3D打印技术.ppt

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1、微纳尺度3D打印汇报人：邓文俊学号：1594252015年11月10日3D打印简介3D打印，又称快速成型（RP,RapidPrototyping)、增材制造（AM,AdditiveManufacturing),是一种以3D数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏结材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。在3D打印时，设计软件通过计算机辅助设计技术完成一系列“切片”，并将这些切片的信息传送到打印机上，然后将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。其工作原理可以简单概括为“分层加工，叠加成型”。3D打印分类光固化成型（Stereolith

2、ography，SLA）熔融沉积成型（FusedDepositionModeling，FDM）叠层实体制造（LaminatedObjectManufacturing，LOM）选区激光烧结（SelectiveLaserSintering，SLS）选区激光熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）电子束选区熔化（ElectronBeamSelectiveMelting，EBSM）、光掩模成型（SolidGroundCuring，SGC）激光近净成型（LaserEngineeredNetShaping，LENSSLA光固化成型（立体光刻）

3、如下图所示，树脂液槽中盛满透明、有粘性的液态光敏树脂，紫外激光束经快速转动着的反射镜（即振镜）对树脂进行照射，使之快速固化。具体的，在成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面厚度的高度，之后，聚焦的激光束在计算机控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的塑料薄片。然后，工作台下降一层薄片的厚度，再固化另一层截面。这样层层叠加构造一个三维实体。衍射极限衍射极限是指一个理想点物经光学系统成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像点，而是得到一个夫朗和费衍射像。sinθ=1.22λ/D其中θ是角分辨率，λ

4、是波长，D是光圈直径。当θ很小时，sinθ约等于tagθ，约等于d/f，其中d是最小分辨尺寸，f是焦距。双光子吸收图(a)为单光子激发过程,当激发光的光子能量hv等于物质基态与激发态之间的能量差时,基态电子吸收一个光子跃迁至激发态,经过一定时间的生命周期后返回基态,释放出荧光,这个现象即为单光子激发荧光.当使用光波长为图(a)中激发光波长两倍的光对相同物质进行激发时,由于所使用光波的光子能量仅为原来的一半,无法通过单光子过程使基态电子激发到激发态.只有在光子密度极高的情况下,基态的电子可以同时吸收两个光子,使处于基态的电子跃迁至激发态.这种现象如图

5、1(b)所示,类似于在基态与激发态之间存在一个虚能态,通过两个光子的能量进行叠加而使处于基态的电子达到激发态,这种现象被称为双光子吸收过程.双光子吸收几率可用下式表示.其中σ(2)为材料的双光子吸收系数,I为入射光强,h为普朗克常数,ν为激发光频率.由式可知,双光子吸收几率正比于光强的平方.由于飞秒脉冲可以在极短的时间范围内积聚高密度的光子,为了获得大的双光子吸收几率,人们通常使用具有高脉冲能量密度的飞秒脉冲激光作为激发光源.双光子聚合双光子聚合过程中所使用光子的能量大大低于材料的吸收带隙,而材料的双光子吸收效率正比于入射光强的平方,属于光学非线性

6、效应,其发生双光子过程的作用区域不仅取决于材料的非线性光学特性大小,还取决于光与物质发生双光子过程的能量密度的高低,即引发双光子聚合反应的激光阈值.在进行双光子聚合的过程中,其光聚合反应并不在光束通过的所有区域发生,而仅仅在达到一定阈值,可以使引发剂产生双光子吸收引发聚合反应的区域进行。根据材料的非线性光学特性大小,通过控制所使用的激光强度,可以使达到双光子聚合阈值的范围大大小于通过透镜聚焦而得到的光斑直径,所获得的双光子聚合区域可以远远小于光的衍射极限,在原理上甚至可以达到单分子尺度.纳米牛1997年,日本大阪大学Kawata教授研究组首次将双光

7、子聚合用到三维结构的制备上,实现了三维螺旋结构.2001年,该小组利用高倍率大数值孔径物镜并配备先进的纳米定位仪器,制造了一个红细胞大小(10μm长,7μm高)的公牛像——纳米牛,成为激光三维微纳加工的标志性符号.双光子聚合中国科学院理化技术研究所有机纳米光子学实验室建立的一个双光子聚合加工系统的基本结构如左图所示.利用飞秒激光本振级作为激发光源(波长780nm,重复频率80MHz,脉冲宽度80fs),在光路中放置快门及衰减器可分别调节曝光时间及光强.光束经透镜组扩束后,经由大数值孔径物镜聚焦到材料内部,利用三维微移动系统(三维移动台或二维振镜与一

8、维移动台组合)控制激光焦点在光刻胶材料中按照预先设计的三维轨迹进行扫描.实验装置中配备照明光源,二向色镜及CCD用于加工过