[发明专利]增材制造系统

说明书

本发明提供了一种微纳光场调控与面投影立体光刻协同作用的增材制造系统。本发明将面投影立体光刻技术的大面积高速任意图形增材制造优势与激光干涉光场调控易实现纳米尺度结构的特点相结合，提出一种新型的微纳光场调控辅助面投影立体光刻的增材制造技术。该增材制造技术既避免了面投影立体光刻技术在增材制造微观体素精度方面的不足，又弥补了激光干涉微纳光场调控技术在任意图形增材制造方面的缺点，将突破宏观器件尺寸与微观体素精度互相矛盾的瓶颈。

技术领域

本发明涉及微纳结构加工技术领域，尤其涉及一种微纳光场调控与面投影立体光刻协同作用的增材制造系统。

背景技术

面投影立体光刻技术是一种利用紫外光固化光敏树脂形成三维立体图形的重要技术。该技术的发展已有二十多年，1997年Bertsch等基于扫描立体光刻技术的启示首次提出液晶显示器(LCD)作为动态掩模光固化3D打印技术，随后，基于空间光调制器和数字微反射镜(DMD)的面投影为立体光刻技术成为业界关注的重点。

在实现本发明的过程中，申请人发现传统面投影立体光刻技术无法同时实现微观尺度的打印。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明以期至少部分地解决以上技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

为了实现如上目的，本发明提供了一种增材制造系统，包括：三维位移平台；固化容器，固定于所述三维位移平台上，其内部形成用于容纳液态光敏材料的固化池；面投影设备，其发出面投影光投射至所述固化池内的液态光敏材料；微纳光场调控设备，其发出N束相干激光与所述面投影光汇聚，所述N束相干激光在汇聚点处发生干涉，产生干涉光，N≥2；其中，所述三维位移平台带动所述固化池移动，所述面投影光和干涉光共同作用，固化所述固化池内的液态光敏材料形成待加工工件主体，并在待加工工件主体上形成微米尺度或纳米尺度的凹凸条纹。

在本发明的一些实施例中，还包括：网格状导热体，固定于所述固化池内，呈环状绕设于所述待加工工件的外围，至少部分地浸没于所述液态光敏材料中。

在本发明的一些实施例中，所述网格状导热体呈平面状或圆筒状。

在本发明的一些实施例中，所述网格状导热体由铜线或银线编织而成；其中，所述铜线或银线的直径介于0.5mm至2mm之间，且经过黑化处理；所述网格状导热体的网格孔径介于5mm至8mm之间。

在本发明的一些实施例中，所述固化容器由铜、铝或铝合金材料制备，且固化池的侧壁做黑化处理。

在本发明的一些实施例中，对于所述N束相干激光：所述N束相干激光是由同一激光器发出的激光分束形成；所述N束相干激光入射所述液态光敏材料的入射角介于5°至50°之间；所述N束相干激光相对于第一平面对称，其中，所述第一平面为与所述待加工工件的加工面垂直的平面。

在本发明的一些实施例中，所述微纳光场调控设备包括：激光器，以及N个相干光路，用于将所述激光器发射的激光分束为N束相干激光；其中，所述N个相干光路中的每一个相干光路包括：光能量调节组件，用于对所在光路的激光进行相位和能量调节；光束规整组件，用于对所在光路的激光进行规整化处理。

在本发明的一些实施例中，所述光能量调节组件包括：波片和偏振元件；所述光束规整组件依次包括：第一平凸透镜、光学小孔、第二平凸透镜，其中，所述第一平凸透镜用于对激光进行聚焦；所述光学小孔设置于所述第一平凸透镜的焦平面处，用于过滤激光中的杂散光；所述第二平凸透镜用于实现过滤杂散光后激光的准直。

在本发明的一些实施例中，所述面投影光的功率介于1mW至30mW之间；波长介于405nm至455nm之间，光斑直径介于1mm至10mm之间；

所述激光器的功率介于10mW至100mW之间，波长介于355nm至455nm之间，光斑直径介于1mm至10mm之间。