用于立体光刻三维打印的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于立体光刻三维(3D)打印的设备和方法，包括：a)适于容纳可光聚合聚合物的容器，b)发射波长在360nm和1000nm之间的光束的至少一个激光发生器，c)用于将所述光束调制成作为光矩阵的至少两个光片的调制装置，以及d)用于照射容纳所述可光聚合聚合物的容器中的所述光片的装置；其中所述至少一个激光发生器被布置成使得所述至少两个光片在所述容器内交叉，导致可光聚合聚合物在所述光片的交叉处聚合。的交叉处聚合。的交叉处聚合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于立体光刻三维打印的设备和方法
[0001]描述
[0002]本公开涉及一种用于立体光刻(stereolithographic)三维(3D)打印的设备，以及使用所述设备进行打印的方法。
[0003]通常，光聚合打印机使用数字光处理(DLP)技术或立体光刻(SLA)技术。
[0004]DLP是一种众所周知的技术，其中光束投射到液态的光聚合物上，该光聚合物在聚合时硬化，从而实现聚合。尽管使用这种技术的打印具有良好的精度和速度，特别是用于聚合低分子量的聚合物，但是除了是相对昂贵的技术和低分辨率之外，它对于聚合高分子量的聚合物也存在问题。
[0005]SLA技术基于将激光投射到放置在容器中的光聚合物上，使得所述光聚合物硬化。在这种情况下，可以在沿着Z轴移动激光器为聚合物硬化提供接下来的位置的同时获得3D打印。该技术允许高分子量聚合物的聚合，并且与DLP系统相比具有更高的精度和打印分辨率，尽管其生产速度较低。
[0006]含有活细胞、抗体或蛋白质的聚合物的光聚合也是已知的，这些活细胞、抗体或蛋白质在聚合物的光聚合后保留在聚合物内。在这些情况下，SLA技术的低打印速度阻碍了嵌入细胞的正确堆叠和活性(viability)，进一步修改了其机械、生物化学和结构性质，而无法与任何组织中的等效细胞相似。
[0007]本专利技术人在广泛研究后，已经开发了一种克服上述缺点的用于立体光刻3D打印的设备。本专利技术的设备允许高速实现高分辨率打印，与立体光刻三维(3D)打印过程完全兼容。此外，本专利技术的设备满足生物打印机的需要，允许3D打印可能包含活细胞的光聚合物，在印模(impression)后获得高于99％的细胞存活率。此外，通过使用本专利技术的打印系统，细胞不会受到任何类型的应力，而在通常的3D打印过程中原本经常受到任何类型的应力，在这些通常的3D打印过程中，细胞和聚合物通过狭窄的喷嘴，产生不希望的应力，特别是剪切应力。本专利技术的设备允许获得与组织内任何细胞微环境具有相同异质架构和相同机械、生物化学和结构性质的含细胞结构，而不会由于长的打印周期而损害细胞存活率。也就是说，可以以这种打印速度获得完整功能的组织替代物(surrogate)。
[0008]本专利技术的一个目的是提供一种用于立体光刻3D打印的设备，与现有技术的设备相比，本专利技术的设备允许以高速和以更有效的方式聚合可光聚合聚合物(photopolymerizable polymer)。
[0009]更具体地，本专利技术涉及一种用于立体光刻三维(3D)打印的设备，包括：
[0010]a)适于容纳可光聚合聚合物的容器，
[0011]b)发射波长在360nm和1000nm之间的光束的至少一个激光发生器，
[0012]c)调制装置，其用于将所述光束调制成作为光矩阵的至少两个光片(light sheet)，以及
[0013]d)用于照射容纳所述可光聚合聚合物的容器中的所述光片的装置；
[0014]其中，所述至少一个激光发生器被布置成使得所述光片在所述容器内交叉，导致可光聚合聚合物在所述光片的交叉处聚合。
[0015]优选地，本专利技术的设备包括两个激光发生器。替代地，本专利技术的设备包括一个激光发生器。当在本专利技术的设备中仅使用一个激光发生器时，调制装置包括分光器以获得两个光束。
[0016]优选地，所述至少一个激光发生器被布置成使得所述至少两个光片在容纳所述可光聚合聚合物的所述容器内交叉，在两个光片之间形成大于45
°
的角度。更优选地，所述激光发生器被布置成使得所述至少两个光片在容纳所述可光聚合聚合物的所述容器内交叉，形成90
°
的角度。
[0017]优选地，本专利技术的设备包括发射波长在360nm和1000nm之间的光束的至少一个激光发生器，使得光活化剂的最大吸收峰尽可能接近激光发生器的波长。另外，通过生成接近1000nm的光束，允许设备使用成像技术，诸如双光子照明技术。
[0018]优选地，所述至少一个激光发生器能够生成可见光谱中的光束。更优选地，波长在360nm和450nm之间，甚至更优选地在395nm和415nm之间，最优选地是405nm。优选地，本专利技术的设备还包括用于控制光束发射到容器上的时间的装置。
[0019]优选地，设备包括用于将所述光束调制成光片的调制装置，所述光片是光的平面阵列或矩阵。更优选地，设备包括用于将所述光束调制成在它们之间共面的光片的调制装置。
[0020]优选地，本专利技术的设备包括用于旋转容器的装置。更优选地，旋转角度是0
°
和360
°
之间的角度。更优选地，旋转角度是0
°
和180
°
之间的角度。优选地，本专利技术的设备包括用于线性移动容器的装置。容器的这种旋转或移动允许设备基于断层反投影(tomographic back
‑
projections)执行体积生物打印或断层生物打印。
[0021]更优选地，本专利技术的设备包括用于通过容器的平移和旋转将容器定位到任何空间坐标的装置。
[0022]优选地，本专利技术的设备包括用于移动至少一个激光发生器的装置。
[0023]优选地，本专利技术的设备包括位于所述至少一个激光发生器下游的至少两个光学模块，所述光学模块包括扫描反射镜和扫描透镜。更优选地，所述扫描反射镜是检流计反射镜(galvanometric mirror)。更优选地，所述光学模块还包括管透镜和物镜。
[0024]优选地，调制装置包括至少一个图案生成系统。更优选地，图案生成系统位于激光发生器和扫描反射镜之间。甚至更优选地，图案发生器系统包括光掩模。所述光掩模允许将光束模块化，使得它落在可光聚合聚合物的容器内。更优选地，设备包括至少两个图案生成系统，所述图案生成系统中的每一个都适于调制每个光片。
[0025]优选地，本专利技术的装置包括声光调制器。更优选地，它包括声光偏转器(deflector)。
[0026]优选地，本专利技术的设备包括成像系统。更优选地，它包括图像捕获元件和物镜。甚至更优选地，图像捕获元件是CCD(电荷耦合器件)相机。优选地，设备包括两个所述成像系统，每个成像系统与所述光片对准。
[0027]在另一方面，本专利技术涉及一种使用如上所公开的设备进行立体光刻三维打印的方法，该方法包括以下步骤：
[0028]a)提供适于容纳可光聚合聚合物的容器，
[0029]b)通过至少一个激光发生器生成波长在360nm和1000nm之间的至少两个光束，
[0030]c)将所述光束调制成光片(其为平面光阵列)，
[0031]d)照射容纳所述可光聚合聚合物的所述容器内的所述光片，使得所述光片在所述容器内交叉，使得在所述光片的交叉处发生可光聚合聚合物的聚合。
[0032]替代地，所述方法还包括步骤e)在照射光片期间旋转和/或线性移动容纳可光聚合聚合物的容器。通过旋转和/或移动容器，该方法允许基于断层反投影执行体积生物打印或断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于立体光刻三维(3D)打印的设备，包括：a)容器，其适于容纳可光聚合聚合物，b)至少一个激光发生器，其发射波长在360nm和1000nm之间的光束，c)调制装置，其用于将所述光束调制成作为光矩阵的至少两个光片，以及d)用于照射容纳所述可光聚合聚合物的所述容器中的所述光片的装置；其中，所述至少一个激光发生器被布置成使得所述至少两个光片在所述容器内交叉，导致所述可光聚合聚合物在所述光片的交叉处聚合。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个激光发生器被布置成使得所述至少两个光片在容纳所述可光聚合聚合物的所述容器内交叉，在所述至少两个光片之间形成大于45
°
的角度。3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于旋转所述容器的装置、用于线性移动所述容器的装置以及用于通过所述容器的平移和旋转两者将所述容器定位到任何空间坐标的装置。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于移动所述至少一个激光发生器的装置。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括位于所述至少一个激光发生器下游的至少两个光学模块，所述光学模块包括扫描反射镜和扫描透镜。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述调制装置包括至少一个图案生成系统，所述图案生成系统包括光掩模。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括成像系统，所述成像系统包括图像捕...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃琳娜，
申请(专利权)人：约翰，
类型：发明
国别省市：