[發明專利]犧牲材料在微結構3D光固化打印中的應用

在審

• 申請號: 201811196663.X
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109483872A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 夏春光;黃立;趙卓;賀曉寧;方絢萊
• 申請（專利權）人: 無錫摩方精密科技有限公司
• 主分類號: B29C64/124
• 分類號: B29C64/124;B29C64/20;B29C64/214;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡玉

本發明提供犧牲材料在微結構3D光固化打印中的應用，包括如下幾個步驟：步驟A:多材料微立體光刻系統中的投影鏡頭將DLP上的圖像投影到膜和樹脂接觸面，樹脂單體發生光化學反應而交聯成固體；步驟B:系統設置有兩把并列的刮刀，走在前的刮刀刮除舊的樹脂，走在后的刮刀向后涂抹樹脂；步驟C：系統換液涂膜；步驟D：對不同材料重復以上步驟，逐層完成3D樣品的打印。本發明的有益效果是：利用多材料打印系統提供了如何在微尺度打印懸掛和活動部件，從而實現了微尺度的全3D打印。同時也提出了一種可供3D打印中用做犧牲機構的光敏樹脂的配方，在此基礎上還優化了犧牲樹脂在支撐結構中的應用。

技術領域

本發明涉及一種3D打印領域，尤其涉及一種犧牲材料在微結構3D光固化打印中的應用。

背景技術

隨著3D 打印技術的發展，其應用范圍也在不斷的擴大，從結構工程，材料工程，到生物和醫療工程;從宏光尺度（厘米量級以上）到微觀尺度（毫米以下）。但傳統3D打印的技術的缺陷也開始呈現，比如多材料，高精度（小于50微米），懸掛結構和活動結構等。在宏光尺度，為了打印懸掛結構和活動結構，現有的辦法是同時打印支撐結構，后期再人工機械去除支撐結構。這些支撐結構往往是一些細小柱狀群。對于微觀尺度，人工機械去除支撐結構已經變為不現實，甚至不可能，因為在微觀結構中，機械去除過程中首先對工具的要求極其苛刻和昂貴，其次是極易損壞需要的結構。為此，Cabrera 最早在1998年提出在投影微立體光刻中用犧牲層材料制作懸掛結構，但是前期的工作由于光刻技術的限制，都是通過手工低效的切換樹脂來實現，制作一些扁平的結構；后來雖然在2009年夏春光和方絢來提出在投影立體光刻技術中采用低灰度曝光同一種樹脂來實現犧牲結構的制作，但這種方法對于不同的樹脂會有不同的效果，對不同的樹脂甚至要求不同的腐蝕溶液。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明提供一種犧牲材料在微結構3D光固化打印中的應用。

具體來說，本發明提供一種多材料微立體光刻系統，包括依次設置的光機、膜、刮刀結構、樹脂投遞、成型容器和控制計算機；所述光機包括微顯示芯片，所述微顯示芯片采用反射液晶屏LCOS 或者DLP。

光機里最重要的部件是微顯示芯片，它可以是反射液晶屏LCOS 或者是德州儀器的數字光解調器（DLP）, LCOS 被認為比傳統的透射液晶屏有更好的圖像的亮度和對比度.它的每個像素會根據施加的電壓調節反射光的偏振態。因此在光路中加入一塊偏正片就可讓相應的偏正像素的反射光通過從而形成圖像。德州儀器在1987年發明了DLP技術，跟液晶屏改變反射光的偏振態的原理不同, DLP每個像素是一個微小的反光鏡。它通過偏轉微鏡面來控制反射光的去向。每個鏡片可偏轉±10o. 亮的像素就是反射光進入了鏡頭，相反的就是暗的像素。圖像的灰度則是由鏡片偏轉的頻率來控制。DLP芯片比液晶芯片具有更好的紫外線相容性和更高的對比度. 在這項發明中我們使用DLP 芯片的解析度是1920X1080，每個 微鏡片尺寸是7.6 um X 7.6 um. 光源波長是405納米.光學部分包括光機的光學部件，一個分光鏡和打印面監測用的攝像頭。一個投影鏡頭將DLP上的圖像投影到膜和樹脂接觸面，在那里樹脂單體發生光化學反應而交聯成固體。

本發明提供一種采用犧牲材料在微結構3D光固化打印中的打印方法，包括如下幾個步驟：

步驟A:材料微立體光刻系統中的投影鏡頭將DLP上的圖像投影到膜和樹脂接觸面，樹脂單體發生光化學反應而交聯成固體；

步驟B:系統設置有兩把并列的刮刀，走在前的刮刀刮除舊的樹脂，走在后的刮刀向后涂抹樹脂；

步驟C：系統換液涂膜；

步驟D：對不同材料重復以上步驟，逐層完成3D樣品的打印。

優選的，所述步驟C包括以下幾個步驟：

步驟C1：勻速移動刮刀到膜的一側，同時刮刀向運動的反方向吐出新樹脂，涂抹膜表面；