一种3D打印设备、眼镜镜片及其制备方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印设备、眼镜镜片及其制备方法。

背景技术

当前市场上，用于控制近视进展的带有微透镜的镜片技术在特定区域形成增加光焦度的区域，从而产生近视离焦，有效控制近视的进展。研究表明，在视网膜周边10到20度的范围内施加近视离焦效果最佳。但是，个体间的眼部结构差异如角膜曲率、角膜屈光度和前房深度等，均会对微透镜的精确位置和效果产生影响。

目前生产这类镜片的方法主要依赖铸模或模压技术。这些生产方式不仅成本高昂，而且难以实现个性化定制。统一模具难以满足因个体差异而产生的适配需求，如此一来，不能为每位患者制作出最适合其眼部结构的微透镜镜片。由于无法准确适配每位患者独特的眼部结构，这限制了镜片疗效的最大化，同时也增加了患者的经济负担。此外，制造过程的效率和成本效益也是现有方法亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种3D打印设备、眼镜镜片及其制备方法，该3D打印设备可以为每个患者提供量身定制的带有微透镜的镜片，减小制造镜片成本，同时为用户减少了经济负担。

根据本发明的一方面，提供了一种3D打印设备，包括基础镜片固定结构、三轴控制结构、固化剂挤出结构、镜片矢高定位结构和固化结构；

所述基础镜片固定结构用于固定基础镜片；

所述三轴控制结构与所述固化剂挤出结构连接，用于调节所述固化剂挤出结构的位置；

所述固化剂挤出结构内设置有液态固化材料，所述固化剂挤出结构包括微量注射泵，所述微量注射泵用于将微升量级液态固化材料液滴挤出在所述基础镜片表面；

所述镜片矢高定位结构与所述微量注射泵连接，用于调节所述微量注射泵的针尖与所述基础镜片表面的距离；

所述固化结构用于使所述基础镜片表面的所述液态固化材料液滴固化为微透镜。

可选的，所述微量注射泵包括第一注射器和第二注射器，所述第一注射器的容积小于所述第二注射器的容积，所述第一注射器的输出端用于输出微升量级液态固化材料液滴，所述第二注射器的输出端与所述第一注射器的空筒连接。

可选的，所述第一注射器的输出端设置有第一阀门或第一堵塞装置，所述第一阀门或所述第一堵塞装置在非挤出时关闭，在挤出时开启；

所述第二注射器的输出端设置有第二阀门或第二堵塞装置，所述第二阀门或所述第二堵塞装置在非挤出时开启，在挤出时关闭。

可选的，所述第一注射器和所述第二注射器形成T字型或Y字型结构。

可选的，所述三轴控制结构为直线轴结构、Delta型结构或极坐标系结构；

其中，所述直线轴结构包括三组线性导轨，每组所述导轨对应一个直角坐标系的一个坐标轴，通过步进电机和丝杠传动机构来实现沿各轴移动；

所述Delta型结构包含三个固定在所述3D打印设备顶部的电机，通过控制连接到所述固化剂挤出结构的三根臂的长度变化，实现所述固化剂挤出结构在三维空间内的控制；

所述极坐标系结构结合所述基础镜片的旋转和一个沿所述基础镜片的径向和垂直于所述基础镜片表面的高度移动所述固化剂挤出结构来实现。

可选的，所述镜片矢高定位结构包括距离传感器，所述距离传感器用于确定所述微量注射泵的针尖与所述基础镜片表面的距离。

可选的，所述液态固化材料包括光敏树脂或热敏树脂。

可选的，所述液态固化材料包括光敏树脂，所述固化结构包括紫外光源，或者所述液态固化材料包括热敏树脂，所述固化结构包括加热器。

根据本发明的第二方面，提供了一种眼镜镜片，包括基础镜片和位于所述基础镜片至少一侧的多个微透镜。

根据本发明的第三方面，提供了一种眼镜镜片的制备方法，所述眼镜镜片利用第一方面任一所述的3D打印设备制备，所述制备方法包括：

S1、提供一基础镜片；

S2、将所述基础镜片固定在基础镜片固定结构上；

S3、三轴控制结构调节所述固化剂挤出结构的位置，使微量注射泵的针尖与所述基础镜片表面接触；

S4、镜片矢高定位结构调节所述微量注射泵的针尖与所述基础镜片表面相距预设距离；

S5、所述微量注射泵将微升量级液态固化材料液滴挤出在所述基础镜片表面；

S6、重复执行S3～S5，在所述基础镜片上形成多个液态固化材料液滴；

S7、固化结构使所述基础镜片表面的所述液态固化材料液滴固化为微透镜。

本发明实施例提供的3D打印设备，包括基础镜片固定结构、三轴控制结构、固化剂挤出结构、镜片矢高定位结构和固化结构；三轴控制结构与固化剂挤出结构连接，固化剂挤出结构包括微量注射泵，镜片矢高定位结构与微量注射泵连接。通过基础镜片固定结构固定基础镜片；通过三轴控制结构调节固化剂挤出结构的位置；固化剂挤出结构内设置有液态固化材料，通过微量注射泵将微升量级液态固化材料液滴挤出在基础镜片表面；通过镜片矢高定位结构调节微量注射泵的针尖与基础镜片表面的距离；通过固化结构使基础镜片表面的液态固化材料液滴固化为微透镜，从而为每个患者提供量身定制的带有微透镜的镜片，减小制造镜片成本，同时为用户减少了经济负担。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种3D打印设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种3D打印设备中的微量注射泵的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种3D打印设备的液态固化材料的挤出量算法示意图；

图4为本发明实施例提供的一种眼镜镜片俯视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种眼镜镜片侧视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种眼镜镜片的制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种3D打印设备的结构示意图，参考图1，本发明实施例提供了一种3D打印设备，包括基础镜片固定结构1、三轴控制结构2、固化剂挤出结构3、镜片矢高定位结构(图中未示出)和固化结构(图中未示出)；基础镜片固定结构1用于固定基础镜片4；三轴控制结构2与固化剂挤出结构3连接，用于调节固化剂挤出结构3的位置；固化剂挤出结构3内设置有液态固化材料，固化剂挤出结构3包括微量注射泵，微量注射泵用于将微升量级液态固化材料液滴挤出在基础镜片4表面；镜片矢高定位结构与微量注射泵连接，用于调节微量注射泵的针尖与基础镜片4表面的距离；固化结构用于使基础镜片4表面的液态固化材料液滴固化为微透镜。

本发明实施例提供了一种3D打印设备，目前市面上的3D打印机是FDM类型(FusedDeposition Modeling，FDM)较为普遍，这是一种通过逐层沉积熔化的热塑性丝材来创建三维对象的过程。

FDM也被称作熔融丝材制造(Fused Filament Fabrication，FFF)，它属于增材制造(Additive Manufacturing，AM)的一种，与减材制造如机械加工形成对比，后者是通过移除材料来制作对象。在FDM打印中，通常将丝材卷绕在卷轴上，然后送入加热的喷嘴。喷嘴按照3D CAD文件被建模软件切片后创建的挤出路径进行运动。这种3D打印技术于1988年由Scott Crump发明，它是目前桌面级和工业级3D打印机中应用最广泛的技术。FDM打印机通过加热喷嘴挤出“熔融”的塑料材料，然后逐行逐层地铺设材料。

总的来说，FDM打印机通过一个预定的路径逐层建立零件，这使得设计和制造具有复杂几何形状和内部空腔的部分变得更加简单。

参考图1，本发明实施例提供一种3D打印设备，包括基础镜片固定结构1、三轴控制结构2、固化剂挤出结构3、镜片矢高定位结构(图中未示出)和固化结构(图中未示出)；

基础镜片固定结构1用于固定基础镜片4，使得在对基础镜片4进行制造时不易滑动，从而避免造成制成的基础镜片4精准不足或质量不达标的问题；

三轴控制结构2与固化剂挤出结构3连接，主要用于调节固化剂挤出结构3的位置，三轴控制结构2是负责实现固化剂挤出结构3在三维空间内的精确定位，由三轴控制结构2可以使得固化剂挤出结构3沿着XYZ三个坐标轴精准移动，以使得液态固化材料液滴精准的挤出至挤出镜片4的特定区域上；

固化剂挤出结构3内设置有液态固化材料，固化剂挤出结构3包括微量注射泵，微量注射泵用于将微升量级液态固化材料液滴挤出在挤出镜片4表面；

可选的，液态固化材料包括光敏树脂或热敏树脂。

镜片矢高定位结构与微量注射泵连接，用于调节微量注射泵的针尖与基础镜片4表面的距离；镜片矢高定位结构是一种用于精确控制微量注射泵针头位置的装置，这种结构模仿了3D打印机平台调平技术，能够精确地将针头定位至基础镜片4的特定区域，以便进行液态固化材料液滴的精确挤出。与传统3D打印采用逐层堆叠不同，本实施例中每次挤出的液滴形成一个微透镜。

可选的，镜片矢高定位结构包括距离传感器，距离传感器用于确定微量注射泵的针尖与基础镜片表面的距离。距离传感器可以基于霍尔效应或其他触觉反馈技术的设备。一旦镜片矢高定位结构接触到基础镜头4后，距离传感器会记录Z轴位置。

可选的，镜片矢高定位结构还包括有针头升降控制，在定位后，针头能够根据记录的Z轴位置精确移动到相同的高度，然后再稍微抬起以保持与基础镜片4的适当距离。

镜片矢高定位结构工作流程是：

1、镜片矢高定位结构缓慢下降，直至轻轻接触基础镜片4表面，此时距离传感器记录Z轴位置。

2、镜片矢高定位结构和针头抬起，针头移动到相同的XY轴位置。

3、针头根据记录的Z轴位置缓慢下降，然后略微抬起几微米，以确保与镜片表面有适当的间隙。

4、微量注射泵开始精确挤出液态固化材料至基础镜片4上。

固化结构用于使基础镜片4表面的液态固化材料液滴固化为微透镜。

可选的，液态固化材料包括光敏树脂，固化结构包括紫外光源，或者液态固化材料包括热敏树脂，固化结构包括加热器，具体实施时可以根据实际情况选择，本发明实施例对此不作限定。

具体的，当液态固化材料为光敏树脂时，固化结构为紫外光源，光敏树脂是一种在特定波长光照射下会从液态转变为固态的光敏感材料。在3D打印中，光敏树脂由单体和寡聚物组成的液体，在紫外光照射下聚合成固态。当液态固化材料为热敏树脂时，固化结构为加热器。热敏树脂在加热后会产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也不会软化，也不能溶解。热敏树脂的优点是耐热性高，受压不易变形。

本发明实施例提供的3D打印设备，包括基础镜片固定结构、三轴控制结构、固化剂挤出结构、镜片矢高定位结构和固化结构；基础镜片固定结构用于固定基础镜片；三轴控制结构与固化剂挤出结构连接，用于调节固化剂挤出结构的位置；固化剂挤出结构内设置有液态固化材料，固化剂挤出结构包括微量注射泵，微量注射泵用于将微升量级液态固化材料液滴挤出在基础镜片表面；镜片矢高定位结构与微量注射泵连接，用于调节微量注射泵的针尖与基础镜片表面的距离；固化结构用于使基础镜片表面的液态固化材料液滴固化为微透镜。本发明提供的3D打印设备可以为每个患者提供量身定制的带有微透镜的镜片，减小制造镜片成本，同时为用户减少了经济负担。

图2为本发明实施例提供的一种3D打印设备中的微量注射泵的结构示意图，参考图2，可选的，微量注射泵包括第一注射器5和第二注射器6，第一注射器5的容积小于第二注射器6的容积，第一注射器5的输出端51用于输出微升量级液态固化材料液滴，第二注射器6的输出端61与第一注射器5的空筒连接。

具体的，微量注射器是一种能够精确控制小体积液体注射的工具，通常用于实验室研究和某些特殊的医疗程序。这种注射器能够进行非常精细的体积控制，通常到微升级别，适用于需要极高精度的场合。在眼科手术中，微量注射器可能用于给予药物、营养素或其他治疗物质，或者在进行基因治疗和细胞治疗研究时，精确地将物质注入细胞内。其设计通常确保了使用者可以稳定地控制注射速度和压力，以便进行精确的操作。第一注射器5和第二注射器6内部设置有一个可移动的针栓，通过精密的控制其移动，以实现微小量的液态固化材料液滴精确挤出至镜片上。设置第二注射器6的容积大于第一注射器5的容积的目的是第二注射器6是一个较粗的注射器，用于存储较大量的液态固化材料，以支持连续生产过程中对材料的需求。

继续参考图2，可选的，第一注射器5的输出端51设置有第一阀门或第一堵塞装置52，第一阀门或第一堵塞装置52在非挤出时关闭，在挤出时开启；第二注射器6的输出端61设置有第二阀门或第二堵塞装置62，第二阀门或第二堵塞装置62在非挤出时开启，在挤出时关闭。

具体的，设置第一阀门或者第一堵塞装置52在非挤出时关闭，在挤出时开启；第二阀门或第二堵塞装置62在非挤出时开启，在挤出时关闭的目的是当需要将液态固化材料挤出至镜片表面时候，开启第一阀门或第一堵塞装置52，使得液态固化材料以微升级别从第一注射器5的内部挤出形成液滴时，同时由于第二阀门或第二堵塞装置62处于关闭状态，从而保证不会把液态固化材料挤入第二注射器6，避免造成浪费；当完成对镜片的制造后，关闭第一阀门或者第一堵塞装置52，同时开启第二阀门或第二堵塞装置62使得大容积的第二注射器6内部存储的液态固化材料液滴流入第一注射器5中，保证满足连续生产过程中对液态固化材料液滴的需求。

可选的，第一注射器5和第二注射器6形成T字型或Y字型结构。

具体的，从图2中可以看出，第一注射器5和第二注射器6形成T字型，在其他实施例中，第一注射器5和第二注射器6还可以Y字型结构，该结构可以允许微量注射泵同时满足大容量存储和高精度挤出的需求。主体(第一注射器5)是一个直线圆柱形结构，用于精确挤出，而分支部分连接到一个大容量存储容器(第二注射器6)。

微量注射泵的工作原理依赖于精细的电机控制系统，该系统能够精确控制针栓的移动。在液态固化材料输送过程中，大容量存储容器向直线圆柱形结构输送液态固化材料，针栓则回退以容纳新的树脂。在挤出过程中，首先关闭大容量存储容器的阀门或锁定其针栓，然后通过电机控制系统推动直线圆柱形结构中的针栓，从而实现液态固化材料液滴的精确挤出。高精度挤出的实现依赖于电机控制系统的精确步进控制，允许对针栓的每一次微小移动进行控制。这种控制可以通过编程电子控制器来实现，确保每次挤出的液态固化材料液滴量都能满足微透镜形成的需求。

可选的，三轴控制结构2为直线轴结构(图1所示)、Delta型结构或极坐标系结构；其中，直线轴结构包括三组线性导轨，每组导轨对应一个直角坐标系的一个坐标轴，通过步进电机和丝杠传动机构来实现沿各轴移动；Delta型结构包含三个固定在3D打印设备顶部的电机，通过控制连接到固化剂挤出结构3的三根臂的长度变化，实现固化剂挤出结构3在三维空间内的控制；极坐标系结构结合基础镜片4的旋转和一个沿基础镜片4的径向和垂直于基础镜片4表面的高度移动固化剂挤出结构3来实现。

具体的，三轴控制结构2可以包括直线轴结构、Delta型结构或极坐标系结构；

直线轴结构：由三组线性导轨组成，每组导轨对应一个坐标轴(X、Y、Z轴)，并通过步进电机和丝杠传动机构来实现沿各轴的精确移动。这种结构适用于需要高精度直线移动的应用场景。

Delta型结构：包含三个固定在顶部的电机，通过控制连接到挤出头的三根臂的长度变化，实现挤出头在三维空间内的控制。Delta型结构的优势在于快速而平稳的移动能力，适合高速操作。

极坐标系结构：结合镜片的旋转和一个沿径向和高度(Z轴)移动的挤出头来实现。极坐标系结构允许通过转动基础镜片来调整挤出位置，而沿径向和Z轴的移动则通过类似直线轴结构的步进电机和丝杠机构来实现。

三轴控制结构2的工作原理：

无论选择哪种结构形式(即直线轴结构、Delta型结构和极坐标系结构)，三轴控制机械部分都通过精确的电机控制系统驱动。步进电机为系统提供了定位的精确度，每一步的转动都与三维空间内的一个具体位置相对应。通过电子控制器的编程，可以精确地控制每个电机的步数和方向，从而实现在XYZ三维空间内的精确挤出头位置控制。

图3为本发明实施例提供的一种3D打印设备的液态固化材料的挤出量算法示意图，参考图3，本发明实施例提供的3D打印设备挤出量算法为：

H

H

R sinα

V＝V

α＝α

在上述公式中：

R

α为光敏树脂与基础镜片的接触角，由光敏树脂材料和基础镜片材料的特性决定，也是已知参数；

V是微透镜的体积，也就是通过微量注射器挤出光敏树脂的体积，可以通过微量注射泵来控制，也是已知参数；

R是微透镜的曲率半径，为待求解的变量。

根据上述公式，可以数值求解出R的结果。

例如R

通常而言最关键的参数是光学区尺寸，即微透镜内缘到镜片中心的最近距离。

医生可以首先使用一些测量手段对患者进行测量，例如不同分布形态的微透镜框架镜试戴片，比如可以测试患者的耐受程度。或者使用现有技术例如德国蔡司人工晶体生物测量仪对患者的角膜曲率、前房深度进行测量，根据经验选择出微透镜的位置分布，例如光学区尺寸。

然后生产商可以根据医生的处方，在已经具有一定数量微透镜的基础镜片上，再应用本发明，增材制造出更多的微透镜，例如医生的处方为光学区直径为6mm，已经具有一定数量微透镜的基础镜片上，微透镜从9mm开始分布，则生产商可以在6mm-9mm之间使用增材制造，添加微透镜。

本发明实施例还提供了一种眼镜镜片，图4为本发明实施例提供的一种眼镜镜片俯视结构示意图，图5为本发明实施例提供的一种眼镜镜片侧视结构示意图，参考图4-图5，包括基础镜片4和位于基础镜片4至少一侧的多个微透镜81。

具体的，参考图4，眼镜镜片包括位于镜片中心的光学区7以及围绕光学区7的微透镜区81；参考图5，眼镜镜片包括基础镜片4和位于基础镜片4一侧表面的多个微透镜81。设置镜头中心的光学区7，保证用户可以清晰的看见事物，保证视野清晰的前提下，不影响轴锥镜对用户的近视控制。

本发明实施例还提供了一种眼镜镜片的制备方法，图6为本发明实施例提供的一种眼镜镜片的制备方法流程图，眼镜镜片利用上述实施例任一的3D打印设备制备，制备方法包括：

S1、提供一基础镜片；

S2、将基础镜片固定在基础镜片固定结构上；

S3、三轴控制结构调节固化剂挤出结构的位置，使微量注射泵的针尖与基础镜片表面接触；

S4、镜片矢高定位结构调节微量注射泵的针尖与基础镜片表面相距预设距离；

S5、微量注射泵将微升量级液态固化材料液滴挤出在基础镜片表面；

S6、重复执行S3～S5，在基础镜片上形成多个液态固化材料液滴；

S7、固化结构使基础镜片表面的液态固化材料液滴固化为微透镜。

本发明实施例提供的一种眼镜镜片的制备方法，利用上述任一实施例提供的3D打印设备制备具有微透镜的眼镜镜片，其眼镜镜片可以为每个患者提供量身定制的带有微透镜，而且减小制造镜片成本，同时为用户减少了经济负担。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。