基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统及方法。该系统包括：激光光源，传输控制单元，扫描聚焦单元，监测装置，液体池，承载基片，载物台，移动台和计算机。该方法包括以下步骤：利用计算机作图软件建立几何模型，并对数据进行切片、分层，规划扫描路径；将含有待打印纳米颗粒的液体置入液体池内；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；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；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；取出打印结构，清理结构表面的残留纳米颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种。该系统包括：激光光源，传输控制单元，扫描聚焦单元，监测装置，液体池，承载基片，载物台，移动台和计算机。该方法包括以下步骤：利用计算机作图软件建立几何模型，并对数据进行切片、分层，规划扫描路径；将含有待打印纳米颗粒的液体置入液体池内；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；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；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；取出打印结构，清理结构表面的残留纳米颗粒。【专利说明】
本专利技术涉及3D打印
，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
技术介绍
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40 μ m左右(参见P.Regenfuss等，Rapid PrototypingJournal, 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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种，实现高精度和高分辨率的三维打印。 本专利技术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.lnm-50ym，行程范围为lnm-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。 本专利技术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: I)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、钼纳米颗粒、IE纳米颗粒、招纳米颗粒、铁纳米颗粒。 本专利技术的有益技术效果是: 1.本专利技术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.本专利技术的采用纳米颗粒，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。 本专利技术的其它优点、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，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。 【专利附图】【附图说明】 为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中: 图1为本专利技术基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统的示意图； 图2为本专利技术基于纳米颗粒的液相激光三维打印方法的流程图； 图中:1_液体池；2_激光光源；3_传输控制单元；4_扫描聚焦单元；5_ 二向色镜；6-透光窗；7_承载基片；8_载物台；9_移动台；10-监测装置。 【具体实施方式】 以下是本专利技术优选实施例的详细描述，应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。 图1为基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统的示意图，如图所示，该系统包括:用于承载含有纳米颗粒的液体的液体池1，激光光源2，传输控制单元3，扫描聚焦单元4;二向色镜5，透光窗6，承载基片7，载物台8，移动台9和监测装置10。激光光源、传输控制单元和聚扫描焦单元三者顺次排布，实现激光的产生、传输控制和扫描聚焦；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，所述透光窗下端位于液体池内，所述透光窗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。 激光光源2用于产生波长范围为157nm-1600nm的激光束，激光束分别为连续、脉冲或准连续激光。传输控制单元3包括光闸，扩束镜，和衰减器；用于控制激光光源2输出激光束的开启和关闭，扩束，入射打印面的激光功率变化。扫描聚焦单元4包括用于实现激光扫描的扫描振镜和用于激光束聚焦的激光聚焦镜。二向色镜5用于实现激光束的全反射和监测光的全透过。透光窗6用于密封液体并且保证激光束和监测光的透过。承载基片7用于承载制作的结构。载物台8用于承载和固定承载基片7。移动台9用于实现载物台8的升降，移动台的移动精度为0.lnm-50 μ m，行程范围为lnm-200mm。监测装置10包括照明光路和监测光路，用于实现打印过程中的实时监测分析。 图2示出了本专利技术的基于纳米颗粒的液相激光三维打印方法的流程图。 首先，利用计算机作图软件建本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统，包括激光打印组件、液体池、承载移动组件以及监测装置，其特征在于：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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段宣明，曹洪忠，徐佼，曹良成，刘基权，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;85