金属图案与热塑性薄膜的材料的复合，存在薄膜易变性，型面精度难以控制。激光刻蚀是利用脉冲激光的瞬间高能量能够使被加工材料的表面迅速升温并达到气化，从而使得材料局部被加工或者去除的过程。其具有速度快、精确度高、适应性强等特点，并且还具有不接触、不引进应力、加工的热影响区小、自动化控制等优点。现有激光刻蚀技术由于激光扫描范围小，多用于小尺寸复杂结构的制造，难以满足大尺寸复杂曲面金属图案的高精度刻蚀要求。
技术实现思路
1、本申请提供一种柔性基材曲面金属图案精细刻蚀方法，针对当前柔性基材曲面金属图案加工尺寸小，制造流程长，刻蚀精度低的问题，选用激光振镜刻蚀法制造金属图案，采用分区刻蚀、图案拼接与分层刻蚀的方法，实现大尺寸曲面金属图案的高精度刻蚀。
2、第一方面，提供了一种柔性基材曲面金属图案精细
3、建立待刻蚀工件的几何模型，并确定待刻蚀工件的几何信息，包括曲面多点位置的单位法向量与曲率；
4、根据待刻蚀工件的几何信息，将待刻蚀工件划分为多个区域；
5、分别沿多个区域的法线方向进行投影，确定多个区域各自的二维刻蚀轨迹；
6、对待刻蚀工件进行多区域刻蚀，每个区域的激光入射方向为自身法线方向，每个区域的刻蚀轨迹为自身对应的二维刻蚀轨迹。
7、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述多点位置的单位法向量与曲率满足：
8、
9、
10、s,u(u,v)用于指示单位法向量，s,v(u,v)用于指示曲率，s(u,v)为待刻蚀工件几何模型的曲面函数表达式。
11、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，多个区域均满足以下至少一项：
12、a、区域内的曲率变化程度不大于1°；
13、b、区域内曲面高度差小于激光焦深。
14、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述将待刻蚀工件划分为多个区域，包括：
15、根据曲面几何信息，采用matlab软件通过k-means聚类算法对曲面数据进行二分类聚，划分出多个区域。
16、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，k为6～8。
17、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，刻蚀参数满足以下至少一项：激光功率4w～6w、激光频率20khz～25khz、脉宽80～120ns、光斑直径30～50μm、激光扫描速度400～500mm/s。
18、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，每个区域中各个位置的曲面法向量与激光入射方向的夹角小于或等于30°。
19、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，针对每个刻蚀区域，对待刻蚀工件进行分层刻蚀。
20、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，单层刻蚀厚度为2～3μm，单层厚度小于或等于激光焦距。
21、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述方法通过刻蚀设备进行刻蚀，所述刻蚀设备包括激光发生器、扩束镜、激光扫描振镜、扫描聚焦透镜，通过激光发生器与扩束镜产生脉冲激光束，激光扫描振镜用于控制激光在x-y平面的出光位置实现刻蚀激光入射角度调整，由扫描聚焦透镜得到均匀大小的聚焦光斑。
22、与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
23、(1)采用智能化分区方法，精确控制刻蚀子区域分布，解决现有激光刻蚀加工范围小，曲面加工难度高的问题。
24、(2)通过分层刻蚀方法，在降低激光热输入、提高刻蚀精度的同时，实现较厚金属薄膜(厚度大于10μm)的激光刻蚀。
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1.一种柔性基材曲面金属图案精细刻蚀方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多点位置的单位法向量与曲率满足：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多个区域均满足以下至少一项：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将待刻蚀工件划分为多个区域，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，K为6～8。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，刻蚀参数满足以下至少一项：激光功率4W～6W、激光频率20kHz～25kHz、脉宽80～120ns、光斑直径30～50μm、激光扫描速度400～500mm/s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个区域中各个位置的曲面法向量与激光入射方向的夹角小于或等于30°。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对每个刻蚀区域，对待刻蚀工件进行分层刻蚀。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，单层刻蚀厚度为2～3μm，单层厚度小于或等于激光焦距。
10.根据权利要求1所述的方法，
...【技术特征摘要】
1.一种柔性基材曲面金属图案精细刻蚀方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多点位置的单位法向量与曲率满足：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多个区域均满足以下至少一项：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将待刻蚀工件划分为多个区域，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，k为6～8。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，刻蚀参数满足以下至少一项：激光功率4w～6w、激光频率20khz～25khz、脉宽80～120ns、光斑直径30～50μm、激光扫描速度400～500mm/s。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：邵春盛，马强，飞景明，向语嫣，李松玲，安琪，陈滔，陈庆，孙晓峰，彭聪辉，胡鲲，刘美淑，程龙，刘雪莹，李志南，张亚光，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂有限公司，
类型：发明
国别省市：
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