专利名称：用于三维造型器的光化辐射强度分布的补偿的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及使用三维造型器创建部件，并且更具体地，涉及用于提供可凝固液体材料的大体一致和/或受控固化的方法和装置。
背景技术：
当前存在用于为小批量制造或其它应用快速创建模型、原型和部件的若干加成式制造技术。可以使用实体自由加工技术制作这些部件，这些技术包括但不限于立体光刻法、 选择性沉积建模、层叠对象制造、选择相区域沉积、多相喷射凝固、弹道粒子制造、熔融沉积建模、粒子沉积、激光烧结、膜转移成像等。由三维造型器执行这些技术中的某些而不是全部，三维造型器提供一层可凝固液体材料，并且在该材料上投射光化辐射的二维图像，以便选择性地固化该材料，以便定义将要生产的部件的横截面区域。重复提供可凝固液体材料层和以光化辐射选择性地固化该材料的处理，直到产生该部件为止。如此处使用的，“光化辐射”包括任意和全部这样的电磁辐射，这些电磁辐射在暴露于该电磁辐射的材料内产生光化学反应。这些光化辐射包括但不限于导致吸收辐射的任意可无线电交联材料的交联的辐射。光化辐射的例子包括但不限于紫外线辐射、可见光和红外线辐射。
在美国专利号2008/0206383和2008/0169589中公开了示例的三维造型器，这些专利被转让给了本受让人，并且通过引用将其完整结合在此。这些三维造型器利用膜转移成像技术，以便提供邻近图像平面的单层可凝固液体材料，并且使用从成像器投射的光化辐射选择性地固化该材料。图1示出了这种现有技术的三维造型器10，其中通过转移膜14 提供邻近图像平面16的单层可凝固液体材料12。在可更换料盒18中提供材料12。成像器(见图2的成像器20)从图像平面16之下并且通过图像平面和膜14投射光化辐射的二维图案，以便选择性地固化膜的上表面上的可凝固液体材料12。
在相应于被生产的部件的相应横截面的材料12的图案已被选择性地固化了所希望的量之后，建造平台22 (其与正在生产的部件连接)上升，以便将固化的材料图案与膜分离。膜和任意未固化的可凝固液体材料12被返回料盒，并且然后膜被再次牵引到图像平面上，以便再次提供邻近图像平面的完整的单层可凝固液体材料，并且重复该处理直到产生该部件为止。
如上所述，成像器投射相应于被生产部件的相应横截面的光化辐射二维图案。然而，某些成像器不能在图像平面的二维区域上投射等同数量的光化辐射和/或由成像器投射的光化辐射的数量随时间减少。因此，具有这些成像器的三维造型器可以产生拥有由于被选择性固化以便形成部件的材料的过度固化和/或固化不足而导致的不合需要的(美学的和/或结构的)部件质量的部件。
发明内容
本发明提供了用于三维造型器以便补偿成像器性能的方法和装置。更具体地，本发明的方法和装置提供对在图像平面的二维区域上提供可变数量的光化辐射的成像器，和/或在一个时间段上提供可变数量的光化辐射的成像器的受控使用。本发明的某些实施例确定成像器投射的光化辐射的强度分布，以便提供多个光化辐射图案，以便选择性地固化可凝固液体材料层，而不是如同常规三维造型器通常做的，提供相应于完整横截面的光化辐射的单个图案。另外，本发明的其它实施例基于强度分布相对于图像平面调整部件的位置，以便减少以三维造型器生产的部件的建造时间。
本发明的一个示例方法包括确定从成像器投射的光化辐射的强度分布，并且对提供为邻近该图像的每个单层可凝固液体材料投射多个光化辐射图案。所述多个光化辐射图案大体与光化辐射的强度分布相关，以便以每个单位表面区域大体等同数量的光化辐射固化单层可凝固液体材料。所述多个图案被基于各种光化辐射强度曝光不同的持续时间，并且被基于强度分布的最高强度和最低强度之间的差编号，和/或被基于强度分布成形。通过将多个光化辐射图案与确定的强度分布关联，成像器能够为单层可凝固液体材料的每个单位表面区域投射大体相等或受控数量的光化辐射，从而以三维造型器生产的部件具有已知并且受控的质量。
本发明的另一个示例实施例确定从成像器投射的光化辐射的强度分布，并且将部件的中心(或如果适用，多个部件的中心)定位在强度分布的定义最高强度的光化辐射的部分附近。由于需要更少的时间以便选择性地固化部件的每个层(不论为每层投射的图案数目如何)，将部件定位在投射最大强度的光化辐射的位置一般使得三维造型器能够更快地生产部件。常规的三维造型器通常默认部件的位置在图像平面中心或图像平面的一个角部或一侧，而不考虑光化辐射的强度，所以将部件定位在投射最高光化辐射的位置使得能够更快地生产部件，因此提高了三维造型器的吞吐率。
本发明的各种实施例包括用于确定成像器投射的光化辐射的强度分布的方法。可以使用定位为邻近图像平面的手工操作的传感器，诸如通过沿着二维网格移动探头，以便收集该网格的每个部分的传感器读数，并且将强度分布手工输入三维造型器的控制系统， 测量强度分布。可替换地，可将光化辐射敏感材料，诸如光敏打印纸，曝光于成像器的光化辐射，从而该材料显示表示强度分布的梯度。然后，可以扫描曝光的光化辐射敏感材料，以便测量该梯度，并且从而确定强度分布。另一种确定强度分布的替换方法是直接在诸如平板扫描仪的扫描仪上投射光化辐射。这可以通过临时将扫描仪放置在三维造型器的图像平面附近完成。可以在任意时刻执行确定强度分布的这些方法，诸如在将成像器安装在造型器内之前，在将成像器组装在造型器内期间，一旦造型器被安装在端用户的场所就执行，和 /或在造型器已被端用户使用了某个时间量之后周期地执行。
本发明的其它实施例包括三维造型器内的强度分布器，以便允许自动确定强度分布和/或自动监视强度分布，以便确定成像器的强度的整体改变和/或强度分布自身的改变。这种强度分布器通常被容纳在三维造型器内或之上，并且被定位为能够测量强度分布， 而不会不利地影响生产的部件的可凝固液体材料的选择性固化。
本发明的其它实施例包括在下面的详细描述中公开的用于可凝固液体材料的改进固化的附加方法和装置。
已经概况地描述了本发明，现在将参考附图，这些附图不必是按比例绘制的，并且具有说明性而不是限制性含义，其中 图1是用于以可凝固液体材料形成部件的现有技术的三维造型器的立体图； 图2是现有技术的成像器和图像平面的立体图，示出了成像器通过图像平面投射光化辐射的星形图案，以便选择性地固化单层可凝固液体材料； 图3示出了根据本发明的一个实施例从成像器投射的光化辐射的强度分布，其中阴影区域定义不同光化辐射强度的区域(最高强度相应于较密的阴影，并且反之亦然)，并且示出了图像平面的χ和y坐标； 图4A-4F示出了从成像器投射的多个光化辐射图案，以便对每个单位表面区域使用大体等同(或以其它方式受控的)光化辐射量选择性地固化图像平面的整个区域，其中这些图案大体与图3的强度分布相关，从而与具有相对高强度的区域相比，在具有相对低强度的区域内提供更长的累积固化持续时间； 图5A-5C是类似于图2的立体图，但是示出了投射多个图案的成像器，这些图像大体与确定的强度分布相关，以便给被以三维造型器生产的部件的星形图案的每个单位表面区域提供大体等同(或以其它方式受控的)光化辐射量； 图6A-6F示出了以手动操作的传感器组件确定强度分布的组件和方法，其中传感器组件包括具有探头和滤波设备(图6B)的辐射计(图6A)，其沿着定位在图像平面附近的网格(图6E)移动(图6C和6D)，以便确定网格的每个部分的光化辐射强度数据(图6F)， 以便确定从成像器投射的光化辐射的强度分布； 图7示出了确定从成像器投射的光化辐射的强度分布的替换技术，其中一张辐射敏感材料(包括网格线)定位在图像平面附近(未示出)，并且曝光于光化辐射的全光照 (整张材料曝光相同时间量)，以便呈现整个图像平面上的光化辐射强度，从而以扫描仪扫描曝光的材料片，以便确定从成像器投射的光化辐射的强度分布； 图8示出了确定从成像器投射的光化辐射的强度分布的另一种替换技术，其中扫描仪定位在三维造型器的图像平面附近(例如，图1的现有技术的造型器)，从而扫描仪曝光于光化辐射的全光照(整个图像平面曝光相同时间量)，以便确定从成像器投射的光化辐射的强度分布； 图9A-9C是根据本发明的另一个实施例的漫射板和强度分布器的立体图，其中图 9A的漫射板可以选择性地移动为接近成像器，以便漫射成像器的光化辐射，图9B的强度分布器包括两个光化辐射传感器，以便测量漫射的光化辐射的数量，并且图9C的三维造型器的一部分示出了漫射板和强度分布器的相应位置，其中漫射板和强度分布器适用于自动确定从成像器投射的光化辐射的强度分布(成像器投射网格的各个部分，并且强度分布器测量漫射的光化辐射)和/或通过周期地确定强度分布自动检测整体强度随时间的改变和/ 或强度分布器内的改变；和 图10A-10C是本发明的一个实施例的方法和装置的操作的立体图，其中图IOA示出了从成像器投射的光化辐射的确定的强度分布，如图IOB所示，确定强度分布的定义最高强度光化辐射的部分，并且部件的中心(星形部件)定位在强度分布的定义最高强度光化辐射的部分附近(与现有技术的三维造型器通常做的，将部件定位在图像平面中心相反)，并且以成像器投射多个光化辐射图案(图IOB和10C)，以便选择性地固化被提供为邻近造型器的图像平面的单层可凝固液体材料，并且其中图IOB和IOC示出了三维部件，其包括以与光化辐射从成像器投射(通过两个镜子)到图像平面上的方向相反的方向延伸的选择性固化的可凝固液体材料的多个层。
具体实施例方式下面将参考附图更完整地描述本发明，其中示出了本发明的某些实施例而不是全部实施例。实际上，本发明可被具体化许多不同形式，并且不应当被认为局限于此处提出的实施例；而是提供这些实施例，从而本公开满足适用的法律要求。虽然以利用膜转移成像技术的三维造型器描述并且在附图中示出这些方法和装置，可以设想本发明的方法和装置可被应用于任意现在已知或以后构想的三维造型器，在这些三维造型器中希望以每个表面区域大体等同数量(或以其它方式受控的量)的光化辐射固化材料以便产生三维部件。在所有附图中类似的参考号指示类似的元件。
三维造型器的成像器通常具有沿着二维图像平面的χ轴和y轴投射的光化辐射的不均勻强度。图3示出了根据本发明的一个实施例从成像器投射的光化辐射的强度分布。 阴影区域定义光化辐射的不同强度的区域，其中最高强度相应于更密的阴影，并且反之亦然。如此处使用的，“强度”主要指光化辐射的能量密度。由于可凝固液体材料的固化数量直接与投射在可凝固液体材料上的能量数量有关，能量密度是重要的。因此，如果被曝光于太多能量，以可凝固液体材料生产的部件的一部分可能以不合需要的数量生长，从而使得部件太大和/或不成比例。相反，如果被曝光于太少能量，以可凝固液体材料生产的部件的一部分可能生长不足，从而使得部件太小和/或具有不足的部件强度。即使对于经受后处理的部件，诸如完成的“未处理(green) ”部件的深度固化，太多能量曝光和/或太少能量曝光的这些问题可能不利地影响最终部件。
本发明使用的可凝固液体材料是当曝光于某个数量的光化辐射时从一般液体或摇溶状态转变为一般固体状态的任意可辐射固化合成物。在提交于2008年9月3日的美国专利号7，358，283和美国专利申请序列号12/203，177中公开了适用于本发明的某些实施例的可凝固液体材料的两个非限制性例子，它们被转让给本受让人，并且通过引用将它们的公开完整结合在此。本发明的其它实施例包括可被通过曝光于光化辐射而固化的任意一般液体材料。
如此处使用的，“单层”可凝固液体材料可以是以任意方式施加的任意数量的材料，在邻近图像平面添加任意新材料(下一层)之前，其被曝光于光化辐射以便选择性地固化可凝固液体材料的一部分。因此，如果所有多个单独材料层被一起曝光于光化辐射，可由多个单独的材料层定义单个层。通常邻近图像平面提供单层材料，该材料被选择性地固化， 并且相对于图像平面移开固化的材料而成为正被生产的部件的一层，并且更换未固化材料或以未固化材料补充未固化材料，以便定义下一单层材料。
再次谈及沿着二维图像平面的χ轴和y轴投射的光化辐射的不均勻强度，如图3 所示，当与图像平面的中心或中间区域的强度相比时，某些成像器在图像平面角部处的强度只有25%。结果，为了充分固化角部区域，接近图像平面中部的可凝固液体材料被过度曝光，或是为了正确固化中部区域，接近角部的可凝固液体材料曝光不足。本发明测量光化辐射强度的这种差异，并且补偿这种差异，以便给每个单位表面区域提供大体等同数量的光化辐射。本发明的某些其它实施例提供大体受控数量的光化辐射(其不必是等同的)，这使得能够以受控方式固化部件的层，以便产生所希望的部件。
再次参考图3，强度分布30使用阴影区域32-42示出了光化辐射的不同强度(图 3的右侧提供了相应阴影密度的数值范围)。具有最高强度的区域，区域32，被以最密的阴影示出，而具有最低强度的区域，区域42，被以最稀疏的阴影示出。从0到1000示出图像平面的χ轴，并且从0到700示出图像平面的y轴；然而，本发明的其它实施例的图像平面可以包括具有任意编号的轴，可以包括任意整体大小，和/或可以包括任意形状。区域32-42 被示出为在这些区域之间具有线，类似于地图上的地形线；然而，应当理解，这些区域一定定义一致的强度，而是仅仅表示一个强度范围，从而从区域32内的最高强度到区域42内的最低强度，平均强度存在一般的线性关系，而在区域之间的线处没有任何显著改变。在图 3所示的实施例中，最高强度区域，区域32沿着χ轴一般居中，并且沿着y轴略微在中心以下；然而，根据本发明的其它三维造型器的强度分布可以定义强度区域的任意相对方位、大小、分布等。
本发明的方法和装置使得能够确定强度分布(如下面更完整讨论的)，并且能够使用确定的强度分布改进部件生产。图4A-4F示出了可以如何使用图3的确定的强度分布使用三维造型器改进部件生产。与在一层可凝固液体材料上投射单个二维图案，以便选择性固化二维图案形状内的材料的常规三维造型器相反，本发明的方法和装置在一层可凝固液体材料上投射多个图案，以便选择性固化二维图案形状内的材料。在图4A-4F中，出于说明性目的，被选择性固化的二维图案是图像平面的整个表面区域，但是在下面讨论的图 5A-5C中，示出了对多个图案的更实际的使用。
为了以可凝固液体材料的每个单位表面区域大体等同(或以其它方式受控的)的光化辐射数量选择性固化接近图4A-4F中的图像平面的整个数量的可凝固液体材料，必须确定图3所示的强度分布30 (如下面讨论的)。一旦确定了强度分布30，三维造型器的控制系统控制成像器，以便投射与光化辐射的强度分布大体相关的多个图案。如此处使用的， “相关”的含义是所述多个图案中的各个图案的形状部分地取决于所确定的强度分布。如图4A-4F所示(相对于图幻，相关不一定意味着光化辐射的图案精确地相应于强度分布的区域；相关仅仅意味着当为以三维造型器生产的部件的层(优选地，自动地，但是可以手动地)选择多个图案中的各个图案的形状时，考虑强度分布。
图4A-4F的多个图案被投射到接近图像平面的可凝固液体材料层上，以便对于可凝固液体材料的每个单位表面区域，将材料曝光于大体等同(或受控的)数量的光化辐射。 由于在图4A-4F中生产的部件(或至少是部件的单个层)的横截面区域是图像平面的整个二维区域，图4A的光化辐射图案44大体是图像平面的整个二维区域。图案44被投射在图像平面上足够数量的时间，例如，3秒到10秒之间，以便充分固化(以预定数量一般地固化该区域，以便生产所希望的部件)相应于强度分布30的区域32 (见图幻的材料。
投射到邻近图像平面的可凝固液体材料上的多个光化辐射图案中的下一个图案是图4B的图案46 (以阴影区域表示光化辐射，并且没有阴影表示没有光化辐射)。图案46 被投射足够数量的时间，例如，少于1秒，以便充分固化相应于强度分布30的区域34 (见图 3)的材料。由于区域34在图案44期间曝光于光化辐射，图案46被投射在材料上的时间量基于附加光化辐射区域34需要的数量，从而如同区域32区域34的每个单位表面区域曝光于大体等同数量的光化辐射。换言之，投射图案46的时间量相应于图3的强度分布的区域32和34的强度的差。
由于诸如区域32和34的区域的强度是相应区域的平均强度，应当理解，不是区域 32和34内的每个点都曝光于精确相同数量的光化辐射。然而，本发明的各种实施例基于多个图案中的图案数目、多个图案中的图案的投射时间、和试图在每个单位表面区域投射大体等同数量的光化辐射的其它参数。因此，应当理解，多个图案的图案数目(对于部件的给定层)和光化辐射等同性之间存在着一般关系，从而提供更多数目的图案将提供光化辐射曝光的改进的等同性，并且反之亦然。本领域技术人员将理解各种参数之间的其它关系，并且这些关系包括在本发明的范围内。
再次返回图3和图4A-4F，图4C的图案48是投射到邻近图像平面的可凝固液体材料上的多个光化辐射图案中的下一个图案(在图4B的图案46之后)。图案48被投射足够数量的时间，以便以类似于上面参考图案46讨论的方式充分固化相应于强度分布30的区域36(见图幻的材料。类似地，图4D的图案50是下一个图案以便充分固化区域38;图 4E的图案52是下一个图案以便充分固化区域40 ；并且图4F的图案M是下一个图案以便充分固化区域42。因此，可固化材料的整个层的每个单位表面区域被使用投射图3的强度分布的成像器以大体等同数量的光化辐射固化，图3的强度分布不定义每个单位表面区域大体等同数量的光化辐射(强度)。
现在转到图5A-5C，示出了生产部件的星形横截面区域的方法。在已经确定了成像器20的强度分布之后，三维造型器的控制系统(具有或不具有人为干预)确定应当从镜子60和成像器20投射某个数目的图案，以便充分固化与图像平面16相对提供的可凝固液体材料12中的星形区域。在图5A-5C所示的实施例中，三个图案定义为单层可凝固液体材料投射的多个图案。图5A示出了图案44'的投射(通过一个或多个镜子60投射在图像平面上)，图案44'具有正被生产的部件的整个星形横截面区域的形状。图5B示出了图案 46'的投射，图案46'是图案44'的星形图案减去一个最高强度区域(相当于图3的强度区域32)。图5C示出了图案48'的投射，图案48'是图案44'的星形图案减去两个最高强度区域(相当于图3的强度区域32和34)。因此，图5A-5C示出了多个图案中的光化辐射投射，以便选择性固化单层可凝固液体材料。本发明的其它实施例使用本发明的方法和装置，以便生产具有各种形状的部件，和/或使用替换数目的不同图案，以便定义单层材料的多个图案。
已经描述了使用确定的强度分布30以便针对一层材料使用的多个图案来改进部件生产的方法，提供图6A-10C，以便示出确定强度分布的方法和装置。本发明的其它实施例包括用于确定强度分布的附加方法和装置。
图6A-6F示出了用于使用手工操作的传感器组件62确定光化辐射的强度分布的第一装置和相关方法。图6A的传感器组件62包括具有探头64和滤波设备66的辐射计， 其中探头包括任意类型的光化辐射传感器。传感器组件还包括显示单元68，显示单元68用于结合探头一起使用以向操作员显示光化辐射值，以便操作员手工记录这些值。图6B示出了插入滤波设备66的探头64，从而滤波设备对探头测量的光化辐射滤波。图6C和6D示出了操作员沿着定义多个网格部分72的网格70移动探头64 (以及滤波设备66)。图6E示出了放置在三维造型器10的图像平面16邻近的网格，其中图6E的网格定义了供操作员测量的9X12个(总共108个)网格部分。在示出的实施例中，操作员对每个网格部分测量两次，一次探头朝向第一方向(例如，在图6C中)，并且第二次探头朝向第二方向(例如，在图 6D中，与图6C的位置180度相反的位置)。
操作员诸如在图6F的图表内记录所有测量的光化辐射强度数据值，这些数据被平均，并且被输入三维造型器的控制系统，从而造型器或结合三维造型器控制系统使用的其它软件能够确定强度分布30。优选地对每个网格部分的两个值进行平均，以便提供强度分布的更精确的表示；然而，本发明的其它实施例可以利用每个单个值，和/或可以提供更多或更少网格部分，以便给确定的强度分布提供更高或更低的分辨率。
现在转到用于确定光化辐射的强度分布的第二装置和相关方法，图7示出了包括辐射敏感材料的网格线82的片材80，其被曝光于光化辐射某个持续时间段。该片材对于光或其它光化辐射敏感，从而片材响应被曝光于一定数量的能量改变颜色或颜色的深浅(例如，以灰度级)。在示出的实施例中，片材80定位在图像平面(诸如图1的图像平面16) 附近，并且被曝光于光化辐射的全光照，从而整个片材曝光相同数量的时间。片材80然后改变颜色、深浅等，以便表示整个图像平面上的光化辐射强度，从而绘制出强度分布。出于说明目的，在图7的片材80上示出的强度分布示出了图3的强度分布30，其中图7的区域 82-92分别相应于区域32-42(虽然应当理解，出于上面根据图3所述的原因，片材80上不会出现区域之间的边界线)。然后可以使用常规扫描仪和软件扫描曝光的片材80，该软件能够获取扫描的颜色、深浅等并且据此确定强度分布。
图7的装置和方法的一个优点是允许端用户在拥有三维造型器之后确定强度分布，而不必现场工程师到达三维造型器的所在地。然而优选地在三维造型器的组装之前之中或之后立刻使用/执行图6A-6F的装置和方法，或由为使用的三维造型器提供维修的受过培训的现场工程师使用/执行，可由端用户部分地执行图7的装置和方法。端用户接收 (从负责维修造型器的组织)辐射敏感材料的至少一个片材80，并且接收将片材放置在图像平面上，并且使得成像器以某个持续时间段投射光化辐射全光照的指示。一旦片材80已被曝光足够数量，端用户可以简单地将该片材邮寄到负责维修造型器的组织，并且该组织扫描该片材，以便确定强度分布，并且然后将强度分布远场传送(通过hternet、无线设备或其它通信设备)到三维造型器，以便以强度分布数据有效地校准和/或重新校准造型器。 本发明的各种装置和方法还可实现其它优点。
图8示出了用于确定从成像器投射的光化辐射的强度分布的另一种装置和方法。 扫描仪设备96可被直接放置在图像平面上，使其辐射敏感部分(未示出)面向光化辐射方向。因此，图8的实施例有效地消除了图7的媒介片材，从而扫描仪设备96直接测量投射的光化辐射，以便确定强度分布。随后可将确定的强度分布传送(直接或间接)到三维造型器，以便以强度分布数据有效地校准和/或重新校准造型器。扫描仪可以直接(诸如如上所述)或间接(诸如通过以与下面参考图9A-9C所述方法类似的方式使用漫射板，或通过使用其它辐射重定向或滤波设备)测量投射的光化辐射。
现在转到图9A-9C的装置和方法，提供漫射板100和强度分布102以便允许自动确定以成像器20投射的光化辐射的强度分布。图9A的漫射板100可旋转地附接在成像器 20附近，从而可以选择性地移动漫射板，以便定位在成像器的镜头104前面。漫射板100 漫射成像器20的光化辐射，从而光化辐射相对于其未漫射轨道一般散射。图9B的强度分布器102包括测量光化辐射的两个光化辐射传感器106(其它实施例包括至少一个光化辐射传感器)，所述光化辐射特别地是漫射的光化辐射。图9C示出了漫射板和强度分布器相对于三维造型器的其它组件的相对定位。不同于前面讨论的实施例，这个示例实施例的漫射板和强度分布器适用于永久地附接在三维造型器上。因此，希望不以在三维造型器的正常操作期间不利地影响光化辐射投射的方式定位漫射板和/或强度分布器，但这不是必须的。
如图9C所示，漫射板可旋转地附接在成像器20附近，并且强度分布器102 —般安装在两个镜子60之间，但是被以这样的方式安装，即，强度分布器不会干扰成像器对图像平面的正常光化辐射投射。由于强度分布器102由于其位置而不直接测量投射的光化辐射，漫射板100选择性地定位在成像器20的镜头104之上，以便漫射投射的光化辐射，从而一部分光化辐射被引导到强度分布器102的一个或两个光化辐射传感器106。其它实施例包括用于感测光化辐射的替换方法和/或强度分布器，以便确定强度分布。
为了确定强度分布，漫射板100定位在成像器20的镜头104之前(如图9A中的阴影所示)。成像器20顺序地以这样的方式投射小区域的光化辐射，诸如相当于图6E和 7的网格部分的正方形或矩形网格部分，即，使得强度分布器102能够测量相应于光化辐射的每个投射网格部分的漫射辐射数量，并且将这些测量传输到三维造型器的控制系统。在成像器20投射了光化辐射的所有网格部分或某些代表性网格部分之后，可由三维造型器的控制系统使用来自图9C的强度分布器102的测量(以相当于图6F的图表的自动方式)， 以便确定强度分布。由于图9A-9C的这种方法的全自动属性，该方法可被在任何时间执行， 而不需要来自现场工程师或端用户的任何辅助。因此，这种方法可以提供强度分布的周期确定，以便当强度分布随着时间改变和/或当整体强度随着时间改变而减小时，通过更新每层的多个图案连续重新校准造型器。本发明的其它实施例包括用于确定从成像器投射的光化辐射的强度分布的附加和/或替换方法和装置。
现在转到图10A-10C，公开了本发明的附加方法和装置，其中部件被定位为邻近强度分布的定义最高光化辐射强度的部分。通过有意地将部件定位在可以获得最大辐射强度的位置，可以使用相对更高强度的辐射更快速地产生部件的许多(如果不是全部)层。图 IOA表示三维造型器，其中强度分布30'定义在χ轴和y轴两者上都有偏移的最高强度区域32'(与图3的区域32相当)。在已经使用本发明的方法(多个)和/或装置，诸如以漫射板100和强度分布器102确定了强度分布之后，三维造型器的控制系统将要生产的部件的中心定位为邻近强度分布的定义最高强度光化辐射的部分(区域32')。
图IOB示出了被定位为邻近区域32'而不是在中心或在角部或一侧的部件110的中心，中心、角部或一侧通常是部件的默认位置。如果同时生产多个单独部件，部件可被以这样的方式定位，即，聚合部件(此处也被称为部件)的中心被定位为邻近强度分布的定义最高强度光化辐射的部分(区域32')。还应当理解，一般基于部件的所有层确定部件中心，由于部件可以具有定义不同中心的许多不同层，优选地为这些部件使用平均中心。由于部件被定位在可以获得最高强度的位置，与相同部件被定位在不定义最高强度光化辐射的默认位置相比，部件可能被更快地选择性固化。图IOB示出了多个图案的第一个图案44" 的投射，并且图IOC示出了多个图案的第二个图案46"的投射(根据强度分布还可以投射附加图案)。由于每层的固化时间一般受将为特定层固化的任意区域的最低强度支配，通过将部件定位为靠近最高强度可以提高生产速度。
因此，相对于以常规方法和装置生产的部件，本发明提供生产具有高超部件质量的三维部件和/或以更快的建造时间生产三维部件。受益于上述描述和附图中给出的教导的本发明领域的技术人员可以想到此处提出的本发明的许多修改和其它实施例。因此，应当理解，本发明不限于公开的特定实施例，并且这些修改和其它实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。本发明旨在覆盖落在所附权利要求和其等同物的范围内的本发明的这些修改和变型。虽然此处采用了特定术语，它们被以一般的和描述的意义使用，而不是出于限制的目的。
权利要求
1.一种使用三维造型器生产部件的方法，其中所述造型器通过利用从成像器投射的光化辐射选择性地固化可凝固液体材料层来生产部件，该方法包括确定从所述成像器投射的光化辐射的强度分布；在所述造型器的图像平面附近提供单层可凝固液体材料；以多个图案投射光化辐射，以便选择性地固化单层可凝固液体材料，其中所述图案与光化辐射的强度分布大体相关；在所述造型器的图像平面附近提供单层可凝固液体材料；以及重复光化辐射的投射以及单层的提供以便生产所述部件。
2.如权利要求1所述的方法，其中确定强度分布包括在包括所述成像器和所述图像平面之间、所述图像平面的附近、以及所述图像平面相对于所述成像器的相反侧中的至少一个的位置处测量光化辐射。
3.如权利要求1所述的方法，其中确定强度分布包括使用在所述图像平面附近的手工操作的传感器来测量光化辐射。
4.如权利要求1所述的方法，其中确定强度分布包括将光化辐射敏感材料曝光于一定量的光化辐射；扫描曝光后的光化辐射敏感材料；以及使用扫描数据确定强度分布。
5.如权利要求1所述的方法，其中确定强度分布包括使用可移动地定位在所述图像平面附近的扫描仪设备来测量光化辐射。
6.如权利要求1所述的方法，其中确定强度分布包括在将所述成像器安装在所述三维造型器中之前，测量从所述成像器投射的光化辐射。
7.如权利要求1所述的方法，其中确定强度分布包括使用至少一个强度分布器测量从所述成像器投射的漫射光化辐射。
8.如权利要求1所述的方法，其中以多个图案投射光化辐射包括以不同的持续时间投射图案。
9.如权利要求1所述的方法，其中以多个图案投射光化辐射包括将图案数目与强度分布的最高强度和最低强度之间的强度差相关联。
10.如权利要求1所述的方法，其中以多个图案投射光化辐射包括将所述多个图案中的各个图案的形状与所述强度分布相关联。
11.如权利要求1所述的方法，其中以每单位表面区域大体等同的量的光化辐射固化被光化辐射选择性固化的所述单层可凝固液体材料。
12.如权利要求1所述的方法，其中投射光化辐射基本上不进行灰度调整以便补偿所述强度分布的不同强度。
13.一种使用三维造型器生产部件的方法，其中所述造型器通过利用从成像器投射的光化辐射选择性地固化可凝固液体材料层来生产部件，该方法包括确定从所述成像器投射的光化辐射的强度分布；把要生产的部件的中心定位在所述强度分布的定义最高光化辐射强度的部分的附近；在所述造型器的图像平面的附近提供单层可凝固液体材料；投射光化辐射以便选择性地固化所述单层可凝固液体材料；在所述造型器的图像平面的附近提供单层可凝固液体材料；以及重复光化辐射的投射以及对单层可凝固液体材料的提供以便生产部件。
14.如权利要求13所述的方法，其中确定所述强度分布包括在将所述成像器安装在所述三维造型器中之前测量光化辐射。
15.如权利要求13所述的方法，其中投射光化辐射包括以多个图案投射光化辐射，以便选择性地固化单层可凝固液体材料。
16.如权利要求15所述的方法，其中以多个图案投射光化辐射包括以不同的持续时间投射图案。
17.如权利要求15所述的方法，其中以多个图案投射光化辐射包括将图案数目与所述强度分布的最高强度和最低强度之间的强度差相关联。
18.如权利要求15所述的方法，其中以多个图案投射光化辐射包括将所述多个图案中的各个图案的形状与所述强度分布相关联。
19.如权利要求13所述的方法，其中以每单位表面区域大体等同的量的光化辐射固化被光化辐射选择性固化的所述单层可凝固液体材料。
20.如权利要求13所述的方法，其中投射光化辐射大体不进行灰度调整以便补偿所述强度分布的不同强度。
21.一种用于通过选择性地固化可凝固液体材料层来生产部件的三维造型器，该三维造型器包括图像平面；可凝固液体材料传送设备，用于在所述图像平面的附近提供可凝固液体材料；以及与在所述图像平面的附近的所述可凝固液体材料光学连通的成像器，其中所述成像器投射定义确定的强度分布的光化辐射，其中所述成像器投射多个光化辐射图案，以便选择性地固化单层可凝固液体材料，其中所述图案与光化辐射的强度分布大体相关。
22.如权利要求21所述的三维造型器，还包括强度分布器，所述强度分布器适用于确定从所述成像器投射的光化辐射的强度分布。
23.如权利要求21所述的三维造型器，其中所述成像器包括空间光调制器。
24.如权利要求23所述的三维造型器，其中所述空间光调制器包括数字光投影仪。
25.如权利要求21所述的三维造型器，还包括至少一个强度分布器，用于检测由所述成像器投射的光化辐射的强度的变化。
全文摘要
提供了补偿用于三维造型器的成像器的强度分布的方法和装置。以各种技术确定从成像器(20)投射的光化辐射的强度分布(30)，包括但不限于手工操作的传感器(62)、曝光并且扫描光化辐射敏感片材和强度分布器(102)。一旦确定了成像器的强度分布，通过投射定义被固化的部件的二维横截面的多个图案(46)(与单个图案相反)固化每层可凝固液体材料。图案的持续时间、数目和/或形状改变，以便关联于强度分布，从而以每个单位表面区域大体等同(或以其它方式受控的)数量的光化辐射固化被选择性固化的单层可凝固液体材料，以便提供总体受控并且一致的部件质量。
文档编号B29C67/00GK102186653SQ200980141293
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月19日 优先权日2008年10月20日
发明者宏庆·V·王, 郭舜俊, C·W·胡尔, R·O·格里高里二世, T·A·克雷克斯 申请人:3D系统公司