[发明专利]一种基于飞秒激光双光子聚合的3D微纳打印系统

说明书

本发明公开了一种基于飞秒激光双光子聚合的3D微纳打印系统，包括光学平台及用于产生聚焦于3D打印材料上的飞秒激光的激光模块，用于承载并带动3D打印材料进行三维移动的压电平台；用于带动压电平台进行三维移动的精密三维平台，控制模块用于根据待打印的3D模型控制精密三维平台和压电平台进行三维移动，使3D打印材料位于待打印位置。本发明利用精密三维平台更大的移动行程范围，提高3D微纳打印的打印行程范围，利用压电平台超高的移动精度，提高3D微纳打印的打印精度。采用精密三维平台与压电平台相结合形成超精密、大行程的三维移动平台，保证3D微纳打印更精密、高效的大面积制造。

技术领域

本发明公开了一种基于飞秒激光双光子聚合的3D微纳打印系统，属于激光微纳打印技术领域。

背景技术

微纳制造因其微尺度制造技术，在航空航天、军事、生物医疗等领域受到广泛关注。3D打印(又称“增材制造”)相较于传统的材料去除—切削加工技术，是一种根据数字模型逐一将材料“自下而上”分层增加的制造方法。双光子3D打印即飞秒激光诱导双光子聚合3D打印，是一种极具潜力的新型激光直写3D打印技术，其利用某些材料分子在吸收两个相同或不同波长光子后会发生聚合效应，而产生物态变化实现3D打印。

双光子3D打印是一种强大的微纳加工技术，利用连续、脉冲激光等作为能量源。采用分层扫描、叠加成型的方式，将三维模型逐层分解为二维模型，与显微成像光学系统结合对光束进行缩束或聚焦，在微纳尺度上控制光聚合反应，实现微纳三维结构的打印制造。双光子3D打印能够制造精度更高的三维微纳结构。

然而，3D微纳打印的三维移动平台在其移动范围与移动精度间存在矛盾，在更大的打印行程范围内，精度更高、效率更高是双光子3D微纳打印的重要研究方向。

发明内容

本申请的目的在于，提供一种基于飞秒激光双光子聚合的3D微纳打印系统，以解决在更大打印范围内提高打印精度的技术问题。为实现上述目的，本发明提出了一种基于飞秒激光双光子聚合的3D微纳打印系统，具体方案如下：

一种基于飞秒激光双光子聚合的3D微纳打印系统，包括光学平台及设置于所述光学平台上的激光模块、压电平台、精密三维平台和控制模块；

所述激光模块用于产生飞秒激光，所述飞秒激光聚焦于3D打印材料上；

所述压电平台设置于所述精密三维平台上，用于承载所述3D打印材料及带动所述3D打印材料在第一行程内进行三维移动；

所述精密三维平台用于带动所述压电平台在第二行程内进行三维移动，且所述第二行程大于所述第一行程；

所述控制模块分别与所述压电平台和所述精密三维平台连接，用于根据待打印的3D模型控制所述精密三维平台和所述压电平台进行三维移动，使所述3D打印材料位于所述3D模型的待打印位置。

优选的，还包括监测模块和软件模块；

所述监测模块设置于光学平台上，且监测探头朝向所述飞秒激光的聚焦点，用于实时监测光刻过程并将所述光刻信息传输给所述软件模块。

优选的，还包括设置于所述飞秒激光光路上的光路调节模块，所述光路调节模块用于将所述飞秒激光调整为预设参数的光，所述参数包括飞秒激光功率、曝光时长和激光偏振态。

优选的，所述光路调节模块包括快门，所述快门用于调整激光曝光时长。

优选的，所述光路调节模块还包括沿飞秒激光光路依次设置的扩束器、1/2波片和格兰激光棱镜。

优选的，所述光路调节模块还包括光电二极管，所述光电二极管朝向所述飞秒激光的聚焦点，用于对3D打印材料处的所述飞秒激光的功率密度进行实时监测。

优选的，所述第一行程为500μm，所述压电平台的移动精度为18nm；