[实用新型]一种可切换打印模式的双光子3D打印机及打印系统

说明书

本实用新型公开一种可切换打印模式的双光子3D打印机及打印系统，包括水平单元和竖直单元；水平单元光路为激光照射分光片，一部分透射分光片后被功率计接收，一部分经分光片反射后可经过两种光路：一种光路是分光片反射光照明空间光调制器，生成打印图像，打印图像依次经过第一反射镜和第二反射镜，进入XY二维振镜；另一种光路是分光片反射光经反射镜反射至XY二维振镜；竖直单元光路为来自水平单元的激光由二向色镜反射进入物镜，通过物镜将其聚焦到固定在样品架上的样品上，进行双光子3D打印；照明光源发出的照明光照明样品，样品的打印图像透过二向色镜和成像透镜后在CMOS相机成像。该双光子3D打印机在一次打印过程中可自由切换打印模式。

技术领域

本实用新型涉及双光子3D打印技术，尤其涉及一种可切换打印模式的双光子3D打印机及打印系统。

背景技术

双光子3D打印，又称为飞秒激光诱导双光子聚合3D打印，是一种极具潜力的新型的激光直写3D打印技术，可以应用在许多高精尖领域，如：微纳光子学、微电子系统、微流控、生物医学以及微型器件等。

飞秒激光是一种脉冲激光，一般单脉冲持续时间在几十到几百飞秒量级；双光子聚合是一种光固化效应，某些材料分子在吸收两个相同或不同波长光子后会发生聚合效应，从液态转换为固态；激光直写是指控制激光焦点，在二维平面或三维空间内进行逐点扫描加工。

双光子3D打印是一种强大的微纳加工技术，可以实现100nm级甚至更精细的精密结构加工。一个典型的双光子打印系统由以下几个部分组成：

(1)一台飞秒激光器；

(2)一个扫描系统；

(3)光学聚焦器件；

(4)一个光强控制元件以及一个光开关；

(5)一台安装有控制软件的电脑。

激光束由飞秒激光器发出，经过光强控制元件和光开关，由光学聚焦器件紧聚焦到光刻胶内部，焦点处的光刻胶会发生双光子聚合效应从而由液态转变为固态，通过软件控制扫描系统使得激光焦点在光刻胶内部逐层扫描，实现3D打印。

目前商业化的双光子3D打印机大多基于逐点扫描原理，虽然逐点扫描可以获得更高的分辨率，但打印速度较慢，而基于面曝光原理可以很好解决速度的问题，但是精度相对较低。

现有双光子3D打印机只有一种打印模式，为逐点扫描打印模式或面曝光打印模式，在一次打印过程中很难切换两种打印模式。

实用新型内容

本实用新型提供了一种可切换打印模式的双光子3D打印机，该双光子3D打印机同时具有逐点扫描打印模块和面曝光打印模块，可通过切换两种打印模块来实现打印模式的切换。

具体技术方案如下：

一种可切换打印模式的双光子3D打印机，包括水平单元和竖直单元；

所述水平单元包括：光开关、分光片、打印模块、功率计、XY二维振镜；所述的打印模块包括面曝光打印模块和逐点扫描打印模块，所述面曝光打印模块包括空间光调制器、第一反射镜和第二反射镜，所述逐点扫描打印模块包括反射镜；通过切换两种打印模块可切换双光子3D打印机的打印模式；

其光路描述为：激光照射分光片，一部分透射分光片后被功率计接收，另一部分经分光片反射后可经过两种光路：打印模块为面曝光打印模块时的光路为分光片反射光照明空间光调制器，生成打印图像，打印图像依次经过第一反射镜和第二反射镜，进入XY二维振镜；打印模块为逐点扫描打印模块时的光路为分光片反射光经反射镜反射至XY二维振镜；所述光开关位于光路的任意位置；

所述竖直单元包括：二向色镜、物镜、XY轴电动平移台以及固定其上的样品架、照明光源、成像透镜、CMOS相机；