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1、10申请公布号CN104175559A43申请公布日20141203CN104175559A21申请号201410402880522申请日20140815B29C67/0020060171申请人中国科学院重庆绿色智能技术研究院地址400714重庆市北碚区方正大道266号72发明人段宣明曹洪忠徐佼曹良成刘基权74专利代理机构北京同恒源知识产权代理有限公司11275代理人赵荣之54发明名称基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统及方法57摘要本发明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。
2、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。51INTCL权利要求书2页说明书4页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图1页10申请公布号CN10417。
3、5559ACN104175559A1/2页21一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。
4、。2根据权利要求1所述的基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统，其特征在于还包括用于控制整个打印过程的计算机。3根据权利要求2所述的基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统，其特征在于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157NM1600NM。4根据权利要求2所述的基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统，其特征在于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。5根据权利要求4所述的基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统，其特征在于，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。6。
5、根据权利要求4所述的基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统，其特征在于，所述移动台的移动精度为01NM50M，行程范围为1NM200MM。7如权利要求1所述的基于纳米颗粒的液相激光三维打印方法，其特征在于，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。8一种基于纳米颗粒的液相激光三维打印方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1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。
6、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。9如权利要求8所述的基于纳米颗粒的液相激光三维打印方法，其特征在于，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。10如权利要求9所述的基于纳米颗粒的液相激光三维打印方法，其特征在于，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、铂纳米颗粒、钯纳米颗粒、铝纳米颗权利要求书CN104175。
7、559A2/2页3粒、铁纳米颗粒。权利要求书CN104175559A1/4页4基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统及方法技术领域0001本发明涉及3D打印技术领域，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背景技术0002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，。
8、目前这两种方法的加工分辨率仅能达到40M左右参见PREGENFUSS等，RAPIDPROTOTYPINGJOURNAL,2007,13,204212，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。发明内容0003有鉴于此，本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统及方法，实现高精度和高分辨率的三维打印。0004本发明的目的之一在于提出一种基于纳米颗粒。
9、的液相激光三维打印系统，且通过下述的技术方案实现0005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，0006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；0007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；0008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。0009。
10、进一步的，还包括用于控制整个打印过程的计算机。0010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157NM1600NM。0011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。0012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说明书CN104175559A2/4页5描的扫描振镜。0013进一步的，所述移动台的移动精度为01NM50M，行程范围为1NM200MM。0014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。
11、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。0015本发明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0016该方法包括以下步骤00171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；00182将含有纳米颗粒的液体置入液体池内；00193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；00204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；00215将载物台降低一个单层结构的厚度，进行另一层。
12、结构的扫描，直至完成设计结构的打印；00226取出打印结构，清理结构表面的残留纳米颗粒。0023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。0024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、铂纳米颗粒、钯纳米颗粒、铝纳米颗粒、铁纳米颗粒。0025本发明的有益技术效果是00261本发明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；00272本发明的采用纳米颗粒，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。0028本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中。
13、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，或者可以从本发明的实践中得到教导。附图说明0029为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中0030图1为本发明基于纳米颗粒的液相激光三维打印系统的示意图；0031图2为本发明基于纳米颗粒的液相激光三维打印方法的流程图；0032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。具体实施方式说明书CN104175559A3/4页60033以下是本发明优选实施例的详细描述，应当理解，优选实施例。
14、仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。0034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。
15、，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。0035激光光源2用于产生波长范围为157NM1600NM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。
16、台的移动精度为01NM50M，行程范围为1NM200MM。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。0036图2示出了本发明的基于纳米颗粒的液相激光三维打印方法的流程图。0037首先，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。0038将含有待打印纳米颗粒的液体置入液体池内。0039所述纳米颗粒包括金属纳米颗粒、介质纳米颗粒及两者的复合物。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。所述的金属纳米颗粒进一步包括金纳米颗粒、银纳米颗粒、铜纳米颗粒、铂纳米颗粒、钯纳米颗粒、铝纳米颗粒、铁纳米颗粒。0040调节移动台，将置于载物台的承载。
17、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。0041所述的移动台的移动精度为01NM50M，行程范围为1NM200MM。0042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。0043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。0044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。0045取出打印结构，清理结构表面的残留纳米颗粒。0046实施例10047以下结合图1和图2，以金结构的基于纳米。
18、颗粒的液相激光三维打印系统及方法为例对本发明进行详细的说明。选用的金纳米颗粒的粒径为5NM。说明书CN104175559A4/4页70048首先，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。0049将含有待打印金纳米颗粒的液体置入液体池1内。0050调节移动台9，将置于载物台8的承载基片7的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。0051选用532NM的绿光激光作为激光光源2，激光功率为20100MW。利用激光光镊作用使得溶液中的金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。0052将载物台8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。0053取出打印结构，清理结构表面的残留纳米颗粒。0054最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。说明书CN104175559A1/1页8图1图2说明书附图CN104175559A。