针对快速成型设备的改进的制作方法

专利名称：针对快速成型设备的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及与用于通过截面的添加(additive)处理来制造三维物体的快速成型 (prototyping)设备有关的改进。
背景技术：
在三维快速成型中，重要的是，曝光系统的光学器件不因与光敏材料的接触而被污染，其能够可能引起时间密集型清洁或者甚至更换。因此，通常优选在输出光学器件和光照(illumination)区域之间的相对大的距离，以便避免在曝光系统和光敏材料之间接触的风险。

发明内容
本发明涉及一种用于从光敏材料产生三维物体的设备，所述设备包括带有光照源的曝光系统、该曝光系统被安装到的扫描杆、控制单元，由此所述曝光系统包括带有多个单独可控光调制器的至少一个空间光调制器、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输入光学器件、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输出光学器件，其中所述输入光学器件和输出光学器件促进从所述光照源发射的光经由所述空间光调制器的所述单独可控光调制器到光照区域的传输，其中所述空间光调制器使得能够根据源自所述控制单元的控制信号来确立通过所述输入光学器件传输的光的图案，其中所述输出光学器件使得能够在光照区域上聚焦来自所述至少一个空间光调制器的光的图案，其中在输出光学器件和光照区域之间的距离d在0. 5和20mm之间。
在三维快速成型中，如果曝光系统的输出光学器件只是短暂地与光敏材料接触， 则这可能引起输出光学器件的污染使得输出光学器件需要时间密集型清洁或者甚至更换。 因此通常优选在输出光学器件和光照区域之间的相对大的距离，以便避免在曝光系统和光敏材料之间接触的风险。
利用如在本发明中使用的装置，在单独光束的方向之间的甚至小的不准确度可能是严重的问题并且可能引起一些体素偏离预期位置。为了减少在对准多个光束时的麻烦， 已通过修改光学器件的设计而对改进所述对准作出巨大的努力。即使这样已观察到改进， 但是也存在对单独光束的甚至更好的对准的需要。
根据本发明，已示出，通过降低在输出光学器件和光敏材料之间的距离，能够观察到错位的不利后果的有利降低。通过使用具有使得单独光束在距输出光学器件的最靠近光敏材料的部分适合低的距离处聚焦的特性的输出光学器件而使这成为可能。由此可以降低光学器件的设计中的生产成本而不冒设备效率的风险。来自光束的焦点一起确立光照区域，该光照区域在制造期间将至少部分地与光敏材料的上表面齐平。
进而，通过减少在输出光学器件和光敏材料之间的距离，也看到进一步有益的优点。较大部分的光强被转移到光敏材料，这促进了所光照体素的更快固化并且因此又促进了更快的扫描过程。由此，获得更加高效的三维物体制造。
20mm已被确立为其中可以获得有利的上述结果的最大距离。0. 5mm已被确立为在没有与树脂接触的过高风险的情况下的最短适用距离。
根据本发明的实施例已观察到可以使用其它装置来避免在曝光系统和光敏材料之间的接触，由此对于低距离的先前担心问题不必引起不使用这种距离。
本发明的光照源能够发射在从深UV到远IR例如从200nm到IOOOOOnm的范围中的辐射。术语光因此适用于在从深UV到远IR例如从200nm到IOOOOOnm的范围中的辐射。 用于产生3维固体物体的应用像材料粉末烧结优选地在具有高达IOOOOnm的波长的红外能量范围中执行。使用可固化液体树脂的立体平面印刷浴的应用优选地在具有从200nm高达 500nm的波长的紫外能量范围中执行。
而且，本发明涉及一种用于从光敏材料产生三维物体的设备，所述设备包括带有光照源的曝光系统、该曝光系统被安装到的扫描杆、控制单元，由此所述曝光系统包括带有多个单独可控光调制器的至少一个空间光调制器、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输入光学器件、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输出光学器件，其中所述输入光学器件和输出光学器件促进从所述光照源发射的光作为至少两个光束经由所述空间光调制器的所述单独可控光调制器到光照区域的传输，其中所述空间光调制器使得能够根据源自所述控制单元的控制信号来确立通过所述输入光学器件传输的光的图案，其中所述输出光学器件使得能够在光照区域上聚焦来自所述至少一个空间光调制器的光的图案，其中在输出光学器件和光照区域之间的距离d在0. 5和20mm之间。
在本发明的实施例中，所述输出光学器件包括至少一个微透镜并且所述输出光学器件具有如此特性，使得它能够以使得在输出光学器件和光照区域之间的聚焦距离d在 0. 5和20mm之间的方式在光照区域上聚焦光的图案。
在本发明的实施例中，所述曝光系统包括适于距所述输出光学器件以在1和IOmm 之间、优选地在1. 5和5mm之间的距离d聚焦光的至少一个微透镜。
利用根据本发明的实施例使用的微透镜，获得了在输出光学器件和光照区域之间的适合距离。
在本发明的实施例中，所述曝光系统包括适于距所述输出光学器件以在0.5和 20mm之间、优选地在1和IOmm之间、最优选地在1. 5和5mm之间的距离d聚焦光的至少两个微透镜。
在本发明的实施例中，微透镜的总数目至少对应于光调制器的总数目乘以微透镜层的数目。
根据本发明的优选实施例，离开输入光学器件的每一个光束将具有它自身的专用微透镜和光调制器。
在本发明的实施例中，所述曝光系统包括微透镜的阵列，其中微透镜的总数目大于200、优选地大于600、更加优选地大于2000、最优选地大于6000。
在本发明的实施例中，所述至少一个微透镜具有在300 μ m和400 μ m之间的曲率半径。
根据本发明，已发现通过使用具有在300μπι和400μπι之间的曲率半径的至少一个微透镜，获得了距曝光系统的理想聚焦距离，从而在曝光系统和光敏材料之间获得用于快速成型的适合距离。
在本发明的实施例中，所述至少一个微透镜具有在350 μ m和390 μ m之间、优选地在360 μ m禾口 375 μ m之间的曲率半径。
在本发明的实施例中，所述至少一个微透镜具有在310 μ m和350 μ m之间、优选地在320μπι和335 μ m之间的曲率半径。
在本发明的实施例中，所述曝光系统包括具有在300 μ m和400 μ m之间的曲率半径的至少两个优选地至少三个微透镜。
在本发明的实施例中，所述曝光系统包括至少两个微透镜，其中所述微透镜中的至少一个具有在350 μ m和390 μ m之间、优选地在360 μ m和375 μ m之间的曲率半径，并且所述微透镜中的至少另一个具有在310 μ m禾口 350 μ m之间、优选地在320 μ m禾口 335 μ m之间的曲率半径。
在本发明的优选实施例中，使用三个微透镜，一个在光到达空间光调制器之前的位置中并且两个在光经过空间光调制器之后的位置中。
在本发明的实施例中，所述至少一个微透镜具有大于400 μ m的后焦距。
在本发明的优选实施例中，使用三个微透镜，一个具有大于420 μ m的后焦距并且两个具有大于490 μ m的后焦距。
在本发明的实施例中，所述至少一个微透镜在0.5mm和20mm之间的距输出光学器件的聚焦距离处将通过所述至少一个微透镜发送的光聚焦成具有小于200 μ m的直径的束斑。
在本发明的实施例中，所述至少一个微透镜在1. 5mm和5mm之间的距输出光学器件的聚焦距离处将通过所述至少一个微透镜发送的光聚焦成具有小于150 μ m的直径的束斑。
在本发明的实施例中，所述设备包括容器(vat)，该容器包括一定数量的光敏材料使得所述光敏材料的表面基本与所述光照区域相一致。
在本发明的实施例中，在所述输出光学器件和所述光敏材料的所述表面之间的最小距离在0. 5mm和20mm之间、优选地在Imm和IOmm之间。
如先前所述的，当曝光系统执行扫描以曝光树脂的表面时，曝光系统可以以小距离在树脂上方经过。由于这个很小距离，在越过树脂表面的扫描期间，存在树脂在曝光系统的底表面上污染的风险。这种污染可以例如源自所构造产品的在制造期间可能稍微地从该表面凸出(protrude)的部分。这可能例如由于以下事实引起再涂器意外地触摸构造板上的部分；或者，对于一些树脂而言，在已经构造的下叠(lower-laying)层中的应力可能引起先前层的已构造表面的不均勻性。还可能由于因再涂例如包括沉陷体积和大平坦区域的部分引起的不良层质量而出现污染。
如果曝光系统触摸凸出部分，则曝光系统的底表面将被树脂污染。因此必须在曝光能够恢复之前从表面清除树脂，并且该清洁是耗时的和昂贵的过程。进而，存在污染或者损坏曝光系统中的微光学器件和SLM模块的风险。
结果，存在对避免或者减少在底表面上的污染的需要。
而且，本发明涉及一种通过使用根据权利要求1-17中任何一项的设备而从光敏材料制造三维物体的方法。
在本发明的实施例中，所述方法包括提供物体的数据表示的步骤。
而且，本发明涉及一种用于从光敏材料产生三维物体的设备，所述设备包括带有光照源的曝光系统、该曝光系统被安装到的扫描杆、控制单元，由此所述曝光系统包括带有多个单独可控光调制器的至少一个空间光调制器、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输入光学器件、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输出光学器件，其中所述输入光学器件和输出光学器件促进从所述光照源发射的光经由所述空间光调制器的所述单独可控光调制器到光照区域的传输，其中所述空间光调制器使得能够根据源自所述控制单元的控制信号来确立通过所述输入光学器件传输的光的图案，其中所述输出光学器件使得能够在光照区域上聚焦来自所述至少一个空间光调制器的光的图案，其中所述设备包括在所述输出光学器件和所述光照区域之间的至少一个可释放保护性窗口。
本快速成型设备能够利用多个光束进行光照，其中期望保护该多个光束并且因此期望某种保护。然而在多个光束的路径中包含保护性窗口引入可能麻烦的对准问题，因为当经过在不同介质之间的过渡(transition)时，通过不同介质传播的光将趋向于损失强度并且移位光束。
在任何种类的快速成型设备中，由于介质过渡引起的光束移位可能是成问题的； 然而例如与其中不出现关于在不同光束之间的单独偏离移位的问题的单光束激光系统相比当使用多光束设备时，移位是尤其成问题的。
对于本发明，已观察到，通过移动曝光系统靠近光敏材料，可以避免关于通过保护性窗口的光过渡的麻烦。例如当距输出光学器件的最小距离为距光敏材料小于IOmm时可能是有利的。
根据本发明的实施例，保护性窗口是可释放的以便如果保护性窗口已被污染或者涂脂则促进保护性窗口的容易更换。
在本发明的实施例中，所述设备包括用于在所述输出光学器件和所述光照区域之间承载所述至少一个保护性窗口的紧固装置。
用于承载至少一个保护性窗口的紧固装置可以是适合于该用途的任何紧固装置。 本领域的技术人员将已知多种不同装置。实例是被安装在曝光系统上的框架，该至少一个保护性窗口或者在其上安装该至少一个保护性窗口的可更换模块能够被插入到该框架中并且由此被固定到该系统。
在本发明的实施例中，所述至少一个保护性窗口被所述紧固装置保持。
在设备的使用期间，该一个或多个保护性窗口被紧固装置保持到位以便给出所期望的保护。
在本发明的实施例中，所述至少一个保护性窗口位于距所述输出光学器件小于 10mm、优选地小于5mm、更加优选地小于2mm的距离处。
根据本发明的优选实施例，该保护性窗口被尽可能靠近输出光学器件安装以便使得该系统尽可能紧凑。
在本发明的实施例中，所述至少一个保护性窗口是可更换模块的一部分。
在本发明的优选实施例中，该保护性窗口被收集在可更换模块中，每一个可更换模块包含例如16个保护性窗口。在本发明的范围内这个数目能够是任何数目，例如2、4、8、 9、12或者20。以此方式，如果已在一个或者多个窗口上发生污染，则可以更换整个可更换模块。与更换单一窗口相比，这个更换过程通常将是更快的和更加容易的。
在本发明的实施例中，所述紧固装置被设计成承载所述可更换模块。
除了能够一次更换整个模块的上述优点，进而有利的是用于仅仅一个元件即整个模块的紧固装置在曝光系统上是必要的。
在本发明的实施例中，所述至少一个保护性窗口覆盖多于一个空间光调制器。
在本发明的优选实施例中，每一个保护性窗口覆盖4个空间光调制器。然而在另一实施例中每一个空间光调制器可以具有它自身的保护性窗口，并且在进一步的其它实施例中每一个保护性窗口可以覆盖例如2、3、6、9个空间光调制器。
在本发明的实施例中，聚焦距离小于10mm、优选地小于5mm。
在本发明的实施例中，所述至少一个保护性窗口在300-400nm的波长范围中的透射率τ大于0. 6、优选地大于0. 8、最优选地大于0. 9。
在本发明的实施例中，所述至少一个保护性窗口由熔融石英制成。
几个不同种类的玻璃可以被用于保护性窗口 ；然而为了保证UV光通过窗口的高透射，在玻璃中低量的杂质是优选的，优选地使用熔融石英。
在本发明的实施例中，所述可更换模块被安装在所述曝光系统上。
在本发明的优选实施例中，包含保护性窗口的可更换模块被直接地安装在曝光系统上。由此，保证了在曝光系统和保护性窗口之间的小固定距离。
在本发明的实施例中，所述至少一个保护性窗口的厚度小于4mm、优选地小于 2_、最优选地小于1_。
在本发明的实施例中，所述至少一个保护性窗口具有小于100mmX40mmX4mm的尺寸。
而且，本发明涉及一种通过使用根据权利要求20-32中任何一项的设备而从光敏材料制造三维物体的方法。
在本发明的实施例中，所述方法包括提供物体的数据表示的步骤。
如先前所述的，当曝光系统执行扫描以曝光树脂的表面时曝光系统可以以小距离在树脂上方经过。由于这个很小距离，在越过树脂表面的扫描期间，存在树脂在曝光系统的底表面上污染的风险。这种污染可以例如源自所构造产品的在制造期间可能稍微地从该表面凸出的部分。这可以例如由于以下事实引起再涂器意外地触摸构造板上的部分；或者， 对于一些树脂而言，在已经构造的下叠层中的应力可能引起先前层的已构造表面的不均勻性。还可能由于因再涂例如包括沉陷体积和大平坦区域的部分引起的不良层质量而出现污
^fe ο 如果曝光系统触摸树脂的凸出部分，则曝光系统的底表面将被树脂污染。因此必须在曝光能够恢复之前从表面清除树脂，并且该清洁是耗时的和昂贵的过程。进而，存在污染或者损坏曝光系统中的微光学器件和SLM模块的风险。
结果，存在对用于避免或者减少在底表面上的污染并且特别地用于避免在曝光系统和树脂中的可能凸起(protrusion)之间的碰撞的方法的需要。因此本发明还涉及以下方面。
而且，本发明涉及一种用于从光敏材料产生三维物体的设备，所述设备包括带有光照源的曝光系统、该曝光系统被安装到的扫描杆、控制单元，由此所述曝光系统包括带有多个单独可控光调制器的至少一个空间光调制器、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输入光学器件、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输出光学器件，其中所述输入光学器件和输出光学器件促进从所述光照源发射的光经由所述空间光调制器的所述单独可控光调制器到光照区域的传输，其中所述空间光调制器使得能够根据源自所述控制单元的控制信号来确立通过所述输入光学器件传输的光的图案，其中所述输出光学器件使得能够在光照区域上聚焦来自所述至少一个空间光调制器的光的图案，其中所述设备包括用于探测在光照区域和输出光学器件之间的障碍物的至少一个防碰撞探测系统。
在三维快速成型中，如果例如曝光系统的输出光学器件只是短暂地与例如障碍物接触，则这可能引起输出光学器件的污染使得输出光学器件需要时间密集型清洁或者甚至更换。因此存在对辅助防止在曝光系统的部分和障碍物诸如来自容器的凸起或者光敏材料之间的接触的需要。
本发明的重要特征在于，它是防碰撞探测系统而非碰撞探测系统。即可能的将来碰撞在它实际上发生之前被探测，这意味着曝光系统和任何其它设备构件都不由于例如从容器的表面凸出的障碍物而被损坏或者污染。
以此方式，利用本发明，与其中障碍物可能引起设备污染从而导致耗时的清洁过程或者可替代地设备的至少一部分元件的昂贵更换的现有技术相比，实现了可以高度降低在系统停止时浪费的时间，原因在于从容器的表面凸出的障碍物可以被探测和移除而不污染设备。
根据本发明的防碰撞探测系统在其中在曝光系统和光敏材料的表面之间的距离保持相对小的曝光系统中是尤其有利的。这意味着来自表面的甚至很小凸起可能是成问题的并且及时地探测是重要的。在从属权利要求中限定了防碰撞探测系统的实例。
在本发明的有利的实施例中，曝光系统包括扫描杆，该扫描杆促进该曝光系统能够被扫描越过光敏材料的表面以便光照所述光敏材料的所期望的部分。
在本发明的实施例中，所述防碰撞探测系统包括能够提供至少一个防碰撞光束的至少一个光发射器和至少一个光传感器。
根据本发明的有利实施例，该防碰撞探测系统包括距表面以适合的距离即Imm扫描光敏材料的表面的光束。可以从对技术人员熟知的多个不同光照源例如激光器发射这个光束。在穿越有关表面之后，光束被光传感器探测到，光传感器能够探测光束的强度是否由于光束打到障碍物诸如来自表面的凸起的事实而下降。
光束通常位于扫描杆前面，但是在树脂表面和扫描杆的底表面之间。
在本发明的优选实施例中，防碰撞探测系统包括光发射器、光探测器、用于操控信号的电子设备和带有用于调节光束的位置和方向的装置的外罩。
在本发明的实施例中，所述防碰撞探测系统能够扫描所述光敏材料的表面。
根据本发明的实施例，该探测系统包括用于针对可能的障碍物或者凸起而扫描表面的装置。
在本发明的实施例中，所述防碰撞光束的直径小于2mm、优选地小于1mm。
优选地，防碰撞光束的直径被保持相对低以便适配在曝光系统和树脂表面之间的距离。已观察到低于2mm的直径是适合的。
在本发明的实施例中，所述防碰撞探测系统包括能够提供至少两个防碰撞光束的至少两个光发射器和至少两个光传感器。
根据本发明的进一步的实施例，使用两个光束，在扫描杆的每一侧上各有一个光束。由此实现了无论扫描杆在一个还是另一个方向上移动，任何凸起等都可以被探测。在本发明的优选实施例中，这是有利的，其中曝光系统从左向右和从右向左地扫描树脂，在此情形中在曝光系统的两侧上需要防碰撞探测系统。
在本发明的实施例中，所述防碰撞探测系统包括视觉照相机。
根据本发明的进一步的实施例，视觉照相机被用作防碰撞探测系统。视觉照相机可以位于在移动方向上在扫描杆前面的多个不同位置中，只要它被定位以便监视在扫描杆前面的光敏材料的表面以检查可能的凸起等。使用视觉照相机的优点在于，无任何防碰撞探测系统部分绝对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为例如靠近曝光系统。
在本发明的实施例中，所述至少一个防碰撞探测系统被附着到所述扫描杆。
在本发明的有利的实施例中，防碰撞探测系统被附着到或者集成于扫描杆中，由此紧接着在扫描杆穿越在光敏材料上方的相同区域之前执行探测。
在本发明的实施例中，所述至少一个光发射器和所述至少一个光传感器被安装在所述曝光系统上。
根据本发明的优选实施例，光传感器和光发射器二者均被直接地安装在曝光系统上。由此传感器和发射器与扫描杆同时地移动，由此对于在树脂表面的区域中的可能障碍物的感测可以紧接着在曝光系统到达树脂表面的该区域之前执行。
在本发明的实施例中，所述至少一个光发射器和所述至少一个光传感器与所述扫描杆同时地移动。
在本发明的实施例中，所述至少一个光传感器被电连接到所述设备以便传输关于来自所述防碰撞光束的信号中的不规则性的信息。
在本发明的实施例中，所述防碰撞探测系统是使得所述至少一个防碰撞光束能够在光敏材料和曝光系统之间传播。
在本发明的实施例中，所述防碰撞探测系统是使得所述至少一个防碰撞光束能够在垂直于扫描杆的移动方向的方向上在扫描杆前面和/或后面传播。
在本发明的实施例中，所述曝光系统包括至少两个防碰撞光束。
利用两个防碰撞光束，可以在曝光系统的两侧上执行探测，而与扫描运动在哪一个方向上进行无关。
在本发明的实施例中，所述至少一个防碰撞光束是激光束。
在本发明的优选实施例中，可以使用激光器来产生所述防碰撞光束。可以使用任何适合数值的波长。
在本发明的实施例中，所述防碰撞探测系统包括至少一个方向改变装置，诸如棱镜或者反射镜，优选地至少两个棱镜和/或反射镜。
当所述防碰撞探测系统包括扫描光敏材料的表面的光束时，优选的是在系统中也包括至少两个棱镜或者反射镜。被以正确的方式成形和定位的这些棱镜能够偏转90度的光束，这促进光发射器和光传感器都不要求靠近容器。替代地，棱镜能够在所期望的方向上引导(一个或者多个)光束。
在本发明的实施例中，在操作期间所述曝光系统的最下部分位于距所述光敏材料的上表面小于5mm处。
根据本发明的优选实施例，在曝光系统和光敏材料之间的距离被保持为低以便有效地利用能量并且减少由于当使用非单色光时透镜中的色差而引起的可能问题。
而且，本发明涉及一种通过使用包括防碰撞探测系统的根据权利要求35-50中任何一项的设备而从光敏材料制造三维物体的方法。
在本发明的实施例中，多于5%的、来自防碰撞探测系统的信号强度的降低导致停止扫描杆的运动的信号。
在本发明的实施例中，所述方法包括提供物体的数据表示的步骤。
在本发明的实施例中，所述至少一个防碰撞探测系统在探测到可能的碰撞时发送停止所述曝光系统的运动的信号。
在本发明的实施例中，所述至少一个防碰撞探测系统在探测到碰撞的风险时发送升高所述曝光系统的位置高于光敏材料的水平的信号。
在本发明的实施例中，所述输入光学器件包括准直光学器件。
在本发明的实施例中，所述输出光学器件包括聚焦光学器件。
在本发明的实施例中，所述曝光系统包括发光二极管。
根据本发明的方面，该发光二极管可以例如是激光二极管、紫外二极管或者任何其它发射以电磁辐射形式的光的光源。
根据本发明的方面，在光照源中使用的优选发光二极管具有覆盖发光区域的例如聚合物、玻璃或者塑性材料的护罩。这个护罩可以被用作从发光区域发射的光的预聚焦和 /或预准直光学器件。
在本发明的实施例中，所述设备进一步包括用于包含光敏材料的容器。
在本发明的实施例中，所述设备进一步包括构造板。
在本发明的实施例中，所述控制单元进一步包括用于调节所述构造板相对于输出光学器件的竖直位置的装置。
在本发明的实施例中，所述曝光系统包括多于一个空间光调制器。
在本发明的有利的实施例中，例如使用多于一个空间光调制器来增加曝光系统的宽度并且由此增加光照区域从而能够同时构造更大物体或者更大数目的小物体。
在本发明的实施例中，所述曝光系统利用光照模块构造，其中所述光照模块包括至少一个发光二极管和至少一个空间光调制器。
在本发明的有利的实施例中，该曝光系统利用使得该曝光系统灵活的光照模块构造。因此客户可以要求适于大或者小物品的客户特定产生的曝光系统。
在其中曝光系统利用光照模块构造的、本发明的有利的实施例中，维护曝光系统可以更加容易或者更加廉价。如果一个空间光调制器受到损坏，则仅仅一个光照模块而非整个曝光系统被更换。
在本发明的实施例中，所述曝光系统包括多于一个发光二极管。
根据本发明的实施例，使用多于一个发光二极管来增加所发射光的强度。利用增加的光强度，增加曝光系统越过光照区域的扫描速度是可能的。
在本发明的实施例中，来自一个特定发光二极管的光光照一个特定空间光调制器。
根据本发明的实施例，一个特定发光二极管被专用于一个特定空间光调制器。这可能是非常有利的，因为如果来自空间光调制器之一的所图案化光不必被用于构造物体的一层则完全地关闭一个发光二极管然后成为可能。关闭一个发光二极管降低了能量消耗以及热量产生。
根据本发明的实施例，在发光二极管和空间光调制器之间的关系是一对一关系。 这个一对一关系增加了高度的灵活性，例如使得曝光系统能够打开或者关闭每一个单独空间光调制器。
在本发明的实施例中，所述输入光学器件包括微透镜的至少一个阵列。
根据本发明的实施例，输入光学器件可以至少部分地是微透镜的阵列。微透镜的阵列可以例如被用于将来自发光二极管的光聚焦到空间光调制器的孔径中。
根据本发明的实施例，输入光学器件可以包括用于准直来自发光二极管的光的准直光学器件。进而，根据输入光学器件的功能，可以在输入光学器件中包括另外的光学器件。
在本发明的有利的实施例中，输入光学器件可以包括微透镜的模块，因此如果曝光系统包括多于一个光照模块，则每一个光照模块均可以被附着到一个输入光学器件模块。
在本发明的实施例中，所述输入光学器件将来自发光二极管的光分裂成多个光束。
根据本发明的实施例，来自输入光学器件的多个光束与一个或者多个空间光调制器的孔径处于一对一关系。这可能是非常有利的，因为然后来自发光的所有光可以被用于光照光敏材料。
根据本发明的实施例，来自输入光学器件的多个光束超过该一个或者多个空间光调制器的孔径的数目。允许比空间光调制器的孔径更多的来自输入光学器件的光束可以例如给输入光学器件增加灵活性，因为输入光学器件然后可以不准确地适配于空间光调制器。进而，例如可以使用来自输入光学器件的另外的光束来测量来自发光二极管的光的强度。
在本发明的实施例中，光导将来自所述发光二极管的光引导到所述空间光调制器。
根据本发明的实施例，发光二极管被物理地置放在距空间光调制器的一定距离处，因此使用光导诸如例如光纤将来自发光二极管的光引导到空间光调制器是非常有利的。
根据本发明的实施例，光导可以是输入光学器件的一部分，因此光导可以例如成形、对准或者引导光使得其准备被空间光调制器图案化。
在本发明的实施例中，所述设备促进了可以越过所述光敏材料扫描所述曝光系统。
在本发明的有利的实施例中，曝光系统被扫描越过光敏材料。当曝光系统被扫描越过光敏材料时，空间光调制器将光图案化以固化在光敏材料上的光照区域。对于将被构造的物体的每一层，曝光头被扫描越过光敏材料至少一次。
在本发明的实施例中，所述输出光学器件包括微透镜的至少一个阵列。
在本发明的有利的实施例中，来自该至少一个空间光调制器的图案化光借助于所述微透镜阵列而被聚焦到光敏材料上以保证光敏材料的均勻和精确固化。
在本发明的有利的实施例中，该输出光学器件可以包括微透镜模块，因此如果曝光系统包括多于一个光照模块，则每一个光照模块均可以被附着到一个输出光学器件模块。
而且，本发明涉及可光固化树脂在根据权利要求1-17、20-32、35_50或者56-69的设备中的使用。
而且，本发明涉及一种在根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56_69的设备中固化可光固化组分的方法。
而且，本发明涉及一种通过根据权利要求18-19或者33-34或者51_55中任何一项的方法而产生的三维物体。
进而，本发明涉及一种通过使用根据权利要求1-17或者20-32或者35_50或者 56-70中任何一项的设备而产生的三维物体。
进而，本发明涉及一种根据权利要求73和74的三维物体。


现在将参考附图更加详细地描述本发明，其中图1示出立体平版印刷设备的简化截面视图，
图2示出根据本发明的实施例的曝光系统的一部分，
图3示出根据本发明的实施例的包括防碰撞探测系统的立体平版印刷设备的一部分的截面视图，
图4对应于图3旋转90°， 图5示出根据本发明的实施例的防碰撞探测系统， 图6示出根据本发明的实施例的保护性窗口， 图7示出根据本发明的实施例的包括保护性窗口的可更换模块，并且图8示出根据本发明的实施例的包括可更换模块的立体平版印刷设备的一部分的截面视图，并且图9示出根据本发明的实施例的立体平版印刷设备的实例， 图10示出根据本发明的实施例的立体平版印刷设备的进一步的实例，并且图11示出根据本发明的实施例的立体平版印刷设备的进一步的实例。
具体实施例方式能够例如从由此通过引用并入的WO 98/47048看到适合于本发明的实施例的、如何准直光和光照以及用于介质的点光照的方法和光照单元的实例。
能够例如从由此通过引用并入的WO 98/47042看到适合于本发明的实施例的、包括多个光发射器的介质的点光照的光照单元和方法的实例，该光发射器的形式为被布置成经由光阀装置而光照至少一个光照面的光导。
在由此通过引用并入的WO 00/21735中描述了用于通过对包括完全或者部分光敏材料的截面的添加处理而制造三维物体的快速成型设备的实例。这个设备包括通过单独可控光调制器的至少一个空间光调制器对光敏材料的截面进行光照的至少一个光源，其中至少一个光源与多个光导光耦合，该多个光导被以使得每一个光导光照截面的子区域的方式相对于空间光调制器装置布置。
在本说明书和所附权利要求的上下文内，术语“光照区域”指的是如由源自输出光学器件的单独光束的多个聚焦点限定的近似平面。
在本说明书和所附权利要求的上下文内，术语微透镜指的是通常具有小于一毫米 (mm)的直径的小透镜。
在本说明书和所附权利要求的上下文内，术语聚焦距离d指的是从输出光学器件到光照区域的最小距离。
在本说明书和所附权利要求的上下文内，术语光敏材料指的是对光敏感的并且适用于三维快速成型的任何材料。这种材料将是技术人员所熟知的并且能够有利地是不同种类的树脂；因此术语树脂和术语光敏材料在这里被可互换地使用。
在本说明书和所附权利要求的上下文内，术语光照区域指的是在光束被最好地聚焦于此的距离处光束的截面区域。
在本说明书和所附权利要求的上下文内，能够通过光调制器的任何组合例如当所有光调制器打开、单行光调制器打开、一些单独光调制器打开时或者光调制器的设置的任何其它组合产生光的图案。
图1示出根据本发明的一个方面的用于构造三维物体OB的立体平版印刷设备SA 的简化截面视图。通过当被曝光于来自曝光系统ES的光时光敏材料LSM的固化而逐层地构造三维物体OB。
立体平版印刷设备SA包括在其上构造一个或者多个三维物体OB的构造板BP。构造板BP借助于升降机EL而被竖直地移动到包括光敏材料LSM的容器V中。再涂器REC根据本发明的方面被扫描越过光敏材料LSM的新层以保证新层的均勻性。利用箭头指示曝光系统ES的扫描方向SD。
根据以上描述，通过利用来自曝光系统ES的图案化光对光敏材料LSM层曝光而构造三维物体0B。光敏材料LSM的部分根据它被曝光于的光的图案而被固化。当第一层被固化时，带有三维物体OB的已固化的第一层的构造板BP被降低到容器V中并且再涂器REC 扫描越过光敏材料LSM层以便确立新鲜的、光敏材料LSM的上层。然后曝光系统ES再次被扫描越过光敏材料LSM，从而固化三维物体OB的新层。
如所述的，立体平版印刷设备SA包括曝光系统ES。曝光系统ES包括光照源，该光照源可以是UV灯、二极管、多个二极管或者适合于固化光敏材料的目的的、技术人员已知的光照源的任何其它装置。在光照源之后，存在用于与输入光学器件10、空间光调制器SLM 和输出光学器件00—起将来自光照源的光转换成准直光的装置。在图2上看到曝光系统的、在准直光的装置之后的部分。
曝光系统ES的至少一部分在扫描方向SD上被扫描越过光敏材料LSM，从而根据三维物体OB的数字逐层表示来光照在光敏材料LSM的表面上的光照区域IA。根据本发明的方面，曝光系统ES固化光照区域IA中的光敏材料LSM，由此形成三维物体0B。
在本发明的方面中，容器V可以配备有用于移动容器V的装置，诸如轮子、与导轨的相互作用装置(interaction)、轨道、叉式升降机(forklift)等。因此，容器V可以可拆卸地位于立体平版印刷设备SA中，例如经由开口 OP可进入以利用光敏材料LSM再填充容器V或者容易从构造板BP移除三维物体0B。
应该指出，可能例如借助于示出的升降机EL或者其它器件来竖直地移动容器V而不是移动构造板BP。
三维物体OB的数字逐层表示可以根据本发明的方面经由接口单元IFU而被提供给立体平版印刷设备SA。接口单元IFU可以包括输入接口(诸如例如键盘或者指示器)和输出接口(诸如例如屏幕或者打印机)，以经由接口诸如例如LAN (LAN ；局域网)、WLAN (WLAN ； 无线局域网)、串行通信等操纵通信。进而，接口单元IFU可以包括数据处理器、存储器和/ 或用于数据的永久存储的装置。
图2示出根据本发明的方面的曝光系统的在准直光的装置之后的部分的简化截面视图。
根据本发明的一个方面，为了将光从光照源传输到该至少一个空间光调制器SLM 的光调制器LM的至少一部分，在用于准直的装置和输入光学器件IO之间使用光导。在可以被与其它方面组合的本发明的另一个方面中，在光照源和用于准直的装置之间使用光导。 这种光导可以例如包括光纤(例如由聚合物、塑料、玻璃等制成)、光学器件、透镜阵列、反射嬰坐
-V^r ^t ο 光敏材料LSM可以根据本发明的方面是用于选择光照源的确定因素。通常，当利用在200-500nm之间的波长内的高强度光进行曝光或者光照时，光敏材料LSM被固化。通常，具有在300和400nm之间的波长峰值的光对于固化优选类型的光敏材料LSM而言是最佳的。当然，如果需要特定光敏材料LSM，则可以使用具有除了所述波长之外的波长的光。
应该指出，光敏材料LSM当它被曝光于例如来自房间的普通光照分布的广谱光时也被固化，因为房间的普通光照分布经常也包含具有光敏材料LSM在其上反应的波长的光。从这种漫射光固化光敏材料LSM不是期望的，因为它是缓慢和不可控的。
根据本发明的方面，从光照源发射的光的强度可以改变。强度越高，则光敏材料 LSM必须被曝光于光以固化的时间越短。由此，在光敏材料LSM之上扫描的曝光系统ES的速度可以是更快的。当然，其它因素也确定扫描速度，诸如光敏材料LSM的类型、空间光调制器SLM中的响应时间等。
根据本发明的方面，该曝光系统包括输入光学器件10、至少一个空间光调制器 SLM和输出光学器件00。因此，来自光照源的光借助于输入光学器件IO被至少部分地准直并且被聚焦到该至少一个空间光调制器SLM的至少一些孔径上。至少一个空间光调制器 SLM然后确立到输出光学器件00上的光的图案，该输出光学器件00再次在光敏材料LSM上的光照区域IA上聚焦图案化光。
应该指出，光的图案还包括当空间光调制器SLM的所有单独光调制器LM处于让光通过空间光调制器SLM的所有孔径或者根本不让任何光通过空间光调制器SLM的孔径的位置中时的情况。
立体平版印刷设备SA根据本发明的优选方面确实包括多于48个空间光调制器 SLM。应该指出，关于空间光调制器SLM的数目，根据本发明的方面的立体平版印刷设备SA 是非常灵活的。因此，空间光调制器SLM的数目可以在1和例如高达多于100之间改变。
根据本发明的方面，单独空间光调制器SLM可以被以四个组合在模块中。因此，根据本发明的优选方面，当需要多于四个空间光调制器SLM时，多于一个模块被组合到一起以形成曝光系统ES。
每一个空间光调制器SLM根据本发明的方面包括多于500个单独可控光调制器 LM。当然，可以使用带有不同于(有时很大不同于)500个单独可控光调制器LM的数目的空间光调制器SLM。为了将这些图简化，在本说明书全文中，即使如所述地可以存在多于500 个，这些图也仅仅示出了带有例如四个光调制器的空间光调制器SLM。
根据本发明的方面并且如在图2中所示，输入光学器件IO可以包括微透镜阵列。 在进一步的实施例中，可以在输入光学器件以及其它光学元件中包括进一步的微透镜。
输入光学器件的用途是将准直光CL聚焦到该至少一个空间光调制器SLM上。如下面解释的，该至少一个空间光调制器SLM包括多个孔径并且微透镜ML将准直光CL正是聚焦到这些孔径上或者向下通过这些孔径。
根据本发明的方面，该至少一个空间光调制器SLM可以被用于将经准直和聚焦的光图案化到光敏材料LSM上的光照区域IA上。该至少一个空间光调制器SLM包括还被称作光开关、光阀、微快门等的多个单独光调制器LM。
根据本发明的方面，单独可控光调制器LM由控制单元CU控制。控制单元CU可以根据将被构造的三维物体的数字逐层表示来控制曝光系统ES。所示出的控制单元CU可以控制至少一个空间光调制器SLM的单独可控光调制器LM，并且在单独发光二极管LD的情形中，这些还可以由控制单元⑶控制。
根据其中使用发光二极管LD的本发明的方面，控制发光二极管LD意味着如果例如将仅仅构造物体的小部分或者小的物体则关闭发光二极管LD，这不要求来自在曝光系统 ES中包括的该至少一个空间光调制器SLM的图案化光。
根据本发明的方面，控制该至少一个空间光调制器SLM中的光调制器LM可以通过根据图案来寻址光调制器LM而完成。该图案可以代表将被构造的三维物体的一层。
在本发明的实施例中，所示出的控制单元CU还可以控制除了曝光系统ES之外的立体平版印刷设备SA的其它部分。可替代地，控制单元CU可以被包括在与立体平版印刷设备SA有关的其它控制系统中。
根据本发明的方面，可以为立体平版印刷设备SA提供将被构造的三维物体的数字逐层描述。如果三维物体在构造过程期间要求支撑，则三维物体的逐层描述可以包括支撑结构。对于三维物体的每一层，曝光系统ES被扫描越过光敏材料LSM并且三维物体的单独数字逐层描述确定来自空间光调制器SLM的光的图案。
根据本发明的方面，输出光学器件00将来自空间光调制器SLM的图案化光聚焦到光敏材料LSM的表面上的一个或者多个光照区域IA上。像输入光学器件10，输出光学器件 00可以包括多于一个透镜系统，例如多于一个微透镜ML阵列。
在图2中示出曝光系统的一部分的优选实施例。准直光CL被发送通过作为输入光学器件IO的一部分的第一微透镜阵列，其用于将准直光CL聚焦成适合于进入光调制器 LM上的每一个单独快门的多个聚焦光束FLB。对于每一个打开的光调制器LM，光将经过并且在经过了光调制器LM之后再次展开。在这个所示的实施例中，输出光学器件00包括相互紧邻(immediate continuation)的两个微透镜阵列以聚焦光，由此在大约2_3mm的距离 d处的焦平面即光照区域IA上获得大约100 μ m的直径的所期望光斑。
在所示的实施例中，通过使用具有适合参数即365 μ m的曲率半径和499 μ m的后焦距的、相互紧邻的上述两个微透镜阵列，获得了光在所期望的距离中的这种非常有利的聚焦。与在输入光学器件中使用具有328. 5 μ m的曲率半径和425 μ m的后焦距的单一微透镜阵列一起，这种组合已证实在曝光系统中提供非常有利的光学器件组合。然而，具有在这种已发现的数值附近的范围中的这些参数的数值的、进一步的光学元件也表明了提供有利的结果。
在该实施例中，所使用的微透镜是包括一体制造的多个透镜的阵列的一部分。显然在本发明的范围内，将可能对于每一个单独快门制造并且插入单独透镜，或者除了所示的一个透镜之外的任何数目的透镜可以被一起组合在一个微透镜板上。
应该清楚，图2所示的实施例是仅仅作为实例示出的并且可以通过更换一个或者多个微透镜阵列来获得适合的实施例。
后焦距和曲率半径是技术人员所熟知的术语；然而为了清楚起见，这些被定义如下。
球面透镜具有沿着系统局部光轴或者从系统局部光轴偏心的位于(x，y，z)的曲率中心。透镜表面的顶点位于局部光轴上。从顶点到曲率中心的距离是透镜的曲率半径。
后焦距(BFL)是从系统的最后光学表面的顶点到后焦点的距离。
利用本发明获得了 通过使用一个或者多个保护性窗口，能够防止曝光系统的污染或者至少使其保持最小程度。
图6示出根据本发明的实施例的保护性窗口 PW的实例。
图7示出根据本发明的实施例的可更换模块RM的实例。所示的可更换模块RM包括16个保护性窗口 PW;然而，根据本发明的各种其它实施例，这个数目可以是任何其它适合的数目。在所示的实施例中，单独保护性窗口 PW相互均勻地移位以便在保护性窗口 PW 下面的SLM覆盖整个宽度的扫描区域。显然，根据不同的参数诸如扫描区域的尺寸等，这些保护性窗口 PW可以被不同地分布。
图8示出曝光系统ES，在该曝光系统ES上包括保护性窗口 PW的可更换模块RM被安装在用于保持可更换模块RM的紧固装置FM中。在所示的实施例中，这些紧固装置FM只是在曝光系统ES的每一侧上的导轨。
在另一个有利的实施例中，紧固装置FM是其中可更换模块RM能够被推入凹部中并且然后被卡扣到固定位置中的系统。
然而，多种不同的适合紧固装置将对本领域的技术人员是显而易见的。
在图8中示出凸起PR，凸起I3R在所示的情形中可能是树脂LSM的上表面US中的气泡。这种气泡是对于大多数树脂类型而言将很少发生的凸起I3R的一个实例。然而，如果它出现，则这可以非常突然地发生，由此在设备上别处安装的可能的探测系统虽然有效但是可能不是足够的。
利用(一个或者多个)保护性窗口 PW，这种气泡可能在(一个或者多个)保护性窗口上留下少量树脂，但是光学器件保持未被损坏和未被污染。由此更换可更换模块RM的相对简单的过程足以能够在发生这种气泡之后再次起动设备。
凸起的原因的另一个实例在于树脂的固化可能引起很小的收缩。这种收缩可以引起围绕已固化区域的未固化树脂LSM被上推略高于周围树脂的水平。以此方式，可以使得这种树脂更加靠近曝光系统ES或者甚至与曝光系统ES接触。
利用本发明，获得了用于在添加制造中探测在曝光系统和树脂之间的障碍物以便防止曝光系统的污染并且在构造的部分上防止损坏的传感器。
图3示出在曝光系统ES朝向凸起I3R向左移动时曝光系统ES的主要部分，该凸起 I3R从包含光敏材料LSM的容器V的另外平坦表面凸出。而且在容器V中示出如预期那样即基本与光敏材料LSM的上表面US齐平地维持其上表面的物品IT的一部分。在所示的实施例中，防碰撞探测系统包括从参考图5更加详细描述的外罩!Ba发射的两个激光束LBa和 LBb0要指出，在所示的实施例中两个激光束LBa和LBb位于曝光系统ES侧上以便能够探测凸起，无论在所示的实施例中曝光系统ES是向左还是向右移动。然而，在本发明的进一步的实施例中，可以使用仅仅一个激光束或者甚至多于两个。
图4以90°旋转视图示出与在图3中相同的设置，即曝光系统ES朝向凸起I3R移动远离观察者。由此能够看到激光束LSb之一低于曝光系统ES的总宽度从发光外罩!Ba 延伸到光感测外罩HSb。要指出，所示的激光束将是移动方向后面的一个激光束，而在图中不能看到移动方向前面的一个激光束，因为它位于也在图3中指示的后激光束后面。
从图中能够看到，在图中位于激光束LSb后面的前激光束LBa将在运动期间的某个阶段到达凸起I3R并且由此激光束LBa将被凸起I3R中断，从而导致到达光感测外罩HSb 的光强度降低。由此能够得出结论凸起I3R存在于曝光系统ES前面，这可能是一种污染曝光系统的风险。然后能够发送信号以例如导致设备停止以便操作人员解决该问题。以此方式，凸起可以容易地被移除或者降低并且可能在几分钟以后，设备可以被再次起动。在凸起 I3R与曝光系统ES形成接触的情形中，清洁或者更换过程可能是必要的，从而导致大量的时间消耗和成本。
使得本发明工作的重要要素是传感器中的部件的尺寸。因为在曝光系统的底表面和树脂的表面之间的距离通常小至2mm，所以产生光束的部件必须是小的并且被以小的公差制成。如果扫描杆的宽度作为实例是670mm，则这也将对在发射器和传感器之间的距离设置下限，该下限将通常刚刚大于这个数值。假设对于角度错位而言在曝光系统的底表面和树脂之间的距离的一半能够是可接受的，则角度错位必须小于0.08°。假设在曝光系统的底表面和树脂表面之间的距离的一半能够被用于光束的直径，则光束尺寸必须小于1mm。 由此可以避免接收器将看到两个光源，一个来自发射器的真实光源并且一个来自树脂表面的反射。
这给出了对发射器和传感器中的光学部件的要求并且还给出了对用于对准微调的装置的要求。
图5给出光学部件的设计的实例，其中示出两个不同的外罩!Ba和HSb。通常前和后设置(set)将是相同的，因此这里仅仅示出一个设置。
在该实例中，激光二极管LD发射激光束LB，该激光束LB通过隔膜DP成形，之后它在棱镜PRa中被以90°角度反射，由此该光束被引导为刚刚在树脂表面上方齐平。在曝光系统ES下面的树脂LSM的表面US上方经过之后，光束LB在第二棱镜PRb中被反射并且被引导到光感测外罩HSb中。在到达这个外罩中的光电二极管PD之前，光束LB经过干扰滤波器IF以避免例如漫射光能够干扰光电二极管PD的测量。
棱镜PRa和PRb的使用旨在获得紧凑的设计并且避免激光二极管LD或者光电二极管PD需要靠近树脂LSM的表面US。显然，在本发明的范围内还可以使用除了 90°之外的角度。
棱镜能够被用作内部或者外部反射器二者；在图5所示的实施例中，棱镜被用作内部反射器。
使用棱镜作为内部反射器的优点在于能够使得棱镜的表面与外罩齐平并且因此棱镜的表面能够给出更好的清洁可能性。为了保护易碎的棱镜边缘，可以只是如在图5中所示地切断边缘，这允许使用限幅光束，由此打到被切断的部分的光束部分将基本上不被弯曲；这将不产生漫射光束对在发射器和传感器之间的激光的任何风险以及冲击树脂的风险。由此，在不存在干扰漫射光的风险的情况下，光束可以尽可能靠近树脂表面移动，即在图5中向右移动。还可以在外部反射实施例中使用这种方法。
在本发明的有利的实施例中，该设备包括重启按钮，由此在激光束LBa中断从而导致设备停止时该设备能够快速地继续制造过程。这例如在由树脂中的气泡等引起中断的情况下是有利的，由此当操作员来到机器时可以解决该问题。
在本发明的有利的实施例中，该曝光系统包括空间光调制器(SLM)的模块，其中每一个模块包括多于一个空间光调制器。
在本发明的有利的实施例中，输入光学器件由模块制成，因此一个输入光学器件模块对应于空间光调制器的一个模块。
在本发明的有利的实施例中，该输出光学器件由模块制成，因此一个输出光学器件模块对应于空间光调制器的一个模块。曝光系统、输入光学器件和输出光学器件的模块化结构促进曝光系统的容易修改，例如以满足特定用户规定的对光照系统尺寸的要求。
在本发明的有利的实施例中，输入和输出光学器件由模块制成，因此一个输入和一个输出光学器件模块对应于一个空间光调制器。
在本发明的有利的实施例中，空间光调制器的光调制器图案化来自光照源的光。 光敏材料被以依赖于空间光调制器中的光调制器的位置的图案固化。
图9-11示出立体平版印刷设备SA的仅仅一个可能的实施例，应该指出，不是所有下面所述的特征对于立体平版印刷设备SA操作而言都是必要的。进而应该指出，没有示出立体平版印刷设备SA的所有细节并且另外的未被示出的部分可能是有利的。
图9示出根据本发明一个方面的以前/侧视图的立体平版印刷设备SA。
立体平版印刷设备SA可以配备有一个或者多个滑动容器门SVD，所述滑动容器门 SVD可以例如借助于例如通过推动、转动等而被操作的滑动容器门手柄SVDH而被打开。滑动容器门SVD可以借助于滑动到一侧或者借助于绕一个或者多个铰链枢转而给出进入容器V (未示出)的入口。
一个或者多个滑动前门SFD可以相对于一个或者多个前面板FP和侧面板SP定位。
滑动前门SFD可以借助于滑动到一侧或者借助于绕一个或者多个铰链枢转而给出进入曝光系统ES (未示出)的入口。
应该指出，滑动前门SFD可以是透明的使得能够在不打开滑动前门SFD的情况下监视构造过程。
一个或者多个前面板FP可以延伸到立体平版印刷设备SA侧。该一个或者多个前面板FP可以配备有指示机器的状态(例如在操作中、停止、故障等)或者在给定时间立体平版印刷设备SA处于构造过程的哪一个阶段的一个或者多个机器状态指示器MSI。机器状态指示器MSI还可以位于顶板RO或者立体平版印刷设备SA侧上并且它可以例如包括显示器、灯、警报器等。
进而，立体平版印刷设备SA可以配备有在立体平版印刷设备SA的正常操作下未被使用的一个或者多个侧门SID和一个或者多个下侧面板LSP。仅当要维护立体平版印刷设备SA的部分时，侧门SID和下侧面板LSP才被拆除或者打开。
应该指出，根据本发明的方面，侧门SID可以是滑动前门SFD的一部分，并且根据本发明的方面，下侧面板LSP可以是滑动容器门SVD的一部分。
图10示出根据本发明的方面的以后/侧视图的立体平版印刷设备SA，其中侧门 SID和滑动前门SFD被拆除从而揭示曝光系统ES。
根据本发明的方面，立体平版印刷设备SA可以立于一个或者多个机器支脚MF上， 所述机器支脚MF可以是可调节的。这可以使得更加易于安设立体平版印刷设备SA，使得当容器V (未示出)被定位到立体平版印刷设备SA中时，光敏材料LSM的表面和输出光学器件OP (未示出)是基本平行的。
所示出的曝光系统ES包括当维护或者维修曝光系统ES时使用的左上侧门UD和左下侧门LD。进而，曝光系统包括用于进入光照源IS (未示出)的灯罩门LHD。进而，曝光系统ES包括用于保护光照单元IU (未示出)的不同部分的保护板PP。在图10上还示出了保护窗口 PW侧以及曝光杆的外部框架OFEB。
用于释放保护窗口 PW (未示出)的手柄HD可以位于曝光系统外壳ESC中。
图11示出根据本发明的方面的以前视图的立体平版印刷设备SA，其中滑动前门 SFD被移除。当越过光敏材料LSM (未示出)扫描时，曝光系统ES在曝光系统滑架狭缝ESCS 中移动。进而，图11示出绕其构造机器的机器框架MFR和用于曝光系统能链的支撑基部 SBEC。
对于红外材料粉末烧结而言，本发明呈现显著的和想不到的优点，由此能够以高精度快速地处理大表面。
权利要求
1.一种用于从光敏材料产生三维物体的设备，所述设备包括 带有光照源的曝光系统(ES)，扫描杆，该曝光系统(ES)被安装到所述扫描杆， 控制单元(⑶)，由此所述曝光系统(ES)包括带有多个单独可控光调制器(LM)的至少一个空间光调制器(SLM)， 被光耦合到所述至少一个空间光调制器(SLM)的输入光学器件(10)， 被光耦合到所述至少一个空间光调制器(SLM)的输出光学器件(00)， 其中所述输入光学器件(IO)和输出光学器件(00)促进从所述光照源发射的光经由所述空间光调制器(SLM)的所述单独可控光调制器(LM)到光照区域(IA)的传输，其中所述空间光调制器(SLM)使得能够根据源自所述控制单元(CU)的控制信号来确立通过所述输入光学器件(IO)传输的光的图案，其中所述输出光学器件(00)使得能够在光照区域(IA)上聚焦来自所述至少一个空间光调制器(SLM)的光的图案，其中在输出光学器件(00)和光照区域(IA)之间的距离d是在0. 5和20mm之间。
2.一种用于从光敏材料产生三维物体的设备，所述设备包括 带有光照源的曝光系统(ES)，扫描杆，该曝光系统(ES)被安装所述扫描杆，控制单元(⑶)，由此所述曝光系统(ES)包括带有多个单独可控光调制器(LM)的至少一个空间光调制器(SLM)， 被光耦合到所述至少一个空间光调制器(SLM)的输入光学器件(10)， 被光耦合到所述至少一个空间光调制器(SLM)的输出光学器件(00)， 其中所述输入光学器件(IO)和输出光学器件(00)促进从所述光照源发射的光作为至少两个光束经由所述空间光调制器(SLM)的所述单独可控光调制器(LM)到光照区域(IA) 的传输，其中所述空间光调制器(SLM)使得能够根据源自所述控制单元(CU)的控制信号来确立通过所述输入光学器件(I0)传输的光的图案，其中所述输出光学器件(00)使得能够在光照区域(IA)上聚焦来自所述至少一个空间光调制器(SLM)的光的图案，其中在输出光学器件(00)和光照区域(IA)之间的距离d是在0. 5和20mm之间。
3.根据权利要求1或者2的设备，其中所述输出光学器件(00)包括至少一个微透镜并且所述输出光学器件(00)具有如此特性使得它能够以使得在输出光学器件(00)和光照区域(IA)之间的聚焦距离d是在0. 5和20mm之间的方式在光照区域(IA)上聚焦光的图案。
4.根据权利要求1-3的设备，其中所述曝光系统包括适于距所述输出光学器件以在1 和IOmm之间、优选地在1. 5和5mm之间的距离d聚焦光的至少一个微透镜。
5.根据权利要求1-4的设备，其中所述曝光系统包括适于距所述输出光学器件以在 0. 5和20mm之间、优选地在1和IOmm之间、最优选地在1. 5和5mm之间的距离d聚焦光的至少两个微透镜。
6.根据权利要求1-5的设备，其中微透镜的总数目至少对应于光调制器的总数目乘以微透镜层的数目。
7.根据权利要求1-6的设备，其中所述曝光系统包括微透镜的阵列，其中微透镜的总数目大于200、优选地大于600、更加优选地大于2000、最优选地大于6000。
8.根据权利要求3-7的设备，其中所述至少一个微透镜具有在300μ m和400 μ m之间的曲率半径。
9.根据权利要求3-8的设备，其中所述至少一个微透镜呈现在350μ m和390 μ m之间、 优选地在360 μ m和375 μ m之间的曲率半径。
10.根据权利要求3-9的设备，其中所述至少一个微透镜呈现在310μ m和350 μ m之间、优选地在320 μ m禾口 335 μ m之间的曲率半径。
11.根据权利要求1-10的设备，其中所述曝光系统包括具有在300μ m和400 μ m之间的曲率半径的至少两个优选地至少三个微透镜。
12.根据权利要求1-11的设备，其中所述曝光系统包括至少两个微透镜，其中所述微透镜中的至少一个呈现在350 μ m和390 μ m之间、优选地在360 μ m和375 μ m之间的曲率半径，并且所述微透镜中的至少另一个呈现在310 μ m和350 μ m之间、优选地在320 μ m和 335 μ m之间的曲率半径。
13.根据权利要求3-12的设备，其中所述至少一个微透镜呈现大于400μ m的后焦距。
14.根据权利要求3-13的设备，其中所述至少一个微透镜在0.5mm和20mm之间的距输出光学器件的聚焦距离d处将通过所述至少一个微透镜发送的光聚焦成具有小于200 μ m 的直径的束斑。
15.根据权利要求3-14的设备，其中所述至少一个微透镜在1.5mm和5mm之间的距输出光学器件的聚焦距离d处将通过所述至少一个微透镜发送的光聚焦成具有小于150 μ m 的直径的束斑。
16.根据权利要求1-15的设备，其中所述设备包括容器，该容器包括一定数量的光敏材料使得所述光敏材料的表面基本与所述光照区域相一致。
17.根据权利要求16的设备，其中在所述输出光学器件和所述光敏材料的所述表面之间的最小距离是在0. 5mm和20mm之间，优选地在Imm和IOmm之间。
18.—种通过使用根据权利要求1-17中任何一项的设备从光敏材料制造三维物体的方法。
19.根据权利要求18的方法，其中所述方法包括提供物体的数据表示的步骤。
20.一种用于从光敏材料产生三维物体的设备，所述设备包括带有光照源的曝光系统(ES)，扫描杆，该曝光系统(ES)被安装到该扫描杆，控制单元(⑶)，由此所述曝光系统(ES)包括带有多个单独可控光调制器(LM)的至少一个空间光调制器(SLM)，被光耦合到所述至少一个空间光调制器(SLM)的输入光学器件(10)，被光耦合到所述至少一个空间光调制器(SLM)的输出光学器件(00)，其中所述输入光学器件(IO)和输出光学器件(00)促进从所述光照源发射的光经由所述空间光调制器(SLM)的所述单独可控光调制器(LM)到光照区域(IA)的传输，其中所述空间光调制器(SLM)使得能够根据源自所述控制单元(CU)的控制信号来确立通过所述输入光学器件(IO)传输的光的图案，其中所述输出光学器件(00)使得能够在光照区域(IA)上聚焦来自所述至少一个空间光调制器(SLM)的光的图案，其中所述设备包括在所述输出光学器件(00)和所述光照区域(IA)之间的至少一个可释放保护性窗口(PW)。
21.根据权利要求20的设备，其中所述设备包括用于在所述输出光学器件(00)和所述光照区域(IA)之间承载所述至少一个保护性窗口(PW)的紧固装置(FM)。
22.根据权利要求21的设备，其中所述至少一个保护性窗口被所述紧固装置(FM)保持。
23.根据权利要求20-22的设备，其中所述至少一个保护性窗口位于距所述输出光学器件小于10mm、优选地小于5mm、更加优选地小于2mm的距离处。
24.根据权利要求20-23的设备，其中所述至少一个保护性窗口是可更换模块(RM)的一部分。
25.根据权利要求21-24的设备，其中所述紧固装置被设计成承载所述可更换模块。
26.根据权利要求20-25的设备，其中所述至少一个保护性窗口覆盖多于一个空间光调制器。
27.根据权利要求20-26的设备，其中所述聚焦距离d小于10mm、优选地小于5mm。
28.根据权利要求20-27的设备，其中所述至少一个保护性窗口在300-400nm的波长范围中的透射率T大于0. 6、优选地大于0. 8、最优选地大于0. 9。
29.根据权利要求20-28的设备，其中所述至少一个保护性窗口由熔融石英制成。
30.根据权利要求M-29的设备，其中所述可更换模块被安装在所述曝光系统上。
31.根据权利要求20-30的设备，其中所述至少一个保护性窗口的厚度小于4mm、优选地小于2mm、最优选地小于1mm。
32.根据权利要求20-31的设备，其中所述至少一个保护性窗口具有小于 100mmx40mmx4mm 的尺寸。
33.一种通过使用根据权利要求20-32中任何一项的设备从光敏材料制造三维物体的方法。
34.根据权利要求33的方法，其中所述方法包括提供物体的数据表示的步骤。
35.一种用于从光敏材料产生三维物体的设备，所述设备包括 带有光照源的曝光系统(ES)，扫描杆，该曝光系统(ES)被安装到该扫描杆，控制单元(⑶)，由此所述曝光系统(ES)包括带有多个单独可控光调制器(LM)的至少一个空间光调制器(SLM)， 被光耦合到所述至少一个空间光调制器(SLM)的输入光学器件(10)， 被光耦合到所述至少一个空间光调制器(SLM)的输出光学器件(00)， 其中所述输入光学器件(IO)和输出光学器件(00)促进从所述光照源发射的光经由所述空间光调制器(SLM)的所述单独可控光调制器(LM)到光照区域(IA)的传输，其中所述空间光调制器(SLM)使得能够根据源自所述控制单元(CU)的控制信号来确立通过所述输入光学器件(IO)传输的光的图案，其中所述输出光学器件(00)使得能够在光照区域(IA)上聚焦来自所述至少一个空间光调制器(SLM)的光的图案，其中所述设备包括用于探测在光照区域(IA)和输出光学器件(00)之间的障碍物的至少一个防碰撞探测系统(LBa，LBb，HSa, HSb)。
36.根据权利要求35的设备，其中所述防碰撞探测系统包括能够提供至少一个防碰撞光束的至少一个光发射器(LD)和至少一个光传感器(PD)。
37.根据权利要求35或者36的设备，其中所述防碰撞探测系统能够扫描所述光敏材料的表面。
38.根据权利要求36-37的设备，其中所述防碰撞光束的直径小于2mm、优选地小于Imm0
39.根据权利要求35-38的设备，其中所述防碰撞探测系统包括能够提供至少两个防碰撞光束的至少两个光发射器和至少两个光传感器。
40.根据权利要求35-39的设备，其中所述防碰撞探测系统包括视觉照相机。
41.根据权利要求35-40的设备，其中所述至少一个防碰撞探测系统被附着到所述扫描杆。
42.根据权利要求36-41的设备，其中所述至少一个光发射器和所述至少一个光传感器被安装在所述曝光系统上。
43.根据权利要求36-42的设备，其中所述至少一个光发射器和所述至少一个光传感器与所述扫描杆同时地移动。
44.根据权利要求36-43的设备，其中所述至少一个光传感器被电连接到所述设备以便传输关于来自所述防碰撞光束的信号中的不规则性的信息。
45.根据权利要求35-44的设备，其中所述防碰撞探测系统是使得所述至少一个防碰撞光束能够在光敏材料和曝光系统之间传播。
46.根据权利要求35-45的设备，其中所述防碰撞探测系统是使得所述至少一个防碰撞光束能够在垂直于扫描杆的移动方向的方向上在扫描杆前面和/或后面传播。
47.根据权利要求35-46的设备，其中所述曝光系统包括至少两个防碰撞光束。
48.根据权利要求35-47的设备，其中所述至少一个防碰撞光束是激光束。
49.根据权利要求35-48的设备，其中所述防碰撞探测系统包括至少一个方向改变装置(PRa，PRb)，诸如棱镜或者反射镜，优选地至少两个。
50.根据权利要求35-49的设备，其中在操作期间所述曝光系统的最下部分位于距所述光敏材料的上表面小于5mm处。
51.一种通过使用包括防碰撞探测系统的根据权利要求35-50中任何一项的设备从光敏材料制造三维物体的方法。
52.根据权利要求51的方法，其中多于5%的、来自防碰撞探测系统的信号强度的降低导致停止扫描杆的运动的信号。
53.根据权利要求51或者52的方法，其中所述方法包括提供物体的数据表示的步骤。
54.根据权利要求51-53的方法，其中所述至少一个防碰撞探测系统在探测到可能的碰撞时发送停止所述曝光系统的运动的信号。
55.根据权利要求51-54的方法，其中所述至少一个防碰撞探测系统在探测到碰撞的风险时发送升高所述曝光系统的位置高于光敏材料的水平的信号。
56.根据权利要求1-17、20-32或者35-50的设备，其中所述输入光学器件包括准直光学器件。
57.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56的设备，其中所述输出光学器件包括聚焦光学器件。
58.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-57的设备，其中所述曝光系统包括发光二极管。
59.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-58的设备，其中所述设备进一步包括用于包含光敏材料的容器(V)。
60.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-59的设备，其中所述设备进一步包括构造板。
61.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-60的设备，其中所述控制单元进一步包括用于调节所述构造板相对于输出光学器件的竖直位置的装置。
62.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-61的设备，其中所述曝光系统包括多于一个空间光调制器。
63.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-62的设备，其中所述曝光系统利用光照模块构造成，其中所述光照模块包括至少一个发光二极管和至少一个空间光调制器。
64.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-63的设备，其中所述曝光系统包括多于一个发光二极管。
65.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-64的设备，其中来自一个特定发光二极管的光光照一个特定空间光调制器。
66.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-65的设备，其中所述输入光学器件包括微透镜的至少一个阵列。
67.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-66的设备，其中所述输入光学器件将来自发光二极管的光分裂成多个光束。
68.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-67的设备，其中光导将来自所述发光二极管的光引导到所述空间光调制器。
69.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-68的设备，其中所述设备是使得所述曝光系统能够被扫描越过所述光敏材料。
70.根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-69的设备，其中所述输出光学器件包括微透镜的至少一个阵列。
71.在根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-69的设备中的可光固化树脂的使用。
72.在根据权利要求1-17、20-32、35-50或者56-69的设备中固化可光固化组分的方法。
73.通过根据权利要求18-19或者33-34或者51-55中任何一项的方法产生的三维物体。
74.通过使用根据权利要求1-17或者20-32或者35-50或者56-70中任何一项的设备而产生的三维物体。
75.根据权利要求73和74的三维物体。
全文摘要
本发明涉及与用于通过截面的添加处理来制造三维物体的快速成型设备有关的改进。所述改进涉及距离、保护性窗口和防碰撞探测系统。
文档编号B29C67/00GK102186649SQ200980141000
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月9日 优先权日2008年10月17日
发明者M·A·彼得森, N·H·拉森, J·格雷林, O·汉加尔德 申请人:亨斯迈先进材料(瑞士)有限公司