CN112941491A

CN112941491A - 一种埃米级不同材料的三维打印方法

Info

Publication number: CN112941491A
Application number: CN201911263196.2A
Authority: CN
Inventors: 王玉漫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-06-11

Abstract

本发明公开了一种埃米级不同材料的三维打印方法，属于三维打印领域，目前的三维打印技术，在纳米级尺度很难实现打印，双光子打印技术打印的材料有限进行金属材料的打印等还存在很大的技术瓶颈。本发明通过前驱体气体借助类似原子层沉积的方式吸附或反应到基板上，再通过探针上的原子层反应液体反应进行每个原子层的绘图工作，最后在绘图完成后通过原子层沉积技术生长一个原子层的材料，循环往复上述步骤，打印出埃米级不同材料的三维物体。这种埃米级不同材料的三维打印方法，可以打印出埃米尺度的三维结构；可以使不同材料掺杂进行埃米级三维打印实现其功能性。

Description

一种埃米级不同材料的三维打印方法

技术领域

本发明属于三维打印领域，涉及一种埃米级不同材料的三维打印方法。

背景技术

光固化三维打印技术(Stereo lithography Apparatus简称SLA)工作原理是使用特定波长与强度的激光来聚合(分子融合)或固化液态光刻胶，也就是我们常说的光敏材料，通过控制激光的运动，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面.这样层层叠加构成一个三维实体。

原子层沉积技术(Atomic Layer Deposition简称ALD)是一种前驱体气体和反应气体速率可控的交替进入基底，在其表面发生物理和化学吸附或表面饱和反应，将物质以单原子膜的形式一层一层沉积在基底表面的技术。

目前的三维打印技术，在纳米级尺度很难实现打印，双光子打印技术打印的材料有限进行金属材料的打印等还存在很大的技术瓶颈。

发明内容

本发明针对埃米尺度不同材料进行三维打印，提出了一种埃米级不同材料的三维打印方法。

本发明的技术方案如下：

一种埃米级不同材料的三维打印的方法，包括以下步骤：

1.首先进行准备工作。将不同的材料源瓶和惰性气体瓶分别连接不同的气流管道通往打印室的进气孔，打印室的出气孔接另一段气流管道，气流管道后接过滤器，而后接干泵，和冷水机，空气压缩机。

2.打开干泵，冷水机，空气压缩机，使打印室抽真空，加热保温打印室的温度为材料生长所需的温度。

3.打开装有前驱体气体的源瓶，使前驱体气体沿着气流管道进入打印室，和基板发生物理吸附或化学吸附或表面饱和反应，关闭源瓶。

4.打开惰性气体瓶，惰性气体沿着气流管道进入打印室，吹扫前驱体气体，干泵将未和基板吸附或反应的前驱体气体和惰性气体吸往出气口，通过气流通道到过滤器，前驱体气体被吸附到过滤器上，惰性气体经干泵，空气压缩机排除。

5.将探针的温度恒定在反应气体液化相变的温度点附近以下，探针放入到反应气体室中，探针上会吸附上原子层的反应液体。

6.这时通过控制探针的运动，使在基板上吸附或反应的前驱体气体和探针上的反应液体反应生成目标材料分子，使之由点到线，由线到面顺序，完成第一个原子层片的绘图作业，这幅绘图的线称为地基原子线。

7.将探针移动到反应气体室

8.重复步骤3，4，5

9.通过控制探针的运动，按照第一个原子层的绘图进行作业，从得到突出于第一个原子层片的绘图作业，这幅绘图的线称为突出原子线。

10.将探针移动到不同的反应气体室，将探针的温度恒定在这种反应气体液化相变的温度点附近以下，探针放入到反应气体室中，探针上会吸附上原子层的这种反应液体。

11.打开装有不同的前驱体气体的源瓶，使前驱体气体沿着气流管道进入打印室，和基板发生物理吸附或化学吸附或表面饱和反应，关闭源瓶。

12.打开惰性气体瓶，惰性气体沿着气流管道进入打印室，吹扫前驱体气体，干泵将未和基板吸附或反应的前驱体气体和惰性气体吸往出气口，通过气流通道到过滤器，前驱体气体被吸附到过滤器上，惰性气体经干泵，空气压缩机排除。

13.在突出原子线两侧及上方吸附其他不同的前驱体气体，根据要打印的三维图形决定反应的方向通过控制探针的运动进行反应。

14.不断重复步骤7，8，9，10，11，12，13直到打印截至。

进一步地，步骤1中所述的打印室有进气孔和出气孔，室内放置基板；

进一步地，步骤5中所述的反应气体室与打印室隔离，绝不可泄露反应气体进入打印室。

本发明的优点和积极效果如下：

a)可以在埃米尺度上实现设计结构。

b)可以在生长结构的过程中掺杂不同的材料。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。

本发明的流程如图1所示：

1)首先选择三甲基铝(TMA)和二乙基锌(DEZ)作为前驱体气体，水蒸气作为反应气体。(三甲基铝遇到水反应生成氧化铝，二乙基锌遇到水反应生成氧化锌)

2)将不同的材料源瓶和惰性气体瓶分别连接不同的气流管道通往打印室的进气孔，打印室的出气孔接另一段气流管道，气流管道后接过滤器，而后接干泵，和冷水机，空气压缩机。

3)用软件将所需要的打印的图形画好。

4)将图形导入到打印软件中去，打印软件开始指挥仪器进行打印工作。

5)打开干泵，冷水机，空气压缩机，使打印室抽真空，加热保温打印室的温度为90℃。

6)打开TMA前驱体气体的源瓶，使前驱体气体沿着气流管道进入打印室，和基板发生物理吸附或化学吸附或表面饱和反应，关闭源瓶。

7)打开惰性气体瓶，惰性气体沿着气流管道进入打印室，吹扫前驱体气体，干泵将未和基板吸附的TMA气体和惰性气体吸往出气口，通过气流通道到过滤器，TMA气体被吸附到过滤器上，惰性气体经干泵，空气压缩机排除。

8)将探针的温度恒定在99℃，探针放入到蒸汽室中，探针上会吸附上原子层的水分子。

9)这时通过控制探针的运动，使在基板上吸附的TMA气体和探针上的水分子反应生成氧化铝，使之由点到线，由线到面顺序，完成第一个原子层的绘图作业，这幅绘图的线称为地基氧化铝原子线。

10)将探针移动到蒸汽室。

11)重复步骤6)，7)，8)

12)通过控制探针的运动，按照第一个原子层的绘图进行作业，从得到突出的第一层的绘图作业，这幅绘图的线称为突出氧化铝原子线。

13)将探针移动到蒸汽室，将探针的温度恒定在99℃，探针上会吸附上原子层的水分子。

14)打开DEZ前驱体气体的源瓶，使前驱体气体沿着气流管道进入打印室，和基板发生物理吸附或化学吸附或表面饱和反应，关闭源瓶。

15)打开惰性气体瓶，惰性气体沿着气流管道进入打印室，吹扫前驱体气体，干泵将未和基板吸附的DEZ气体和惰性气体吸往出气口，通过气流通道到过滤器，DEZ气体被吸附到过滤器上，惰性气体经干泵，空气压缩机排除。

16)在突出氧化铝原子线两侧及上方吸附DEZ气体，根据要打印的三维图形决定反应的方向通过控制探针的运动进行反应。

17)不断重复10)，11)，12)，13)，14)，15)，16)直到打印结束，就得到氧化铝氧化性1∶1的埃米级三维结构体。

本发明实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种埃米级不同材料的三维打印方法，其步骤包括：

1)用类似原子层沉积的方式在基板上吸附或反应一个原子层前驱体气体。

2)在探针上吸附一个原子层的反应液体。

3)借助前驱体气体和反应液体反应生成原子分子的特点，通过探针在基板上的运动进行第一个原子层片上的绘制工作，绘制的线被称为地基原子线。

4)在探针上吸附一个原子层的反应液体。

5)类似原子层沉积的方式，地基原子线上可以吸附或反应前驱体气体。

6)通过吸附原子层反应液体的探针的运动形成突出第一个原子层片的原子线。

7)在探针上吸附一个原子层的反应液体。

8)类似原子层沉积的方式，在突出的原子线两侧及上方又可以进行吸附或反应前驱体气体，根据打印的需求确定接下来探针的运动方向进行反应。

9)不断重复步骤，7)，8)，直到打印结束。

2.如权利要求1所述的探针上吸附一个原子层的反应液体，其特征在于将探针的温度恒定在反应气体液化相变的温度点附近以下，探针放入到反应气体室中，探针上会吸附上原子层的反应液体。

3.如权利要求1所述的类似原子层沉积的方式，其特征在于将不同的材料源瓶和惰性气体瓶分别连接不同的气流管道通往打印室的进气孔，打印室的出气孔接另一段气流管道，气流管道后接过滤器，而后接干泵，和冷水机，空气压缩机。打开干泵，冷水机，空气压缩机，使打印室抽真空，加热保温打印室的温度为材料生长所需的温度。打开装有前驱体气体的源瓶，使前驱体气体沿着气流管道进入打印室，和基板发生物理吸附或化学吸附或表面饱和反应，关闭源瓶。打开惰性气体瓶，惰性气体沿着气流管道进入打印室，吹扫前驱体气体，干泵将未和基板吸附或反应的前驱体气体和惰性气体吸往出气口，通过气流通道到过滤器，前驱体气体被吸附到过滤器上，惰性气体经干泵，空气压缩机排除。

4.如权利要求1所述的前驱体气体和反应液体，其特征在于这两物质可以进行化学反应，可以应用不同的前驱体气体和反应液体进行打印，实现掺杂材料的三维打印。