[发明专利]基于脉冲激光驱动的微滴三维打印系统及方法

权利要求书

1.一种基于脉冲激光驱动的微滴三维打印系统，其特征在于，包括：光束子系统、支撑介质(7)、分块薄膜阵列(8)、微滴阵列(9)和接收基底(10)；

通过光束子系统将脉冲激光(6)辐照到所述支撑介质(7)表面上的所述分块薄膜阵列(8)上，所述脉冲激光(6)驱动熔化或者未熔化的分块薄膜阵列(8)飞离所述支撑介质(7)的表面，形成飞行的微滴阵列(9)沉积到所述接收基底(10)；

通过连续辐照所述分块薄膜阵列(8)，同时控制所述微滴阵列(9)沉积到所述接收基底(10)的落点位置并行打印出三维微结构。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲激光驱动的微滴三维打印系统，其特征在于，所述光束子系统能够产生脉冲激光，同时一次辐照多个不透明分块薄膜阵列(8)。

3.根据权利要求1所述的基于脉冲激光驱动的微滴三维打印系统，其特征在于，所述光束子系统包括脉冲激光器(1)、扩束器(2)和平顶光束整形器(3)，所述脉冲激光器(1)产生的高斯激光经过所述扩束器(2)和所述平顶光束整形器(3)后变成脉冲激光(6)。

4.根据权利要求1所述的基于脉冲激光驱动的微滴三维打印系统，其特征在于，所述光束子系统还包括扫描振镜(4)和不聚焦场镜(5)，所述脉冲激光(6)在扫描振镜(4)和不聚焦场镜(5)的作用下垂直辐照到任意位置的分块薄膜阵列(8)上。

5.根据权利要求1所述的基于脉冲激光驱动的微滴三维打印系统，其特征在于，还包括三维运动平台(11)和同轴CCD观测系统，通过所述同轴CCD观测系统与所述三维运动平台(11)控制所述接收基底(10)的运动，调控所述微滴阵列(9)沉积落点的位置。

6.一种基于脉冲激光驱动的微滴三维打印方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任一项所述的基于脉冲激光驱动的微滴三维打印系统进行微滴三维打印。

7.根据权利要求6所述的基于脉冲激光驱动的微滴三维打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：利用聚焦激光扫描切割制备分块薄膜阵列(8)；

步骤S2：通过脉冲激光(6)驱动分块薄膜阵列(8)飞离支撑介质(7)的表面，形成飞行的微滴阵列(9)沉积到接收基底(10)；

步骤S3：通过移动接收基底(10)确定先后沉积的微滴阵列(9)落点位置关系；

步骤S4：重复步骤S3，连续转印分块薄膜阵列(8)，并行打印出三维微结构。

8.根据权利要求7所述的基于脉冲激光驱动的微滴三维打印方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

步骤S11：将薄膜(17)设置在支撑介质(7)上，同时将不聚焦场镜(5)切换为聚焦场镜(15)；

步骤S12：脉冲激光(6)通过聚焦场镜(15)得到聚焦激光(16)，将聚焦激光(16)聚焦到支撑介质(7)表面上的薄膜(17)上；

步骤S13：通过光束子系统中的扫描振镜(4)控制聚焦激光(16)扫描切割薄膜(17)，在支撑介质(7)表面得到规则排布的分块薄膜阵列(8)；

步骤S14：切割完成后将聚焦场镜(15)切换为不聚焦场镜(5)。

9.根据权利要求7所述的基于脉冲激光驱动的微滴三维打印方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S31：首先，采用同轴CCD观测系统将分块薄膜阵列(8)与接收基底(10)的相对位置进行标定；

步骤S32：通过三维运动平台(11)的平面运动控制接收基底(10)运动至分块薄膜阵列(8)正下方，确定首个脉冲激光(6)转印产生的微滴阵列(9)的沉积落点位置；

步骤S33：将首个脉冲激光(6)转印沉积的微滴阵列(9)移动至下一个脉冲激光(6)要辐照的分块薄膜阵列(8)的正下方，根据打印三维微结构的几何特征微调分块薄膜阵列(8)与沉积的微滴阵列(9)的平面位置偏移量，调控先后两个脉冲激光(6)转印微滴阵列(9)沉积的落点位置。

10.根据权利要求7所述的基于脉冲激光驱动的微滴三维打印方法，其特征在于，

当脉冲激光(6)转印分块薄膜阵列(8)时，需先透过支撑介质(7)，分块薄膜阵列(8)位于支撑介质(7)的下表面；

当脉冲激光(6)切割支撑介质(7)表面的薄膜(17)制备分块薄膜阵列(8)时，不需先透过支撑介质(7)，薄膜(17)位于支撑介质(7)的上表面。