專利名稱：針對快速成型設備的改進的制作方法
技術領域：
本發明涉及與用于通過截面的添加(additive)處理來制造三維物體的快速成型 (prototyping)設備有關的改進。
背景技術：
在三維快速成型中，重要的是，曝光系統的光學器件不因與光敏材料的接觸而被污染，其能夠可能引起時間密集型清潔或者甚至更換。因此，通常優選在輸出光學器件和光照(illumination)區域之間的相對大的距離，以便避免在曝光系統和光敏材料之間接觸的風險。

發明內容
本發明涉及一種用于從光敏材料產生三維物體的設備，所述設備包括帶有光照源的曝光系統、該曝光系統被安裝到的掃描桿、控制單元，由此所述曝光系統包括帶有多個單獨可控光調制器的至少一個空間光調制器、被光耦合到所述至少一個空間光調制器的輸入光學器件、被光耦合到所述至少一個空間光調制器的輸出光學器件，其中所述輸入光學器件和輸出光學器件促進從所述光照源發射的光經由所述空間光調制器的所述單獨可控光調制器到光照區域的傳輸，其中所述空間光調制器使得能夠根據源自所述控制單元的控制信號來確立通過所述輸入光學器件傳輸的光的圖案，其中所述輸出光學器件使得能夠在光照區域上聚焦來自所述至少一個空間光調制器的光的圖案，其中在輸出光學器件和光照區域之間的距離d在0. 5和20mm之間。
在三維快速成型中，如果曝光系統的輸出光學器件只是短暫地與光敏材料接觸， 則這可能引起輸出光學器件的污染使得輸出光學器件需要時間密集型清潔或者甚至更換。 因此通常優選在輸出光學器件和光照區域之間的相對大的距離，以便避免在曝光系統和光敏材料之間接觸的風險。
利用如在本發明中使用的裝置，在單獨光束的方向之間的甚至小的不準確度可能是嚴重的問題并且可能引起一些體素偏離預期位置。為了減少在對準多個光束時的麻煩， 已通過修改光學器件的設計而對改進所述對準作出巨大的努力。即使這樣已觀察到改進， 但是也存在對單獨光束的甚至更好的對準的需要。
根據本發明，已示出，通過降低在輸出光學器件和光敏材料之間的距離，能夠觀察到錯位的不利后果的有利降低。通過使用具有使得單獨光束在距輸出光學器件的最靠近光敏材料的部分適合低的距離處聚焦的特性的輸出光學器件而使這成為可能。由此可以降低光學器件的設計中的生產成本而不冒設備效率的風險。來自光束的焦點一起確立光照區域，該光照區域在制造期間將至少部分地與光敏材料的上表面齊平。
進而，通過減少在輸出光學器件和光敏材料之間的距離，也看到進一步有益的優點。較大部分的光強被轉移到光敏材料，這促進了所光照體素的更快固化并且因此又促進了更快的掃描過程。由此，獲得更加高效的三維物體制造。
20mm已被確立為其中可以獲得有利的上述結果的最大距離。0. 5mm已被確立為在沒有與樹脂接觸的過高風險的情況下的最短適用距離。
根據本發明的實施例已觀察到可以使用其它裝置來避免在曝光系統和光敏材料之間的接觸，由此對于低距離的先前擔心問題不必引起不使用這種距離。
本發明的光照源能夠發射在從深UV到遠IR例如從200nm到IOOOOOnm的范圍中的輻射。術語光因此適用于在從深UV到遠IR例如從200nm到IOOOOOnm的范圍中的輻射。 用于產生3維固體物體的應用像材料粉末燒結優選地在具有高達IOOOOnm的波長的紅外能量范圍中執行。使用可固化液體樹脂的立體平面印刷浴的應用優選地在具有從200nm高達 500nm的波長的紫外能量范圍中執行。
而且，本發明涉及一種用于從光敏材料產生三維物體的設備，所述設備包括帶有光照源的曝光系統、該曝光系統被安裝到的掃描桿、控制單元，由此所述曝光系統包括帶有多個單獨可控光調制器的至少一個空間光調制器、被光耦合到所述至少一個空間光調制器的輸入光學器件、被光耦合到所述至少一個空間光調制器的輸出光學器件，其中所述輸入光學器件和輸出光學器件促進從所述光照源發射的光作為至少兩個光束經由所述空間光調制器的所述單獨可控光調制器到光照區域的傳輸，其中所述空間光調制器使得能夠根據源自所述控制單元的控制信號來確立通過所述輸入光學器件傳輸的光的圖案，其中所述輸出光學器件使得能夠在光照區域上聚焦來自所述至少一個空間光調制器的光的圖案，其中在輸出光學器件和光照區域之間的距離d在0. 5和20mm之間。
在本發明的實施例中，所述輸出光學器件包括至少一個微透鏡并且所述輸出光學器件具有如此特性，使得它能夠以使得在輸出光學器件和光照區域之間的聚焦距離d在 0. 5和20mm之間的方式在光照區域上聚焦光的圖案。
在本發明的實施例中，所述曝光系統包括適于距所述輸出光學器件以在1和IOmm 之間、優選地在1. 5和5mm之間的距離d聚焦光的至少一個微透鏡。
利用根據本發明的實施例使用的微透鏡，獲得了在輸出光學器件和光照區域之間的適合距離。
在本發明的實施例中，所述曝光系統包括適于距所述輸出光學器件以在0.5和 20mm之間、優選地在1和IOmm之間、最優選地在1. 5和5mm之間的距離d聚焦光的至少兩個微透鏡。
在本發明的實施例中，微透鏡的總數目至少對應于光調制器的總數目乘以微透鏡層的數目。
根據本發明的優選實施例，離開輸入光學器件的每一個光束將具有它自身的專用微透鏡和光調制器。
在本發明的實施例中，所述曝光系統包括微透鏡的陣列，其中微透鏡的總數目大于200、優選地大于600、更加優選地大于2000、最優選地大于6000。
在本發明的實施例中，所述至少一個微透鏡具有在300 μ m和400 μ m之間的曲率半徑。
根據本發明，已發現通過使用具有在300μπι和400μπι之間的曲率半徑的至少一個微透鏡，獲得了距曝光系統的理想聚焦距離，從而在曝光系統和光敏材料之間獲得用于快速成型的適合距離。
在本發明的實施例中，所述至少一個微透鏡具有在350 μ m和390 μ m之間、優選地在360 μ m禾口 375 μ m之間的曲率半徑。
在本發明的實施例中，所述至少一個微透鏡具有在310 μ m和350 μ m之間、優選地在320μπι和335 μ m之間的曲率半徑。
在本發明的實施例中，所述曝光系統包括具有在300 μ m和400 μ m之間的曲率半徑的至少兩個優選地至少三個微透鏡。
在本發明的實施例中，所述曝光系統包括至少兩個微透鏡，其中所述微透鏡中的至少一個具有在350 μ m和390 μ m之間、優選地在360 μ m和375 μ m之間的曲率半徑，并且所述微透鏡中的至少另一個具有在310 μ m禾口 350 μ m之間、優選地在320 μ m禾口 335 μ m之間的曲率半徑。
在本發明的優選實施例中，使用三個微透鏡，一個在光到達空間光調制器之前的位置中并且兩個在光經過空間光調制器之后的位置中。
在本發明的實施例中，所述至少一個微透鏡具有大于400 μ m的后焦距。
在本發明的優選實施例中，使用三個微透鏡，一個具有大于420 μ m的后焦距并且兩個具有大于490 μ m的后焦距。
在本發明的實施例中，所述至少一個微透鏡在0.5mm和20mm之間的距輸出光學器件的聚焦距離處將通過所述至少一個微透鏡發送的光聚焦成具有小于200 μ m的直徑的束斑。
在本發明的實施例中，所述至少一個微透鏡在1. 5mm和5mm之間的距輸出光學器件的聚焦距離處將通過所述至少一個微透鏡發送的光聚焦成具有小于150 μ m的直徑的束斑。
在本發明的實施例中，所述設備包括容器(vat)，該容器包括一定數量的光敏材料使得所述光敏材料的表面基本與所述光照區域相一致。
在本發明的實施例中，在所述輸出光學器件和所述光敏材料的所述表面之間的最小距離在0. 5mm和20mm之間、優選地在Imm和IOmm之間。
如先前所述的，當曝光系統執行掃描以曝光樹脂的表面時，曝光系統可以以小距離在樹脂上方經過。由于這個很小距離，在越過樹脂表面的掃描期間，存在樹脂在曝光系統的底表面上污染的風險。這種污染可以例如源自所構造產品的在制造期間可能稍微地從該表面凸出(protrude)的部分。這可能例如由于以下事實引起再涂器意外地觸摸構造板上的部分；或者，對于一些樹脂而言，在已經構造的下疊(lower-laying)層中的應力可能引起先前層的已構造表面的不均勻性。還可能由于因再涂例如包括沉陷體積和大平坦區域的部分引起的不良層質量而出現污染。
如果曝光系統觸摸凸出部分，則曝光系統的底表面將被樹脂污染。因此必須在曝光能夠恢復之前從表面清除樹脂，并且該清潔是耗時的和昂貴的過程。進而，存在污染或者損壞曝光系統中的微光學器件和SLM模塊的風險。
結果，存在對避免或者減少在底表面上的污染的需要。
而且，本發明涉及一種通過使用根據權利要求1-17中任何一項的設備而從光敏材料制造三維物體的方法。
在本發明的實施例中，所述方法包括提供物體的數據表示的步驟。
而且，本發明涉及一種用于從光敏材料產生三維物體的設備，所述設備包括帶有光照源的曝光系統、該曝光系統被安裝到的掃描桿、控制單元，由此所述曝光系統包括帶有多個單獨可控光調制器的至少一個空間光調制器、被光耦合到所述至少一個空間光調制器的輸入光學器件、被光耦合到所述至少一個空間光調制器的輸出光學器件，其中所述輸入光學器件和輸出光學器件促進從所述光照源發射的光經由所述空間光調制器的所述單獨可控光調制器到光照區域的傳輸，其中所述空間光調制器使得能夠根據源自所述控制單元的控制信號來確立通過所述輸入光學器件傳輸的光的圖案，其中所述輸出光學器件使得能夠在光照區域上聚焦來自所述至少一個空間光調制器的光的圖案，其中所述設備包括在所述輸出光學器件和所述光照區域之間的至少一個可釋放保護性窗口。
本快速成型設備能夠利用多個光束進行光照，其中期望保護該多個光束并且因此期望某種保護。然而在多個光束的路徑中包含保護性窗口引入可能麻煩的對準問題，因為當經過在不同介質之間的過渡(transition)時，通過不同介質傳播的光將趨向于損失強度并且移位光束。
在任何種類的快速成型設備中，由于介質過渡引起的光束移位可能是成問題的； 然而例如與其中不出現關于在不同光束之間的單獨偏離移位的問題的單光束激光系統相比當使用多光束設備時，移位是尤其成問題的。
對于本發明，已觀察到，通過移動曝光系統靠近光敏材料，可以避免關于通過保護性窗口的光過渡的麻煩。例如當距輸出光學器件的最小距離為距光敏材料小于IOmm時可能是有利的。
根據本發明的實施例，保護性窗口是可釋放的以便如果保護性窗口已被污染或者涂脂則促進保護性窗口的容易更換。
在本發明的實施例中，所述設備包括用于在所述輸出光學器件和所述光照區域之間承載所述至少一個保護性窗口的緊固裝置。
用于承載至少一個保護性窗口的緊固裝置可以是適合于該用途的任何緊固裝置。 本領域的技術人員將已知多種不同裝置。實例是被安裝在曝光系統上的框架，該至少一個保護性窗口或者在其上安裝該至少一個保護性窗口的可更換模塊能夠被插入到該框架中并且由此被固定到該系統。
在本發明的實施例中，所述至少一個保護性窗口被所述緊固裝置保持。
在設備的使用期間，該一個或多個保護性窗口被緊固裝置保持到位以便給出所期望的保護。
在本發明的實施例中，所述至少一個保護性窗口位于距所述輸出光學器件小于 10mm、優選地小于5mm、更加優選地小于2mm的距離處。
根據本發明的優選實施例，該保護性窗口被盡可能靠近輸出光學器件安裝以便使得該系統盡可能緊湊。
在本發明的實施例中，所述至少一個保護性窗口是可更換模塊的一部分。
在本發明的優選實施例中，該保護性窗口被收集在可更換模塊中，每一個可更換模塊包含例如16個保護性窗口。在本發明的范圍內這個數目能夠是任何數目，例如2、4、8、 9、12或者20。以此方式，如果已在一個或者多個窗口上發生污染，則可以更換整個可更換模塊。與更換單一窗口相比，這個更換過程通常將是更快的和更加容易的。
在本發明的實施例中，所述緊固裝置被設計成承載所述可更換模塊。
除了能夠一次更換整個模塊的上述優點，進而有利的是用于僅僅一個元件即整個模塊的緊固裝置在曝光系統上是必要的。
在本發明的實施例中，所述至少一個保護性窗口覆蓋多于一個空間光調制器。
在本發明的優選實施例中，每一個保護性窗口覆蓋4個空間光調制器。然而在另一實施例中每一個空間光調制器可以具有它自身的保護性窗口，并且在進一步的其它實施例中每一個保護性窗口可以覆蓋例如2、3、6、9個空間光調制器。
在本發明的實施例中，聚焦距離小于10mm、優選地小于5mm。
在本發明的實施例中，所述至少一個保護性窗口在300-400nm的波長范圍中的透射率τ大于0. 6、優選地大于0. 8、最優選地大于0. 9。
在本發明的實施例中，所述至少一個保護性窗口由熔融石英制成。
幾個不同種類的玻璃可以被用于保護性窗口 ；然而為了保證UV光通過窗口的高透射，在玻璃中低量的雜質是優選的，優選地使用熔融石英。
在本發明的實施例中，所述可更換模塊被安裝在所述曝光系統上。
在本發明的優選實施例中，包含保護性窗口的可更換模塊被直接地安裝在曝光系統上。由此，保證了在曝光系統和保護性窗口之間的小固定距離。
在本發明的實施例中，所述至少一個保護性窗口的厚度小于4mm、優選地小于 2_、最優選地小于1_。
在本發明的實施例中，所述至少一個保護性窗口具有小于100mmX40mmX4mm的尺寸。
而且，本發明涉及一種通過使用根據權利要求20-32中任何一項的設備而從光敏材料制造三維物體的方法。
在本發明的實施例中，所述方法包括提供物體的數據表示的步驟。
如先前所述的，當曝光系統執行掃描以曝光樹脂的表面時曝光系統可以以小距離在樹脂上方經過。由于這個很小距離，在越過樹脂表面的掃描期間，存在樹脂在曝光系統的底表面上污染的風險。這種污染可以例如源自所構造產品的在制造期間可能稍微地從該表面凸出的部分。這可以例如由于以下事實引起再涂器意外地觸摸構造板上的部分；或者， 對于一些樹脂而言，在已經構造的下疊層中的應力可能引起先前層的已構造表面的不均勻性。還可能由于因再涂例如包括沉陷體積和大平坦區域的部分引起的不良層質量而出現污
^fe ο 如果曝光系統觸摸樹脂的凸出部分，則曝光系統的底表面將被樹脂污染。因此必須在曝光能夠恢復之前從表面清除樹脂，并且該清潔是耗時的和昂貴的過程。進而，存在污染或者損壞曝光系統中的微光學器件和SLM模塊的風險。
結果，存在對用于避免或者減少在底表面上的污染并且特別地用于避免在曝光系統和樹脂中的可能凸起(protrusion)之間的碰撞的方法的需要。因此本發明還涉及以下方面。
而且，本發明涉及一種用于從光敏材料產生三維物體的設備，所述設備包括帶有光照源的曝光系統、該曝光系統被安裝到的掃描桿、控制單元，由此所述曝光系統包括帶有多個單獨可控光調制器的至少一個空間光調制器、被光耦合到所述至少一個空間光調制器的輸入光學器件、被光耦合到所述至少一個空間光調制器的輸出光學器件，其中所述輸入光學器件和輸出光學器件促進從所述光照源發射的光經由所述空間光調制器的所述單獨可控光調制器到光照區域的傳輸，其中所述空間光調制器使得能夠根據源自所述控制單元的控制信號來確立通過所述輸入光學器件傳輸的光的圖案，其中所述輸出光學器件使得能夠在光照區域上聚焦來自所述至少一個空間光調制器的光的圖案，其中所述設備包括用于探測在光照區域和輸出光學器件之間的障礙物的至少一個防碰撞探測系統。
在三維快速成型中，如果例如曝光系統的輸出光學器件只是短暫地與例如障礙物接觸，則這可能引起輸出光學器件的污染使得輸出光學器件需要時間密集型清潔或者甚至更換。因此存在對輔助防止在曝光系統的部分和障礙物諸如來自容器的凸起或者光敏材料之間的接觸的需要。
本發明的重要特征在于，它是防碰撞探測系統而非碰撞探測系統。即可能的將來碰撞在它實際上發生之前被探測，這意味著曝光系統和任何其它設備構件都不由于例如從容器的表面凸出的障礙物而被損壞或者污染。
以此方式，利用本發明，與其中障礙物可能引起設備污染從而導致耗時的清潔過程或者可替代地設備的至少一部分元件的昂貴更換的現有技術相比，實現了可以高度降低在系統停止時浪費的時間，原因在于從容器的表面凸出的障礙物可以被探測和移除而不污染設備。
根據本發明的防碰撞探測系統在其中在曝光系統和光敏材料的表面之間的距離保持相對小的曝光系統中是尤其有利的。這意味著來自表面的甚至很小凸起可能是成問題的并且及時地探測是重要的。在從屬權利要求中限定了防碰撞探測系統的實例。
在本發明的有利的實施例中，曝光系統包括掃描桿，該掃描桿促進該曝光系統能夠被掃描越過光敏材料的表面以便光照所述光敏材料的所期望的部分。
在本發明的實施例中，所述防碰撞探測系統包括能夠提供至少一個防碰撞光束的至少一個光發射器和至少一個光傳感器。
根據本發明的有利實施例，該防碰撞探測系統包括距表面以適合的距離即Imm掃描光敏材料的表面的光束。可以從對技術人員熟知的多個不同光照源例如激光器發射這個光束。在穿越有關表面之后，光束被光傳感器探測到，光傳感器能夠探測光束的強度是否由于光束打到障礙物諸如來自表面的凸起的事實而下降。
光束通常位于掃描桿前面，但是在樹脂表面和掃描桿的底表面之間。
在本發明的優選實施例中，防碰撞探測系統包括光發射器、光探測器、用于操控信號的電子設備和帶有用于調節光束的位置和方向的裝置的外罩。
在本發明的實施例中，所述防碰撞探測系統能夠掃描所述光敏材料的表面。
根據本發明的實施例，該探測系統包括用于針對可能的障礙物或者凸起而掃描表面的裝置。
在本發明的實施例中，所述防碰撞光束的直徑小于2mm、優選地小于1mm。
優選地，防碰撞光束的直徑被保持相對低以便適配在曝光系統和樹脂表面之間的距離。已觀察到低于2mm的直徑是適合的。
在本發明的實施例中，所述防碰撞探測系統包括能夠提供至少兩個防碰撞光束的至少兩個光發射器和至少兩個光傳感器。
根據本發明的進一步的實施例，使用兩個光束，在掃描桿的每一側上各有一個光束。由此實現了無論掃描桿在一個還是另一個方向上移動，任何凸起等都可以被探測。在本發明的優選實施例中，這是有利的，其中曝光系統從左向右和從右向左地掃描樹脂，在此情形中在曝光系統的兩側上需要防碰撞探測系統。
在本發明的實施例中，所述防碰撞探測系統包括視覺照相機。
根據本發明的進一步的實施例，視覺照相機被用作防碰撞探測系統。視覺照相機可以位于在移動方向上在掃描桿前面的多個不同位置中，只要它被定位以便監視在掃描桿前面的光敏材料的表面以檢查可能的凸起等。使用視覺照相機的優點在于，無任何防碰撞探測系統部分絕對有必要直接在光敏材料的表面之上，并且它可以替代地被保持為例如靠近曝光系統。
在本發明的實施例中，所述至少一個防碰撞探測系統被附著到所述掃描桿。
在本發明的有利的實施例中，防碰撞探測系統被附著到或者集成于掃描桿中，由此緊接著在掃描桿穿越在光敏材料上方的相同區域之前執行探測。
在本發明的實施例中，所述至少一個光發射器和所述至少一個光傳感器被安裝在所述曝光系統上。
根據本發明的優選實施例，光傳感器和光發射器二者均被直接地安裝在曝光系統上。由此傳感器和發射器與掃描桿同時地移動，由此對于在樹脂表面的區域中的可能障礙物的感測可以緊接著在曝光系統到達樹脂表面的該區域之前執行。
在本發明的實施例中，所述至少一個光發射器和所述至少一個光傳感器與所述掃描桿同時地移動。
在本發明的實施例中，所述至少一個光傳感器被電連接到所述設備以便傳輸關于來自所述防碰撞光束的信號中的不規則性的信息。
在本發明的實施例中，所述防碰撞探測系統是使得所述至少一個防碰撞光束能夠在光敏材料和曝光系統之間傳播。
在本發明的實施例中，所述防碰撞探測系統是使得所述至少一個防碰撞光束能夠在垂直于掃描桿的移動方向的方向上在掃描桿前面和/或后面傳播。
在本發明的實施例中，所述曝光系統包括至少兩個防碰撞光束。
利用兩個防碰撞光束，可以在曝光系統的兩側上執行探測，而與掃描運動在哪一個方向上進行無關。
在本發明的實施例中，所述至少一個防碰撞光束是激光束。
在本發明的優選實施例中，可以使用激光器來產生所述防碰撞光束。可以使用任何適合數值的波長。
在本發明的實施例中，所述防碰撞探測系統包括至少一個方向改變裝置，諸如棱鏡或者反射鏡，優選地至少兩個棱鏡和/或反射鏡。
當所述防碰撞探測系統包括掃描光敏材料的表面的光束時，優選的是在系統中也包括至少兩個棱鏡或者反射鏡。被以正確的方式成形和定位的這些棱鏡能夠偏轉90度的光束，這促進光發射器和光傳感器都不要求靠近容器。替代地，棱鏡能夠在所期望的方向上引導(一個或者多個)光束。
在本發明的實施例中，在操作期間所述曝光系統的最下部分位于距所述光敏材料的上表面小于5mm處。
根據本發明的優選實施例，在曝光系統和光敏材料之間的距離被保持為低以便有效地利用能量并且減少由于當使用非單色光時透鏡中的色差而引起的可能問題。
而且，本發明涉及一種通過使用包括防碰撞探測系統的根據權利要求35-50中任何一項的設備而從光敏材料制造三維物體的方法。
在本發明的實施例中，多于5%的、來自防碰撞探測系統的信號強度的降低導致停止掃描桿的運動的信號。
在本發明的實施例中，所述方法包括提供物體的數據表示的步驟。
在本發明的實施例中，所述至少一個防碰撞探測系統在探測到可能的碰撞時發送停止所述曝光系統的運動的信號。
在本發明的實施例中，所述至少一個防碰撞探測系統在探測到碰撞的風險時發送升高所述曝光系統的位置高于光敏材料的水平的信號。
在本發明的實施例中，所述輸入光學器件包括準直光學器件。
在本發明的實施例中，所述輸出光學器件包括聚焦光學器件。
在本發明的實施例中，所述曝光系統包括發光二極管。
根據本發明的方面，該發光二極管可以例如是激光二極管、紫外二極管或者任何其它發射以電磁輻射形式的光的光源。
根據本發明的方面，在光照源中使用的優選發光二極管具有覆蓋發光區域的例如聚合物、玻璃或者塑性材料的護罩。這個護罩可以被用作從發光區域發射的光的預聚焦和 /或預準直光學器件。
在本發明的實施例中，所述設備進一步包括用于包含光敏材料的容器。
在本發明的實施例中，所述設備進一步包括構造板。
在本發明的實施例中，所述控制單元進一步包括用于調節所述構造板相對于輸出光學器件的豎直位置的裝置。
在本發明的實施例中，所述曝光系統包括多于一個空間光調制器。
在本發明的有利的實施例中，例如使用多于一個空間光調制器來增加曝光系統的寬度并且由此增加光照區域從而能夠同時構造更大物體或者更大數目的小物體。
在本發明的實施例中，所述曝光系統利用光照模塊構造，其中所述光照模塊包括至少一個發光二極管和至少一個空間光調制器。
在本發明的有利的實施例中，該曝光系統利用使得該曝光系統靈活的光照模塊構造。因此客戶可以要求適于大或者小物品的客戶特定產生的曝光系統。
在其中曝光系統利用光照模塊構造的、本發明的有利的實施例中，維護曝光系統可以更加容易或者更加廉價。如果一個空間光調制器受到損壞，則僅僅一個光照模塊而非整個曝光系統被更換。
在本發明的實施例中，所述曝光系統包括多于一個發光二極管。
根據本發明的實施例，使用多于一個發光二極管來增加所發射光的強度。利用增加的光強度，增加曝光系統越過光照區域的掃描速度是可能的。
在本發明的實施例中，來自一個特定發光二極管的光光照一個特定空間光調制器。
根據本發明的實施例，一個特定發光二極管被專用于一個特定空間光調制器。這可能是非常有利的，因為如果來自空間光調制器之一的所圖案化光不必被用于構造物體的一層則完全地關閉一個發光二極管然后成為可能。關閉一個發光二極管降低了能量消耗以及熱量產生。
根據本發明的實施例，在發光二極管和空間光調制器之間的關系是一對一關系。 這個一對一關系增加了高度的靈活性，例如使得曝光系統能夠打開或者關閉每一個單獨空間光調制器。
在本發明的實施例中，所述輸入光學器件包括微透鏡的至少一個陣列。
根據本發明的實施例，輸入光學器件可以至少部分地是微透鏡的陣列。微透鏡的陣列可以例如被用于將來自發光二極管的光聚焦到空間光調制器的孔徑中。
根據本發明的實施例，輸入光學器件可以包括用于準直來自發光二極管的光的準直光學器件。進而，根據輸入光學器件的功能，可以在輸入光學器件中包括另外的光學器件。
在本發明的有利的實施例中，輸入光學器件可以包括微透鏡的模塊，因此如果曝光系統包括多于一個光照模塊，則每一個光照模塊均可以被附著到一個輸入光學器件模塊。
在本發明的實施例中，所述輸入光學器件將來自發光二極管的光分裂成多個光束。
根據本發明的實施例，來自輸入光學器件的多個光束與一個或者多個空間光調制器的孔徑處于一對一關系。這可能是非常有利的，因為然后來自發光的所有光可以被用于光照光敏材料。
根據本發明的實施例，來自輸入光學器件的多個光束超過該一個或者多個空間光調制器的孔徑的數目。允許比空間光調制器的孔徑更多的來自輸入光學器件的光束可以例如給輸入光學器件增加靈活性，因為輸入光學器件然后可以不準確地適配于空間光調制器。進而，例如可以使用來自輸入光學器件的另外的光束來測量來自發光二極管的光的強度。
在本發明的實施例中，光導將來自所述發光二極管的光引導到所述空間光調制器。
根據本發明的實施例，發光二極管被物理地置放在距空間光調制器的一定距離處，因此使用光導諸如例如光纖將來自發光二極管的光引導到空間光調制器是非常有利的。
根據本發明的實施例，光導可以是輸入光學器件的一部分，因此光導可以例如成形、對準或者引導光使得其準備被空間光調制器圖案化。
在本發明的實施例中，所述設備促進了可以越過所述光敏材料掃描所述曝光系統。
在本發明的有利的實施例中，曝光系統被掃描越過光敏材料。當曝光系統被掃描越過光敏材料時，空間光調制器將光圖案化以固化在光敏材料上的光照區域。對于將被構造的物體的每一層，曝光頭被掃描越過光敏材料至少一次。
在本發明的實施例中，所述輸出光學器件包括微透鏡的至少一個陣列。
在本發明的有利的實施例中，來自該至少一個空間光調制器的圖案化光借助于所述微透鏡陣列而被聚焦到光敏材料上以保證光敏材料的均勻和精確固化。
在本發明的有利的實施例中，該輸出光學器件可以包括微透鏡模塊，因此如果曝光系統包括多于一個光照模塊，則每一個光照模塊均可以被附著到一個輸出光學器件模塊。
而且，本發明涉及可光固化樹脂在根據權利要求1-17、20-32、35_50或者56-69的設備中的使用。
而且，本發明涉及一種在根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56_69的設備中固化可光固化組分的方法。
而且，本發明涉及一種通過根據權利要求18-19或者33-34或者51_55中任何一項的方法而產生的三維物體。
進而，本發明涉及一種通過使用根據權利要求1-17或者20-32或者35_50或者 56-70中任何一項的設備而產生的三維物體。
進而，本發明涉及一種根據權利要求73和74的三維物體。


現在將參考附圖更加詳細地描述本發明，其中圖1示出立體平版印刷設備的簡化截面視圖，
圖2示出根據本發明的實施例的曝光系統的一部分，
圖3示出根據本發明的實施例的包括防碰撞探測系統的立體平版印刷設備的一部分的截面視圖，
圖4對應于圖3旋轉90°， 圖5示出根據本發明的實施例的防碰撞探測系統， 圖6示出根據本發明的實施例的保護性窗口， 圖7示出根據本發明的實施例的包括保護性窗口的可更換模塊，并且圖8示出根據本發明的實施例的包括可更換模塊的立體平版印刷設備的一部分的截面視圖，并且圖9示出根據本發明的實施例的立體平版印刷設備的實例， 圖10示出根據本發明的實施例的立體平版印刷設備的進一步的實例，并且圖11示出根據本發明的實施例的立體平版印刷設備的進一步的實例。
具體實施例方式能夠例如從由此通過引用并入的WO 98/47048看到適合于本發明的實施例的、如何準直光和光照以及用于介質的點光照的方法和光照單元的實例。
能夠例如從由此通過引用并入的WO 98/47042看到適合于本發明的實施例的、包括多個光發射器的介質的點光照的光照單元和方法的實例，該光發射器的形式為被布置成經由光閥裝置而光照至少一個光照面的光導。
在由此通過引用并入的WO 00/21735中描述了用于通過對包括完全或者部分光敏材料的截面的添加處理而制造三維物體的快速成型設備的實例。這個設備包括通過單獨可控光調制器的至少一個空間光調制器對光敏材料的截面進行光照的至少一個光源，其中至少一個光源與多個光導光耦合，該多個光導被以使得每一個光導光照截面的子區域的方式相對于空間光調制器裝置布置。
在本說明書和所附權利要求的上下文內，術語“光照區域”指的是如由源自輸出光學器件的單獨光束的多個聚焦點限定的近似平面。
在本說明書和所附權利要求的上下文內，術語微透鏡指的是通常具有小于一毫米 (mm)的直徑的小透鏡。
在本說明書和所附權利要求的上下文內，術語聚焦距離d指的是從輸出光學器件到光照區域的最小距離。
在本說明書和所附權利要求的上下文內，術語光敏材料指的是對光敏感的并且適用于三維快速成型的任何材料。這種材料將是技術人員所熟知的并且能夠有利地是不同種類的樹脂；因此術語樹脂和術語光敏材料在這里被可互換地使用。
在本說明書和所附權利要求的上下文內，術語光照區域指的是在光束被最好地聚焦于此的距離處光束的截面區域。
在本說明書和所附權利要求的上下文內，能夠通過光調制器的任何組合例如當所有光調制器打開、單行光調制器打開、一些單獨光調制器打開時或者光調制器的設置的任何其它組合產生光的圖案。
圖1示出根據本發明的一個方面的用于構造三維物體OB的立體平版印刷設備SA 的簡化截面視圖。通過當被曝光于來自曝光系統ES的光時光敏材料LSM的固化而逐層地構造三維物體OB。
立體平版印刷設備SA包括在其上構造一個或者多個三維物體OB的構造板BP。構造板BP借助于升降機EL而被豎直地移動到包括光敏材料LSM的容器V中。再涂器REC根據本發明的方面被掃描越過光敏材料LSM的新層以保證新層的均勻性。利用箭頭指示曝光系統ES的掃描方向SD。
根據以上描述，通過利用來自曝光系統ES的圖案化光對光敏材料LSM層曝光而構造三維物體0B。光敏材料LSM的部分根據它被曝光于的光的圖案而被固化。當第一層被固化時，帶有三維物體OB的已固化的第一層的構造板BP被降低到容器V中并且再涂器REC 掃描越過光敏材料LSM層以便確立新鮮的、光敏材料LSM的上層。然后曝光系統ES再次被掃描越過光敏材料LSM，從而固化三維物體OB的新層。
如所述的，立體平版印刷設備SA包括曝光系統ES。曝光系統ES包括光照源，該光照源可以是UV燈、二極管、多個二極管或者適合于固化光敏材料的目的的、技術人員已知的光照源的任何其它裝置。在光照源之后，存在用于與輸入光學器件10、空間光調制器SLM 和輸出光學器件00—起將來自光照源的光轉換成準直光的裝置。在圖2上看到曝光系統的、在準直光的裝置之后的部分。
曝光系統ES的至少一部分在掃描方向SD上被掃描越過光敏材料LSM，從而根據三維物體OB的數字逐層表示來光照在光敏材料LSM的表面上的光照區域IA。根據本發明的方面，曝光系統ES固化光照區域IA中的光敏材料LSM，由此形成三維物體0B。
在本發明的方面中，容器V可以配備有用于移動容器V的裝置，諸如輪子、與導軌的相互作用裝置(interaction)、軌道、叉式升降機(forklift)等。因此，容器V可以可拆卸地位于立體平版印刷設備SA中，例如經由開口 OP可進入以利用光敏材料LSM再填充容器V或者容易從構造板BP移除三維物體0B。
應該指出，可能例如借助于示出的升降機EL或者其它器件來豎直地移動容器V而不是移動構造板BP。
三維物體OB的數字逐層表示可以根據本發明的方面經由接口單元IFU而被提供給立體平版印刷設備SA。接口單元IFU可以包括輸入接口(諸如例如鍵盤或者指示器)和輸出接口(諸如例如屏幕或者打印機)，以經由接口諸如例如LAN (LAN ；局域網)、WLAN (WLAN ； 無線局域網)、串行通信等操縱通信。進而，接口單元IFU可以包括數據處理器、存儲器和/ 或用于數據的永久存儲的裝置。
圖2示出根據本發明的方面的曝光系統的在準直光的裝置之后的部分的簡化截面視圖。
根據本發明的一個方面，為了將光從光照源傳輸到該至少一個空間光調制器SLM 的光調制器LM的至少一部分，在用于準直的裝置和輸入光學器件IO之間使用光導。在可以被與其它方面組合的本發明的另一個方面中，在光照源和用于準直的裝置之間使用光導。 這種光導可以例如包括光纖(例如由聚合物、塑料、玻璃等制成)、光學器件、透鏡陣列、反射嬰坐
-V^r ^t ο 光敏材料LSM可以根據本發明的方面是用于選擇光照源的確定因素。通常，當利用在200-500nm之間的波長內的高強度光進行曝光或者光照時，光敏材料LSM被固化。通常，具有在300和400nm之間的波長峰值的光對于固化優選類型的光敏材料LSM而言是最佳的。當然，如果需要特定光敏材料LSM，則可以使用具有除了所述波長之外的波長的光。
應該指出，光敏材料LSM當它被曝光于例如來自房間的普通光照分布的廣譜光時也被固化，因為房間的普通光照分布經常也包含具有光敏材料LSM在其上反應的波長的光。從這種漫射光固化光敏材料LSM不是期望的，因為它是緩慢和不可控的。
根據本發明的方面，從光照源發射的光的強度可以改變。強度越高，則光敏材料 LSM必須被曝光于光以固化的時間越短。由此，在光敏材料LSM之上掃描的曝光系統ES的速度可以是更快的。當然，其它因素也確定掃描速度，諸如光敏材料LSM的類型、空間光調制器SLM中的響應時間等。
根據本發明的方面，該曝光系統包括輸入光學器件10、至少一個空間光調制器 SLM和輸出光學器件00。因此，來自光照源的光借助于輸入光學器件IO被至少部分地準直并且被聚焦到該至少一個空間光調制器SLM的至少一些孔徑上。至少一個空間光調制器 SLM然后確立到輸出光學器件00上的光的圖案，該輸出光學器件00再次在光敏材料LSM上的光照區域IA上聚焦圖案化光。
應該指出，光的圖案還包括當空間光調制器SLM的所有單獨光調制器LM處于讓光通過空間光調制器SLM的所有孔徑或者根本不讓任何光通過空間光調制器SLM的孔徑的位置中時的情況。
立體平版印刷設備SA根據本發明的優選方面確實包括多于48個空間光調制器 SLM。應該指出，關于空間光調制器SLM的數目，根據本發明的方面的立體平版印刷設備SA 是非常靈活的。因此，空間光調制器SLM的數目可以在1和例如高達多于100之間改變。
根據本發明的方面，單獨空間光調制器SLM可以被以四個組合在模塊中。因此，根據本發明的優選方面，當需要多于四個空間光調制器SLM時，多于一個模塊被組合到一起以形成曝光系統ES。
每一個空間光調制器SLM根據本發明的方面包括多于500個單獨可控光調制器 LM。當然，可以使用帶有不同于(有時很大不同于)500個單獨可控光調制器LM的數目的空間光調制器SLM。為了將這些圖簡化，在本說明書全文中，即使如所述地可以存在多于500 個，這些圖也僅僅示出了帶有例如四個光調制器的空間光調制器SLM。
根據本發明的方面并且如在圖2中所示，輸入光學器件IO可以包括微透鏡陣列。 在進一步的實施例中，可以在輸入光學器件以及其它光學元件中包括進一步的微透鏡。
輸入光學器件的用途是將準直光CL聚焦到該至少一個空間光調制器SLM上。如下面解釋的，該至少一個空間光調制器SLM包括多個孔徑并且微透鏡ML將準直光CL正是聚焦到這些孔徑上或者向下通過這些孔徑。
根據本發明的方面，該至少一個空間光調制器SLM可以被用于將經準直和聚焦的光圖案化到光敏材料LSM上的光照區域IA上。該至少一個空間光調制器SLM包括還被稱作光開關、光閥、微快門等的多個單獨光調制器LM。
根據本發明的方面，單獨可控光調制器LM由控制單元CU控制。控制單元CU可以根據將被構造的三維物體的數字逐層表示來控制曝光系統ES。所示出的控制單元CU可以控制至少一個空間光調制器SLM的單獨可控光調制器LM，并且在單獨發光二極管LD的情形中，這些還可以由控制單元⑶控制。
根據其中使用發光二極管LD的本發明的方面，控制發光二極管LD意味著如果例如將僅僅構造物體的小部分或者小的物體則關閉發光二極管LD，這不要求來自在曝光系統 ES中包括的該至少一個空間光調制器SLM的圖案化光。
根據本發明的方面，控制該至少一個空間光調制器SLM中的光調制器LM可以通過根據圖案來尋址光調制器LM而完成。該圖案可以代表將被構造的三維物體的一層。
在本發明的實施例中，所示出的控制單元CU還可以控制除了曝光系統ES之外的立體平版印刷設備SA的其它部分。可替代地，控制單元CU可以被包括在與立體平版印刷設備SA有關的其它控制系統中。
根據本發明的方面，可以為立體平版印刷設備SA提供將被構造的三維物體的數字逐層描述。如果三維物體在構造過程期間要求支撐，則三維物體的逐層描述可以包括支撐結構。對于三維物體的每一層，曝光系統ES被掃描越過光敏材料LSM并且三維物體的單獨數字逐層描述確定來自空間光調制器SLM的光的圖案。
根據本發明的方面，輸出光學器件00將來自空間光調制器SLM的圖案化光聚焦到光敏材料LSM的表面上的一個或者多個光照區域IA上。像輸入光學器件10，輸出光學器件 00可以包括多于一個透鏡系統，例如多于一個微透鏡ML陣列。
在圖2中示出曝光系統的一部分的優選實施例。準直光CL被發送通過作為輸入光學器件IO的一部分的第一微透鏡陣列，其用于將準直光CL聚焦成適合于進入光調制器 LM上的每一個單獨快門的多個聚焦光束FLB。對于每一個打開的光調制器LM，光將經過并且在經過了光調制器LM之后再次展開。在這個所示的實施例中，輸出光學器件00包括相互緊鄰(immediate continuation)的兩個微透鏡陣列以聚焦光，由此在大約2_3mm的距離 d處的焦平面即光照區域IA上獲得大約100 μ m的直徑的所期望光斑。
在所示的實施例中，通過使用具有適合參數即365 μ m的曲率半徑和499 μ m的后焦距的、相互緊鄰的上述兩個微透鏡陣列，獲得了光在所期望的距離中的這種非常有利的聚焦。與在輸入光學器件中使用具有328. 5 μ m的曲率半徑和425 μ m的后焦距的單一微透鏡陣列一起，這種組合已證實在曝光系統中提供非常有利的光學器件組合。然而，具有在這種已發現的數值附近的范圍中的這些參數的數值的、進一步的光學元件也表明了提供有利的結果。
在該實施例中，所使用的微透鏡是包括一體制造的多個透鏡的陣列的一部分。顯然在本發明的范圍內，將可能對于每一個單獨快門制造并且插入單獨透鏡，或者除了所示的一個透鏡之外的任何數目的透鏡可以被一起組合在一個微透鏡板上。
應該清楚，圖2所示的實施例是僅僅作為實例示出的并且可以通過更換一個或者多個微透鏡陣列來獲得適合的實施例。
后焦距和曲率半徑是技術人員所熟知的術語；然而為了清楚起見，這些被定義如下。
球面透鏡具有沿著系統局部光軸或者從系統局部光軸偏心的位于(x，y，z)的曲率中心。透鏡表面的頂點位于局部光軸上。從頂點到曲率中心的距離是透鏡的曲率半徑。
后焦距(BFL)是從系統的最后光學表面的頂點到后焦點的距離。
利用本發明獲得了 通過使用一個或者多個保護性窗口，能夠防止曝光系統的污染或者至少使其保持最小程度。
圖6示出根據本發明的實施例的保護性窗口 PW的實例。
圖7示出根據本發明的實施例的可更換模塊RM的實例。所示的可更換模塊RM包括16個保護性窗口 PW;然而，根據本發明的各種其它實施例，這個數目可以是任何其它適合的數目。在所示的實施例中，單獨保護性窗口 PW相互均勻地移位以便在保護性窗口 PW 下面的SLM覆蓋整個寬度的掃描區域。顯然，根據不同的參數諸如掃描區域的尺寸等，這些保護性窗口 PW可以被不同地分布。
圖8示出曝光系統ES，在該曝光系統ES上包括保護性窗口 PW的可更換模塊RM被安裝在用于保持可更換模塊RM的緊固裝置FM中。在所示的實施例中，這些緊固裝置FM只是在曝光系統ES的每一側上的導軌。
在另一個有利的實施例中，緊固裝置FM是其中可更換模塊RM能夠被推入凹部中并且然后被卡扣到固定位置中的系統。
然而，多種不同的適合緊固裝置將對本領域的技術人員是顯而易見的。
在圖8中示出凸起PR，凸起I3R在所示的情形中可能是樹脂LSM的上表面US中的氣泡。這種氣泡是對于大多數樹脂類型而言將很少發生的凸起I3R的一個實例。然而，如果它出現，則這可以非常突然地發生，由此在設備上別處安裝的可能的探測系統雖然有效但是可能不是足夠的。
利用(一個或者多個)保護性窗口 PW，這種氣泡可能在(一個或者多個)保護性窗口上留下少量樹脂，但是光學器件保持未被損壞和未被污染。由此更換可更換模塊RM的相對簡單的過程足以能夠在發生這種氣泡之后再次起動設備。
凸起的原因的另一個實例在于樹脂的固化可能引起很小的收縮。這種收縮可以引起圍繞已固化區域的未固化樹脂LSM被上推略高于周圍樹脂的水平。以此方式，可以使得這種樹脂更加靠近曝光系統ES或者甚至與曝光系統ES接觸。
利用本發明，獲得了用于在添加制造中探測在曝光系統和樹脂之間的障礙物以便防止曝光系統的污染并且在構造的部分上防止損壞的傳感器。
圖3示出在曝光系統ES朝向凸起I3R向左移動時曝光系統ES的主要部分，該凸起 I3R從包含光敏材料LSM的容器V的另外平坦表面凸出。而且在容器V中示出如預期那樣即基本與光敏材料LSM的上表面US齊平地維持其上表面的物品IT的一部分。在所示的實施例中，防碰撞探測系統包括從參考圖5更加詳細描述的外罩!Ba發射的兩個激光束LBa和 LBb0要指出，在所示的實施例中兩個激光束LBa和LBb位于曝光系統ES側上以便能夠探測凸起，無論在所示的實施例中曝光系統ES是向左還是向右移動。然而，在本發明的進一步的實施例中，可以使用僅僅一個激光束或者甚至多于兩個。
圖4以90°旋轉視圖示出與在圖3中相同的設置，即曝光系統ES朝向凸起I3R移動遠離觀察者。由此能夠看到激光束LSb之一低于曝光系統ES的總寬度從發光外罩!Ba 延伸到光感測外罩HSb。要指出，所示的激光束將是移動方向后面的一個激光束，而在圖中不能看到移動方向前面的一個激光束，因為它位于也在圖3中指示的后激光束后面。
從圖中能夠看到，在圖中位于激光束LSb后面的前激光束LBa將在運動期間的某個階段到達凸起I3R并且由此激光束LBa將被凸起I3R中斷，從而導致到達光感測外罩HSb 的光強度降低。由此能夠得出結論凸起I3R存在于曝光系統ES前面，這可能是一種污染曝光系統的風險。然后能夠發送信號以例如導致設備停止以便操作人員解決該問題。以此方式，凸起可以容易地被移除或者降低并且可能在幾分鐘以后，設備可以被再次起動。在凸起 I3R與曝光系統ES形成接觸的情形中，清潔或者更換過程可能是必要的，從而導致大量的時間消耗和成本。
使得本發明工作的重要要素是傳感器中的部件的尺寸。因為在曝光系統的底表面和樹脂的表面之間的距離通常小至2mm，所以產生光束的部件必須是小的并且被以小的公差制成。如果掃描桿的寬度作為實例是670mm，則這也將對在發射器和傳感器之間的距離設置下限，該下限將通常剛剛大于這個數值。假設對于角度錯位而言在曝光系統的底表面和樹脂之間的距離的一半能夠是可接受的，則角度錯位必須小于0.08°。假設在曝光系統的底表面和樹脂表面之間的距離的一半能夠被用于光束的直徑，則光束尺寸必須小于1mm。 由此可以避免接收器將看到兩個光源，一個來自發射器的真實光源并且一個來自樹脂表面的反射。
這給出了對發射器和傳感器中的光學部件的要求并且還給出了對用于對準微調的裝置的要求。
圖5給出光學部件的設計的實例，其中示出兩個不同的外罩!Ba和HSb。通常前和后設置(set)將是相同的，因此這里僅僅示出一個設置。
在該實例中，激光二極管LD發射激光束LB，該激光束LB通過隔膜DP成形，之后它在棱鏡PRa中被以90°角度反射，由此該光束被引導為剛剛在樹脂表面上方齊平。在曝光系統ES下面的樹脂LSM的表面US上方經過之后，光束LB在第二棱鏡PRb中被反射并且被引導到光感測外罩HSb中。在到達這個外罩中的光電二極管PD之前，光束LB經過干擾濾波器IF以避免例如漫射光能夠干擾光電二極管PD的測量。
棱鏡PRa和PRb的使用旨在獲得緊湊的設計并且避免激光二極管LD或者光電二極管PD需要靠近樹脂LSM的表面US。顯然，在本發明的范圍內還可以使用除了 90°之外的角度。
棱鏡能夠被用作內部或者外部反射器二者；在圖5所示的實施例中，棱鏡被用作內部反射器。
使用棱鏡作為內部反射器的優點在于能夠使得棱鏡的表面與外罩齊平并且因此棱鏡的表面能夠給出更好的清潔可能性。為了保護易碎的棱鏡邊緣，可以只是如在圖5中所示地切斷邊緣，這允許使用限幅光束，由此打到被切斷的部分的光束部分將基本上不被彎曲；這將不產生漫射光束對在發射器和傳感器之間的激光的任何風險以及沖擊樹脂的風險。由此，在不存在干擾漫射光的風險的情況下，光束可以盡可能靠近樹脂表面移動，即在圖5中向右移動。還可以在外部反射實施例中使用這種方法。
在本發明的有利的實施例中，該設備包括重啟按鈕，由此在激光束LBa中斷從而導致設備停止時該設備能夠快速地繼續制造過程。這例如在由樹脂中的氣泡等引起中斷的情況下是有利的，由此當操作員來到機器時可以解決該問題。
在本發明的有利的實施例中，該曝光系統包括空間光調制器(SLM)的模塊，其中每一個模塊包括多于一個空間光調制器。
在本發明的有利的實施例中，輸入光學器件由模塊制成，因此一個輸入光學器件模塊對應于空間光調制器的一個模塊。
在本發明的有利的實施例中，該輸出光學器件由模塊制成，因此一個輸出光學器件模塊對應于空間光調制器的一個模塊。曝光系統、輸入光學器件和輸出光學器件的模塊化結構促進曝光系統的容易修改，例如以滿足特定用戶規定的對光照系統尺寸的要求。
在本發明的有利的實施例中，輸入和輸出光學器件由模塊制成，因此一個輸入和一個輸出光學器件模塊對應于一個空間光調制器。
在本發明的有利的實施例中，空間光調制器的光調制器圖案化來自光照源的光。 光敏材料被以依賴于空間光調制器中的光調制器的位置的圖案固化。
圖9-11示出立體平版印刷設備SA的僅僅一個可能的實施例，應該指出，不是所有下面所述的特征對于立體平版印刷設備SA操作而言都是必要的。進而應該指出，沒有示出立體平版印刷設備SA的所有細節并且另外的未被示出的部分可能是有利的。
圖9示出根據本發明一個方面的以前/側視圖的立體平版印刷設備SA。
立體平版印刷設備SA可以配備有一個或者多個滑動容器門SVD，所述滑動容器門 SVD可以例如借助于例如通過推動、轉動等而被操作的滑動容器門手柄SVDH而被打開。滑動容器門SVD可以借助于滑動到一側或者借助于繞一個或者多個鉸鏈樞轉而給出進入容器V (未示出)的入口。
一個或者多個滑動前門SFD可以相對于一個或者多個前面板FP和側面板SP定位。
滑動前門SFD可以借助于滑動到一側或者借助于繞一個或者多個鉸鏈樞轉而給出進入曝光系統ES (未示出)的入口。
應該指出，滑動前門SFD可以是透明的使得能夠在不打開滑動前門SFD的情況下監視構造過程。
一個或者多個前面板FP可以延伸到立體平版印刷設備SA側。該一個或者多個前面板FP可以配備有指示機器的狀態(例如在操作中、停止、故障等)或者在給定時間立體平版印刷設備SA處于構造過程的哪一個階段的一個或者多個機器狀態指示器MSI。機器狀態指示器MSI還可以位于頂板RO或者立體平版印刷設備SA側上并且它可以例如包括顯示器、燈、警報器等。
進而，立體平版印刷設備SA可以配備有在立體平版印刷設備SA的正常操作下未被使用的一個或者多個側門SID和一個或者多個下側面板LSP。僅當要維護立體平版印刷設備SA的部分時，側門SID和下側面板LSP才被拆除或者打開。
應該指出，根據本發明的方面，側門SID可以是滑動前門SFD的一部分，并且根據本發明的方面，下側面板LSP可以是滑動容器門SVD的一部分。
圖10示出根據本發明的方面的以后/側視圖的立體平版印刷設備SA，其中側門 SID和滑動前門SFD被拆除從而揭示曝光系統ES。
根據本發明的方面，立體平版印刷設備SA可以立于一個或者多個機器支腳MF上， 所述機器支腳MF可以是可調節的。這可以使得更加易于安設立體平版印刷設備SA，使得當容器V (未示出)被定位到立體平版印刷設備SA中時，光敏材料LSM的表面和輸出光學器件OP (未示出)是基本平行的。
所示出的曝光系統ES包括當維護或者維修曝光系統ES時使用的左上側門UD和左下側門LD。進而，曝光系統包括用于進入光照源IS (未示出)的燈罩門LHD。進而，曝光系統ES包括用于保護光照單元IU (未示出)的不同部分的保護板PP。在圖10上還示出了保護窗口 PW側以及曝光桿的外部框架OFEB。
用于釋放保護窗口 PW (未示出)的手柄HD可以位于曝光系統外殼ESC中。
圖11示出根據本發明的方面的以前視圖的立體平版印刷設備SA，其中滑動前門 SFD被移除。當越過光敏材料LSM (未示出)掃描時，曝光系統ES在曝光系統滑架狹縫ESCS 中移動。進而，圖11示出繞其構造機器的機器框架MFR和用于曝光系統能鏈的支撐基部 SBEC。
對于紅外材料粉末燒結而言，本發明呈現顯著的和想不到的優點，由此能夠以高精度快速地處理大表面。
權利要求
1.一種用于從光敏材料產生三維物體的設備，所述設備包括 帶有光照源的曝光系統(ES)，掃描桿，該曝光系統(ES)被安裝到所述掃描桿， 控制單元(⑶)，由此所述曝光系統(ES)包括帶有多個單獨可控光調制器(LM)的至少一個空間光調制器(SLM)， 被光耦合到所述至少一個空間光調制器(SLM)的輸入光學器件(10)， 被光耦合到所述至少一個空間光調制器(SLM)的輸出光學器件(00)， 其中所述輸入光學器件(IO)和輸出光學器件(00)促進從所述光照源發射的光經由所述空間光調制器(SLM)的所述單獨可控光調制器(LM)到光照區域(IA)的傳輸，其中所述空間光調制器(SLM)使得能夠根據源自所述控制單元(CU)的控制信號來確立通過所述輸入光學器件(IO)傳輸的光的圖案，其中所述輸出光學器件(00)使得能夠在光照區域(IA)上聚焦來自所述至少一個空間光調制器(SLM)的光的圖案，其中在輸出光學器件(00)和光照區域(IA)之間的距離d是在0. 5和20mm之間。
2.一種用于從光敏材料產生三維物體的設備，所述設備包括 帶有光照源的曝光系統(ES)，掃描桿，該曝光系統(ES)被安裝所述掃描桿，控制單元(⑶)，由此所述曝光系統(ES)包括帶有多個單獨可控光調制器(LM)的至少一個空間光調制器(SLM)， 被光耦合到所述至少一個空間光調制器(SLM)的輸入光學器件(10)， 被光耦合到所述至少一個空間光調制器(SLM)的輸出光學器件(00)， 其中所述輸入光學器件(IO)和輸出光學器件(00)促進從所述光照源發射的光作為至少兩個光束經由所述空間光調制器(SLM)的所述單獨可控光調制器(LM)到光照區域(IA) 的傳輸，其中所述空間光調制器(SLM)使得能夠根據源自所述控制單元(CU)的控制信號來確立通過所述輸入光學器件(I0)傳輸的光的圖案，其中所述輸出光學器件(00)使得能夠在光照區域(IA)上聚焦來自所述至少一個空間光調制器(SLM)的光的圖案，其中在輸出光學器件(00)和光照區域(IA)之間的距離d是在0. 5和20mm之間。
3.根據權利要求1或者2的設備，其中所述輸出光學器件(00)包括至少一個微透鏡并且所述輸出光學器件(00)具有如此特性使得它能夠以使得在輸出光學器件(00)和光照區域(IA)之間的聚焦距離d是在0. 5和20mm之間的方式在光照區域(IA)上聚焦光的圖案。
4.根據權利要求1-3的設備，其中所述曝光系統包括適于距所述輸出光學器件以在1 和IOmm之間、優選地在1. 5和5mm之間的距離d聚焦光的至少一個微透鏡。
5.根據權利要求1-4的設備，其中所述曝光系統包括適于距所述輸出光學器件以在 0. 5和20mm之間、優選地在1和IOmm之間、最優選地在1. 5和5mm之間的距離d聚焦光的至少兩個微透鏡。
6.根據權利要求1-5的設備，其中微透鏡的總數目至少對應于光調制器的總數目乘以微透鏡層的數目。
7.根據權利要求1-6的設備，其中所述曝光系統包括微透鏡的陣列，其中微透鏡的總數目大于200、優選地大于600、更加優選地大于2000、最優選地大于6000。
8.根據權利要求3-7的設備，其中所述至少一個微透鏡具有在300μ m和400 μ m之間的曲率半徑。
9.根據權利要求3-8的設備，其中所述至少一個微透鏡呈現在350μ m和390 μ m之間、 優選地在360 μ m和375 μ m之間的曲率半徑。
10.根據權利要求3-9的設備，其中所述至少一個微透鏡呈現在310μ m和350 μ m之間、優選地在320 μ m禾口 335 μ m之間的曲率半徑。
11.根據權利要求1-10的設備，其中所述曝光系統包括具有在300μ m和400 μ m之間的曲率半徑的至少兩個優選地至少三個微透鏡。
12.根據權利要求1-11的設備，其中所述曝光系統包括至少兩個微透鏡，其中所述微透鏡中的至少一個呈現在350 μ m和390 μ m之間、優選地在360 μ m和375 μ m之間的曲率半徑，并且所述微透鏡中的至少另一個呈現在310 μ m和350 μ m之間、優選地在320 μ m和 335 μ m之間的曲率半徑。
13.根據權利要求3-12的設備，其中所述至少一個微透鏡呈現大于400μ m的后焦距。
14.根據權利要求3-13的設備，其中所述至少一個微透鏡在0.5mm和20mm之間的距輸出光學器件的聚焦距離d處將通過所述至少一個微透鏡發送的光聚焦成具有小于200 μ m 的直徑的束斑。
15.根據權利要求3-14的設備，其中所述至少一個微透鏡在1.5mm和5mm之間的距輸出光學器件的聚焦距離d處將通過所述至少一個微透鏡發送的光聚焦成具有小于150 μ m 的直徑的束斑。
16.根據權利要求1-15的設備，其中所述設備包括容器，該容器包括一定數量的光敏材料使得所述光敏材料的表面基本與所述光照區域相一致。
17.根據權利要求16的設備，其中在所述輸出光學器件和所述光敏材料的所述表面之間的最小距離是在0. 5mm和20mm之間，優選地在Imm和IOmm之間。
18.—種通過使用根據權利要求1-17中任何一項的設備從光敏材料制造三維物體的方法。
19.根據權利要求18的方法，其中所述方法包括提供物體的數據表示的步驟。
20.一種用于從光敏材料產生三維物體的設備，所述設備包括帶有光照源的曝光系統(ES)，掃描桿，該曝光系統(ES)被安裝到該掃描桿，控制單元(⑶)，由此所述曝光系統(ES)包括帶有多個單獨可控光調制器(LM)的至少一個空間光調制器(SLM)，被光耦合到所述至少一個空間光調制器(SLM)的輸入光學器件(10)，被光耦合到所述至少一個空間光調制器(SLM)的輸出光學器件(00)，其中所述輸入光學器件(IO)和輸出光學器件(00)促進從所述光照源發射的光經由所述空間光調制器(SLM)的所述單獨可控光調制器(LM)到光照區域(IA)的傳輸，其中所述空間光調制器(SLM)使得能夠根據源自所述控制單元(CU)的控制信號來確立通過所述輸入光學器件(IO)傳輸的光的圖案，其中所述輸出光學器件(00)使得能夠在光照區域(IA)上聚焦來自所述至少一個空間光調制器(SLM)的光的圖案，其中所述設備包括在所述輸出光學器件(00)和所述光照區域(IA)之間的至少一個可釋放保護性窗口(PW)。
21.根據權利要求20的設備，其中所述設備包括用于在所述輸出光學器件(00)和所述光照區域(IA)之間承載所述至少一個保護性窗口(PW)的緊固裝置(FM)。
22.根據權利要求21的設備，其中所述至少一個保護性窗口被所述緊固裝置(FM)保持。
23.根據權利要求20-22的設備，其中所述至少一個保護性窗口位于距所述輸出光學器件小于10mm、優選地小于5mm、更加優選地小于2mm的距離處。
24.根據權利要求20-23的設備，其中所述至少一個保護性窗口是可更換模塊(RM)的一部分。
25.根據權利要求21-24的設備，其中所述緊固裝置被設計成承載所述可更換模塊。
26.根據權利要求20-25的設備，其中所述至少一個保護性窗口覆蓋多于一個空間光調制器。
27.根據權利要求20-26的設備，其中所述聚焦距離d小于10mm、優選地小于5mm。
28.根據權利要求20-27的設備，其中所述至少一個保護性窗口在300-400nm的波長范圍中的透射率T大于0. 6、優選地大于0. 8、最優選地大于0. 9。
29.根據權利要求20-28的設備，其中所述至少一個保護性窗口由熔融石英制成。
30.根據權利要求M-29的設備，其中所述可更換模塊被安裝在所述曝光系統上。
31.根據權利要求20-30的設備，其中所述至少一個保護性窗口的厚度小于4mm、優選地小于2mm、最優選地小于1mm。
32.根據權利要求20-31的設備，其中所述至少一個保護性窗口具有小于 100mmx40mmx4mm 的尺寸。
33.一種通過使用根據權利要求20-32中任何一項的設備從光敏材料制造三維物體的方法。
34.根據權利要求33的方法，其中所述方法包括提供物體的數據表示的步驟。
35.一種用于從光敏材料產生三維物體的設備，所述設備包括 帶有光照源的曝光系統(ES)，掃描桿，該曝光系統(ES)被安裝到該掃描桿，控制單元(⑶)，由此所述曝光系統(ES)包括帶有多個單獨可控光調制器(LM)的至少一個空間光調制器(SLM)， 被光耦合到所述至少一個空間光調制器(SLM)的輸入光學器件(10)， 被光耦合到所述至少一個空間光調制器(SLM)的輸出光學器件(00)， 其中所述輸入光學器件(IO)和輸出光學器件(00)促進從所述光照源發射的光經由所述空間光調制器(SLM)的所述單獨可控光調制器(LM)到光照區域(IA)的傳輸，其中所述空間光調制器(SLM)使得能夠根據源自所述控制單元(CU)的控制信號來確立通過所述輸入光學器件(IO)傳輸的光的圖案，其中所述輸出光學器件(00)使得能夠在光照區域(IA)上聚焦來自所述至少一個空間光調制器(SLM)的光的圖案，其中所述設備包括用于探測在光照區域(IA)和輸出光學器件(00)之間的障礙物的至少一個防碰撞探測系統(LBa，LBb，HSa, HSb)。
36.根據權利要求35的設備，其中所述防碰撞探測系統包括能夠提供至少一個防碰撞光束的至少一個光發射器(LD)和至少一個光傳感器(PD)。
37.根據權利要求35或者36的設備，其中所述防碰撞探測系統能夠掃描所述光敏材料的表面。
38.根據權利要求36-37的設備，其中所述防碰撞光束的直徑小于2mm、優選地小于Imm0
39.根據權利要求35-38的設備，其中所述防碰撞探測系統包括能夠提供至少兩個防碰撞光束的至少兩個光發射器和至少兩個光傳感器。
40.根據權利要求35-39的設備，其中所述防碰撞探測系統包括視覺照相機。
41.根據權利要求35-40的設備，其中所述至少一個防碰撞探測系統被附著到所述掃描桿。
42.根據權利要求36-41的設備，其中所述至少一個光發射器和所述至少一個光傳感器被安裝在所述曝光系統上。
43.根據權利要求36-42的設備，其中所述至少一個光發射器和所述至少一個光傳感器與所述掃描桿同時地移動。
44.根據權利要求36-43的設備，其中所述至少一個光傳感器被電連接到所述設備以便傳輸關于來自所述防碰撞光束的信號中的不規則性的信息。
45.根據權利要求35-44的設備，其中所述防碰撞探測系統是使得所述至少一個防碰撞光束能夠在光敏材料和曝光系統之間傳播。
46.根據權利要求35-45的設備，其中所述防碰撞探測系統是使得所述至少一個防碰撞光束能夠在垂直于掃描桿的移動方向的方向上在掃描桿前面和/或后面傳播。
47.根據權利要求35-46的設備，其中所述曝光系統包括至少兩個防碰撞光束。
48.根據權利要求35-47的設備，其中所述至少一個防碰撞光束是激光束。
49.根據權利要求35-48的設備，其中所述防碰撞探測系統包括至少一個方向改變裝置(PRa，PRb)，諸如棱鏡或者反射鏡，優選地至少兩個。
50.根據權利要求35-49的設備，其中在操作期間所述曝光系統的最下部分位于距所述光敏材料的上表面小于5mm處。
51.一種通過使用包括防碰撞探測系統的根據權利要求35-50中任何一項的設備從光敏材料制造三維物體的方法。
52.根據權利要求51的方法，其中多于5%的、來自防碰撞探測系統的信號強度的降低導致停止掃描桿的運動的信號。
53.根據權利要求51或者52的方法，其中所述方法包括提供物體的數據表示的步驟。
54.根據權利要求51-53的方法，其中所述至少一個防碰撞探測系統在探測到可能的碰撞時發送停止所述曝光系統的運動的信號。
55.根據權利要求51-54的方法，其中所述至少一個防碰撞探測系統在探測到碰撞的風險時發送升高所述曝光系統的位置高于光敏材料的水平的信號。
56.根據權利要求1-17、20-32或者35-50的設備，其中所述輸入光學器件包括準直光學器件。
57.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56的設備，其中所述輸出光學器件包括聚焦光學器件。
58.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-57的設備，其中所述曝光系統包括發光二極管。
59.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-58的設備，其中所述設備進一步包括用于包含光敏材料的容器(V)。
60.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-59的設備，其中所述設備進一步包括構造板。
61.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-60的設備，其中所述控制單元進一步包括用于調節所述構造板相對于輸出光學器件的豎直位置的裝置。
62.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-61的設備，其中所述曝光系統包括多于一個空間光調制器。
63.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-62的設備，其中所述曝光系統利用光照模塊構造成，其中所述光照模塊包括至少一個發光二極管和至少一個空間光調制器。
64.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-63的設備，其中所述曝光系統包括多于一個發光二極管。
65.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-64的設備，其中來自一個特定發光二極管的光光照一個特定空間光調制器。
66.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-65的設備，其中所述輸入光學器件包括微透鏡的至少一個陣列。
67.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-66的設備，其中所述輸入光學器件將來自發光二極管的光分裂成多個光束。
68.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-67的設備，其中光導將來自所述發光二極管的光引導到所述空間光調制器。
69.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-68的設備，其中所述設備是使得所述曝光系統能夠被掃描越過所述光敏材料。
70.根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-69的設備，其中所述輸出光學器件包括微透鏡的至少一個陣列。
71.在根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-69的設備中的可光固化樹脂的使用。
72.在根據權利要求1-17、20-32、35-50或者56-69的設備中固化可光固化組分的方法。
73.通過根據權利要求18-19或者33-34或者51-55中任何一項的方法產生的三維物體。
74.通過使用根據權利要求1-17或者20-32或者35-50或者56-70中任何一項的設備而產生的三維物體。
75.根據權利要求73和74的三維物體。
全文摘要
本發明涉及與用于通過截面的添加處理來制造三維物體的快速成型設備有關的改進。所述改進涉及距離、保護性窗口和防碰撞探測系統。
文檔編號B29C67/00GK102186649SQ200980141000
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月9日 優先權日2008年10月17日
發明者M·A·彼得森, N·H·拉森, J·格雷林, O·漢加爾德 申請人:亨斯邁先進材料(瑞士)有限公司