[發(fā)明專利]基于納米顆粒的液相激光三維打印系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410402880.5
• 申請(qǐng)日: 2014-08-15
• 公開（公告）號(hào): CN104175559A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段宣明;曹洪忠;徐佼;曹良成;劉基權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): B29C67/00
• 分類號(hào): B29C67/00
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于納米顆粒的液相激光三維激光打印系統(tǒng)及方法

背景技術(shù)

朝向小型化、功能集成化發(fā)展是結(jié)構(gòu)與器件發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。而結(jié)構(gòu)與器件尺度的減小和功能的集成化都依賴于加工分辨率和精度的提高。常規(guī)的減才制造技術(shù)對(duì)于一些小型結(jié)構(gòu)，特別是復(fù)雜的小型結(jié)構(gòu)制造困難。與之相比，激光三維打印技術(shù)是一種靈活、簡(jiǎn)單、可設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)增材制造方法，可以實(shí)現(xiàn)任意三維結(jié)構(gòu)的直接制造。選區(qū)激光燒結(jié)和選區(qū)激光熔化是目前發(fā)展的兩種高精度激光三維打印方法。然而，目前這兩種方法的加工分辨率僅能達(dá)到40μm左右(參見(jiàn)P.Regenfuss等，Rapid?Prototyping?Journal,2007,13,204-212)，而且加工結(jié)構(gòu)表面粗糙，內(nèi)部結(jié)合不夠緊密，難于滿足復(fù)雜小型三維結(jié)構(gòu)的制造需求。由于小尺度的粉末的粘附性增加、流動(dòng)性差、鋪粉困難，這限制了更高分辨率、更高精度的激光三維打印技術(shù)的發(fā)展。因此，迫切需要發(fā)展新的激光三維打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高分辨率、更高精度的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的制造。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于納米顆粒的液相激光三維打印系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)高精度和高分辨率的三維打印。

本發(fā)明的目的之一在于提出一種基于納米顆粒的液相激光三維打印系統(tǒng)，且通過(guò)下述的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

該系統(tǒng)包括激光打印組件、液體池、承載移動(dòng)組件以及監(jiān)測(cè)裝置，

所述激光打印組件包括激光光源、傳輸控制單元和掃描聚焦單元，且三者依次排布；

掃描聚焦單元后方的激光光路上設(shè)置有透光窗和二向色鏡，所述透光窗的下端位于液體池內(nèi)，用于密封液體池內(nèi)的液體并保證激光和監(jiān)測(cè)光的透過(guò)；所述二向色鏡位于透光窗上方，用于實(shí)現(xiàn)激光的全反射和監(jiān)測(cè)光的全透過(guò)；

所述承載移動(dòng)組件包括承載基片、載物臺(tái)及移動(dòng)臺(tái)，所述承載基片用于承載三維打印結(jié)構(gòu)，承載基片設(shè)置在載物臺(tái)上，且承載基片和載物臺(tái)均位于液體池內(nèi)；所述移動(dòng)臺(tái)與載物臺(tái)連接，用于調(diào)節(jié)載物臺(tái)的位置。

進(jìn)一步的，還包括用于控制整個(gè)打印過(guò)程的計(jì)算機(jī)。

進(jìn)一步的，所述激光光源為系統(tǒng)提供連續(xù)激光和脈沖激光，且連續(xù)激光和脈沖激光的波長(zhǎng)均為157nm-1600nm。

進(jìn)一步的，所述傳輸控制單元包括用于控制激光通斷的光閘，用于實(shí)現(xiàn)激光擴(kuò)束的擴(kuò)束鏡，以及用于控制入射打印面的激光功率變化的衰減器。

進(jìn)一步的，所述掃描聚焦單元包括用于激光聚焦的激光聚焦鏡和用于實(shí)現(xiàn)激光掃描的掃描振鏡。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)精度為0.1nm-50μm，行程范圍為1nm-200mm。

進(jìn)一步的，所述的承載基片為玻璃基片，石英基片，ITO玻璃基片，F(xiàn)TO玻璃基片，陶瓷基片，氧化物基片，半導(dǎo)體基片，以及涂覆或淀積有不同薄膜的基片。

本發(fā)明的目的之二在于提出一種基于納米顆粒的液相激光三維打印方法，且通過(guò)下述的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

該方法包括以下步驟：

1)利用計(jì)算機(jī)作圖軟件建立待打印物體的幾何模型，并對(duì)該模型進(jìn)行切片、分層，規(guī)劃掃描路徑；

2)將含有納米顆粒的液體置入液體池內(nèi)；

3)調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)，將置于載物臺(tái)的承載基片上表面調(diào)節(jié)至接近液體池內(nèi)液體上表面的位置，并且處于聚焦后的激光焦平面上；

4)利用激光光鑷作用使得溶液中的納米顆粒向激光焦點(diǎn)移動(dòng)并在光熱作用下發(fā)生熔合，通過(guò)激光掃描形成單層結(jié)構(gòu)；

5)將載物臺(tái)降低一個(gè)單層結(jié)構(gòu)的厚度，進(jìn)行另一層結(jié)構(gòu)的掃描，直至完成設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的打?。?/p>

6)取出打印結(jié)構(gòu)，清理結(jié)構(gòu)表面的殘留納米顆粒。

進(jìn)一步的，所述納米顆粒包括金屬納米顆粒、無(wú)機(jī)非金屬納米顆粒、聚合物納米顆粒及其復(fù)合物納米顆粒。

進(jìn)一步的，所述金屬納米顆粒包括金納米顆粒、銀納米顆粒、銅納米顆粒、鉑納米顆粒、鈀納米顆粒、鋁納米顆粒、鐵納米顆粒。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

1.本發(fā)明是基于納米顆粒的液相激光三維打印技術(shù)，能夠獲得高的打印分辨率和打印精度；

2.本發(fā)明的采用納米顆粒，由于納米顆粒熔點(diǎn)低，因此可以減小打印所用的激光功率，實(shí)現(xiàn)更高效率的打印。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。

附圖說(shuō)明