[发明专利]三维结构打印方法以及系统

说明书

本发明涉及三维结构打印方法以及系统。所述三维结构打印方法包括步骤：获取打印对象的3D数据；根据所获取的3D数据来提供打印对象的位相结构灰度图形分布；基于所提供的位相结构灰度图形分布，使用光学位相调制器件对入射光进行位相调制，以形成打印对象的三维结构光场分布并通过其与打印材料作用，从而打印出打印对象的三维结构。本发明能够同时兼顾到打印精度、打印尺寸、打印效率及光能利用率等诸多方面。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种三维结构打印方法以及系统。

背景技术

3D 打印技术作为前瞻性、战略性技术，其在航空航天、生物医疗、武器装备、汽车、模具等诸多领域都有重要应用。例如，在生物医疗领域，3D 打印技术为生物芯片、生化器件提供了灵活制备的新方法，亦为生物材料、人工器官领域提供了新的研究手段和平台，实现了复杂3D 载体支架制作。然而，现有的3D 打印技术在例如打印精度、打印幅面、打印效率等方面仍存在着一些不足之处，使其难以满足应用需求。

例如，就生物应用领域来讲，3D 打印技术仍未能有效解决打印精度和打印尺寸不能兼顾的问题。一方面，基于双光子或激光直写的光固化立体造型技术可实现小到0.1 微米的复杂结构打印，然而受限于打印尺寸（小于几百微米）而不适合生物芯片制作；另一方面，基于投影式的光固化立体造型技术受限于打印精度（大于30 微米）而难以满足生物芯片中微小结构的制作要求。而且，采用现有的3D 打印技术所打印出的生物芯片的表面粗糙度较大（~±2.5 微米），这给生物检测带来不便。

此外，如果采用现有的数字微反射镜（DMD）投影技术来进行3D打印，一般都使用一次性投影技术，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，如果采用振镜技术，其聚焦光斑较大，不适合用于精密的3D打印；对于双光子3D打印，虽然分辨率高，但是效率极低，只能制作微小的样品。另外，在现有的3D打印技术中，振镜、双光子方式都属于单点串行方式，存在着效率低下的问题；DMD投影、面曝光方式虽然属于并行方式，但是进行多层处理是也是串行叠加，在效率方面也存在着局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种三维结构打印方法以及系统，从而有效地解决了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题。

首先，根据本发明的第一方面，其提供了一种三维结构打印方法，其包括步骤：

A. 获取打印对象的3D数据；

B. 根据所获取的3D数据来提供打印对象的位相结构灰度图形分布；以及

C. 基于所提供的位相结构灰度图形分布，使用光学位相调制器件对入射光进行位相调制，以形成打印对象的三维结构光场分布并通过其与打印材料作用，从而打印出打印对象的三维结构。

在根据本发明的三维结构打印方法中，可选地，所述三维结构打印方法还包括在步骤C中：使所述光学位相调制器件与用于微缩的投影光学装置相结合，用以打印出具有微结构的打印对象的三维结构，所述微结构的尺寸不大于0.5mm；或者

使所述光学位相调制器件与用于放大的投影光学装置相结合，用以打印出具有大结构的打印对象的三维结构，所述大结构的尺寸不小于1m。

在根据本发明的三维结构打印方法中，可选地，在步骤B中是通过对所获取的3D数据进行函数变换处理来提供所述位相结构灰度图形分布，该函数变换包括迭代傅里叶变换；或者

通过对所获取的3D数据进行分层处理，然后将已分层处理后的3D数据进行函数变换处理，以提供打印对象的位相结构灰度图形分布图像并将其进行叠加处理来提供所述位相结构灰度图形分布，该函数变换包括迭代傅里叶变换。