[發明專利]三維結構打印方法以及系統

在審

• 申請號: 201711276310.6
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN109878076A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 張瑾;朱鵬飛;朱鳴;浦東林;陳林森
• 申請（專利權）人: 蘇州蘇大維格光電科技股份有限公司;蘇州大學
• 主分類號: B29C64/135
• 分類號: B29C64/135;B29C64/386;B29C64/273;B33Y30/00;B33Y50/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張昱;劉林華

本發明涉及三維結構打印方法以及系統。所述三維結構打印方法包括步驟：獲取打印對象的3D數據；根據所獲取的3D數據來提供打印對象的位相結構灰度圖形分布；基于所提供的位相結構灰度圖形分布，使用光學位相調制器件對入射光進行位相調制，以形成打印對象的三維結構光場分布并通過其與打印材料作用，從而打印出打印對象的三維結構。本發明能夠同時兼顧到打印精度、打印尺寸、打印效率及光能利用率等諸多方面。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，尤其涉及一種三維結構打印方法以及系統。

背景技術

3D 打印技術作為前瞻性、戰略性技術，其在航空航天、生物醫療、武器裝備、汽車、模具等諸多領域都有重要應用。例如，在生物醫療領域，3D 打印技術為生物芯片、生化器件提供了靈活制備的新方法，亦為生物材料、人工器官領域提供了新的研究手段和平臺，實現了復雜3D 載體支架制作。然而，現有的3D 打印技術在例如打印精度、打印幅面、打印效率等方面仍存在著一些不足之處，使其難以滿足應用需求。

例如，就生物應用領域來講，3D 打印技術仍未能有效解決打印精度和打印尺寸不能兼顧的問題。一方面，基于雙光子或激光直寫的光固化立體造型技術可實現小到0.1 微米的復雜結構打印，然而受限于打印尺寸（小于幾百微米）而不適合生物芯片制作；另一方面，基于投影式的光固化立體造型技術受限于打印精度（大于30 微米）而難以滿足生物芯片中微小結構的制作要求。而且，采用現有的3D 打印技術所打印出的生物芯片的表面粗糙度較大（~±2.5 微米），這給生物檢測帶來不便。

此外，如果采用現有的數字微反射鏡（DMD）投影技術來進行3D打印，一般都使用一次性投影技術，其幅面大、要求像素尺寸大，在打印精度和打印幅面方面不能兼容。例如，如果采用振鏡技術，其聚焦光斑較大，不適合用于精密的3D打印；對于雙光子3D打印，雖然分辨率高，但是效率極低，只能制作微小的樣品。另外，在現有的3D打印技術中，振鏡、雙光子方式都屬于單點串行方式，存在著效率低下的問題；DMD投影、面曝光方式雖然屬于并行方式，但是進行多層處理是也是串行疊加，在效率方面也存在著局限性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種三維結構打印方法以及系統，從而有效地解決了現有技術中存在的上述問題和其他方面的問題。

首先，根據本發明的第一方面，其提供了一種三維結構打印方法，其包括步驟：

A. 獲取打印對象的3D數據；

B. 根據所獲取的3D數據來提供打印對象的位相結構灰度圖形分布；以及

C. 基于所提供的位相結構灰度圖形分布，使用光學位相調制器件對入射光進行位相調制，以形成打印對象的三維結構光場分布并通過其與打印材料作用，從而打印出打印對象的三維結構。

在根據本發明的三維結構打印方法中，可選地，所述三維結構打印方法還包括在步驟C中：使所述光學位相調制器件與用于微縮的投影光學裝置相結合，用以打印出具有微結構的打印對象的三維結構，所述微結構的尺寸不大于0.5mm；或者

使所述光學位相調制器件與用于放大的投影光學裝置相結合，用以打印出具有大結構的打印對象的三維結構，所述大結構的尺寸不小于1m。

在根據本發明的三維結構打印方法中，可選地，在步驟B中是通過對所獲取的3D數據進行函數變換處理來提供所述位相結構灰度圖形分布，該函數變換包括迭代傅里葉變換；或者

通過對所獲取的3D數據進行分層處理，然后將已分層處理后的3D數據進行函數變換處理，以提供打印對象的位相結構灰度圖形分布圖像并將其進行疊加處理來提供所述位相結構灰度圖形分布，該函數變換包括迭代傅里葉變換。