Design and realization of laser micromachining system

Abstract

Mikrosistemlerin ve minyatür aygıtların üretimi geleneksel olmayan mikro işleme tekniklerinin kullanılmasını gerektirir. Geçtiğimiz birkaç on yıllık süreçte lazerle mikro işleme birçok endüstriyel ve araştırma uygulamarında kullanılan önemli bir mikro üretim tekniği haline gelmiştir. Bu tekniğin yaygın biçimde kullanılırlığı en çok temassız gerçekleşen bir işlem oluşundan kaynaklanmaktadır. Lazerle mikro işlemenin karakteristik özelliği birçok farklı malzeme için çok küçük parçalar üzerinde ışımaya maruz kalmayan alanlara asgari hasar verecek şekilde eritme veya aşındırma işlemi yapılmasına olanak sağlamasıdır. Lazerle mikro işlemenin hassas ve yüksek kalitede yapılabilmesi ve lazerin mikro işleme aracı olarak avantajlarının tam anlamıyla araştırılabilmesi adına güvenilir ve kullanımı kolay bir lazerle mikro işleme sistemi geliştirilmesinin önemi büyüktür.Bu tezde genel kullanıma yönelik lazerle mikro işleme sistemi tasarım yaklaşımı tartışılmıştır. Sistemin her bir modülünün nasıl meydana getirildiğine yönelik detaylı anlatımlar mevcuttur. Tasarlanan lazerle mikro işleme sistemi mikro işaretleme, mikro kanal açma, ince film kesimi gibi bir çok farklı uygulama amacıyla kullanılabilir. Hassas konumlandırma amaçlı düzlemsel x-y platformunun tasarımından ve bu platform için gezinge yaratımı ve kontrol metodundan bahsedilmiştir. Lazerle mikro işleme sistemi için yazılım ve insan makine arayüzü geliştirilmesi de sunulmuştur.Tasarlanan sistemin fonksiyonel ve operasyonel yetkinliklerini doğrulamak adına hassas aluminyum işaretleme, cam için yüzey altı işaretleme, pirinç alaşım eritme ve minyatür delikler açma işlemleri gerçekleştirilmiş ve deneysel sonuçlar sunulmuştur.

The production process of miniature devices and microsystems requires the utilization of nonconventional micromachining techniques. In the past few decades laser micromachining has became an important micromanufacturing technique for many industrial and research applications. The popularity of this technique lies mostly in its noncontact nature. Unique characteristic of the laser micromachining is the possibility of etching or ablating exceptionally small features in many different materials with minimal damage done to the non irradiated regions of the material. For the purposes of achieving of precise and high quality laser micromachining and for full exploration of laser advantages as microprocessing tool, the development of reliable and easy to use laser micromachining system is of great importance.In this thesis, the design approach to the general purpose laser micromachining system is discussed. Detailed description of implementation of each module of the system is given. The designed laser micromachining system can be used for many microprocessing applications such as micromarking, microchannels machining, thin film cutting, etc. The design of the precise positioning planar x-y stage and trajectory generation and control method for this stage are discussed. The development of software and man machine interface for laser micromachining system is also presented.In order to verify the functional and operational capabilities of the designed system, precise aluminum marking, subsurface marking of glass, brass ablation and drilling of miniature holes in brass are preformed and experimental results are presented.