專利名稱：聚合物對(duì)象光學(xué)制造工藝的制作方法
聚合物對(duì)象光學(xué)制造工藝技術(shù)領(lǐng)域這是一項(xiàng)有關(guān)《效型光固化的發(fā)明，特別是注重于非簡(jiǎn)并的雙光子方法形 成的微型光固化。
背景技術(shù)：
微型光固化使得源于塑料材料的微小且復(fù)雜的三維組件的制造業(yè)得以發(fā)展。單光聚合過(guò)程是形成一定濃度的光引發(fā)劑單體，從而引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)， 形成交聯(lián)和固化。這個(gè)過(guò)程是大多數(shù)商用微型光固化體系的基礎(chǔ)。雙光聚合是制造三維微米及亞微米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。 一束超高速紅外激光集 中照射在裝有光敏物質(zhì)的容器內(nèi)利用容量范圍內(nèi)的非線性吸收引發(fā)聚合過(guò) 程。將激光聚集于三維空間，移動(dòng)激光^f吏其通過(guò)樹(shù)脂，這樣一個(gè)三維結(jié)構(gòu)就 制造出來(lái)了 。雙光微型光固化使得三維結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程成為高復(fù)雜化的精細(xì) 加工。相關(guān)學(xué)者已經(jīng)闡明了試驗(yàn)中雙光微/納米光固化的過(guò)程，但是在雙光制造 過(guò)程中并沒(méi)有組合投影技術(shù)，而且沒(méi)有結(jié)合基于在焦平面上的交叉皮秒脈沖 圖像的非簡(jiǎn)并雙光光聚合過(guò)程?，F(xiàn)有的雙光光固化^^支術(shù)，通過(guò)雙光吸收過(guò)程， 使散裝的光敏聚合物內(nèi)的單一體繼續(xù)聚合，從而生成無(wú)限的，具有復(fù)雜幾何 形狀的三維體。然而，這些體系雖能及時(shí)的加工，^旦由于逐點(diǎn)的加工方法，使其在制造 容量上受到限制。而且，這些體系還需要超精確的翻譯或鏡像指導(dǎo)來(lái)產(chǎn)生在 微觀尺度下的高分辨率。近年來(lái)，雙光過(guò)程中逐步明確光敏引發(fā)劑的雙光吸 收截面的趨勢(shì)，也暗示了目前及至將來(lái)掃描鏡系統(tǒng)的掃描速度也將對(duì)雙光光 固化過(guò)程產(chǎn)生限制?；趩喂獾奈⑿凸夤袒夹g(shù)采用表面逐層的方法，最終限制了快速制造原型化合物以及小批量生產(chǎn)微型聚合物的過(guò)程。表面逐層遞進(jìn)的方法由于表 面張力及釋放層的問(wèn)題也限制了加工物體的幾何形狀，而且需要通過(guò)支持該 結(jié)構(gòu)的插入算法，通過(guò)廣泛的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字插入到三維模型中。所有這些因素都 限制了制造過(guò)程的發(fā)展，降低了微聚物的總生產(chǎn)量。同時(shí)，利用^f鼓型光固化技術(shù)能夠生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何構(gòu)型的原型物質(zhì)，但 是大規(guī)模生產(chǎn)還很難做到。理想的微型光固化裝置可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)一臺(tái)簡(jiǎn)單的 機(jī)器，能夠制造任何復(fù)雜的幾何體系，且不需要支撐結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速， 大量生產(chǎn)以及大規(guī)模定制。雙光吸收可以在兩種形式下發(fā)生簡(jiǎn)并和非簡(jiǎn)并。簡(jiǎn)并過(guò)程是指光在相 同波長(zhǎng)有吸收，而非簡(jiǎn)并過(guò)程是指光吸收的波長(zhǎng)不同。幾乎所有利用單聚焦光束對(duì)雙光聚合的研究都被簡(jiǎn)并現(xiàn)象所限制。非簡(jiǎn) 并，雙光聚合，用兩束不同波長(zhǎng)的激光，增加了申請(qǐng)費(fèi)用，需要具有更加復(fù) 雜配置的光學(xué)儀器以及雙激光脈沖同步。然而，非簡(jiǎn)并的配置顯示了獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它能夠有效的"t是高總產(chǎn)量，且 制造體系具有多功能性。非簡(jiǎn)并體系能夠更好的控制反應(yīng)量，因?yàn)榉磻?yīng)量只 是由適當(dāng)波長(zhǎng)處光束的疊加所決定的。在雙交叉光束簡(jiǎn)并配置中，簡(jiǎn)并雙光吸收速率在雙光束交叉處會(huì)增加， 但是，如果輸入樣本之后的光束依然緊直，或者在低數(shù)值光圈，如之前所期 望的光吸收依然會(huì)在光路上發(fā)生。這套裝置使在光的傳遞路徑上產(chǎn)生雙光吸 收(TPA)，并且在雙光束交叉處吸收會(huì)增加，因此能夠限制總輻射，使其 在預(yù)計(jì)的加工量?jī)?nèi)傳遞。這種情況也限制了可達(dá)成的光聚合反應(yīng)的速度，以 及特殊尺寸的分辨。對(duì)于雙光聚合，光束傳遞路徑上的光吸收是不利的影響， 這已經(jīng)通過(guò)調(diào)整在高數(shù)值孔徑中的焦距的方法避免。由于光束逼近焦點(diǎn)，發(fā) 生光吸收的可能性增加，從而降低了在簡(jiǎn)并配置中設(shè)計(jì)具有較高數(shù)值孔徑物 鏡的可能性。因此，這就需要一種雙光投影的^:型光固化方法，結(jié)合了非簡(jiǎn)并，雙光 方法投影微型的光固化，但是并沒(méi)有受到已知方法的限制。發(fā)明內(nèi)容整體考慮了這個(gè)領(lǐng)域后我們提出了這項(xiàng)發(fā)明，這不是那些明顯的普通技 術(shù)，在這個(gè)發(fā)明里所有確定的需要都將得到滿足。這項(xiàng)新的，非常有用的發(fā)明解決了長(zhǎng)期存在的，但迄今沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的在微 型光固化領(lǐng)域的改進(jìn)提高。新的雙光投影《殷型光固化過(guò)程，結(jié)合了非簡(jiǎn)并雙光方法投影微型光固化 的創(chuàng)新。更特別的是，非簡(jiǎn)并雙光吸收實(shí)現(xiàn)了單步，全數(shù)字，大量加工孩史型 聚合物或直接通過(guò)電腦設(shè)計(jì)的模型文件大量生產(chǎn)幾乎任何三維幾何構(gòu)型的聚 合物衍生陶資結(jié)構(gòu)。這種單步加工過(guò)程由于它的簡(jiǎn)便性被稱作聚合物主體光學(xué)加工過(guò)程(POOF),這個(gè)縮寫(xiě)也說(shuō)明了這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)具有任何不受 限制的幾何構(gòu)型包括具有幾乎任意理想的寬高比例的三維」微型聚合物結(jié)構(gòu)的 極快速的微細(xì)加工。聚合物主體光學(xué)加工過(guò)程，通過(guò)基于投影技術(shù)的非筒并雙光引發(fā)的光聚 合(TPIP)方法改進(jìn)了已知的光固化過(guò)程。把空間光調(diào)制器例如德州儀器的 數(shù)字光處理器的投影技術(shù)應(yīng)用到雙光加工過(guò)程形成一種高度并行的光固化方 法。這種方法充分降低了或完全去除了對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的依賴性，使產(chǎn)物能夠具 有任意復(fù)雜的幾何構(gòu)型(有限范圍內(nèi)的可分辨特征最小尺寸)，并且提供了光 學(xué)的機(jī)械裝置，使得通過(guò)簡(jiǎn)單儀器，單步完成快速加工，高產(chǎn)量大量生產(chǎn)， 大規(guī)4莫定制微型聚合物或聚合物衍生陶瓷結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)實(shí)。這個(gè)過(guò)程需要配合具有高雙光吸收橫截面的光引發(fā)劑使用，同時(shí)與各種 丙烯酸酯，乙烯基醚，環(huán)氧樹(shù)脂，可生物降解水凝膠，人造橡膠或聚合物衍 生陶瓷配合使用，來(lái)為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)產(chǎn)生復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，并且為 工業(yè)上廣泛應(yīng)用的微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)整合復(fù)雜的三維光學(xué)電路。聚 合物主體光學(xué)加工技術(shù)將成為基于聚合物及其衍生陶瓷的微機(jī)電系統(tǒng)和微光 機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)的積分工具，同時(shí)改進(jìn)包裝制造的現(xiàn)有和新出現(xiàn)的微機(jī)電 和樣t光機(jī)電設(shè)備。聚合物主體光學(xué)加工技術(shù)的加工能力實(shí)現(xiàn)了加工的多功能性以及現(xiàn)有技 術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的微型幾何體的大規(guī)模生產(chǎn)。附圖i兌明

圖1是第一臺(tái)具體裝置的正面圖解；圖2是圖1中結(jié)構(gòu)的端視圖解；圖3是圖1結(jié)構(gòu)的頂視平面圖解；圖4是第二臺(tái)具體裝置的端視圖解；圖5是第二臺(tái)具體裝置的正面圖解；圖6是第三臺(tái)具體裝置的正面圖解；以及圖7是第三臺(tái)具體裝置的頂視平面圖解。
具體實(shí)施方式
這項(xiàng)發(fā)明通過(guò)非簡(jiǎn)并雙光吸收技術(shù)提出了凝固，去凝固以及光敏材料折 射指數(shù)修改的方法，從而提出了直接由計(jì)算機(jī)模型快速制造加工三維微型結(jié) 構(gòu)的方法。這項(xiàng)新方法的步驟包括把一種能夠通過(guò)非簡(jiǎn)并雙光吸收選擇性實(shí)現(xiàn)凝固化，去凝固化或折射指 數(shù)修改的物質(zhì)放置到一個(gè)容器中，這個(gè)容器至少要有一個(gè)光學(xué)透明的窗口， 使得容器內(nèi)的物質(zhì)可以無(wú)障礙的被激光照射。或者選擇一個(gè)由光學(xué)透明材料 制成的容器；提供各種可控像素要素；選擇兩種分別具有能引發(fā)非簡(jiǎn)并雙光聚合反應(yīng)的同步脈沖激光光源；提供光學(xué)投影系統(tǒng)，發(fā)射飛秒激光脈沖光的影象；發(fā)射飛秒激光脈沖到各種像素要素，使光源中設(shè)計(jì)好的影象部分通過(guò)容 器的窗口，聚焦到光敏材料上；提供一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)接收皮秒脈沖激光所產(chǎn)生的光板，使得光板具有光學(xué) 上薄且平的特性；瞄準(zhǔn)飛秒光模式和皮秒光帶，使它們交疊的焦平面上互相垂直相交。特 別是，使皮秒脈沖在薄的，平的面上和飛秒脈沖交叉，如此薄的，平的皮秒 脈沖垂直橫斷光源使得光敏材料在光相交時(shí)被引發(fā)；使容器和光敏物質(zhì)相對(duì)于交叉的焦平面的臨界角要小于容器材料和光敏 材料之間的臨界角；采用速度傳感器檢測(cè)容器通過(guò)光交叉區(qū)域的實(shí)時(shí)速度；提供電腦控制系統(tǒng)，為每一個(gè)通過(guò)可控像素要素形成的投影傳輸電數(shù)據(jù)， ^^據(jù)速度傳感器所獲得的數(shù)據(jù)，任何可控像素的速度更新都將被扼殺?；蛘?， 反饋能夠改變速度傳輸，控制激光充分速率，光路長(zhǎng)度，或者可控制的像素。 微調(diào)體系也許不需要反々赍。提供一個(gè)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的算法，以獲得一系列三維計(jì)算機(jī)模型切片的數(shù) 據(jù)，形成一系列二維圖像文件與可控的像素元素做比較；最后將從三維計(jì)算機(jī)模型文件中獲得的二維圖像結(jié)果發(fā)送到各種可控像 素，使計(jì)算機(jī)模型文件的切片投影在容器內(nèi)的物質(zhì)上，而這種物質(zhì)通過(guò)由光來(lái)進(jìn)4亍翻譯；以及重疊脈沖同步運(yùn)行兩個(gè)不同的波長(zhǎng)，它們被作為預(yù)先設(shè)置的能源，用來(lái) 滿足能源相結(jié)合的需求，從而在光反應(yīng)材料當(dāng)中實(shí)現(xiàn)光束相交體積內(nèi)的非簡(jiǎn) 并雙光子吸收。陣列可控像素中元素的排列可以包括空間光調(diào)制器，同時(shí)空間光調(diào)制器 也可能包括多個(gè)鏡像表面，它們或者從第一位到第二個(gè)位都相互獨(dú)立成型， 又或者該鏡像允許定向控制該區(qū)域從每個(gè)鏡像反射過(guò)來(lái)的光線。空間光調(diào)制 器被數(shù)字電子所控制，并以此通過(guò)載人二進(jìn)制數(shù)組日期來(lái)修復(fù)每個(gè)鏡像面。 如果鏡面能提供空間圖案投射激光脈沖的話，二進(jìn)制圖像陣列中每比特的曰期就能決定有定向性的支軸。鏡像數(shù)據(jù)的二進(jìn)制排列是二維切割數(shù)據(jù)提供的， 而二維切割數(shù)據(jù)又從一個(gè)三維計(jì)算機(jī)模型中通過(guò)編程提^L的。在某些情況下，對(duì)于滿足構(gòu)造幾何形狀來(lái)說(shuō)，從計(jì)算機(jī)模型中提取二維切割數(shù)據(jù)是一個(gè)確切 的二維截面復(fù)制品，但是在其他情況中，被提取的切割數(shù)據(jù)會(huì)以這樣的方式 進(jìn)行處理從而運(yùn)用空間光調(diào)制器作為可進(jìn)行數(shù)字編程的全息光柵的能力，從 而把全息圖像映射到圖像中間。空間光調(diào)制器的脈沖激光照明是一個(gè)飛秒脈沖激光源。成對(duì)的光學(xué)系統(tǒng)和空間光調(diào)制器一起組成了激光^t殳影機(jī)，而這個(gè)激光投 影機(jī)有一個(gè)非球面鏡片光束并用它來(lái)引導(dǎo)冷凝器，讓它置前并定向于空間光 調(diào)制器，微鏡排列空間光調(diào)制器，以及同時(shí)集中在空間光調(diào)制器和相交光點(diǎn)的逐步減少的后成像鏡頭上。這項(xiàng)發(fā)明不局限于微鏡排列空間光調(diào)制器，在 他的范圍內(nèi)還有好多種類型的空間光調(diào)制器。非球面聚光鏡的重新分配飛秒激光的高斯能量分布，從而形成更多的能 量，使它們貫穿于空間光調(diào)制器以及映射焦平中，映射的圖像被導(dǎo)入一個(gè)特 定的區(qū)域，該區(qū)域可以容納與皮秒表光束的交叉點(diǎn)，同時(shí)也可以讓中期和窗 口容器/盆地穿過(guò)交叉區(qū)域。另外，光學(xué)圖像鏡頭可以用來(lái)擴(kuò)大或減少投射的總面積，從而能相應(yīng)地 減少或增加分辨率。將非球面圓鏡頭放在設(shè)置之間的皮秒激光光源和光交叉量或"加工平 臺(tái)"，就能利用一束光學(xué)系統(tǒng)創(chuàng)造一個(gè)細(xì)薄的脈沖輻射能量。非球面圓鏡頭 可重新分配皮秒激光能量分布，其能量按高斯分布于能量板上。該薄板的脈 沖能量想對(duì)應(yīng)著飛秒焦距面的發(fā)射圖像。另外， 一束光學(xué)系統(tǒng)可從衍射光學(xué)元件來(lái)設(shè)計(jì)，該元件能發(fā)出的光可以 與發(fā)射光源的焦距交叉。光敏感材料包括一個(gè)高效的雙光敏性的？ 1發(fā)劑和與之相適應(yīng)的快速反應(yīng) 單體如丙烯酸酯，乙烯醚，環(huán)氧樹(shù)脂，可生物降解水凝膠，彈性體，或聚合 物衍生陶資。反應(yīng)J 某介可以為液態(tài)樹(shù)脂，該樹(shù)脂能凝固以使得光敏材料能夠 暴露于交叉光中繼而生成具有微觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。反應(yīng)4某介也可以為固體，同 樣地能使得光敏材料能夠暴露于交叉光中繼而生成具有微觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。反 應(yīng)媒介也可以是某種能改變折射率從而使得光波導(dǎo)的產(chǎn)生。這種新穎的聚合物主體光學(xué)加工過(guò)程(POOF )過(guò)程中汲取了空間光調(diào)制 器優(yōu)勢(shì)，如德州儀器的數(shù)字光處理器(DLP.TM.)發(fā)射技術(shù)變成兩個(gè)光子 產(chǎn)生過(guò)程。鑒于發(fā)射光需要進(jìn)入具有大的空間體積的聚合物，該過(guò)程需要一 個(gè)無(wú)衰退過(guò)程來(lái)進(jìn)行雙光引發(fā)的光聚合(TPIP)。聚合物主體的光學(xué)加工過(guò) 程(POOF)還需要一個(gè)由高強(qiáng)的能量、飛秒級(jí)的，一定波長(zhǎng)的脈沖激光源激 發(fā)的投射系統(tǒng)(lamda. .sub l).它的作用是投射形成二維切片的三維計(jì)算機(jī)模 型。脈沖圖形經(jīng)一個(gè)縮小比例大概l.l: 1的鏡頭或者特定波長(zhǎng)的激光操作的 縮小更多的高能納秒級(jí)的，窄的平面圖投射到比制造物體積大的感光材料。脈沖圖像正交在投射圖像鏡頭的聚焦中心。在飛秒級(jí)脈沖圖像和皮秒級(jí)的窄的脈沖光源的連接處，兩個(gè)不同波長(zhǎng)的的光投射系統(tǒng)lamda..subl和投射系統(tǒng) lamda,.sub2在同步雙脈沖正交會(huì)誘導(dǎo)非衰變的1，5-反式聚戊烯橡膠引發(fā)全部 數(shù)字成像的電腦模型的二維片段的自由基的或陽(yáng)離子的雙光引發(fā)的光聚合 (TPIP)過(guò)程。飛秒級(jí)脈沖沖更射圖像與皮秒級(jí)脈沖光的正交是本發(fā)明的重大 特征。非衰變兩光吸收因?yàn)樾枰獌蓚€(gè)同時(shí)的脈沖激光，機(jī)器設(shè)計(jì)的總難度就增 加了。但是這樣配置還有一個(gè)好處可以調(diào)控光照射正交的形狀實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的 多樣性。這就可以改變制作出的產(chǎn)物的形狀。非衰變雙光方案還可以利用雙 光聚合過(guò)程的低數(shù)目孔隙。這種多樣性是非衰變雙光吸收過(guò)程內(nèi)在的，因?yàn)?雙光吸收只存在于脈沖正交，結(jié)合激發(fā)中的每次照射都滿足兩次雙光引發(fā)的 光聚合(TPIP)所需要的激發(fā)。為了更好的優(yōu)化孩t觀立體成型過(guò)程得到大分子量產(chǎn)品，投射的圖像要直 接到桶里或玻璃管中，角度要小于透明的桶或玻璃管壁和光敏高分子材料的 臨界角度。在制作的時(shí)候有五個(gè)因素對(duì)于聚合物主體光學(xué)加工過(guò)程(POOF) 的設(shè)計(jì)有重要影響a)靜態(tài)光焦平面，b)光路中實(shí)際靜態(tài)的光學(xué)配件，c) 一個(gè)可以快速轉(zhuǎn)換的軸，d)能夠形成湍流的感光橡膠做的容器，e)41000000 立體像素制作的經(jīng)高水準(zhǔn)空間光電子投射調(diào)節(jié)器如非常高水準(zhǔn)的Texas儀器 的電子微觀設(shè)備(DMD)。從光學(xué)，機(jī)械的和軟件設(shè)計(jì)的前景來(lái)看，滿足這五個(gè)重要的設(shè)計(jì)約束條 件制造微觀立體形狀就是優(yōu)化高速、高分子量微觀產(chǎn)品。滿足這些限制條件 也證明了聚合物主體光學(xué)加工過(guò)程(POOF )技術(shù)的新意一數(shù)控、非衰變雙光 子、投射、微觀立體成型得到任意形狀的高分子量的三維產(chǎn)物。基本的聚合物主體光學(xué)加工過(guò)程(POOF )系統(tǒng)包括密封的透明的桶裝有 適合濃度一個(gè)雙光子光引發(fā)的單體，滿足聚合物主體光學(xué)加工過(guò)程(POOF) 過(guò)程的兩道同時(shí)的激光的單光子光學(xué)透明規(guī)則。桶裝在一個(gè)低振動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，可以通過(guò)制造物的盤(pán)以 一個(gè)恒定的速度 轉(zhuǎn)動(dòng)桶，這個(gè)盤(pán)就是投射圖^^和光正交的地方。DLP.TM。投射系統(tǒng)以轉(zhuǎn)動(dòng) 系統(tǒng)和光敏材料的聚合速度所決定的速度持續(xù)的投射一系列飛秒級(jí)高能十字 片段狀的CAD模型圖像。皮秒級(jí)脈沖窄光同時(shí)正交投射在賣場(chǎng)圖像在聚焦中心。因?yàn)楣獾竭_(dá)光敏材料的孔隙數(shù)目，光的波長(zhǎng)，脈沖激光形成的激發(fā)，以及照射都不能單獨(dú)誘導(dǎo)直接的雙光引發(fā)的光聚合(TPIP)。 一定體積液體 進(jìn)去，進(jìn)行"聚合物主體光學(xué)加工過(guò)程(POOF)，，，三維部分就可以制造出 來(lái)。每個(gè)制作物片段的厚度由非衰變雙光引發(fā)的光聚合(TPIP)薄板的空間 厚度與飛秒級(jí)光照射在物理正交圖形的暫時(shí)長(zhǎng)度的動(dòng)力學(xué)來(lái)測(cè)定，也可以測(cè) 量光聚合過(guò)程中的光的散射和反應(yīng)過(guò)程聚合物鏈的淬滅系數(shù)。在每次最好的材料中進(jìn)一步經(jīng)驗(yàn)摸索交叉照射圖像，需要測(cè)量飛秒級(jí)脈 沖能量和皮秒級(jí)脈沖能量的范圍并找到二者的平衡，以實(shí)現(xiàn)非衰變雙光引發(fā) 的光聚合(TPIP)而不會(huì)在制作過(guò)程導(dǎo)致受熱損傷并保持體系的最高產(chǎn)量。POOF的激光系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)是根據(jù)雙光引發(fā)的光聚合(TPIP)只在激 光照射的交叉處發(fā)生的原則選擇的。將光敏材料單獨(dú)暴露在照射皮秒級(jí)脈沖 圖像波長(zhǎng)投射系統(tǒng)lamda..subl或是皮秒級(jí)光板波長(zhǎng)投射系統(tǒng)lamda..sub2都 不會(huì)直接引發(fā)雙光引發(fā)的光聚合(TPIP)。只有當(dāng)投射系統(tǒng)lamda..subl的照 射與投射系統(tǒng)lamda,.sub2交叉照射時(shí)才能形成適合的能量引發(fā)直接雙光引 發(fā)的光聚合(TPIP)。皮秒級(jí)脈沖板厚度和校準(zhǔn)要低于導(dǎo)致激發(fā)損傷損壞光敏材料的激發(fā)限 制。理論最佳光傳輸系統(tǒng)是最佳化學(xué)和硬件配置促進(jìn)大量制造聚合物為基礎(chǔ) 的微觀結(jié)構(gòu)過(guò)程與空前三維多樣性的結(jié)合，特定大小分辨率和高的產(chǎn)量。幾 個(gè)為大量產(chǎn)物構(gòu)想的雙光引發(fā)的光聚合(TPIP)照射聚合物主體光學(xué)加工過(guò) 程(POOF )設(shè)計(jì)描述了快速定型或快速制造聚合物或聚合物引導(dǎo)的陶瓷微觀 結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計(jì)和微觀特征的高分辨快速定型建立微觀結(jié)構(gòu)。為了全面優(yōu)化制造系統(tǒng)，使用了一個(gè)添加的光學(xué)硬件，通過(guò)結(jié)合一個(gè)磁 鐵形成一個(gè)薄的，盤(pán)狀的，磁場(chǎng)與脈沖光交叉區(qū)域。眾所周知光敏聚合物位 于一個(gè)適中的磁場(chǎng)可以提高光聚合過(guò)程的光的效率。但是，在立體定型和雙 光引發(fā)的光聚合(TPIP)構(gòu)型這一領(lǐng)域與薄磁場(chǎng)在聚焦區(qū)域結(jié)合的技術(shù)以前 還沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)。增加過(guò)程的總光效率導(dǎo)致較低的脈沖能量需求實(shí)現(xiàn)雙光引發(fā) 的光聚合(TPIP )或增大過(guò)程的產(chǎn)物總量。圖l-3描繪了典型的組裝，通過(guò)用一個(gè)整體10的方法表示。運(yùn)送系統(tǒng)12 通過(guò)制造區(qū)域攜帶容器14。如上所述，至少容器14是光學(xué)透明的。描述的 運(yùn)送裝置包括鏈帶16連接的滑輪18a, 18b，縱向空間相互遠(yuǎn)離，各自通過(guò)振動(dòng)有支腳20a， 20b的分離機(jī)件19a， 19b支撐。光板玻璃軌跡22為容器 14提供指引路徑，自身通過(guò)機(jī)件21a, 21b支持支腳23a, 23b制造區(qū)域。當(dāng)然，機(jī)器設(shè)計(jì)的藝術(shù)包括數(shù)量眾多的等量結(jié)構(gòu)，沿著預(yù)先測(cè)定的路徑 運(yùn)送容器的所有的等量結(jié)構(gòu)都在本專利范圍。飛秒級(jí)脈沖激光表示為24，皮秒級(jí)脈沖激光表示為26。空間光調(diào)節(jié) (SLM)照射系統(tǒng)與飛秒級(jí)脈沖激光24的結(jié)合用28表示，飛秒級(jí)脈沖激光 投射用30表示。飛秒級(jí)脈沖激光圖像通過(guò)空間光調(diào)節(jié)(SLM)體系28的部分用32表示。 這些圖像被歸類到圖像光源。皮秒級(jí)脈沖激光的平板用34表示，它被皮秒級(jí)激光26照射由形成表示 為35的光學(xué)板形成。同步激光脈沖的交叉點(diǎn)，例如，圖像32和平滑薄片34結(jié)合的地方標(biāo)記 為36.相交點(diǎn)36就是制造區(qū)域。薄磁鐵38被放置在一個(gè)斜面上并且與制造區(qū)36相交。在圖4和5中進(jìn)行圖解說(shuō)明的結(jié)構(gòu)和圖1至圖3中的不同。圖1至圖3 中沒(méi)有這部分給出的磁鐵38。在所有的其它方面，跟參考數(shù)字指出的結(jié)構(gòu)是 一樣的，在圖1至圖5中完全相同。在圖6和圖7表示的第三部分中，大多數(shù)功能部件和一般參考數(shù)字指明 的前兩部分相同。但是，裝有光敏材料的不是一個(gè)相對(duì)較小的容器14而是一 個(gè)大木桶40。垂直升降平臺(tái)42被設(shè)置在大木桶內(nèi)，并運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ嵘?平臺(tái)42增大相對(duì)于制造區(qū)域36的垂直高度，這作為獨(dú)創(chuàng)性的方法,皮完成。 從外面看，木桶42被一個(gè)雙軸平移體系支撐著，這個(gè)雙軸平移體系包含位于 木桶42底部并相互垂直的堅(jiān)固臂44、 46。木桶42沿著X軸的平移由臂44 控制，Y軸方向由臂46控制，Z軸方向由垂直升降平臺(tái)42控制。Z軸垂直 于FIG.7中的紙平面。按照這種方法，當(dāng)木桶40在計(jì)算才幾的控制下沿軸平移 時(shí)光敏材料也被移到通過(guò)制造區(qū)36?？梢钥闯瞿軌蛴行У赝瓿缮衔乃袃?yōu)點(diǎn) (這些優(yōu)點(diǎn)可以很容易地從上面的描述中獲得)，因?yàn)樵诎l(fā)明的范圍內(nèi)上面 得結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生一定的變化，所以試圖對(duì)以上描述的或相關(guān)圖畫(huà)顯示的所有 物體給出直觀的說(shuō)明并且沒(méi)有限制意義。可以理解權(quán)利要求試圖涵蓋這里所描述的發(fā)明的所有一般的和特殊的結(jié) 構(gòu)，并且對(duì)發(fā)明范圍的所有陳述(屬于語(yǔ)言范疇)落入其間?，F(xiàn)在對(duì)這個(gè)發(fā) 明的描述已經(jīng)結(jié)束了。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)計(jì)算機(jī)模型直接構(gòu)造三維微結(jié)構(gòu)的方法，包括以下幾個(gè)步驟提供一個(gè)至少一部分光學(xué)透明的容器；在容器內(nèi)放置一個(gè)光敏材料，這樣可以使激光透過(guò)所述光敏材料；用非簡(jiǎn)并雙光子吸收來(lái)修飾所述光敏材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述修飾步驟包括了按照所 述格局使所述光敏材料進(jìn)行凝固的格局修改。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述修飾步驟包括了按照所 述格局使光敏材料進(jìn)行熔化的格局修改。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述修飾步驟也包括了按照 所述格局使光敏材料產(chǎn)生折射率的格局修改。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含了以下方面提 供一系列可控像素要素；在這些像素要素直接導(dǎo)入飛秒激光脈沖，這樣的話 所述像素要素就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖圖案光源，該光源具有可選擇性誘導(dǎo)非簡(jiǎn)并 雙光子聚合的波長(zhǎng)；提供一個(gè)具有可選擇性誘導(dǎo)非簡(jiǎn)并雙光子聚合波長(zhǎng)的脈 沖圖案光源；提供一個(gè)第一光學(xué)反射系統(tǒng)來(lái)反射所述脈沖圖案光源產(chǎn)生的光； 提供一個(gè)具有可選擇性誘導(dǎo)非簡(jiǎn)并雙光子聚合波長(zhǎng)的脈沖激光；提供一個(gè)第 二光學(xué)反射系統(tǒng)來(lái)反射所述脈沖激光；同步所述脈沖圖案光源與所述脈沖激 光；脈沖圖案光源的目的是穿過(guò)所述容器的光學(xué)透明部分進(jìn)入光敏材料并在 所述光敏材料上聚集形成第一個(gè)光源的平滑薄片；導(dǎo)入飛秒脈沖激光，并將 所述飛秒激光脈沖聚集在與來(lái)自像素要素的脈沖圖案光源薄片相交的激光薄 片上，相交產(chǎn)生了一個(gè)制造區(qū)域，這個(gè)區(qū)域都有光線重疊相交薄片的各自的 焦點(diǎn)平面，這些激光薄片與垂直于反射源的脈沖圖案光源薄片相交，于是光 敏材料的預(yù)選區(qū)域在所述制造區(qū)被修正；穿過(guò)裝有所述光敏材料容器的相交 焦點(diǎn)平面的夾角小于容器材料和光敏材料的臨界角；被預(yù)選的兩種不同波長(zhǎng) 的能量控制的同步重疊脈沖滿足必要的能量需求相結(jié)合來(lái)完成所述光敏材料 制造區(qū)域上的非簡(jiǎn)并雙光子吸收。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還進(jìn)一步包含了用一個(gè)反 饋速度檢測(cè)傳感器檢測(cè)容器通過(guò)制造區(qū)域的實(shí)時(shí)速度。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含了以下方面從 可控像素要素發(fā)送電子數(shù)據(jù)給每一個(gè)投影的圖像；提供一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 根據(jù)從所述速度檢測(cè)傳感器獲得的反饋數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)可控^像素陣列的刷新率。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含了提供一個(gè)計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)從所述速度檢測(cè)傳感器獲得的反饋數(shù)據(jù)改變傳送速度。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含了提供一個(gè)計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)從所述速度檢測(cè)傳感器獲得的反饋數(shù)據(jù)控制激光重復(fù)率、 光的路徑長(zhǎng)度和可控像素陣列。
10. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含了提供一個(gè) 計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序來(lái)提取一 系列三維計(jì)算機(jī)模型數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為 一 系列與可控 像素要素兼容的二維圖像文件。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含了按順序把 從三維計(jì)算機(jī)模型文件中提取的二維圖像序列傳送到允許計(jì)算機(jī)模型文件投 影進(jìn)入光敏材料的可控像素陣列，因?yàn)楣饷舨牧贤ㄟ^(guò)制造區(qū)域進(jìn)行轉(zhuǎn)化的速 度由光敏材料的光敏修正時(shí)間和實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)速度決定。
全文摘要
高價(jià)值的大規(guī)模生產(chǎn)、定制復(fù)雜的三維聚合物以及聚合物衍生陶瓷的微型結(jié)構(gòu)直接通過(guò)三維的計(jì)算機(jī)模型被簡(jiǎn)單的一步加工實(shí)現(xiàn)?；诜呛?jiǎn)并雙光投影引發(fā)的光聚合反應(yīng)方法，改進(jìn)了傳統(tǒng)的單光或雙光加工方法的不足。具體設(shè)備包括雙同步，高峰值功率，飛秒脈沖以及皮秒激光結(jié)合的空間光調(diào)制器。應(yīng)用包括高圖形分辨率，快速加工制造特別是各種微機(jī)電裝置，以及在微機(jī)電系統(tǒng)的包裝領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)B29D11/00GK101563212SQ200780042697
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者羅伯特·布萊恩·克雷格 申請(qǐng)人:Poof技術(shù)有限責(zé)任公司