[发明专利]双光子聚合3D打印机及打印方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种双光子聚合3D打印机及打印方法。

背景技术

3D打印是新兴加工制造技术，相对于传统的减材制造模式，以增材制造为基础的3D打印技术具有革命性的意义。但是，现在大多数的3D打印机均无法打印亚微米结构，对于常见的SLA和FDM技术，其打印工件尺寸均在毫米以上范围内。对于小于1mm的结构，常规的3D打印技术无法满足加工要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种双光子聚合3D打印机及打印方法，以满足微纳尺度打印。

本发明的技术方案如下：

一种双光子聚合3D打印机，其包括：

飞秒激光脉冲系统，具有：用于产生600-1000nm双光子激光的飞秒激光器，用于将所述双光子激光汇聚后输出的物镜，在所述飞秒激光器到所述物镜的光路上的光路开关和衰减片；

亚微米级精度运动平台，用于承载光敏树脂以及在运动控制系统的控制下移动光敏树脂；

CCD监控系统，通过分色镜与飞秒激光脉冲系统的光路连接；以及

控制电脑，分别与所述飞秒激光器、光路开关、运动控制系统和CCD监控系统连接。

在上述的双光子聚合3D打印机中，优选地，飞秒激光脉冲系统的光路上还具有反射镜和扩束镜，从飞秒激光器到物镜，所述光路开关、衰减片、扩束镜、反射镜、分色镜顺次设置。

在一些方案中，所述运动平台为三维运动平台，光敏树脂设置于该三维运动平台上的敞口容器内，所述物镜设置于三维运动平台上方。

在另一些方案中，所述运动平台为Z轴运动平台，所述物镜由二维激光振镜驱动能够在X/Y平面进行扫描。

一种双光子聚合3D打印机的打印方法，该打印方法采用的打印机包括：

飞秒激光脉冲系统，具有：用于产生600-1000nm双光子激光的飞秒激光器，用于将所述双光子激光汇聚后输出的物镜，在所述飞秒激光器到所述物镜的光路上的光路开关和衰减片；

亚微米级精度运动平台，用于承载光敏树脂以及在运动控制系统的控制下移动光敏树脂；

CCD监控系统，通过分色镜与飞秒激光脉冲系统的光路连接；以及

控制电脑，分别与所述飞秒激光器、光路开关、运动控制系统和CCD监控系统连接；

该打印方法包括：

通过CCD监控系统调节合适的打印起始位置；

将要打印的模型切片生成控制代码；

控制电脑执行所述控制代码，一方面控制运动平台或者运动平台和所述物镜按照预定的轨迹运动，另一方面控制光路开关，以在合适的位置曝光使相应位置的光敏树脂发生聚合而固化，从而实现双光子聚合打印；如此逐层打印；

在打印完毕之后，溶解掉未交联的光敏树脂。

在上述的双光子聚合3D打印机的打印方法中，优选地，飞秒激光脉冲系统的光路上还具有反射镜和扩束镜，从飞秒激光器到物镜，所述光路开关、衰减片、扩束镜、反射镜(转镜)、分色镜顺次设置；打印中，飞秒激光器产生双光子激光，经过光路开关、衰减片、扩束镜、反射镜和物镜将激光聚焦，来使光敏树脂交联。

在上述的双光子聚合3D打印机的打印方法中，优选地，所述运动平台为Z轴运动平台，物镜由二维激光振镜驱动能够在X/Y平面进行扫描；打印中，控制电脑执行所述控制代码，通过二维激光振镜驱动物镜在X/Y平面进行扫描，在当前层打印完后，通过Z轴运动平台带动光敏树脂向下运动，定位到另一层。

相对于普通的SLA 3D打印光聚合采用紫外波长的激光(250-400nm)，光子能量高，光经过的地方均发生聚合，本发明双光子聚合采用近红外波长(600-1000nm)的激光，近红外波长光子能量低，线性吸收及瑞利散射小，在介质中穿透性高，引发剂或光敏剂在光子强度高的焦点处才会产生双光子聚合，进而引发液态树脂发生聚合而固化。因此，双光子聚合3D打印机具有空间性。

由于采用了飞秒激光系统来进行光敏树脂的固化交联，其分辨率可以通过调节激光的能量、曝光量，三维运动平台的扫描速率来改变，精度可以达到＜100nm，即能够满足微纳尺度打印。

附图说明

图1为本发明的一些实施例双光子聚合3D打印机的组成示意图；

图2为普通SLA单光子聚合和双光子聚合的原理区别示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。