全息3D打印装置及全息3D打印方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及3D成型技术领域，公开了全息3D打印装置及全息3D打印方法。该装置包括低粘附槽和全息光源系统，其中，所述低粘附槽用于装载光固化树脂，所述全息光源系统用于发出全息图像投影并照射所述低粘附槽内的光固化树脂进行光固化，形成3D打印结构。采用本发明专利技术提供的全息3D打印装置和全息3D打印方法，通过利用面阵全息光源，可使打印材料一体成型，具有打印速度快，成型效果好，打印精度高的优点。

Holographic 3D Printing Device and Holographic 3D Printing Method

The invention relates to the technical field of 3D forming, and discloses a holographic 3D printing device and a holographic 3D printing method. The device comprises a low adhesion groove and a holographic light source system, in which the low adhesion groove is used for loading the light curing resin, and the holographic light source system is used for projecting the holographic image and illuminating the light curing resin in the low adhesion groove for light curing to form a 3D printing structure. By adopting the holographic 3D printing device and the holographic 3D printing method provided by the invention, the printing material can be formed in one by using the plane array holographic light source, which has the advantages of fast printing speed, good forming effect and high printing accuracy.

【技术实现步骤摘要】
全息3D打印装置及全息3D打印方法
本专利技术涉及3D成型
，具体涉及全息3D打印装置及全息3D打印方法。
技术介绍
3D打印又称为增材制造技术，是快速成型技术的一种，它以数字模型文件为基础，通过逐点或逐层打印的方式来构造三维物体。到目前为止，根据三维成型的原理，可以将3D打印技术分为熔融挤出快速成型、光固化立体成型、数字光处理、箔材叠层成型、喷墨3D打印、选择性激光烧结以及电子束熔化成型等。它们与传统制造业相比无需模具制造或机械加工，避免了传统减材制造工艺的材料与能源的浪费。但目前现存的3D打印技术为均采用逐层或逐点打印方式，并没有达到真正的以体为单位进行三维结构的制造，因此打印速度受到了极大的限制。同时，通过逐点和逐面的成型方式打印悬空结构时，由于打印点或面先后顺序的原因，必须要加入支撑结构，在打印完成后去除支撑结构时，往往需要物理冲洗和打磨等工艺，导致打印精度降低，尤其是打印高精度的结构。目前提出的全息3D打印技术，只能打印简单结构，并且成型效果和精度较差，对于实现真正的全息3D打印还有非常远的距离，使得其应用与推广受到了很大的局限。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的打印速度慢、打印悬空结构需要加入支撑结构、打印精度低的问题，提供全息3D打印装置及全息3D打印方法，采用本专利技术提供的全息3D打印装置和全息3D打印方法，通过利用面阵全息光源，可使打印材料一体成型，具有打印速度快，成型效果好，打印精度高的优点。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种全息3D打印装置，该装置包括低粘附槽和全息光源系统，其中，所述低粘附槽用于装载光固化树脂，所述全息光源系统用于发出全息图像投影并照射所述低粘附槽内的光固化树脂进行光固化，形成3D打印结构。优选地，所述全息光源系统包括面阵光源、分束器、第一扩束器、反射镜和第二扩束器，其中，所述面阵光源用于发射光束；所述分束器用于接收所述面阵光源发出的光束，并将所述光束分为第一光束和第二光束；所述第一扩束器用于接收所述第一光束，并将所述第一光束转化为平行柱面光波并照射至所述低粘附槽内的光固化树脂；所述反射镜用于反射所述第二光束至第二扩束器；所述第二扩束器用于将所述第二光束转化为平行柱面光波并照射至所述低粘附槽内的光固化树脂；其中，第一光束转与第二光束在所述低粘附槽内互相干涉并形成全息图像投影。优选地，所述低粘附槽的透光率不低于90％。优选地，所述低粘附槽包括低粘附层，且所述低粘附层的材质包括硅橡胶和表面活性剂。本专利技术第二方面提供了一种上述的装置进行全息3D打印方法，该方法包括以下步骤：(a)将光固化树脂装载于低粘附槽内，其中，光固化树脂与低粘附槽的粘附力小于10kPa；(b)将目标三维模型转化为面阵光源可识别的图层信息，并输出至光源控制软件，控制面阵光源发射光束；(c)将所述光束通过分束器分为第一光束和第二光束，第一光束通过第一扩束器转化为平行柱面光波并照射所述低粘附槽内的光固化树脂，第二光束通过反射镜反射至第二扩束器，并转化为平行柱面光波照射所述低粘附槽内的光固化树脂，其中，所述第一光束与第二光束在所述低粘附槽内互相干涉并形成全息图像投影；(d)所述全息图像投影照射所述光固化树脂进行光固化，形成目标三维模型的3D打印结构。优选地，所述光固化树脂的光敏波长为200nm-900nm，优选为300-450nm，优选地，所述光固化树脂选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂、酚醛树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的预聚体、丙烯基树脂和乙烯基树脂中的一种或多种。优选地，所述光固化树脂可接受的光束光强为0-100mW/cm2，优选为3-20mW/cm2。本专利技术通过全息光源系统形成全息图像投影并照射至低粘附槽内的光固化树脂进行光固化，且光固化树脂与低粘附槽的粘附力小于10kPa，调节全息图像投影的光强与光固化树脂引发固化所需的光强一致时可以进行固化，从而实现了全息3D打印，打印材料一体成型。本专利技术的全息3D打印方法具有打印速度快，可以实现秒量级的打印速度，而且由于打印悬空结构时无需使用支撑结构，从而提高了打印精度，且成型效果好。附图说明图1是本专利技术的3D打印装置的结构示意图。附图标记说明1、可三维移动的微位移平台2、面阵光源3、分束器4、反射镜5、第一扩束器6、第二扩束器7、低粘附槽8、光固化树脂9、全息图像投影具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术第一方面提供了一种全息3D打印装置，该装置包括低粘附槽和全息光源系统，其中，所述低粘附槽用于装载光固化树脂，所述全息光源系统用于发出全息图像投影并照射所述低粘附槽内的光固化树脂进行光固化，形成3D打印结构。在本专利技术中，术语“面阵光源”是指至少一面投影式光源或由点光源组成的阵列，也称为全息光源。在本专利技术中，如图1所示，所述全息光源系统可以包括面阵光源2、分束器3、第一扩束器5、反射镜4和第二扩束器6，其中，所述面阵光源2用于发射光束；所述分束器3用于接收所述面阵光源发出的光束，并将所述光束分为第一光束和第二光束；所述第一扩束器5用于接收所述第一光束，并将所述第一光束转化为平行柱面光波并照射至所述低粘附槽内的光固化树脂；所述反射镜4用于反射所述第二光束至第二扩束器；所述第二扩束器6用于将所述第二光束转化为平行柱面光波并照射至所述低粘附槽内的光固化树脂；其中，第一光束转与第二光束在所述低粘附槽内互相干涉并形成全息图像投影9。在本专利技术中，如图1所示，所述全息光源系统还可以包括可三维移动的微位移平台1，所述可三维移动的微位移平台1与面阵光源2连接，用于调节面阵光源2的位置。在本专利技术中，所述全息光源系统还可以包括与所述面阵光源2和微位移平台1电连接的计算机，用于将目标三维模型转化为所述面阵光源可识别的图层信息，并输出至光源控制软件，控制所述面阵光源发射光束。在本专利技术中，所述面阵光源发射的光束波长可以为200nm-900nm，优选为300-450nm；光束光强可以为0-100mW/cm2，优选为3-20mW/cm2。优选地，所述面阵光源选自激光发光二极管、量子点发光二极管、无机发光二极管和有机发光二极管中的一种或多种。发光二极管是可一种电能转化成光能的器件。其中，术语“激光发光二极管”是指使用可实现受激辐射发光的激光活性物质的发光二极管。术语“量子点发光二极管”是指添加量子点为活性物质的发光二极管。术语“无机发光二极管”是指使用无机材料为活性物质的发光二极管。术语“有机发光二极管”是指使用有机材料为活性物质的发光二极管。在本专利技术中，所述面阵光源可以为平面投影光源、曲面投影光源、单色光光源、多色光光源和点阵面光源中的一种或多种。其中，术语“平面投影光源”是指投影面为平面的投影光源。术语“曲面投影光源”是指投影面为曲面的投影光源。术语“单色光光源”是指只能发射固定单个波长的光的光源。术语“多色光光源”是指可以发射多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全息3D打印装置，其特征在于，该装置包括低粘附槽和全息光源系统，其中，所述低粘附槽用于装载光固化树脂，所述全息光源系统用于发出全息图像投影并照射所述低粘附槽内的光固化树脂进行光固化，形成3D打印结构。

【技术特征摘要】
1.一种全息3D打印装置，其特征在于，该装置包括低粘附槽和全息光源系统，其中，所述低粘附槽用于装载光固化树脂，所述全息光源系统用于发出全息图像投影并照射所述低粘附槽内的光固化树脂进行光固化，形成3D打印结构。2.根据权利要求1所述的全息3D打印装置，其中，所述全息光源系统包括面阵光源、分束器、第一扩束器、反射镜和第二扩束器，其中，所述面阵光源用于发射光束；所述分束器用于接收所述面阵光源发出的光束，并将所述光束分为第一光束和第二光束；所述第一扩束器用于接收所述第一光束，并将所述第一光束转化为平行柱面光波并照射至所述低粘附槽内的光固化树脂；所述反射镜用于反射所述第二光束至第二扩束器；所述第二扩束器用于将所述第二光束转化为平行柱面光波并照射至所述低粘附槽内的光固化树脂；其中，第一光束转与第二光束在所述低粘附槽内互相干涉并形成全息图像投影。3.根据权利要求2所述的全息3D打印装置，其中，所述全息光源系统还包括可三维移动的微位移平台，所述可三维移动的微位移平台与面阵光源连接，用于调节面阵光源的位置。4.根据权利要求2或3所述的全息3D打印装置，其中，所述全息光源系统还包括与所述面阵光源和微位移平台电连接的计算机，用于将目标三维模型转化为所述面阵光源可识别的图层信息，并输出至光源控制软件，控制所述面阵光源发射光束。5.根据权利要求2或3所述的全息3D打印装置，其中，所述面阵光源发射的光束波长为200nm-900nm，优选为300-450nm；光束光强为0-100mW/cm2，优选为3-20mW/cm2；优选地，所述面阵光源选自激光发光二极管、量子点发光二极管、无机发光二极管和有机发光二...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴磊，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11