[发明专利]光全息复杂结构高速增材制造装置及方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种光全息复杂结构增材制造方法及装置。

背景技术

增材制造技术是一项基于逐层累加材料的方式进行实体制造的新型技术，不同于传统加工方式的减材制造和等材制造，增材制造技术极大减少了产品的加工工序和加工道具种类，在产品研发、个性化定制方面缩短了产品加工时间和制造周期，实现高速精密制造复杂零部件的个性化定制，同时实现近净成形，对推动产品创新、缩短研发周期具有重大意义。

立体光固化增材制造技术是采用特定波长的激光，使用液态光敏树脂作为主体材料，通过三维设计软件对所需成型件进行设计并切片处理设计扫描路径，激光照射液态光敏树脂并使照射点固化，并根据设定的扫描路径运动实现由点、线、面、体的固化成型，最终实现所需成型件的层层堆叠光固化三维成型。

数字光投影增材制造技术原理和立体光固化增材制造技术相似，均采用液态光敏树脂为主体材料并逐层固化成型，但不同于立体光固化增材制造技术的单点固化，数字光处理采用的是经切片处理的三维模型的许多帧图片并由数字投影仪照射到液态光敏树脂中，实现面的高速固化，并配合升降台实现所需成型件的三维成型。

立体光固化和数字光投影增材制造技术成型原理均为层层固化并堆叠成型，成型件的表面具有台阶效应，成型原理决定表面分层现象，成型质量较低，无法实现高速高精度光固化成型。

全息技术是可以将空间中的振幅、相位分布情况记录在全息图上并再现出来的一项技术。其步骤为先利用干涉原理记录物体表面光波的振幅和相位信息并制作相应的全息图，再通过衍射原理，用相同波长的激光照射全息图，激光通过全息图发生衍射再现原有三维物体图像，重现图像为三维立体实像，能够从各个角度观察三维立体实像，且光衍射后在实像处的能量明显高于周围的光波能量。

计算全息是建立在数字计算和现代全息光学的基础上的一项新型技术，通过计算机模拟光波干涉过程，并编码计算物体编码光波的振幅和相位信息，且噪声低，重复性高，甚至可记录现实不存在的物体的全息图，相对光学全息图具有明显优势。

空间光调制器能够通过计算机主动控制，调制光场的个别参量，例如调制通过光场的振幅，通过折射率调制相位，调制通过光波的传播方向，甚至可以实现非相干——相干光的转换，从而将一定的信息写入光波中，达到光波调制的目的。它可以方便地将信息加载通过的光场中，实现实时光学信息处理、光互连、光计算等目的。

空间光调制器结合计算全息技术，即可实现全息光学一样的记录、重现三维立体实像，相对于全息光学具有明显优点，具有抗干扰能力强、重复性高、可显现现实不存在的物理实像、可快速变化显示不同三维图形等优点。

发明内容

本发明提供一种光全息复杂结构高速增材制造方法和装置，目的在于克服当前光固化增材制造成型过程中的台阶效应，从原理上避免增材制造层层堆叠出现的分层现象，为复杂零部件的高速增材制造提供新方法，同时大大提高了成型速度和成型质量，实现复杂结构高速高效高质量增材制造。

本发明采取的技术方案是：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：