[发明专利]基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种基于纳米颗粒的液相激光三维激光打印系统及方法

背景技术

朝向小型化、功能集成化发展是结构与器件发展的一个重要趋势。而结构与器件尺度的减小和功能的集成化都依赖于加工分辨率和精度的提高。常规的减才制造技术对于一些小型结构，特别是复杂的小型结构制造困难。与之相比，激光三维打印技术是一种灵活、简单、可设计的结构增材制造方法，可以实现任意三维结构的直接制造。选区激光烧结和选区激光熔化是目前发展的两种高精度激光三维打印方法。然而，目前这两种方法的加工分辨率仅能达到40μm左右(参见P.Regenfuss等，Rapid Prototyping Journal,2007,13,204-212)，而且加工结构表面粗糙，内部结合不够紧密，难于满足复杂小型三维结构的制造需求。由于小尺度的粉末的粘附性增加、流动性差、铺粉困难，这限制了更高分辨率、更高精度的激光三维打印技术的发展。因此，迫切需要发展新的激光三维打印技术实现更高分辨率、更高精度的复杂三维结构的制造。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统及方法，实现高精度和高分辨率的三维打印。

本发明的目的之一在于提出一种基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统，且通过下述的技术方案实现：

该系统包括激光打印组件、液体池、承载移动组件以及监测装置，

所述激光打印组件包括激光光源、传输控制单元和扫描聚焦单元，且三者依次排布；

扫描聚焦单元后方的激光光路上设置有透光窗和二向色镜，所述透光窗的下端位于液体池内，用于密封液体池内的液体并保证激光和监测光的透过；所述二向色镜位于透光窗上方，用于实现激光的全反射和监测光的全透过；

所述承载移动组件包括承载基片、载物台及移动台，所述承载基片用于承载三维打印结构，承载基片设置在载物台上，且承载基片和载物台均位于液体池内；所述移动台与载物台连接，用于调节载物台的位置。

进一步的，还包括用于控制整个打印过程的计算机。

进一步的，所述激光光源为系统提供连续激光和脉冲激光，且连续激光和脉冲激光的波长均为157nm-1600nm。

进一步的，所述传输控制单元包括用于控制激光通断的光闸，用于实现激光扩束的扩束镜，以及用于控制入射打印面的激光功率变化的衰减器。

进一步的，所述扫描聚焦单元包括用于激光聚焦的激光聚焦镜和用于实现激光扫描的扫描振镜。

进一步的，所述移动台的移动精度为0.1nm-50μm，行程范围为1nm-200mm。

进一步的，所述的承载基片为玻璃基片，石英基片，ITO玻璃基片，FTO玻璃基片，陶瓷基片，氧化物基片，半导体基片，以及涂覆或淀积有不同薄膜的基片。

本发明的目的之二在于提出一种基于纳米颗粒的液相激光三维打印方法，且通过下述的技术方案实现：

该方法包括以下步骤：

1)利用计算机作图软件建立待打印物体的几何模型，并对该模型进行切片、分层，规划扫描路径；

2)将含有纳米颗粒的液体置入液体池内；

3)调节移动台，将置于载物台的承载基片上表面调节至接近液体池内液体上表面的位置，并且处于聚焦后的激光焦平面上；

4)利用激光光镊作用使得溶液中的纳米颗粒向激光焦点移动并在光热作用下发生熔合，通过激光扫描形成单层结构；

5)将载物台降低一个单层结构的厚度，进行另一层结构的扫描，直至完成设计结构的打印；

6)取出打印结构，清理结构表面的残留纳米颗粒。

进一步的，所述纳米颗粒包括金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒及其复合物纳米颗粒。

进一步的，所述金属纳米颗粒包括金纳米颗粒、银纳米颗粒、铜纳米颗粒、铂纳米颗粒、钯纳米颗粒、铝纳米颗粒、铁纳米颗粒。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明是基于纳米颗粒的液相激光三维打印技术，能够获得高的打印分辨率和打印精度；

2.本发明的采用纳米颗粒，由于纳米颗粒熔点低，因此可以减小打印所用的激光功率，实现更高效率的打印。

本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明