依賴于使用原子力顯微鏡(AFM)進行納米切割技術的控制原理，可用于制造具有幾微米數量級的恒定切割深度的凹槽。線性位移傳感器、反饋控制系統和壓電致動器一起運行，可以在加工過程中保持恒定的法向切削力。

微紋理、微結構或工程化的表面在各種工業領域（如電子、能源、光學、機械、摩擦學和生物學）中得到廣泛應用，例如在光學透鏡、液晶顯示(LCD)面板的棱鏡片、設計用于產生“蓮花效應”以排斥水的紋理表面、熱交換器等。機械部件上的微結構通常使用光刻和蝕刻技術制造，但這些工藝需要復雜和昂貴的設備、對材料的限制、幾何限制以及使用危險化學品等。用于抑制表面反射而具有蛾眼結構等特征的元件的制造更加復雜，特別是在非平面上制造時。

蛾眼結構by David Scharf 1977, 2005

模壓和壓印是生產這種微紋理表面的好方法，然而模具的精度是最重要的因素之一，因為它代表了模壓產品的質量。使用金剛石工具進行精密加工已越來越多地用于制造高級工業應用的高精度機加工零件。

使用金剛石工具的技術來制造微結構和微槽可用于平面加工，它需要利用壓電快速刀具定位臺的超高精度運動機構和復雜的控制系統以獲得所需的納米/微米級精度。這種切削機構通過其進給機制設置切割深度，所生產零件的精度直接取決于壓電快速刀具定位臺的精度。

壓電快速刀具定位臺是一種高精度、高速、高剛度、高可靠性的刀具定位設備，主要應用于高精度切削、精密加工、半導體制造、精密電子、光電子、精密儀器等領域。它采用壓電陶瓷驅動原理，通過快速變形實現高精度的刀具定位。它的控制系統則控制壓電驅動機構的電源和信號，實現對刀具位置的精確控制。使用壓電快速刀具定位臺能夠提高工作效率和產品質量，減少人工操作的誤差，是現代高科技制造及實驗室的重要設備之一。

芯明天P92壓電刀具定位臺及E01壓電控制器

除以上利用壓電快速刀具定位臺的微進給外，也可采用另一種實施恒定力切削的方法，該方法可控制施加到刀具上的法向切削力，使其保持切削力恒定。例如使用原子力顯微鏡(AFM)機制的納米切割。但是由于所使用的壓電掃描器的行程有限且懸臂剛度低，因此無法應用該工藝用于實際切割。

恒定負載切削效果

但在AFM納米切割技術的基礎上，結合金剛石工具，可形成一種用于微尺度加工和大切割面積的切割系統。與AFM類似，該系統也具有懸臂梁結構，在該結構上安裝金剛石刀具。該系統也同樣利用光學方法，測量懸臂梁的扭轉及彎曲，從而估算切削力。該系統的特點是它能夠在具有傾斜和彎曲表面的表面上制造具有恒定切削深度的凹槽。

下方圖中顯示的為一種AFM與金剛石相結合的微切削系統。該系統集成了非接觸式電容傳感器與PZT壓電致動器，這兩者間配合以保持恒定的法向切削力。

懸壁梁與電容式傳感器都安裝在與壓電致動器相連的線性導軌上，電容傳感器可檢測懸臂梁的變形位移，壓電致動器可在Z向上進行納米級精密的位置調節。該系統能夠補償運動系統的部分幾何誤差，例如軸未對準或工具路徑中的誤差。

芯明天電容式傳感器

芯明天電容傳感器的基本技術參數如下：

為了控制切割法向力，懸臂自由邊緣的變形由電容傳感器測量。反饋控制系統補償懸臂梁的任何變形，它的主要任務是保持傳感器和測量板之間的相對位置恒定。通過控制PZT壓電致動器在切割過程中的膨脹或收縮，與懸臂相互作用。閉環系統包括一個函數發生器、電壓放大器（控制壓電致動器）、壓電致動器、電容式傳感器、控制器（比例積分PI）。

芯明天壓電致動器

芯明天壓電致動器具有多種型號，外徑由9mm至45mm可選，位移由7μm至260μm可選，出力可達上萬牛頓，且可根據要求進行產品定制。

壓電陶瓷促動器參數舉例：

芯明天壓電放大器

芯明天壓電放大器具有多種選項，可選模擬或數字控制，可選鍵盤操作、軟件操作，可選板卡式、機箱式等。它具有小體積型，也有大功率型，可滿足不同應用的需求。

常見的AFM系統使用壓電掃描管，它不僅可以補償懸臂變形，還可以在尖端和待掃描表面之間進行相對X-Y運動。然而壓電掃描管的最大測量面積在數百平方微米的數量級，這不能滿足較大加工面積要求。

芯明天壓電掃描管

芯明天壓電掃描管的基本參數如下：

為解決加工面積小的問題，將該切割系統安裝在三軸精密機床上，對該系統可進行三軸的運動調節，從而擴大測量面積，可以在幾平方厘米量級的表面上制造微槽。

芯明天三軸壓電馬達運動平臺

芯明天三軸壓電馬達運動平臺參數舉例：

0.5kg負載、20.8℃溫度、31%濕度條件下。

審核編輯黃宇