[发明专利]光全息复杂结构高速增材制造装置及方法

摘要

本发明涉及一种光全息复杂结构高速增材制造装置及方法，属于增材制造领域。选用液态光敏树脂作为成型件主体材料，通过计算机设计所需成型件的几何构型，并对所需件的几何构型进行抽样、计算并传输至空间光调制器中，激光源发射脉冲激光经过空间滤波器、准直镜后平行射入空间光调制器中，对空间光调制器中的脉冲激光进行振幅和相位调制并射出至液态光敏树脂中，经调制后脉冲激光经过聚光镜在液态光敏树脂中相互干涉形成所需成型件的实像，激光干涉引起所成实像处激光振幅增大，引发该处液态光敏树脂聚合固化，实现所需成型件的高速增材制造。提高了成型速度，采用计算全息和空间光调制器，可实现任意复杂结构物体的再现与固化。

主权项

一种光全息复杂结构高速增材制造方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)、采用计算机设计所需成型件的结构并制作三维模型；(2)、对步骤(1)中所述三维模型进行抽样，总抽样点数为N：已知：三维模型在X‑Y‑Z三个方向的最大尺寸为x'、y'、z'，在X方向的抽样间距为x0，抽样点为个，在Y方向的抽样间距为y0，抽样点为个，在Z方向的抽样间距为z0，抽样点为个，总抽样点数(3)、根据点源集合法计算步骤(2)中所述的各抽样点干涉后在空间光调制器上的振幅相位分布并表示成振幅和相位的形式：空间光调制器的振幅相位分布H(xm,ym,0)：H(xm,ym,0)=Σn=1NAnrnexp[i(krn+φn)]=A(x,y,0)exp[iφm]]]>第n个抽样点(xn,yn,zn)距空间光调制器第m个像素点(xm,ym,0)的距离：rn=(xm-xn)2+(ym-yn)2+zn2]]>已知：三维模型的第n个抽样点坐标为(xn,yn,zn)，空间光调制器第m个像素点坐标为(xm,ym,0)，An为第n个点抽样点的振幅，A(x,y,0)为激光在空将光调制器上干涉后的幅值，φn为第n个抽样点的相位，φm为空将光调制器第m个像素点干涉后的相位即第m个像素点的调制相位，表示波数，λ为脉冲激光在液态光敏树脂中的波长；(4)、根据步骤(3)中所得的空间光调制器第m个像素点的调制相位φm对调制幅值Am进行计算：空间光调制器调制后的第m个像素点(xm,ym,0)的调制振幅和调制相位可表示为：H(xm,ym.0)＝Am exp(iφm)……(1)Am为空间光调制器第m个像素点的调制振幅，已知φm为空间光调制器调制后第m个像素点的调制相位；空间光调制器调制后激光干涉形成三维模型实像，三维模型实像第q个点(xq,yq,zq)的振幅相位分布：H(xq,yq,zq)=Σm=1MAmrqexp[i(krq+φm)]......(2)]]>三维模型实像上的第q个点距空间光调制器第m个像素点的距离：rq=(xq-xm)2+(yq-ym)2+zq2......(3)]]>已知：三维模型实像第q个点的坐标为(xq,yq,zq)，M为空间光调制器像素点的个数；三维模型实像第q个点(xq,yq,zq)的振幅相位分布H(xq,yq,zq)可表示为：H(xq,yq,zq)＝Aq exp(iφq)……(4)三维模型实像第q个点(xq,yq,zq)的能量E(xq,yq,zq)为：E(xq,yq,zq)=12μAq2=ΔE......(5)]]>已知液态光敏树脂固化的能量阈值为△E，Aq为三维模型实像第q个点的振幅，φq为三维模型实像第q个点的相位，μ为脉冲激光在液态光敏树脂中的磁导率；通过计算机联立公式(1)(2)(3)(4)(5)可得空间光调制器第m个像素点调制振幅Am；(5)、将步骤(4)中所述的空间光调制器第m个像素点的调制振幅Am、调制相位φm输入空间光调制器中；(6)、激光器产生脉冲激光，经空间滤波器和准直镜滤波、准直后形成所需入射脉冲激光并射入空间光调制器中；(7)、空间光调制器根据步骤(5)中所述的输入调制振幅Am和调制相位φm对步骤(6)中所述的入射脉冲激光进行幅值和相位调制，幅值调制成Am，相位调制成φm，并以透射脉冲激光的形式通过聚光镜射入液态光敏树脂中，脉冲激光干涉形成所需成型件实像；(8)、步骤(7)中所述的所需成型件实像处(xq,yq,zq)由于脉冲激光干涉明显，该处脉冲激光振幅和能量较大，大于液态光敏树脂固化所需能量阈值，引发该处液态光敏树脂聚合固化，其余部分激光能量小于液态光敏树脂固化所需能量阈值不发生固化，得到所需成型件的毛坯件；(9)对步骤(8)所得毛坯件进行清理和表面打磨得到最终成型件。