CN116512599A - 一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3d打印设备及打印方法 - Google Patents

一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3d打印设备及打印方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备及打印方法，包括底座、光机模块、打印平台和料槽，光机模块设置L柱的在水平段上，包括沿y向阵列布置的可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ，料槽设置在底座上并且开口朝上布置，料槽能够绕竖向中心转轴转动并且沿x向、y向和z向调节，打印平台设置在料槽内，打印平台包括工作台、U型块和连接块，工作台能够升降和倾斜调节，光机模块滑设在y向导轨上并与y’向调节机构驱动连接，以进行可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ的切换，能够实现不同灰度值的光切换而进行灰度打印，得到不同梯度力学性能的结构或较易去除的支撑结构。

Description

一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备及 打印方法
技术领域
本发明属于光固化微纳3D打印加工技术领域，特别是提供了一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备及打印方法。
背景技术
增材制造(“3D打印”)技术近几年比较火热的新型制造技术，其以三维数字模型为基础，将材料通过分层制造、逐层叠加的方式制造三维实体。增材制造技术从原理上突破了复杂异型构件的技术瓶颈，实现材料微观组织与宏观结构的可控成形。
光固化快速成型技术是当前应用最广泛的一种3D打印技术。该技术以光敏树脂液体为原材料，树脂的光敏特性使得材料在受到特殊波段的光照射后,会发生聚合反应出现固化。随着光固化3D打印和微纳科技的迅猛发展，微纳尺度3D打印技术得到开发，并应用于多种领域和行业。
当前，光固化3D微纳打印多采用一个轴向移动，逐层曝光打印，同时采用光固化数字微镜器件(digital micro-mirror device，DMD)芯片的光固化3D打印设备，能够通过修改参数简单实现打印图案的改变，但是存在造价偏高，分辨率低的缺点，同时存在以下技术问题：1)光机从下至上通过打印离心膜曝光，工作平台需要克服打印零件与离型膜粘力脱模成型，在微纳尺度下极易出现脱模不成功或打印缺陷；2)微纳尺度下打印支撑人工去除容易破坏打印零部件，不采用支撑会导致打印缺陷；3)无法实现梯度或局部加强曝光，以实现更好的结构力学性能，存在单一力学结构在使用过程中所产生诸如应力集中、开裂及剥落等缺陷问题，制造出功能化零部件存在重量大、结构力学性能不可理等不足。
发明内容
基于此，本发明提供了一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备及方法，以实现不同灰度值的光切换而进行灰度打印，得到不同梯度力学性能的结构以及较易去除的支撑结构，并且实现梯度力学性能结构或局部加强力学结构，以制造出更轻、更强、更环保的功能化零部件。
为了达到上述目的，第一方面，本发明提供了一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，包括底座、光机模块、打印平台和料槽。
所述底座上设置有倒置的L柱，所述光机模块设置在L柱的沿y向伸出的水平段上，所述光机模块包括沿y向阵列布置的可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ，所述可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ涵盖0到255的不同范围段的灰度值。
所述料槽设置在底座上并且开口朝上布置，所述底座与料槽之间设置有连接板，所述连接板上设置有用于驱动料槽绕竖向中心转轴转动的回转装置；所述底座与连接板之间设置有x向调节机构、y向调节机构和z向调节机构，其中，所述x向调节机构用于驱动所述料槽沿x向调节位置；其中，所述y向调节机构用于驱动所述料槽沿y向调节位置；其中，所述z向调节机构用于驱动所述料槽沿z向调节位置，以调节料槽液面到光机模块的距离，实现聚焦调整。
所述打印平台设置在所述料槽内，打印平台包括工作台、U型块和连接块；所述工作台通过U型块与连接块连接，所述连接块与升降机构驱动连接而能够带动工作台至上而下的移动，以实现层层叠加打印过程，根据可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ、可调光机Ⅲ的面掩膜投影或点掩膜投影实现面或点打印；所述U型块与控制舵机驱动连接，以驱动U型块旋转而带动工作台相对于料槽的倾斜运动，配合多轴联动，以实现曲面打印。
所述L柱的水平段设置有y向导轨，所述光机模块滑设在y向导轨上并与y’向调节机构驱动连接，所述y'向调节机构用于驱动光机模块沿y向移动，以进行可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ的切换，实现不同灰度值的光切换而进行灰度打印，得到不同梯度力学性能的结构以及较易去除的支撑结构。
可选地，所述可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ，均包括可调激光器、光束矫正器、能量控制器、光束形状设置器、遮光器、能量探测器、灰度片、掩模版和物镜；其中，所述可调激光器用于发出特定波长的激光作为光源；所述光束矫正器用于矫正光束入射方向，让激光束尽量平行；所述能量控制器用于控制最终照射到硅片上的能量，曝光不足或过足都会严重影响成像质量；所述光束形状设置器用于设置光束为圆型、环型等不同形状，不同的光束状态有不同的光学特性；所述能量探测器用于检测光束最终入射能量是否符合曝光要求，并反馈给能量控制器进行调整；所述灰度片具有一定反光率，用于调节模型灰度；所述掩模版为设置有图案的玻璃板件，用于形成光图像；所述物镜用来补偿光学误差，并将线路图等比例缩小。
可选地，所述灰度片的不同反光率可形成范围0-10的11个等级的灰度变化，灰度最高为纯黑，灰度最低为纯白，以根据需要使用灰度打印而方便模型去支撑。
可选地，所述掩膜版为光刻掩膜版，所述掩膜版的精度为亚微米级或纳米级。
可选地，所述y’向调节机构包括丝杆和步进电机，所述丝杆沿着y向导轨布置，所述光机模块与丝杆螺纹配合，所述步进电机通过联轴器与丝杆连接。
可选地，所述打印平台通过螺纹法兰与料槽固定连接，料槽与回转装置固定连接，打印平台、料槽、回转装置形成一体。
可选地，所述回转装置包括回转支撑件、连接法兰盘和步进电机，所述回转支撑件与料槽固定连接，所述连接法兰盘与回转支撑件固定连接，所述步进电机与连接法兰盘传动连接，以通过步进电机驱动连接法兰盘旋转运动，带动打印平台和料槽的旋转运动。
可选地，所述工作台与U型块固定连接，U型块与控制舵机的旋转轴固定连接，控制舵机底座与连接块和丝杆电机的丝杆固定连接，所述丝杆电机用于驱动连接块的上下移动，所述控制舵机用于驱动U型块的旋转运动实现工作台相对料槽的倾斜运动，配合多轴联动，以完成曲面打印。
可选地，所述连接板与y轴丝杆滑台固定连接，y轴电机驱动y轴丝杆滑台实现连接板在y轴方向上滑动，x轴电机驱动x轴丝杆滑台实现y轴丝杆滑台在x轴方向上的移动、x轴丝杆滑台底座固定连接于导轨架，z轴电机驱动z轴丝杆滑台以实现导轨架上下滑动，调整料槽液面到光机的距离，实现高精度的光机聚焦调整。
为了达到上述目的，第二方面，本发明提供了一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印方法，包括：
选取合适的液态树脂材料放入所述料槽里；
模型的第一层3D打印：控制工作台由参考坐标原点开始，按照设定路径在y轴、x轴、z轴移动和一定的倾斜角度，以实现多轴联动，当光机模块发出光时，被光照到的液态树脂材料迅速凝固，没光照到的液态树脂材料还是原来的状态，直到完成模型的第一层3D；
完成模型的第一层3D打印后，工作台按照设定高度下降一层，开始第二层的3D打印，如此循环，当最后一层3D完后机器停止工作；
在各层的3D打印过程中，当需要3D打印不同梯度力学性能的结构或较易去除的支撑结构时，y’向调节机构驱动光机模块沿y移动，以进行可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ的切换，实现不同灰度值的光切换而进行灰度打印，得到设定不同梯度力学性能的结构或较易去除的支撑结构。
本发明提供的一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备及方法，在实现低成本、高精度和大面积打印的基础上，工作台侵入料槽的液态树脂中，从上至下移动，不需离型膜，避免了脱模微结构不易成型的问题发生；同时，通过能够移动的光机模块布置涵盖0到255的不同范围段的灰度值的可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ，调控不同灰度打印，特殊结构(如弹簧)可以采用压缩或常规结构采取振动去除支撑，并实现梯度力学结构以及局部加强结构；而且，实现了梯度力学性能结构或局部加强力学结构，能够进行局部孔灰度增强材料韧性以及断裂裂纹走向，避免或缓解了单一力学结构在使用过程中所产生诸如应力集中、开裂及剥落等缺陷，增加零件结构强度,可制造出更轻、更强、更环保的功能化零部件。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明提供的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备的三维结构示意图。
图2是提供的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备结构示意图的侧视图。
图3是所提供的打印平台的结构示意图。
图4是所提供的可调光机的系统示意图。
图5是所提供的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印方法的流程框图。
具体实施方式
现有技术的光固化3D微纳打印多采用一个轴向移动，逐层曝光打印，同时采用光固化数字微镜器件(DMD)芯片的光固化3D打印设备，通过修改参数简单实现打印图案的改变，存在以下技术问题：光机从下至上通过打印离心膜曝光，工作平台需要克服打印零件与离型膜粘力脱模成型，在微纳尺度下极易出现脱模不成功或打印缺陷；微纳尺度下打印支撑人工去除容易破坏打印零部件，不采用支撑会导致打印缺陷；无法实现梯度或局部加强曝光，以实现更好的结构力学性能，存在单一力学结构在使用过程中所产生诸如应力集中、开裂及剥落等缺陷问题，制造出功能化零部件存在重量大、结构力学性能不可理等不足。
为了解决解决上述问题，本发明提供了一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，包括底座、光机模块、打印平台和料槽。
底座上设置有倒置的L柱，光机模块设置在L柱水平段上，光机模块包括沿y向阵列布置的可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ，可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ涵盖0到255的不同范围段的灰度值。料槽设置在底座上并且开口朝上布置，底座与料槽之间设置有连接板，连接板上设置有用于驱动料槽绕竖向中心转轴转动的回转装置；底座与连接板之间设置有x向调节机构、y向调节机构和z向调节机构，其中，x向调节机构用于驱动料槽沿x向调节位置；其中，y向调节机构用于驱动料槽沿y向调节位置；其中，z向调节机构用于驱动料槽沿z向调节位置，以调节料槽液面到光机模块的距离，实现聚焦调整。打印平台设置在料槽内，打印平台包括工作台、U型块和连接块；工作台通过U型块与连接块连接，连接块与升降机构驱动连接而能够带动工作台至上而下的移动，以实现层层叠加打印过程，根据可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ、可调光机Ⅲ的面掩膜投影或点掩膜投影实现面或点打印；U型块与控制舵机驱动连接，以驱动U型块旋转而带动工作台相对于料槽的倾斜运动，配合多轴联动，以实现曲面打印。L柱的水平段设置有y向导轨，光机模块滑设在y向导轨上并与y’向调节机构驱动连接，y'向调节机构用于驱动光机模块沿y向移动，以进行可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ的切换，实现不同灰度值的光切换而进行灰度打印，得到不同梯度力学性能的结构以及较易去除的支撑结构。
需要说明的是，本发明提供的一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备还包括控制系统，控制系统与光机模块的可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ控制连接而用于灰度调节，控制系统与x向调节机构、y向调节机构、z向调节机构、回转装置而用于控制料槽位置移动、角度移动；控制系统与打印平台连接，用于控制工作台的上下移动和倾斜运动。控制系统可以为工控机、PLC可编程控制器、计算机，或其他精确控制系统。
通过所提供的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备进行3D打印时，工作台侵入树脂槽中，从上至下移动，不需离型膜，避免了脱模微结构不易成型的问题发生；同时，通过可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ，调控不同灰度打印，特殊结构(如弹簧)可以采用压缩或常规结构采取振动去除支撑，并实现梯度力学结构以及局部加强结构，而且，实现了梯度力学性能结构或局部加强力学结构，能够进行局部孔灰度增强材料韧性以及断裂裂纹走向,可制造出更轻、更强、更环保的功能化零部件。
下面将结合说明书附图，通过实施例具体说明本发明所提供的施工结构及方法，需要说明的是，具体实施仅为部分优选的示例，而不是全部示例。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明提供的一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备的优选的实施例，包括L柱1、光机模块2、打印平台3、料槽4、x轴丝杆滑台5、y轴丝杆滑台6、连接板7、z轴丝杆滑台8、底座9、回转装置10、丝杆11、导轨架12、光机丝杆导轨13、联轴器14、步进电机15和z轴滑台16。
如图1、图2所示，在一些优选的实施例中，L柱1通过焊接与底座11连接固定，光机丝杆导轨13由L柱1、光机模块2、丝杆11、联轴器14、步进电机15组成。联轴器14连接丝杆11和步进电机15的轴，步进电机15通过螺丝紧固连接在L柱1的一侧，光机模块2与丝杆11形成螺纹配合，通过控制步进电机(15)的工作状态来实现光机模块2中在y轴方向上移动，光机模块2包括灰度值为0到255的可调光机Ⅰ2-1、光机Ⅱ2-2、光机Ⅲ2-3，控制步进电机(15)驱动丝杆11，使得光机滑块来回滑动切换三个可调光机，实现不同灰度值的光进行切换，完成灰度打印，得到不同梯度力学性能的机构或较易去除的支撑结构。
如图1、图2和图3所示，在一些优选的实施例中，打印平台3在料槽4内部，打印平台3通过螺纹法兰17与料槽4固定连接，料槽4通过螺栓与回转装置10紧固连接，从而打印平台3、料槽4、回转装置10形成一体，回转装置10由回装支撑件10-1、连接法兰盘10-2、步进电机10-3组成。回装支撑件10-1通过螺丝与料槽4紧固连接，连接法兰盘10-2通过螺丝与回装支撑件10-1紧固连接，步进电机10-3的轴与连接法兰盘10-2紧固连接，步进电机10-3通过螺丝与连接板7紧固连接，通过步进电机10-3驱动连接法兰盘10-2的旋转运动，从而使得打印平台3和料槽4的旋转运动。
如图4所示，打印平台3包括工作台3-1、U型块3-2、控制舵机3-3、连接块3-4、丝杆电机3-5组成；工作台3-1与U型块3-2螺纹紧固连接，U型块3-2与控制舵机3-3的旋转轴螺纹紧固连接，控制舵机3-3底座与连接块3-4和丝杆电机3-5的丝杆采用固定连接，丝杆电机3-5驱动连接块3-4的上下移动，从而实现工作台至上而下的移动实现层层叠加打印过程，根据可调光机Ⅰ2-1、光机Ⅱ2-2、光机Ⅲ2-3的面掩膜投影或点掩膜投影实现面或点打印；控制舵机3-3驱动U型块3-2的旋转运动实现工作台3-1相对料槽4的倾斜运动，配合多轴联动，能较好完成曲面打印。
如图3所示，在一些优选的实施例中，步进电机10-3的底座通过螺丝与连接板7采用螺丝紧固连接，连接板7与y轴丝杆滑台6通过螺丝紧固连接，y轴电机驱动y轴丝杆滑台6实现连接板7在y轴方向上滑动，x轴电机驱动x轴丝杆滑台5实现y轴丝杆滑台6在x轴方向上的移动、x轴丝杆滑台底座通过焊装在导轨架12，z轴电机驱动z轴丝杆滑台8实现导轨架12上下滑动，从而调整料槽4液面到光机的距离，实现高精度的光机聚焦调整，得到更高精度尺寸的打印零部件。
如图4所示，在一些优选的实施例中，可调光机Ⅰ2-1、可调光机Ⅱ2-2、可调光机Ⅲ2-3系统组成相同，如图4所示，各部分的主要功能如下：
可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ涵盖0到255的不同范围段的灰度值，例如，在一些优选的实施例中，可调光机Ⅰ的灰度值可在0-85之间进行调节，可调光机Ⅱ灰度值可在86-180之间进行调节，可调光机Ⅲ灰度值可在181-255之间进行调节。
在具体实施中，灰度片调节模型灰度，灰度片的不同反光率可形成范围0-10的11个等级的灰度变化，灰度最高为纯黑，灰度最低为纯白，根据需要使用灰度打印方便模型去支撑；掩膜版属于光刻掩膜版，国产掩膜版精度可达亚微米级，进口掩膜版可达纳米级；数字微镜器件(digital micro-mirror device,DMD)芯片，当前部分高端的DMD芯片精度可达5.4um。由于(digital micro-mirror device,DMD)芯片具有分辨率低，价格贵的缺陷，本技术采用掩膜版成像替换当前学者提出的DMD芯片成像，进一步提高打印精度，并实现大面积和跨尺度(打印尺寸可以从微纳米级到分米级)扫描；由于DMD像素的尺寸大多为14μm×14μm(或16μm×16μm)，通过缩放镜使其进一步缩小提高打印精度，导致打印面积变小，从而大件零件打印无法满足精度和尺寸的要求，掩膜版技术比较成熟，精度容易实现亚微米甚至纳米级，能较好的克服此缺陷。
下面，结合附图5对本发明所提供的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印方法的作进一步说明。
在一些优选的实施例中，灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印方法包括如下步骤：
S10：根据所设计零件的性能选取合适的液态树脂材料，并将选好的树脂液体材料倒入料槽4里；
S20：将设计好参数并且切片好的三维模型导入到机器中，选取自己需要的模型，按下启动，机器的X轴、Y轴、Z轴回到参考坐标原点，机器中的处理器按照设置好的模型加工，光机模块2发出光，被光照到的液态树脂材料迅速凝固，没光的地方液态树脂材料还是原来的状态，当打印支撑的部分时，移动光机模块2切换灰度打印，可降低支撑部分的硬度，方便整体打印完后去支撑，可实现振动或特殊结构(如弹簧)的压缩或拉升实现在不破坏打印机构的前提下支撑高效的去除，机器可按照产品三维模型加工的需要，可以实现零件在y轴、x轴、z轴移动和一定的倾斜角度，从而实现多轴联动；
S30：当加工完一层时，工作台3-1按照参数自动下降一层，进行第二层的加工，当最后一层加工完后机器停止工作，此时的零件已完成，液态树脂停在液体材料之上，此时工人可以将零件取下，当打印下一个零件时，工人只需要按下启动键。其中，机器的参考坐标原点是X、Y、Z轴协同，使透镜正对溶液槽正下方中心、工作台与溶液槽底部重合的位置。
相对于现有技术，通过使用本发明提供的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备及打印方法，在实现低成本、高精度和大面积打印的基础上，具有如下技术优势：(1)工作台侵入树脂槽中，从上至下移动，不需离型膜，避免了脱模微结构不易成型的问题发生；(2)通过能够移动的光机模块布置可调光机Ⅰ、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ，调控不同灰度打印，特殊结构(如弹簧)可以采用压缩或常规结构采取振动去除支撑，并实现梯度力学结构以及局部加强结构；(3)实现了梯度力学性能结构或局部加强力学结构，能够进行局部孔灰度增强材料韧性以及断裂裂纹走向，避免或缓解了单一力学结构在使用过程中所产生诸如应力集中、开裂及剥落等缺陷，增加零件结构强度,可制造出更轻、更强、更环保的功能化零部件。
以上仅为本发明的优选实施方式，并不仅限于上述举例。本领域的普通技术人员，
在本发明的实质范围内所做出的改进和变型，也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，其特征在于：
包括底座(9)、光机模块(2)、打印平台(3)和料槽(4)；
所述底座(9)上设置有倒置的L柱(1)，所述光机模块设置在L柱的沿y向伸出的水平段上，所述光机模块包括沿y向阵列布置的可调光机Ⅰ(2-1)、可调光机Ⅱ和可调光机Ⅲ(2-3)，所述可调光机Ⅰ(2-1)、可调光机Ⅱ(2-2)和可调光机Ⅲ(2-3)涵盖0到255的不同范围段的灰度值；
所述料槽(4)设置在底座(9)上并且开口朝上布置，所述底座(9)与料槽(4)之间设置有连接板(7)，所述连接板(7)上设置有用于驱动料槽(4)绕竖向中心转轴转动的回转装置(10)；所述底座(9)与连接板(7)之间设置有x向调节机构、y向调节机构和z向调节机构，其中，所述x向调节机构用于驱动所述料槽(4)沿x向调节位置；其中，所述y向调节机构用于驱动所述料槽(4)沿y向调节位置；其中，所述z向调节机构用于驱动所述料槽(4)沿z向调节位置，以调节料槽(4)液面到光机模块(2)的距离，实现聚焦调整；
所述打印平台(3)设置在所述料槽(4)内，打印平台(3)包括工作台(3-1)、U型块(3-2)和连接块(3-4)；所述工作台(3-1)通过U型块(3-2)与连接块(3-4)连接，所述连接块(3-4)与升降机构驱动连接而能够带动工作台(3-1)至上而下的移动，以实现层层叠加打印过程，根据可调光机Ⅰ(2-1)、可调光机Ⅱ(2-2)、可调光机Ⅲ(2-3)的面掩膜投影或点掩膜投影实现面或点打印；所述U型块(3-2)与控制舵机驱动连接，以驱动U型块(3-2)旋转而带动工作台(3-1)相对于料槽(4)的倾斜运动，配合多轴联动，以实现曲面打印；
所述L柱的水平段设置有y向导轨，所述光机模块滑设在y向导轨上并与y’向调节机构驱动连接，所述y'向调节机构用于驱动光机模块沿y向移动，以进行可调光机Ⅰ(2-1)、可调光机Ⅱ(2-2)和可调光机Ⅲ(2-3)的切换，实现不同灰度值的光切换而进行灰度打印，得到不同梯度力学性能的结构以及较易去除的支撑结构。
2.根据权利要求1所述的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，其特征在于：所述可调光机Ⅰ(2-1)、可调光机Ⅱ(2-2)和可调光机Ⅲ(2-3)，均包括可调激光器(2a)、光束矫正器(2b)、能量控制器(2c)、光束形状设置器(2d)、遮光器(2e)、能量探测器(2f)、灰度片(2g)、掩模版(2h)和物镜(2i)；其中，所述可调激光器(2a)用于发出特定波长的激光作为光源；所述光束矫正器(2b)用于矫正光束入射方向，让激光束尽量平行；所述能量控制器(2c)用于控制最终照射到硅片上的能量，曝光不足或过足都会严重影响成像质量；所述光束形状设置器(2d)用于设置光束为圆型、环型等不同形状，不同的光束状态有不同的光学特性；所述能量探测器(2f)用于检测光束最终入射能量是否符合曝光要求，反馈给能量控制器进行调整；所述灰度片具有一定反光率，用于调节模型灰度；所述掩模版(2h)为设置有图案的玻璃板件，用于形成光图像；所述物镜(2i)用来补偿光学误差，并将线路图等比例缩小。
3.根据权利要求2所述的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，其特征在于：所述灰度片(2g)的不同反光率可形成范围0-10的11个等级的灰度变化，灰度最高为纯黑，灰度最低为纯白，以根据需要使用灰度打印而方便模型去支撑。
4.根据权利要求2或3所述的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，其特征在于：所述掩膜版(2h)为光刻掩膜版，所述掩膜版(2h)的精度为亚微米级或纳米级。
5.根据权利要求1所述的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，其特征在于：所述y’向调节机构包括丝杆(11)和步进电机(15)，所述丝杆(11)沿着y向导轨(13)布置，所述光机模块(2)与丝杆(11)螺纹配合，所述步进电机(15)通过联轴器(14)与丝杆(11)连接。
6.根据权利要求1所述的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，其特征在于：所述打印平台(3)通过螺纹法兰(17)与料槽(4)固定连接，料槽(4)与回转装置(10)固定连接，打印平台(3)、料槽(4)、回转装置(10)形成一体。
7.根据权利要求1或6所述的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，其特征在于：所述回转装置(10)包括回转支撑件(10-1)、连接法兰盘(10-2)和步进电机(10-3)，所述回转支撑件(10-1)与料槽(4)固定连接，所述连接法兰盘(10-2)与回转支撑件(10-1)固定连接，所述步进电机(10-3)与连接法兰盘(10-2)传动连接，以通过步进电机(10-3)驱动连接法兰盘(10-2)旋转运动，带动打印平台(3)和料槽(4)的旋转运动。
8.根据权利要求1或2或3所述的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，其特征在于：所述工作台(3-1)与U型块(3-2)固定连接，U型块(3-2)与控制舵机(3-3)的旋转轴固定连接，控制舵机(3-3)底座与连接块(3-4)和丝杆电机(3-5)的丝杆固定连接，所述丝杆电机(3-5)用于驱动连接块(3-4)的上下移动，所述控制舵机(3-3)用于驱动U型块(3-2)的旋转运动实现工作台(3-1)相对料槽(4)的倾斜运动，配合多轴联动，以完成曲面打印。
9.根据权利要求1所述的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，其特征在于：所述连接板(7)与y轴丝杆滑台(6)固定连接，y轴电机驱动y轴丝杆滑台(6)实现连接板(7)在y轴方向上滑动，x轴电机驱动x轴丝杆滑台(5)实现y轴丝杆滑台(6)在x轴方向上的移动、x轴丝杆滑台底座固定连接于导轨架(12)，z轴电机驱动z轴丝杆滑台(8)以实现导轨架(12)上下滑动，调整料槽(4)液面到光机的距离，实现高精度的光机聚焦调整。
10.一种灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印方法，使用权利要求1至9所述的灰度调控实现梯度力学结构的光固化微纳3D打印设备，其特征在于：
选取合适的液态树脂材料放入所述料槽(4)里；
模型的第一层3D打印：控制工作台由参考坐标原点开始，按照设定路径在y轴、x轴、z轴移动和一定的倾斜角度，以实现多轴联动，当光机模块(2)发出光时，被光照到的液态树脂材料迅速凝固，没光照到的液态树脂材料还是原来的状态，直到完成模型的第一层3D；
完成模型的第一层3D打印后，工作台(3-1)按照设定的高度下降一层，开始第二层的3D打印，如此循环，当最后一层3D完后机器停止工作；
在各层的3D打印过程中，当需要3D打印不同梯度力学性能的结构或较易去除的支撑结构时，y’向调节机构驱动光机模块(2)沿y移动，以进行可调光机Ⅰ(2-1)、可调光机Ⅱ(2-2)和可调光机Ⅲ(2-3)的切换，实现不同灰度值的光切换而进行灰度打印，得到设定不同梯度力学性能的结构或较易去除的支撑结构。
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