基于傅里叶变换的快速全息3D复印方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于傅里叶变换的快速全息3D复印方法及系统，系统包括记录部分、再现部分和数据处理部分，记录部分扫描并记录待扫描物体的轮廓信息，数据处理部分将记录部分中CCD记录到的信息经处理后输入到再现部分的SLM上；再现部分的激光经SLM调制后照射到光敏树脂槽中，通过光固化效应使材料固化成型，最终得到与被扫描物体外形相同的物体。本申请与采用逐层堆积成型的传统3D打印方式制造出来的零件相比，表面质量均一性好，不会存在零件力学性能分层现象。成型速度远大于传统逐层打印的速度，提高了制造效率，并且实现了用现有的零件模型快速制造出与其形状相同的零件，可满足三维实体的快速复印需求，为增材制造技术提供新的发展思路。提供新的发展思路。提供新的发展思路。

【技术实现步骤摘要】
基于傅里叶变换的快速全息3D复印方法及系统


[0001]本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种基于傅里叶变换的快速全息3D复印方法及系统。

技术介绍

[0002]3D打印又称增材制造技术，是一种区别于传统减材制造或等材制造的先进制造技术，它主要依靠材料不断的堆积来形成零件所需的外型。
[0003]目前现有的3D打印技术中，大量运用的是材料逐层堆积成型的方法。常见的有：FDM(熔融沉积式)、SLA(光固化)、SLS(选择性激光烧结)、DLP(数字光处理)等，这些技术普遍采用逐层成型、连续累积的方式，即在对待打印零件模型进行分层后，每层材料从点到线，再到面进行堆积，最后层层叠加形成三维实体。(DLP是直接从面到体的打印过程)。
[0004]采用上述的制造方式虽然可以实现任意结构模型的制造，但是存在一些缺点，其中包括：打印时间长，效率低；打印复杂结构时往往需要添加支撑，后处理中的去支撑工艺繁琐，耗时耗力；分层的制造过程易导致零件力学特性出现分层现象，降低零件结构强度，缩短使用寿命；零件表面质量较低。
[0005]在专利技术专利CN 109732910 B全息3D打印装置及全息3D打印方法中，利用面阵全息光源可使打印材料一体成型，但此方法仅适用于光源从单个方向照射来使得材料成型。而且模型数据来源于面阵全息光源，不能从原件上直接得到。
[0006]在专利技术专利CN 108501363 B一种基于全息投影的3D打印方法及系统中，通过相干光源照射预先制作具有待打印物体全息图的全息干板，利用形成的三维立体实像来实现光敏材料的一次性全方位立体式聚合。但是这种方法需要事先制作多个全息干板，并按照一定位置摆放，装置复杂、操作繁琐且全息干板无法重复利用。此外如果全息干板之间的位置出现偏差，还易出现打印重影、错位的状况，导致打印失败。
[0007]综上所述，在制造领域还未提出过复印制造的概念，无法用现有的零件模型精确便捷地制造出与其形状相同的零件。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于傅里叶变换的快速全息3D复印的方法，可以通过激光扫描记录原零件外轮廓的模型数据，经数据处理之后可以在液态的光敏树脂中利用全息成像原理产生光固化效应来快速成型出原零件被扫描处的外轮廓。原零件自身旋转过程中，外轮廓逐渐被扫描完全，降低制造的时间成本，提高零件的表面质量和零件力学特性的整体一致性，实现用现有的零件模型快速制造出与其形状相同的零件。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于傅里叶变换的快速全息3D复印系统，包括记录部分和再现部分，记录部分包括第一半导体激光器、第一扩束镜、第一半透半反镜、全反射镜、第二半透半反镜、第一傅里叶变换透镜、CCD相机以及第一旋转平台；
从第一半导体激光器发出的光进入第一扩束镜扩束，再经第一半透半反镜分为两路，第一光路中依次布置第一旋转平台、第一傅里叶变换透镜、第二半透半反镜和CCD相机，第二光路中依次布置全反射镜、第二半透半反镜和CCD相机；第一旋转平台用于放置待扫描物；
[0010]再现部分包括沿着光路设置的第二半导体激光器、第二扩束镜、空间光调制器、第二傅里叶变换透镜、第二旋转平台，第二旋转平台上设置装有光敏树脂的容器；
[0011]CCD相机和空间光调制器与计算机通过I/O接口连接。
[0012]第一旋转平台和第二旋转平台采用同一个转动驱动机构驱动或第一旋转平台和第二旋转平台分别采用一个转动驱动机构，两个转动驱动机构同步转动。
[0013]第一旋转平台和第二旋转平台的转动路径上设置有限位开关，所述限位开关连接驱动机构上位机的输入端。
[0014]第一光路、第二光路以及再现部分的光路中均设置有防干扰保护套。
[0015]记录部分和再现部分的外侧设置有防尘罩。
[0016]第一半导体激光器和第二半导体激光器采用同样的半导体激光器，第一傅里叶变换透镜和第二傅里叶变换透镜采用同样的傅里叶变换透镜，第一半透半反镜和第二半透半反镜采用同样的半透半反镜。
[0017]激光器的功率大于20mW，基模高斯光；空间光调制器采用振幅相位混合调制型，分辨率大于等于1024
×
768，对比度大于等于1000：1，显示速度大于等于60Hz，光谱范围大于等于400nm
‑
700nm。
[0018]本专利技术还提供一种基于所述快速全息3D复印系统的复印方法，激光由第一半导体激光器发出经第一扩束镜扩束后照射到第一半透半反镜上，光束经第一半透半反镜分成第一光束和第二光束；第一光束通过第一半透半反镜照射到放置在第一旋转平台上的待扫描物体表面，待扫描物体表面的反射光通过第一傅里叶变换透镜进行傅里叶变换后照射到CCD相机上；第二光束经第一半透半反镜反射、全反射镜反射、第二半透半反镜反射后，照射到CCD相机的接收表面，并在CCD相机上与第一光束互相干涉；CCD相机接收到两束光干涉产生的全部信息，经计算机处理后能将物体的轮廓信息加载到空间光调制器上；第一旋转平台绕其轴心自旋，带动放置于其上方的待扫描物体旋转，以扫描到待扫描物体的全部轮廓；激光由第二半导体激光器发出经第二扩束镜扩束后照射在空间光调制器上，第二傅里叶变换透镜做反变换后投射到放置在第二旋转平台上的装有光敏树脂的容器，并最终再现出记录部分所扫描到待扫描物体部分外轮廓的全息像；装有光敏树脂的容器中相应位置的光敏树脂经过激光照射后产生光固化效应固化成型，第二旋转平台随第一旋转平台同步旋转，随着平台旋转，待扫描物体的外轮廓逐渐被扫描完全，在装有光敏树脂的容器中将最终成型出已扫描物体的全部外轮廓，从而形成待扫描物体的3D打印结构。
[0019]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0020]本专利技术能够利用透镜的傅里叶变换性质，将物体放置于透镜前焦面处，在照明光源的共轭像面处就可以得到物体光波的傅里叶变换频谱，再引入参考光与之干涉，通过干涉条纹的振幅和相位调制，在干涉图样中就能够记录物体光波傅里叶变换光场的全部信息；本专利技术通过激光扫描记录原零件外轮廓的模型数据，经数据处理之后可以在液态的光敏树脂中利用全息成像原理产生光固化效应来快速成型出原零件被扫描处的外轮廓；原零件自身旋转过程中，外轮廓逐渐被扫描完全，最终成型出原零件全部外轮廓，降低制造的时
间成本和零件的表面质量，提高零件力学特性的整体一致性，实现用现有的零件模型快速制造出与其形状相同的零件。
[0021]本专利技术使用基于傅里叶变换频谱的全息图记录方式，与其他全息图记录方式相比，本专利技术所述方法有更高的信息密度，即可以在更小的范围内记录更多的物体信息；本专利技术使用CCD相机、计算机、空间光调制器完成全息图的记录，与传统方法相比，这种利用计算机技术的记录方式速度更快，也为技术人员预留了修改完善全息图的可能；本专利技术使用两个同步旋转台进行记录和再现，可以在更短的时间内完成整个“复印”过程。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于傅里叶变换的快速全息3D复印系统，其特征在于，包括记录部分(1)和再现部分(2)，记录部分(1)包括第一半导体激光器(11)、第一扩束镜(12)、第一半透半反镜(13)、全反射镜(14)、第二半透半反镜(15)、第一傅里叶变换透镜(16)、CCD相机(17)以及第一旋转平台(18)；从第一半导体激光器(11)发出的光进入第一扩束镜(12)扩束，再经第一半透半反镜(13)分为两路，第一光路中依次布置第一旋转平台(18)、第一傅里叶变换透镜(16)、第二半透半反镜(15)和CCD相机(17)，第二光路中依次布置全反射镜(14)、第二半透半反镜(15)和CCD相机(17)；第一旋转平台(18)用于放置待扫描物；再现部分(2)包括沿着光路设置的第二半导体激光器(21)、第二扩束镜(22)、空间光调制器(23)、第二傅里叶变换透镜(24)、第二旋转平台(25)，第二旋转平台(25)上设置装有光敏树脂的容器；CCD相机和空间光调制器(23)与计算机通过I/O接口连接。2.根据权利要求1所述的基于傅里叶变换的快速全息3D复印系统，其特征在于，第一旋转平台(18)和第二旋转平台(25)采用同一个转动驱动机构驱动或第一旋转平台(18)和第二旋转平台(25)分别采用一个转动驱动机构，两个转动驱动机构同步转动。3.根据权利要求1所述的基于傅里叶变换的快速全息3D复印系统，其特征在于，第一旋转平台(18)和第二旋转平台(25)的转动路径上设置有限位开关，所述限位开关连接驱动机构上位机的输入端。4.根据权利要求1所述的基于傅里叶变换的快速全息3D复印系统，其特征在于，第一光路、第二光路以及再现部分(2)的光路中均设置有防干扰保护套。5.根据权利要求1所述的基于傅里叶变换的快速全息3D复印系统，其特征在于，记录部分(1)和再现部分(2)的外侧设置有防尘罩。6.根据权利要求1所述的基于傅里叶变换的快速全息3D复印系统，其特征在于，第一半导体激光器(11)和第二半导体激光器(21)采用同样的半...

【专利技术属性】
技术研发人员：童童，王雅康，许海波，张沛，张俊武，高博，毛胜春，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：