本发明专利技术涉及一种多光子打印装置及其使用方法，该装置用于三维结构的增材制造，或用于在存在检查介质的情况下检查这些结构和具有可比尺寸比的其他结构，为了制造和检查具有不同特性和/或材料成分的三维结构，根据本发明专利技术的装置的特征在于局部选择性材料输送装置(9)、局部选择性材料排出装置(11)和局部选择性聚焦发射或接收电磁辐射。性聚焦发射或接收电磁辐射。性聚焦发射或接收电磁辐射。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理或检查材料的装置以及装置的使用方法
[0001]本专利技术总体上涉及用于处理或检查材料的装置，以及可以用该装置实施的方法。本专利技术尤其涉及用于多光子打印的装置及其用途，用于三维结构的增材制造，或者用于在检查介质存在的情况下检查这种结构和具有可比尺寸比例的其他结构。
技术介绍
[0002]该装置包括材料输送、材料排出装置和光学单元。光学单元包括用于发射或接收电磁辐射的装置。光学单元还包括用于对准发射或接收的辐射的装置。
[0003]已知通过3D打印(例如，颗粒起始材料的激光烧结或多光子打印)来制造一体式复杂的3D结构。后者允许子结构在毫米到微米和亚微米范围内的分辨率。这种打印方法使用具有液体到糊状稠度的光交联打印材料，并将其放置在工作平面中，以便通过电磁辐射进行处理，并通过由此引发的多光子聚合进行固化。固化是在辐射源的电磁辐射焦点处逐点开始的，使得结构元件(三维结构的最小单元)在焦点处形成，现在也称为工作点。为了产生整个结构，焦点通过跟随移动路径逐步改变，通常但不一定是逐步的，因此结构是逐点构建的。
[0004]为了引发聚合，产生长波激光辐射，使得在入射处获得的辐射强度足以在各自的打印材料中产生聚合，这是由于吸收了两个或多个光子。
[0005]打印材料的输送、辐射发射的空间和时间控制以及执行该方法所需的进一步方法步骤和参数通过为此设计的控制单元来实现或提供。构建整个结构所需的焦点的移动路径通常由表示结构的CAD数据集(其存储在控制单元中)或控制指令跟踪。
[0006]为了使用多光子打印由不同的材料生成3D结构，迄今为止，有必要执行精细的顺序处理步骤。材料A已先打印。多余的材料随后被移除，并且已经打印的结构已经被材料B覆盖。在当前打印的结构已经被可视地定位在材料A中并且已经为材料B设置了打印过程之后，已经可以打印材料B。材料的改变已经要求从打印机中取出打印的物体，用特殊的化学品冲洗，重新安装在打印机中，并且材料B中的第二打印区域相对于已经打印在材料A中的部件以非常高的精度精确定位。这种材料变化所需的时间消耗阻碍了由多种材料组成并逐层变化的结构的有效制造。此外，有必要确保已经构建的结构能够完好无损地经受清洁。为此，结构必须是固有稳定的。通常情况下，结构在完工之前不够稳定。
[0007]除了适用于该方法的辐射源外，例如，对于在区域上进行照射(辐射)，一种可用于该方法的打印装置，其包括材料输送装置，该材料输送装置根据所需量和所需位置的照射程度提供必要的液体和糊状打印材料。此外，还形成保持将要制造的三维结构(包括可能需要的支撑材料)的保持装置。这通常是构建三维结构的平台。通过辐射源相对于平台的定位和通过照射输入的能量，可以连续生成三维结构的子结构。
[0008]关于该方法，例如参考专利DE 10 2011 012 412 A1。在其中描述的方法中，通过使用具有不同光敏性的两种材料来产生具有宏观和微观子结构的3D结构。在这种情况下，不同的材料分层使用。为了在结构内进行材料更换，在5分钟的乙醇浴中对结构进行清洗，
以去除先前使用的打印材料的残留物。
[0009]由于用这种技术可制造的结构尺寸非常小，可能在小于1微米的范围内，用于构建该结构的小的可用空间构成了特殊的挑战。这些挑战既存在于装置及其部件，也存在于结构的检查。为了达到所需的分辨率，使用了具有高放大率和高数值孔径的物镜。这些物镜的工作距离小于400μm至500μm。
技术实现思路
[0010]在上述现有技术的基础上，本专利技术的目的是提供一种多光子打印方法和可用于该方法的装置，利用该方法和装置，可以制造具有不同特性的3D结构和/或由多种不同的打印材料制造3D结构。这种结构上的变化在层间和层内都是可能的。
[0011]另外，还希望可变性包括打印材料的变化和同一材料特性的变化。
[0012]此外，还希望已知的支撑材料能够被更好地集成到打印过程中的支撑结构所替代，并且希望该方法期间的稳定性和几何精度得到改善。
[0013]3D结构也可在微米和亚微米范围内制造。
[0014]为了实现对可通过打印方法制造的结构元件的观察，还希望有一种可用的检查方法和可用于该方法的检查装置，该检查方法和检查装置以其可实现的结构尺寸辅助打印方法，同时可根据所使用的材料进行可变地定制。
[0015]该目的通过权利要求1的装置实现，该装置在如权利要求8所述的多光子打印方法和如权利要求14所述的检查方法中的使用。分别涉及前述权利要求的从属权利要求描述了主题的有利配置。
[0016]本专利技术的装置和可以与之执行的方法的基本概念将以如下方式描述：以部分的形式的打印材料或检查介质的定位选择性和单独的材料输送与定位选择性的材料排出和在打印的情况下的定位选择性照射相互作用。
[0017]在打印方法中，要输送和取出材料，其中至少一种是可光交联的材料，并通过逐点聚合进行定位选择性固化。
[0018]此外，由于原位材料变化，有可能连接不相容但彼此充分反应的材料。
[0019]材料输送优选按部分进行，并允许在工作点对该方法可用的材料部分进行非常广泛的变化。这尤其涉及改变它们的组成。在方法中完全替换材料和提供增材以设定材料性能或辅助该方法的辅助剂也是可能的。根据各个分配点所需材料的性质和范围，可以在三维结构或其层的所有分配点，或者仅在多个有意选择的分配点进行材料排出装置。
[0020]这可以单独逐点进行，因为旧材料，特别是从前面的打印或聚合步骤以及同样从前面的检查步骤进入当前分配点附近的旧材料，同样可以被取走并且可以添加新材料。由于定位选择性地需要少量的打印材料，因此可以在很短的时间内修改并在很短的等待时间后甚至完全更换打印材料。这尤其适用于要在微米和亚微米范围内打印的子结构，这需要相应的小部分用于结构元件。
[0021]以类似的方式，检查介质可以被有意地输送和排出，也可以逐点变化，即与结构元件、检查方法相关。因此可以实现最佳可能的分辨率并且可以同时保护光学器件和物体免受损坏或不期望的影响。检查介质的输送可以在不同的时间进行，例如在制造子结构之后，因此检查可以直接结合到打印过程中。根据使用的材料，在这种组合打印和检查方法中，相
同或单独的输送和排出可用于打印和检查的材料输送和材料提取。
[0022]此外，一种检查介质可以与第二种检查介质混合，混合比也随时间变化。此外，可以临时使用辅助材料，例如用于冲洗等，或者与检查介质一起使用。
[0023]检查介质的更换或修改可能仅在一个点发生，例如，如果该点的几何形状、尺寸和/或结构随时间变化。在这种情况下，可以逐步修改检查介质，以便根据结构的变化调整分辨率。如果以自动方式检测到结构的改变，例如当超过预定的锐度不足或通过模式识别的方式时，也有可能以自动方式执行修改，并在此基础上对检查介质的输送和排出进行控制。
[0024]此外，还可以以这样的方式将3D打印与微观结构的检查连接起来，即打印材料可以同时用作检查介质，可选地添加辅助介质。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过电磁辐射处理放置在装置工作点的材料或用于观察此类材料的装置，其包括以下部件：
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材料输送装置(9)，其具有至少一个材料出口(8)，所述材料出口配置用于将液体或糊状材料(12)的定位选择性、定量输送至工作点(6)，以便在基板上形成材料部分；
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材料排出装置(11)，其具有至少一个材料入口(10)，所述材料入口配置用于从工作点(6)定位选择性地排出液体和/或糊状材料(12)，
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其中，所述材料输送装置(9)连接至第一材料(12.1)的第一贮存器(13.1)，
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光学单元，其包括用于产生电磁辐射并将其发射到工作点的装置，以及用于将在其中对准和聚焦到工作点(6)的装置，和/或用于接收来自工作点(6)的电磁辐射的装置，以及用于在其中对准和聚焦的装置，用于发射辐射和接收辐射的对准和聚焦的装置在这里分别称为物镜。2.根据权利要求1所述的装置，其中物镜(3)配置为在距离工作点(6)一定距离处定位，使得物镜(3)朝向工作点(6)的辐射输出或辐射输入与材料部分(12)物理接触。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中材料输送装置包括第二材料出口，所述第二材料出口用于将第二液体或糊状材料(12)定位选择性、定量输送至工作点(6)以形成材料部分，并且其中材料输送装置(9)连接至第二材料的第二贮存器(13.2)。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中朝向工作点(6)的物镜(3)的下侧包括定位辅助装置，所述定位辅助装置用于将液体或糊状材料定位在物镜和基板之间。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中材料输送装置(9)和材料排出装置(11)包括微流控部件。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括以下进一步的部件：
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保持装置，其配置成相对于彼此保持基板(5)和物镜(3)；
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定位装置，其配置成相对于彼此定位物镜(3)、至少一个材料出口(8)、材料入口(10)和保持装置；
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控制单元(18)，其配置成控制光学单元(1)、材料输送装置(9)、材料排出装置(11)和定位装置，并且其与这些部件通信连接。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其用于三维结构(5)的增材制造，其中发射单元(1)配置为在连续辐射间隔过程中对光交联打印材料(12)进行定位选择性聚焦照射，所述方法包括以下步骤：
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提供至少一种光交联的第一打印材料(12)；
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在生成打印部分(15)的同时，通过材料输送装置(9)将至少一部分第一打印材料(12)定位选择性输送至工作点，工作点由辐射源(2)的焦点(6)确定，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：德累斯顿工业大学，
类型：发明
国别省市：
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