[发明专利]一种基于柔性可变形微透镜阵列的立体制造方法

说明书

一种基于柔性可变形微透镜阵列的立体制造方法，首先将微观粒子置于纯水中搅拌均匀，再将光通过光纤及柔性可变形微透镜阵列施于微观粒子，在柔性可变形微透镜阵列出射端形成一光学势阱，实现对水溶液中微观粒子的操控；然后，对柔性可变形微透镜阵列施加外场作用力，改变其空间位姿和曲率半径，实现对不同平面微观粒子的操控；然后改变入射光功率，可以改变每次所能操控的水溶液中微观粒子的排布厚度，实现对立体制造中景深范围的控制；最后将水溶液中聚集的微观粒子进行固定成型，实现三维结构的制作；本发明具有工艺简单、可定时/域调节、大景深、高效率、可实现快速成型等优点。

技术领域

本发明属于光学与微纳制造技术领域，尤其涉及一种基于柔性可变形微透镜阵列的立体制造方法。

背景技术

传统的3D打印技术是采用分层制造的方法，只能进行面制造，无法实现瞬时快速立体成型，过程中的“台阶效应”也给产品的制造带来了较大的误差。同时，可供选择的3D打印材料有限，多为石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等材料，无法利用功能性材料打印出具有复杂结构的三维形状，使得打印出的产品在功能性与实用性方面有所欠缺，越来越无法适应科技发展对产品功能性方面的高要求。

随着可变焦透镜制造技术的发展，变焦镜头在生活中被逐渐广泛应用，比如在照相时拉近远处的景物、摄像时景物的切换，监控时细节的变化等等都离不开变焦镜头。柔性可变形微透镜阵列是变焦透镜的发展，它不仅完美地继承了变焦透镜的所有优点，还可以结合外场力的作用，对透镜形貌、焦距实现连续的、可控的改变。因其超光滑表面、良好的生物兼容性、大范围的连续变焦、可编程的实时/域操控特性，被认为是一种低成本、高效率、高分辨率的光学成像元件。柔性可变形微透镜阵列优异的可调控性能已经在现代生物、医学治疗、军事感知、航空航天等领域取得广泛应用，并展现出深远的应用前景。其可编程的定时/域操控特性更是受到国内外学者的广泛关注，发展十分迅速，是目前柔性可变形微透镜阵列研究的重点和热点。

目前市场上所能实现的立体效果只有有限的深度层次，并不能实现真正意义上的三维，将柔性可变形微透镜阵列与快速制造技术相结合，利用微透镜的成像技术及光对微观粒子的操控力便可实现可编程、大景深的快速立体成型制造。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种基于柔性可变形微透镜阵列的立体制造方法，具有制备工艺简单、成本低、可定时/域调节、大景深、大范围、高效率、可快速成型等优点。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于柔性可变形微透镜阵列的立体制造方法，包括以下步骤：

1)将微纳米尺度的微观粒子置于纯水中，搅拌使微观粒子均匀分布，得到含有微观粒子的水溶液；

2)将光通过光纤及柔性可变形微透镜阵列施于微观粒子，在柔性可变形微透镜阵列出射端形成一光学势阱，从而对水溶液中的微观粒子进行操控；

3)对柔性可变形微透镜阵列施加不均匀的外场作用力，改变柔性可变形微透镜阵列中每个透镜单元的曲面形貌，从而调整单个透镜单元的空间位姿和曲率半径，实现对水溶液中不同平面微观粒子的操控；

4)改变入射光的功率，相应地改变每次所能操控的水溶液中微观粒子的排布厚度，从而实现对立体制造过程中景深范围的控制；

5)将水溶液中聚集的微观粒子进行固定成型，实现三维结构的制作。

所述步骤1)中的微观粒子为PS小球、SiO₂小球、PP小球或PEEK小球。

所述步骤2)中柔性可变形微透镜阵列制备方法如下：利用模板诱导自组装技术将水基丙三醇溶液完全包裹在油基硅油溶液中，形成液体透镜；利用纳米压印模板将液体透镜封装在PDMS柔性薄膜中，形成柔性可变形微透镜阵列，并在PDMS柔性薄膜里放置电极。