用于利用层补偿打印光学部件的方法与流程

用于利用层补偿打印光学部件的方法


背景技术：

1.本发明涉及一种用于打印三维光学结构、特别是眼科镜片的方法，其中三维光学结构由打印油墨层构建，这些打印油墨层通过在连贯的打印步骤中至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴而沉积。
2.从现有技术已知打印比如眼科镜片等三维光学结构。在三维打印中，三维结构是由打印油墨层构建的。对这些层的形状和大小进行编码的打印数据是通过将要打印的三维结构虚拟地切片成二维切片而获得的。通常，切片包括彼此平行的顶表面和底表面以及限定的且通常固定高度的周边边缘。例如，切片是圆柱形的并且具有变化的直径。对于每个切片，通过打印头的喷射喷嘴至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴来沉积一层。这些层至少部分地在彼此上方打印，以形成预期的三维结构。
3.由于沉积的打印油墨的表面张力，打印层的实际形状不同于该层的预期形状，即相应切片的形状。例如，由于打印油墨的表面张力，在沉积层的边缘处发生了超高(superelevation)。尽管这些偏差对于单个沉积层可能很小，但它们确实叠加起来并导致打印结构的形状与预期形状不同。由于光学应用所需的高精度，相关联误差对于打印的光学结构、特别是眼科镜片特别有害。


技术实现要素：

4.因此，本发明的一个目的是提供一种用于打印三维光学部件、特别是眼科镜片的方法，与根据现有技术的方法相比，准确度提高。
5.根据本发明，此目的通过一种用于打印三维光学结构、特别是眼科镜片的方法来实现，其中该三维光学结构由打印油墨层构建，这些打印油墨层通过在连贯的打印步骤中至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴而沉积，其中为了至少部分地补偿至少一层的厚度与标称厚度的偏差，在打印所述层之前确定可能偏差，并且在打印所述层期间根据所确定的可能偏差来控制打印油墨的沉积。
6.根据所确定的可能偏差来沉积打印油墨允许打印层，使得影响层几何形状的效应产生具有期望形状的层。因此，当打印层时，已避免了层的几何形状的可能偏差。消除了对例如复杂创建补偿层来补偿偏差的需要。可以想到的是，该方法针对两层或更多层来进行。还可以想到的是，该方法应用于直接一个接一个地布置的多个层。还可以想到的是，该方法应用于彼此相隔一定距离布置的多个层。
7.在本发明的意义上，光学结构包括镜片，镜片可以包括眼科镜片。眼科镜片包括凹、凸、双凹、双凸和弯月形镜片。在本发明的意义上，眼科镜片还包括多焦点镜片以及梯度折射率镜片。眼科镜片特别地包括眼镜镜片或未插入眼睛中的其他镜片。
8.在本发明的意义上，光学部件的打印包括由打印油墨层构建该部件。这些是通过至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴来获得的。打印油墨液滴从打印头的喷嘴喷射，典型地朝向基材喷射。构成第二层和后续层的层的液滴至少部分地朝向先前沉积的层喷射，使得逐层构建该三维结构。
9.该打印油墨优选地包括半透明或透明组分。优选地，打印油墨包括至少一种光聚合组分。该至少一种光聚合组分优选是在暴露于辐射(例如紫外线(uv)光)时聚合的单体。沉积的液滴优选地在沉积之后针固化，即部分固化。优选地，增加该打印油墨的至少一种组分的粘度。针固化优选地在相应液滴沉积之后或在整个层或仅部分层沉积之后进行。替代地，针固化以一定的时间间隔进行，例如在每第二个层打印之后。
10.根据本发明的优选实施例，在打印所述层期间，至少在所述层的一部分上，根据抖动图案来放置液滴，使得放置在所述部分上的液滴的数量减少，优选地，通过在放置液滴时留出空白空间来减少液滴的数量，其中没有液滴放置在所述空白空间上。在本发明的意义上，抖动图案是含有空白空间在所述层的所述部分中的位置的二维模板。抖动图案也可以包含灰度值。在这种情况下，灰度值可以与比如液滴大小、每个液滴的打印油墨量等打印参数相关联。在该层的该部分中包含空白空间减少了打印的液滴数量，这随后减少了该层的该部分的体积。因此，该层的该部分的厚度减小。可以想到的是，抖动图案含有均匀密度的空白空间，即均匀分布的空白空间。还可以想到的是，抖动图案含有不均匀密度的空白空间，即不均匀分布的空白空间，使得在该层的该部分的某些区域中布置的空白空间比在该层的该部分的其他区域中布置的空白空间多。因此，可以非常准确地调整偏差的补偿。
11.根据本发明的优选实施例，如果所述层的直径小于最小直径，那么所述空白空间分布在整个层上，其中最小直径优选地是5mm。如果层的直径小于某个最小直径，那么因层的边缘的收缩效应所致的厚度超出部分会合并并导致层厚度整体过大。因此，这可以减小。可以想到的是，抖动图案在层的中心附近相比在消失边缘(die edge)含有更高密度的空白空间。如果该层没有打印成圆形，那么在本发明的意义上，直径意指该层的最小直径。
12.根据本发明的优选实施例，所述层的所述部分被布置成平行于所述层的圆周，其中所述层的所述部分优选地被布置成远离圆周一定距离，其中该距离优选地介于0.1mm与2mm之间，或者其中所述层的所述部分优选地邻接圆周。此优选实施例能够补偿所谓的打印层边缘效应，其中由于打印油墨的表面效应，层的厚度在边缘附近超过标称厚度。优选地，所述层的所述部分形成为环或圈，其中该环或圈优选地具有一定宽度，其中该宽度介于0.1mm与5mm之间，更优选地介于0.2mm与0.7mm之间，最优选地是0.5mm。由此，打印层边缘效应几乎可以被完全补偿。
13.根据本发明的优选实施例，所述空白空间在所述层的所述部分上随机地布置或者至少部分随机地布置。在本发明的意义上，随机地布置意味着空白空间彼此不以重复距离布置。换句话说，空白空间之间的距离是随机的，使得空白空间不会导致光学有效的光栅。其积极效果是避免了衍射效应。在本发明的意义上，至少部分随机地布置意味着空白空间在所述层的所述部分的图案区段上彼此不以重复距离布置。可以想到的是，所述层的所述部分包括具有相同或不同空白布置的多个图案区段。
14.根据本发明的优选实施例，在打印所述层期间，至少在所述层的另外的部分上，每个液滴的体积减小。例如，这可以通过减少用于每个液滴的打印油墨量来进行。减少打印油墨量减小了层的厚度。因此，可以补偿厚度超出部分。可以想到的是，另外的部分中的液滴的体积的减小遵循体积图案。可以想到的是，体积图案含有均匀的体积分布，即体积减小在整个另外的部分中是恒定的。还可以想到的是，体积图案含有不均匀的体积分布。因此，可以非常准确地调整偏差的补偿。
15.根据本发明的优选实施例，如果所述层的直径小于另外的最小直径，那么所述层的所述另外的部分覆盖整个层，其中所述另外的最小直径优选地是5mm。如果层的直径小于某个最小直径，那么因层的边缘的收缩效应所致的厚度超出部分会合并并导致层厚度整体过大。因此，这可以减小。可以想到的是，体积图案在层的中心附近相比在边缘处含有更低体积。
16.根据本发明的优选实施例，所述层的所述另外的部分被布置成平行于所述层的圆周，其中所述层的所述另外的部分优选地被布置成远离圆周另外的距离，其中该另外的距离优选地介于0.1mm与2mm之间，或者其中所述层的所述部分优选地邻接圆周。此优选实施例能够补偿打印层边缘效应。优选地，所述层的所述另外的部分形成为环或圈，其中该环或圈优选地具有另外的宽度，其中该另外的宽度介于0.1mm与5mm之间，更优选地介于0.2mm与0.7mm之间，最优选地是0.5mm。由此，打印层边缘效应几乎可以被完全补偿。
17.根据本发明的优选实施例，为了至少部分地补偿在前一打印步骤中打印的另外的层的另外的厚度与另外的标称厚度的另外的偏差，在打印所述层期间根据所述另外的偏差来控制打印油墨的沉积。这使得能够补偿所谓的打印层厚度不均匀性。层中的液滴将形成薄膜。为此，液滴需要时间合并。这个时间被称为建立时间。建立时间越长，打印层越均匀。建立时间取决于油墨和表面性质。对打印层厚度不均匀性的另外的影响是因打印时墨滴体积变化或墨滴错位所致。打印层厚度不均匀性可以是大约标称层厚度的0到10％。
18.根据本发明的优选实施例，为了至少部分地补偿所述另外的偏差，在打印所述层期间，至少在所述层的第二另外的部分上，根据另外的抖动图案来放置液滴，使得放置在所述第二另外的部分上的液滴的数量减少，其中第二另外的部分布置在另外的偏差之上，优选地，通过在放置液滴时留出另外的空白空间来减少液滴的数量，其中没有液滴放置在所述另外的空白空间上。因此，该层的第二另外的部分的厚度局部减小。该另外的抖动图案含有不均匀密度的另外的空白空间，即不均匀分布的另外的空白空间，使得在该层的第二另外的部分的某些区域中布置的另外的空白空间比在该层的第二另外的部分的其他区域中布置的另外的空白空间比多。因此，可以非常准确地调整另外的偏差的补偿。
19.根据本发明的优选实施例，所述另外的空白空间在所述层的所述第二另外的部分上随机地布置或至少部分随机地布置。另外的空白空间之间的距离是随机的，使得另外的空白空间不会导致光学有效的光栅。其积极效果是避免了衍射效应。
20.根据本发明的优选实施例，在打印所述层期间，至少在所述层的第三另外的部分上，每个液滴的体积减小。例如，这可以通过减少用于每个液滴的打印油墨量来进行。减少打印油墨量减小了层的厚度。因此，可以补偿厚度超出部分。第三另外的部分中的液滴的体积的减小遵循含有不均匀的体积分布的体积图案。体积分布遵循另外的层的厚度超出部分，使得这些厚度超出部分被补偿。因此，可以非常准确地调整另外的偏差的补偿。
21.根据本发明的优选实施例，通过特别是通过共焦扫描测量另外的层的表面的形状和/或体积来确定另外的偏差。这使得能够非常准确地绘制厚度超出部分，并由此有效地补偿另外的偏差。
22.根据本发明的优选实施例，所述另外的偏差包括在先前打印步骤中打印的所有层的厚度与另外的标称厚度的偏差。因此，可以在打印一层或仅几层期间补偿另外的偏差的总和。这是有利的，因为另外的偏差的部分已经可以通过对另外的偏差累加而平均，并且因
此不再需要考虑。
23.根据本发明的优选实施例，通过模拟打印层的收缩来确定偏差和/或另外的偏差。已令人惊讶地发现，打印层的收缩的效应是可以很好地再现的，并且可以使用薄膜流体层的物理性质来计算。相应模拟为补偿偏差和/或另外的偏差提供了极好的基础。
24.根据本发明的优选实施例，在打印之前使用模拟来确定要打印的所有层的偏差和/或另外的偏差，其中在打印一个或多个层期间补偿偏差和/或另外的偏差。根据本发明的优选实施例，在打印之前使用模拟来确定要打印的所有层的偏差和/或另外的偏差，其中在打印一个或多个最后的层期间补偿偏差和/或另外的偏差。偏差和/或另外的偏差的部分已经可以通过对偏差和/或另外的偏差累加而平均，并且因此不再需要考虑。相应模拟为在打印最后的弯曲层期间补偿偏差和/或另外的偏差提供了极好的基础。
附图说明
25.图1示意性地展示了根据本发明示例性实施例的打印方法。
26.图2示意性地展示了相对层高度在层长度上的曲线图。
27.图3示意性地展示了根据本发明示例性实施例的打印方法中使用的抖动图案。
具体实施方式
28.本发明将针对特定实施例并针对某些附图进行描述，但本发明不限于此，而仅由权利要求限制。所描述的附图仅是示意性的并且是非限制性的。在附图中，一些要素的大小可能被夸大并且出于说明目的可能未按比例绘制。
29.在使用不定冠词或定冠词的情况下，当提及单数名词例如“一(a)”、“一个(an)”、“该(the)”时，这包括多个该名词，除非另外特别指出。
30.另外，在说明书和权利要求中使用的术语第一、第二、第三等用于区分相似的要素，而不一定用于描述连续的或者按时间先后的顺序。应当理解的是，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或所示出的顺序来操作。
31.在图1中，示意性地展示了根据本发明示例性实施例的打印方法。通过构建多个层l来打印三维光学部件1。从子图1(a)至子图1(c)，可以明显看出光学部件1是如何通过连贯的层打印步骤来构造的。为了打印每一层l，打印油墨液滴从打印头(未示出)的喷嘴喷射。液滴至少部分并排地有针对性放置，使得液滴合并而形成薄膜。由于薄膜的表面效应，层l在边缘处收缩，从而导致层l的厚度的超出部分(见图2)。如果层l的直径d小于某个极限，典型地低于5mm，那么层l的边缘处的超出部分合并，并导致整个层l的厚度增大。这些厚度超出部分非常小，但是，在多个层l上会累加起来，并且导致光学部件1的不希望的几何形状，并由此导致光学失真。
32.子图1(c)示出了包括多个切片的光学部件1，每个切片由一层组成，该层通过放置打印油墨液滴使得液滴合并成薄膜来打印。为了维持光学部件1的最佳几何形状，计算每个切片的尺寸，即厚度和横向尺寸，比如直径d。打印各层时，计算出的尺寸必须匹配。为了匹配计算出的厚度，即标称厚度，通过计算来确定层2的厚度的可能偏差。在打印层2期间，控制打印油墨的沉积，使得可能偏差得到补偿，并且打印厚度与标称厚度相匹配。为此，根据
抖动图案(见图3)放置液滴。抖动图案是含有没有放置液滴的空白空间的位置的二维模板。在空白空间处遗漏液滴会局部减小打印体积，并因此减小层2的厚度。为了局部补偿较大厚度超出部分，抖动图案局部安排较多空白空间，即空白空间的密度较高。为了局部补偿较低厚度超出部分，抖动图案局部安排较少空白空间，即空白空间的密度较低。为了避免衍射，空白空间的位置在某个范围内是随机的。因此提出，空白空间不充当光栅。
33.除了使用抖动图案来补偿偏差之外，还可以预见，当打印层2时，通过局部涂布较少油墨来补偿厚度偏差，因此局部减小层2的厚度。打印体积遵循体积图案，该体积图案是含有关于将取决于位置放置的打印油墨体积的信息的二维模板。
34.打印层2时，补偿了在前一打印步骤中打印的另外的层3的另外的偏差，即另外的厚度与另外的标称厚度的偏差。当打印另外的层3时，另外的偏差由液滴体积变化或液滴错位引起，并且无法被准确地模拟或计算。因此，另外的偏差通过共焦扫描另外的层3的表面来确定，并且通过在打印层2期间遵循另外的抖动图案留出另外的空白空间和/或在打印层2期间遵循另外的体积图案局部减小液滴体积来补偿。
35.可以在每个打印步骤过程中补偿偏差和另外的偏差，以及仅在部分打印步骤过程中补偿偏差和另外的偏差。特别地，有利的是，在打印最后的且最外面的层(即弯曲层)期间补偿偏差和/或另外的偏差，并且补偿在先前打印步骤中打印的层的偏差和/或另外的偏差。因此，偏差和/或另外的偏差的总和可以被确定直到补偿开始的点。
36.在图2中，示意性地展示了相对层高度(即层厚度)在层长度上的曲线图。所示的层高度的偏差没有被补偿。在该层的边缘处，可辨认出明显的高度超出部分。这种超出部分是由该层的打印油墨在该层的边缘处的收缩引起的，该收缩是由打印油墨的表面效应(比如表面张力)引起的。随着层的直径减小，边缘处的超出部分越来越靠近，直到它们在小于约5mm的直径下彼此合并，并成为整个层的超出部分。
37.在图3中，示意性地展示了根据本发明示例性实施例的打印方法中使用的抖动图案4。子图3(a)示出了圆形层的抖动图案4。白点标记了提供空白空间的位置，即不放置打印油墨的位置。空白空间的分布不均匀。在层的边缘处相比在中心设置了更多空白空间，使得层的侧面略微上升。子图3(b)示出了子图3(a)的细节。可以清楚地看到空白空间的分布的如下进展：从在层的边缘处较多到在层的中心较少。空白空间不是均匀间隔的。空白空间的位置通过几乎不可识别的随机偏移而彼此偏移。这防止了不希望的光栅效应。子图3(c)示出了抖动图案4的细节。为了补偿由于层在边缘处的收缩而导致的厚度超出部分，抖动图案4提供了布置成平行于层的圆周的条带的空白空间。该条带对应于上文和权利要求中描述的层的部分。该条带是作为闭合的圈设置的，其宽度为约0.5mm，并且距离圆周为约0.5mm。
38.附图标记
39.1 光学结构
40.2 层
41.3 另外的层
42.4 抖动图案
43.d 直径
44.l 层。