科创中国

本发明公开一种基于傅里叶变换的快速全息3D复印方法及系统,系统包括记录部分、再现部分和数据处理部分,记录部分扫描并记录待扫描物体的轮廓信息,数据处理部分将记录部分中CCD记录到的信息经处理后输入到再现部分的SLM上;再现部分的激光经SLM调制后照射到光敏树脂槽中,通过光固化效应使材料固化成型,最终得到与被扫描物体外形相同的物体。本申请与采用逐层堆积成型的传统3D打印方式制造出来的零件相比,表面质量均一性好,不会存在零件力学性能分层现象。成型速度远大于传统逐层打印的速度,提高了制造效率,并且实现了用现有的零件模型快速制造出与其形状相同的零件,可满足三维实体的快速复印需求,为增材制造技术提供新的发展思路

本发明还提供一种基于所述快速全息3D复印系统的复印方法，激光由第一半导体激光器发出经第一扩束镜扩束后照射到第一半透半反镜上，光束经第一半透半反镜分成第一光束和第二光束；第一光束通过第一半透半反镜照射到放置在第一旋转平台上的待扫描物体表面，待扫描物体表面的反射光通过第一傅里叶变换透镜进行傅里叶变换后照射到CCD相机上；第二光束经第一半透半反镜反射、全反射镜反射、第二半透半反镜反射后，照射到CCD相机的接收表面，并在CCD相机上与第一光束互相干涉；CCD相机接收到两束光干涉产生的全部信息，经计算机处理后能将物体的轮廓信息加载到空间光调制器上；第一旋转平台绕其轴心自旋，带动放置于其上方的待扫描物体旋转，以扫描到待扫描物体的全部轮廓；激光由第二半导体激光器发出经第二扩束镜扩束后照射在空间光调制器上，第二傅里叶变换透镜做反变换后投射到放置在第二旋转平台上的装有光敏树脂的容器，并最终再现出记录部分所扫描到待扫描物体部分外轮廓的全息像；装有光敏树脂的容器中相应位置的光敏树脂经过激光照射后产生光固化效应固化成型，第二旋转平台随第一旋转平台同步旋转

3D打印又称增材制造技术，是一种区别于传统减材制造或等材制造的先进制造技术，它主要依靠材料不断的堆积来形成零件所需的外型。

目前现有的3D打印技术中，大量运用的是材料逐层堆积成型的方法。常见的有：FDM(熔融沉积式)、SLA(光固化)、SLS(选择性激光烧结)、DLP(数字光处理)等，这些技术普遍采用逐层成型、连续累积的方式，即在对待打印零件模型进行分层后，每层材料从点到线，再到面进行堆积，最后层层叠加形成三维实体。(DLP是直接从面到体的打印过程)。

采用上述的制造方式虽然可以实现任意结构模型的制造，但是存在一些缺点，其中包括：打印时间长，效率低；打印复杂结构时往往需要添加支撑，后处理中的去支撑工艺繁琐，耗时耗力；分层的制造过程易导致零件力学特性出现分层现象，降低零件结构强度，缩短使用寿命；零件表面质量较低。

在发明专利CN 109732910 B全息3D打印装置及全息3D打印方法中，利用面阵全息光源可使打印材料一体成型，但此方法仅适用于光源从单个方向照射来使得材料成型。而且模型数据来源于面阵全息光源，不能从原件上直接得到。

在发明专利CN 108501363 B一种基于全息投影的3D打印方法及系统中，通过相干光源照射预先制作具有待打印物体全息图的全息干板，利用形成的三维立体实像来实现光敏材料的一次性全方位立体式聚合。但是这种方法需要事先制作多个全息干板，并按照一定位置摆放，装置复杂、操作繁琐且全息干板无法重复利用。此外如果全息干板之间的位置出现偏差，还易出现打印重影、错位的状况，导致打印失败。

综上所述，在制造领域还未提出过复印制造的概念，无法用现有的零件模型精确便捷地制造出与其形状相同的零件。

故本发明在增材制造技术领域有着广泛的应用前景。

发明人：童童 王雅康 许海波 张沛 张俊武 高博 毛胜春 西安交通大学是我国最早兴办、享誉海内外的著名高等学府，是教育部直属重点大学。西迁以来，一代代交大人扎根西部、服务国家，为西部发展和国家建设作出了卓越贡献，以实际行动铸就了第一批纳入中国共产党人精神谱系的西迁精神。2017年12月，习近平总书记对学校15位老教授来信作出重要指示。在2018年新年贺词中，习近平总书记再次提到“西安交大西迁的老教授”。2020年4月22日，习近平总书记来校考察并发表重要讲话，强调西迁精神的核心是爱国主义，精髓是听党指挥跟党走，与党和国家、与民族和人民同呼吸、共命运，勉励师生在新时代创造属于我们这代人的历史功绩，给全校师生以巨大关怀和极大鼓舞，为学校新时代建设中国特色世界一流大学提供了根本遵循和行动指南。

本发明能够利用透镜的傅里叶变换性质，将物体放置于透镜前焦面处，在照明光源的共轭像面处就可以得到物体光波的傅里叶变换频谱，再引入参考光与之干涉，通过干涉条纹的振幅和相位调制，在干涉图样中就能够记录物体光波傅里叶变换光场的全部信息；本发明通过激光扫描记录原零件外轮廓的模型数据，经数据处理之后可以在液态的光敏树脂中利用全息成像原理产生光固化效应来快速成型出原零件被扫描处的外轮廓；原零件自身旋转过程中，外轮廓逐渐被扫描完全，最终成型出原零件全部外轮廓，降低制造的时间成本和零件的表面质量，提高零件力学特性的整体一致性，实现用现有的零件模型快速制造出与其形状相同的零件。

本发明使用基于傅里叶变换频谱的全息图记录方式，与其他全息图记录方式相比，本发明所述方法有更高的信息密度，即可以在更小的范围内记录更多的物体信息；本发明使用CCD相机、计算机、空间光调制器完成全息图的记录，与传统方法相比，这种利用计算机技术的记录方式速度更快，也为技术人员预留了修改完善全息图的可能；本发明使用两个同步旋转台进行记录和再现，可以在更短的时间内完成整个“复印”过程。

科技成果只有通过实施开发应用，使其转化为生产力，才能取得经济效益和社会效益。成果方目标是将科技成果转化为现实生产力，期待有意愿的企业或合作单位进行合作推广或者进行产品生产。考虑合作转化、许可+合作等转化方式与企业、科学技术研究开发机构和其他组织建立合作关系。