[發明專利]復雜結構的光學元件及其成型方法

在審

• 申請號: 202310630237.7
• 申請日: 2023-05-30
• 公開（公告）號: CN116423824A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 彭帥;劉禹;羅璇;朱璽霖
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B29C64/124
• 分類號: B29C64/124;B29C64/209;B29C64/245;B29C64/30;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 孫建

本發明涉及一種復雜結構的光學元件及其成型方法，復雜結構的光學元件主要包括元件基體上帶有凸塊的一種，以及多個元件基體之間通過連接桿相連的一種。這種復雜結構光學元件以常規機械手段成型，容易造成表面精度差的問題。本發明提供一種3D打印后增加流平后固化處理階段的成型方法，用于提高成品的表面精度。其中，3D打印控制整體的精度，后固化處理補償打印半成品表面所存在的細小精度缺陷，從而滿足高精度光學元件的生產要求。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，尤其是一種復雜結構的光學元件及其成型方法。

背景技術

復雜光學透鏡作為現代光學系統的重要組成部分，在實現高級成像、調整光線傳輸方向、控制光學畸變等方面具有至關重要的作用。其獨特的設計和材料選擇可使光束在經過透鏡時發生嚴格的折射和成像，從而實現對光線的精細控制。優秀的光學透鏡不僅可顯著提高圖像分辨率和質量，還能支持其他應用領域，例如半導體加工、激光切割和醫療診斷等。

光學透鏡的制造方法多采用機械加工，如車、磨、磨削等。這些工藝過程較為繁瑣，需要昂貴的設備和專業技能，而且一旦加工出現問題則比較難修復。此外，加工透鏡時還容易產生熱應力、機械損傷等問題，影響到制造精度和光學性能。

3D打印技術是一種革命性技術，已經廣泛應用于制造業、醫療領域以及建筑領域等方面。目前最廣泛的幾種增材制造方式有熔融沉積成型工藝(FDM)、立體光刻技術(SLA)、數字光處理(DLP)等技術。雖然以點和面為基本單元的方式可以實現復雜的形狀，但也存在一些缺點。其中，處理復雜模型時需要消耗大量的時間和計算資源，導致打印速度慢、成本高。此外，在打印過程中需要支撐材料使其保持穩定，但支撐結構往往難以去除，會留下瑕疵。另外，由于每個層面都需要進行光照射，因此每層之間的接縫處可能會產生微小的錯位，從而影響最終產品的整體堅固性。

發明內容

本申請人針對上述現有生產技術中的缺點，提供一種結構合理的復雜結構的光學元件及其成型方法，針對特殊形狀的光學元件，利用3D打印成型，以及打印后表面生成的樹脂膜，借助樹脂膜的流動性補償元件表面的細小缺陷。

本發明所采用的技術方案如下：

一種復雜結構的光學元件的成型方法，包括如下步驟：

進行目標原料的材料測試，以獲取其粘度、透明度以及折射率等屬性參數；

將功能性結構參數輸入Zemax進行優化設計，并導出相應的Solidworks三維模型；

利用濾波反投影算法將上述三維數字模型轉化為特定角度的二維圖集，并投射在動態旋轉的樹脂容器中，在目標空間進行能量積累；當能量大于凝固閾值時，所需目標樣品在高粘度漿料中成型，

對光固化成型后的三維模型進行后處理，處理步驟依次為：在弧面上涂覆未固化的樹脂，根據光學元件的形狀調整光學元件的相對位置，元件表面未固化樹脂流平后，再固化得到光學元件成品。

作為上述技術方案的進一步改進：

所述光學元件材料組成包括：

雙酚A甘油酯二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、樟腦醌和4-二甲氨基苯甲酸乙酯。

光學元件組分混合物的粘度大于3000cp。

三維數字模型經過濾波反投影算法處理后，得到在特定角度的投影序列。

投影的角度間隔設置為0.8°-1.2°。

投影過程中目標空間劑量S表示為：

S＝(M1+M2+…+M360)*N

式中，

M1，M2…M360分別為不同角度的投影能量，