微整形的案例
使用多物理場仿真研究激光與材料的相互作用
基于仿真研究激光與材料相互作用的好處
已經使用紅外微整形對 NIF 激光器中的大約 13 萬個損傷點進行了修復，部分是利用研究人員的多物理場仿真結果進行的優化。這使得該項目中的光學器件得以循環使用，并大大降低了項目成本。LLNL 的團隊還支持整個實驗室的用于3D 打印的增材制造計劃，這有可能是比修復損壞的光學器件具有更深遠意義的應用。
本文來自 ：COMSOL 博客
客官，我們有剛出爐的臉了解一下？
算不上易容的易容：古代的微整形
我們在電視上看到的易容術有很多，金庸的武俠小說里充滿了形形色色的易容橋段。比如黃藥師化妝成青袍怪客幫助梅超風與郭靖切磋，阿朱則在短時間內扮作銀發老者、老婦人和家仆相繼出場，絲毫沒有破綻。
當然，這些畢竟是小說。那么，在古代有沒有真實的易容案例呢？
那是當然。
《史記·刺客列傳》里專門寫了一個春秋時期晉國的刺客豫讓。豫讓是智伯的家臣，智伯待他不薄，稱其為國士。后來智伯為趙襄子所伐，砍下了腦袋當酒器。豫讓深諳“士為知己者死”，于是立志要刺殺趙襄子為智伯報酬。在第一次廁所偷襲失敗之后，豫讓“漆身為厲，吞炭為啞，使形狀不可知”，連自己的妻子也沒有認出他來。最終報仇計劃沒能成功，豫讓伏劍自殺。
為了報仇，這可能是最殘忍的易容方式了。試想把全身涂黑，然后又要吞滾燙的炭火把嗓子弄廢，完全讓自己變了個人，今人又有誰能做到呢？豫讓在歷史上留下了美名，也告訴了我們直接易容是多么的殘酷。
但從易容這個角度來看，豫讓的“漆身為厲”的做法可以說是古代最普遍的也最容易做到的了。依照古代的生物化學發展的水平，是不可能做出像今天這樣逼真的道具的。即便是提到的用其他動物皮膚，其仿真程度也差得遠。
那么，古人通過給臉上擦點胭脂或者變變顏色，來讓自己看起來更美麗，可能就是在“易容”。比如唐代的時候會用胭脂在臉頰上點兩個小酒窩，讓自己看起來胖胖的很可愛。這和今天的化妝本質上是一樣的。看到這里讀者朋友可能會失望：在各個方面都很神奇的古人難道易容就這么low嗎？
他們自然是不忍心讓我們失望的。在整形這塊兒，人們很早就開始了探索并動了刀子。元代一名武將在戰場上鼻子被砍斷，一直長不好，傷口周圍的肉都腐爛發炎了。最后一名醫讓幾個人按著他的頭，咔咔幾下就把鼻梁給修復了。
展開 丹頂鶴打架弄斷嘴后醫生給安了個3D打印鈦合金的
鈦合金義喙
我們見證了動物園扛把子的誕生……
為了保證立立進食時嘴能合攏，醫生還對它的下喙進行“微整形”……
隔壁的鸚鵡目瞪口呆地圍觀了手術全過程……
立立醒來后發現了自己的新鳥嘴，然后開始追水桶里的魚，并成功逮住一條小魚……
內心os：都別攔老子，老子要回去搞死那個弄爛我嘴巴的瓜娃子！
這是一次3D打印技術應用于野生動物救助的成功案例，同時,也是3D打印熔融沉積（FDM）技術與激光燒結（SLM）技術之間相結合的完美應用案例。工業級FDM技術的高效、便捷、穩定性，為丹頂鶴義喙模型墊定了精準的基礎，節省了大量的時間與成本。而SLM打印技術的堅固、耐用、安全性，為長壽動物丹頂鶴裝上了能伴隨它終身的義喙。
看到這條消息，網友爭先恐后的留言：
獨雨-謝柯：回去不是要報仇么！這下簡直是金剛嘴要一統鶴林了！然后以后會出現種種鈦合金鳥腿，鈦合金爪子。
Rogue_Rouge：合金裝備復仇！
Mrs王雨雨雨：閉上你的3D鈦合金嘴！
哇咔咔啊啦啦：從此斷上喙的丹頂鶴越來越多……
0我沒瘋0：這特么叫作弊，好比冬兵安了機械手臂....回去別的鶴還怎么混...
頭發都白了的棉毛：看誰不順眼就開始在地上磨嘴，嚇屎他們！
憤怒的史努比-：上次那個干架的，來來來你過來！
改個名字過夏天啊啊啊：信不信，勞資啄死你
就是這么力吧：丹頂鶴大喊一聲：還有誰！！！
會唱歌的象小象：我要打十個！
能贏我愿意吃屎：人民幣玩家吊打普通玩家……
來源：金屬加工、成都商報、新華網、視覺中國、3D打印教學和應用微信號、鸚鵡 螺市集微信號、直觀學機械
展開 從鐵水到「工業基石」：一塊高精度測試平臺的自我修養
這就像給平臺做一次精和密的“微整形”，用特制刮刀在平臺表面刮出非常微小的、均勻的凹痕（俗稱“刀花”）。其作用是：
相當大提高平面度：修正機械加工無法達到的微觀不平整。
形成油膜：這些微小的凹痕可以儲存潤滑油，減少工件與平臺之間的摩擦和磨損，提高使用壽命。
4. 核心結構：筋板式箱體
你可能會好奇，這么重的平臺為什么不會壓彎自己？秘密在于其底部的設計。平臺通常采用“箱型筋板式”結構，內部有縱橫交錯的加強筋（類似蜂窩或網格）。這種結構能以比較少的材料獲得比較大的抗彎曲強度和剛性，確保在承受巨大載荷時，工作面依然平整如初。
分類與核心功能
鑄鐵測試平臺并非千篇一律，根據不同的工作面結構，它們有不同的“用武之地”。
按工作面結構分類
這是我們選擇平臺時比較直觀的區別：
光滑平面型：工作面就是一個純粹平整光滑的平面。
核心功能：主要作為精和密測量和檢驗的基準平面，如檢測零件的平面度、平行度、直線度等形位公差。
適用場景：計量室、質檢部門、精和密加工車間。
帶T型槽型：工作面上加工有若干條平行且等距的標準T型槽。
核心功能：側重于靈活、牢固地固定工件。通過T型槽配合T型螺栓和壓板，可以快速裝夾各種形狀和尺寸的工件，承受較大的外力。
適用場景：裝配作業、設備調試、焊接平臺、發動機測試、振動試驗等需要頻繁裝夾和動態承載的場合。
帶其他槽/孔型：如V型槽（用于支撐圓柱形工件）、圓孔或長孔（用于穿螺栓或排屑）等，都是為特定需求而設計的。
核心功能
無論結構如何，鑄鐵測試平臺都扮演著幾個關鍵角色：
基準承載：為工件提供穩定、均勻的支撐，分散負載。
精度保障：提供一個微米級精度的基準面，是所有測量和校準工作的起點。
靈活拓展：通過T型槽或孔，可以安裝各種夾具、附件和測量儀器，拓展其功能。
展開 
LED光和鐳射激光的均勻化和整形
均勻化的概念
VirtualLab光學仿真和設計軟件能夠設計用于LED和準分子激光均勻化和整形的照明系統。可以通過微型光學元件來實現光束的均勻化和整形，例如：
? 微透鏡陣列
? 衍射擴散器
? 計算機生成的全息圖
? 相位板
? 單元陣列
紅色LED照射衍射擴散器產生的天際線圖案
光學仿真和設計包括:
? 衍射
? 干涉
? 空間和時間相干度
? 像差
? 偏振
? 光強
應用
用于LED和準分子激光均勻化的微光學照明系統可以用在各個領域，包括：
? 信息顯示
? 測量系統
? 室內照明
? 汽車
? 軍事
? 光刻
用于白光LED消色差整形的微透鏡陣列的3D表面
優點Benefits
微光學元件的照明系統有以下幾大優點：
? 可實現LED 和準分子激光的均勻化和整形.
? 產生任意的二維圖案.
? 對光源輻射特性變化的低靈敏度.
? 非常緊湊的照明系統.
包含一個光柵元胞陣列的照明系統光線追跡模擬
微透鏡陣列
微透鏡陣列，也叫做“蠅眼聚光器”可以被用在LED和準分子激光器均質化的各種光學裝置中，微透鏡陣列有以下光學特性：
? 光分布整形取決于透鏡口徑和透鏡表面.
? 常被用來產生圓形、矩形和六角形光分布.
? 可以產生一般的二維圖案.
? 單色光和白光的整形.
六角形透鏡陣列可以用來產生六角形光分布.
衍射擴散器
衍射擴散器，如相位板和計算機生成全息圖，是經過計算機優化的表面輪廓散射元件，衍射擴散器有以下光學性質：
? Diffuser在一目標平面上產生大量的重疊斑點（衍射級次）.
? 生成任意的二維圖案.
展開 VirtualLabFusion多元化光學仿真平臺
其主要應用領域如下：
1.光束整形
VirtualLab Fusion能夠使用自由曲面，衍射光束分束器與圖案生成器，擴散器和常規陣列微光學元件（包括但不局限于微透鏡陣列）實現光束整形。
1)折射光束整形
2)衍射光束整形
3)擴散片
4)微透鏡陣列和微結構單元陣列
2.光學測量系統
通過高速物理光學，對干涉儀、光譜儀和傳統式或結構照明式顯微鏡的成像質量與分辨率限制進行全面的研究。
1)干涉儀
2)顯微鏡
3)單色儀
4)光譜儀
干涉系統光線追跡示意圖以及干涉圖樣展示
3.微納光子學
VirtualLab Fusion 中集成了傅里葉模態法，可以對周期性的結構，例如任意結構的光柵進行精確的模擬，獲得相應的近場、衍射級次以及衍射效應。同時能夠對光柵進行優化，以獲得所需要光柵結構參數并集成到整個光學系統中進行分析。也可以對非周期性的結構，例如微納小顆粒進行精確的模擬。
1)1D和2D介質光柵
2)1D和2D界面光柵
3)衍射級次計算、偏振分析以及內部場計算
4)納米圓柱
5)優化
傾斜光柵的優化
平面波入射微納圓片時，圓片后透射光場分布
4.光學成像系統
通過高速物理光學，實現透鏡系統建模。提供對包含鬼像和部分相干性的系統的可靠的PSF / MTF評估。系統中可以包含光柵，全息光學元件以及衍射透鏡。
1)衍射透鏡
2)高級PSF/MTF
3)鬼像
4)包含光柵的成像系統
基于高NA物鏡對微結構晶圓進行成像檢測
5.激光物理/激光系統
高速物理光學可以有效地實現對激光光源、衍射、干涉、偏振的建模，并且可以使用任意感興趣的光束參數。
展開 VirtualLab Fusion：衍射光束整形鏡的優化（1）
VirtualLab Fusion：基本工具箱+衍射工具箱
1.建模任務
? 這個案例演示了設計一個理想化微結構的光束整形鏡。
? 光束整形鏡產生一個任意相位調制（非離散相位級次）。
? 反射鏡將高斯激光束整形成一個圓形高帽。
? 這個案例將演示計算反射鏡的光學函數。
? 在開始此案例之前，我們迫切建議您閱讀案例LBS.001和545。
入射激光光束
? 波長：632.8nm
? 激光光束直徑（1/e2）：2.5mm
? 發散角（全角1/e2）：≈0.01°
? M2值：1
目標平面上期望強度分布
? 直徑（FWHM）；3mm
? 邊緣寬度（能量從90%衰減到10%）：70um
? 效率：>90%
? 信噪比（SNR）：>40dB
2.設計概念
? 設計沒有離散相位級的光束整形透過函數。
? 第一步：忽略反射鏡并且計算一個衍射光束整形器的透過率函數。
? 第二步：由透射光束整形器的光學函數計算反射鏡的光學函數。
第一步
優化一個衍射光束整形器的透過率函數
1.
展開 VirtualLab運用：衍射光束整形鏡的優化
優化后的光束整形系統的分析
分析光束整形系統
光學函數應該添加到光束整形系統Sc559_Design Beam Shaping Mirror_4.lpd。
?雙擊Stored Function來打開元件對話框。
?選擇Function頁面然后點擊Set按鈕以將生成的Transmission導入其中。
?系統分析得到了目標屏上的強度分布，如左圖所示。
?效率是99%而SNR為41dB。
?注意優化函數結果顯示在探測器結果窗口，在主窗口的左下角。
由光學函數計算反射鏡表面輪廓
計算反射鏡的表面輪廓
?這個案例演示了如何設計微結構反射鏡的光學函數。
?微結構反射鏡的加工需要表面輪廓，而不是一個光學函數。下一個將解釋基于給定的光學函數來計算微結構表面輪廓。
?VirtualLab基于薄元近似方法（TEA）來計算表面輪廓結構的。
?使用透過率函數或加載文件Sc559_Design Beam Shaping Mirror_5.ca2以激活結構設計窗口。
?開始VirtualLab結構設計（Design→Structure Design）。
?選擇光學設置（Optical Setup）標簽
?選擇反射鏡高度輪廓（Height Profile of Mirror），輸入設計波長。
?VirtualLab Fusion計算鏡的高度剖面，假設垂直入射光。
?表面高度必須在第二步糾正，因為光程長度將與45°入射角略有不同。
? 切換到界面參數（Interface Parameter）標簽。
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