为了获得飞秒激光背部湿刻石英玻璃微通道的最佳参量, 通过分别改变飞秒激光的功率、刻蚀速率和显微物镜的放大倍数进行了实验。采用超景深显微镜对加工样品进行观察和测量, 并分析了微通道的形貌。结果表明, 在飞秒激光功率为50mW、刻蚀速率为0.010mm/s、20×显微物镜聚焦的实验条件下, 可以制备出深度为1466μm、深宽比为32的石英玻璃微通道。此研究对3维结构维纳制造技术有一定的应用价值。

研究了三维微型腔模具的制备方法。该方法基于微型双工位分层实体制造工艺(DLOM), 通过多层铜箔二维微结构叠加拟合出三维队列微电极, 将制备的微电极用于微细电火花加工来制得三维微型腔模具。首先, 利用线切割对100 μm 厚的多层铜箔进行逐层切割, 获得多层二维微结构。然后, 通过真空压力热扩散焊对多层铜箔二维微结构进行连接, 叠加拟合出三维队列微电极。最后, 在电压80 V, 脉冲频率0.2 MHZ, 脉冲宽度800 ns, 休止脉宽4 200 ns的作用下, 将上述工艺制备的三维队列微电极用于微细电火花加工, 获得表面质量良好、形状与尺寸精度较高的三维微型腔模具。为了有效减少电极损耗对加工精度的不利影响, 使用队列电极中的微电极依序对三维微型腔进行了加工。基于上述研究结果, 制备了两种形状的三维队列微电极并通过微细电火花加工获得了表面粗糙度Ra为0.48 μm的三维微型腔模具。与目前主流的微细电极逐层扫描放电加工三维微结构的工作方式相比, 提出的三维微电极只需进行上下往返式加工便可获得三维微型腔模具, 工作效率高且损耗低。

采用线切割和真空压力热扩散焊组合工艺制备了高深宽比的三维微结构。分别研究了线切割与热扩散焊工艺并获得了较好的工艺参数用于制备微模具。首先，在脉冲宽度为10 μs，脉冲间隔为40 μs，线切割电流为0.28 A，电压为60 V的条件下，对100 μm厚的铜箔进行线切割，获得了多层二维微结构。然后，在热扩散温度为850 ℃，热扩散时间为10 h，压力为1.0 μPa的工艺参数作用下，对多层铜箔二维微结构进行真空压力热扩散焊接，通过多层二维微结构的叠加形成微模具，并制备了六棱台微型腔模具及微型级联齿轮模具。实验结果表明: 三维微模具表面形貌较好，制作结果较理想，与设计模型基本相符。最后，通过超声模压成型分别获得了二阶和三阶的塑料级联齿轮。 这些微塑件质量良好， 验证了该工艺方法的可行性。

采用飞秒激光切割和微细电阻滑焊组合的方法制备了高深宽比的三维微结构。为了提高每层二维微结构的叠加精度和连接强度，用逐层微细电阻滑焊对每层二维微结构进行滑焊以获得较好的工艺参数。对上述工艺参数所制备的微结构进行了抗剪切能力测试，测试结果显示：随着滑焊放电次数的增加，微结构的极限剪切力由8.04 N 逐渐增加至65.97 N。而后，通过能量分散光谱仪（EDS）对电极的沉积效应进行了研究。最后，在120 mW的飞秒激光，50 μm/s的切割速度，0.21 V的焊接电压，0.2 MPa的焊接压强，100 ms的预压时间，10 ms的焊接时间以及160次的滑焊放电次数等工艺参数下制备了基本尺寸为50 μm×50 μm的微方孔阵列以及微齿轮结构。实验结果表明：通过逐层微细电阻滑焊制备的微结构表面质量良好，各层微结构之间叠加较好，显示逐层微细电阻滑焊可以较好地保证三维微结构中各层二维微结构的连接强度和叠层精度。

提出了一种采用飞秒激光切割结合微细电阻滑焊制备3D金属微结构的工艺方法(微型化双工位金属箔叠层制造法，(Micro-DLOM))，并通过制备具有复杂形状的3D微型腔模具验证了该工艺方法的可行性。首先，以厚度为10 μm的0Cr18Ni9不锈钢箔为基材，在110 mW的飞秒激光功率、100 μm/s的切割速度和0.75 μm的切割补偿量下获得二维微结构，并分析了激光功率和切割速度对切割精度的影响; 然后，利用微细电阻滑焊对多层二维微结构进行热扩散焊接，通过多层二维微结构的叠加拟合形成具有曲面特征的微型腔，并对焊接区进行了X射线衍射(XRD)分析。分析发现：微细电阻滑焊所产生的热量仅使焊接区主要物相的相对含量发生了变化，而没有使该区域产生新的物相。与UV-LIGA工艺相比，本工艺可以加工具有自由曲面特征的三维微结构，并且单层钢箔越薄，成形精度越高; 与飞秒激光分层平面扫描烧蚀工艺相比，本工艺仅需切割每层二维结构的轮廓，提高了成形效率; 与微细电火花加工工艺相比，虽然所成形的微型腔表面粗糙度相对较差，但却省去了制备微电极的工艺步骤，并且不存在微电极工作过程中的损耗问题，所以可以加工深宽比不受限制的微模具。

通过双温模型(TTM)结合Richardson-Dushman方程对多脉冲飞秒激光烧蚀铜箔的热电子发射以及温度场进行了数值模拟。在模拟的过程中充分考虑了随着飞秒激光脉冲个数的改变，铜箔对飞秒激光的反射率、表面吸收率和表面吸收系数的变化等因素，部分改写了飞秒激光光源项，从而实现了多脉冲飞秒激光烧蚀铜箔的热电子发射和温度场的动态数值模拟。数值模拟发现，随着脉冲个数的增加和脉冲间隔的减小，铜箔表面的反射率和表面吸收系数将明显减小，表面吸收率将明显增大，这一变化对铜箔的电子发射以及多脉冲飞秒激光照射下铜箔的温度场具有重要影响；而随着距铜箔表面深度的增加，这些影响将逐渐减小。

利用飞秒激光对厚度为20 μm的0Cr18Ni9不锈钢箔进行了表面烧蚀、微细切割等试验, 并研究了不锈钢箔的烧蚀特性。首先, 根据烧蚀区域的直径和脉冲能量的关系, 得到了0Cr18Ni9不锈钢箔的单脉冲烧蚀阈值,并估算了飞秒激光的束腰半径。然后, 对飞秒激光切割不锈钢箔的边缘进行金相观察并测试了切割试件的电阻率, 以确定飞秒激光切割对不锈钢箔的热影响。最后, 对切割试件进行X射线衍射分析(XRD), 以确定飞秒激光切割对不锈钢箔物相组成的影响。实验结果表明: 飞秒激光的束腰半径为10.416 μm; 厚度为20 μm的0Cr18Ni9不锈钢箔的单脉冲烧蚀阈值为0.455 J/cm2; 飞秒激光切割后试件的金相组织处于回复阶段, 因此金相组织不会产生明显变化; 飞秒激光切割后不锈钢箔的物相组成没有变化, 但物相的相对含量发生了改变。