增材制造中的光聚合控制的制作方法

相关申请的交叉引用本技术是2021年8月20日提交的标题为“control of photo-polymerization foradditive manufacturing(增材制造中的光聚合控制)”的美国临时申请序号63/235,613的非临时申请(35usc 119(e))。本技术要求本技术的优先权，并且本技术的全部内容通过引用整体并入本文中。受版权保护的材料的通告本专利文件中的部分材料根据美国和其他国家的版权法受到版权保护。版权所有人不反对任何人以本专利文件或专利公开内容登载在美国专利商标局公众可用文件或记录中的方式传真复制本专利文件或专利公开内容，但在其他方面保留所有版权。版权所有人在此不放弃其任何使本专利文件保密的权利，包括但不限于其依据37c.f.r.§1.14所享有的权利。

背景技术：

1、增材制造技术也称为3d打印，允许制造很难或不可能用其他技术制造的具有复杂几何形状的制成品。高分辨率光固化成型3d打印，特别是数字光处理(dlp)打印技术，可以实现小于100微米(um)的打印分辨率。高分辨率3d打印允许制造复杂的结构来减轻物体重量，构建特异材料，实现仿生学设计，或仅仅实现美观的表面纹理。

2、虽然最近的3d打印机的分辨率已有提高，但一些应用仍然会因分辨率不足而受到限制。一些提高分辨率的方法可能涉及牺牲打印速度或限制可打印的几何形状。

技术实现思路

1、然而，本公开认识到3d打印的某些方面(诸如打印分辨率和/或打印速度)可以通过提供考虑了光固化树脂的化学和物理特性并且考虑了打印方法如何与这些特性相互作用以打印所期望的物体的模型来改进。

2、在一个方面，本文提供了一种3d打印方法。所述方法可以包括：提供3d打印机中含有的光固化树脂体积的材料模型，其中所述光固化树脂的一部分适合与辐射接触以使其一部分固化；提供要打印的3d物体的几何模型；以及通过最小化由所述光固化树脂的所述材料模型预测的光固化树脂的固化部分与所述要打印的3d物体的所述几何模型之间的误差来选择打印方法，所述打印方法包括(i)作为时间函数被投射到所述光固化树脂上的辐射的几何形状和强度以及(ii)所述3d打印机的控制参数。

3、在一些实施方式中，所述方法还包括根据所述打印方法操作所述3d打印机，从而打印所述3d物体。

4、在一些实施方式中，投射到所述光固化树脂上的辐射的几何形状不是所述要打印的3d物体的所述几何模型的一系列切片。

5、在一些实施方式中，所述辐射强度不是恒定的。

6、在一些实施方式中，至少一些辐射被连续投射，直到所述3d物体被打印。

7、在一些实施方式中，所述3d打印机的控制参数是打印速度。

8、在一些实施方式中，所述辐射是紫外线(uv)辐射。

9、在一些实施方式中，所述辐射被定向在所述光固化树脂的开放表面上。

10、在一些实施方式中，所述辐射被定向通过透明窗口与所述光固化树脂接触。

11、在一些实施方式中，固化的光固化树脂被布置在柔性基板上，所述柔性基板移动通过所述光固化树脂体积。

12、在一些实施方式中，在启发式、最优控制理论、模型预测控制或机器学习的帮助下选择所述打印方法。

13、在一些实施方式中，在有限元建模(fem)的帮助下选择所述打印方法。

14、在一些实施方式中，在计算流体动力学(cfd)的帮助下选择所述打印方法。

15、在一些实施方式中，在元胞自动机的帮助下选择所述打印方法。

16、在一些实施方式中，通过以下方式来选择所述打印方法：提供描述响应于所述打印方法的一种或多种状态属性变化的一组规则；以及按照通过符合该组规则的所述材料模型的预测，将第一状态属性的期望值与所述光固化树脂中的第一状态属性的值之间的误差最小化，其中所述要打印的3d物体的几何模型被解析为多个单位，其中每个单位被指配第一状态属性的期望值，并且其中所述材料模型将所述光固化树脂体积分为多个体积元素，其中每个体积元素具有与包括第一状态属性的所述一种或多种状态属性相对应的一组值。

17、在一些实施方式中，所述规则根据元胞自动机模型来确定所述多个单位和/或所述体积的状态属性值。

18、在一些实施方式中，所述误差是第一状态属性的期望值与所述光固化树脂中的第一状态属性的值之间的差异。

19、在一些实施方式中，所述第一状态属性是光固化树脂的固化程度。

20、在一些实施方式中，使用启发式、模型预测控制、最优控制理论或机器学习来执行所述最小化。

21、在一些实施方式中，所述规则与所述光固化树脂的固化和流动有关。

22、在一些实施方式中，所述第一状态属性与所述光固化树脂的位置或固化状态相关。

23、在一些实施方式中，所述第一状态属性是固化树脂与未固化树脂之比、过固化树脂与固化树脂之比、累积辐射暴露、粘度、能量状态、机械动量或其任何组合。

24、在一些实施方式中，使用元胞自动机或有限元方法来建模所述体积元素。

25、在一些实施方式中，所述体积元素由基于诸如卡尔曼(kalman)滤波的状态估计算法的测量来支持。

26、在一些实施方式中，该组规则包括辐射侵入所述光固化树脂、取决于树脂固化状态通过树脂的辐射分布、材料流动、机械应力、机械变形、由于辐射引起的化学降解或其任何组合。

27、在一些实施方式中，作为时间函数被投射到第一位置处的所述光固化树脂上的辐射的几何形状和强度考虑了投射到第二位置处的所述光固化树脂上的辐射的量，所述第二位置靠近所述第一位置。

28、在一些实施方式中，所述第二位置和所述第一位置邻近地位于所述要打印的3d物体的切片几何模型的单个层内。

29、在一些实施方式中，所述第二位置和所述第一位置在所述要打印的3d物体的切片几何模型的邻近层中。

30、在一些实施方式中，所述第一位置和所述第二位置基本上与辐射源共线。

31、在一些实施方式中，所述打印方法包括在所述要打印的3d物体的几何模型的切片内，在不同的时间处将辐射定向在光固化树脂的第一位置和第二位置上。

32、在一些实施方式中，所述第一位置和所述第二位置位于要打印的光固化树脂的邻接区域内。

33、在一些实施方式中，相对于所述邻接区域的几何中心，所述第一位置远于所述第二位置，并且所述第一位置在所述第二位置之前暴露于辐射。

34、根据一个方面，提供了一种被配置以执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的系统。根据另一个方面，提供了一种系统。所述系统包括3d打印机中含有的光固化树脂体积的材料模型，其中所述光固化树脂的一部分适合与辐射接触以使其一部分固化；要打印的3d物体的几何模型；以及被配置以选择打印方法的计算装置，其中所述打印方法包括(i)作为时间函数被投射到所述光固化树脂上的辐射的几何形状和强度以及(ii)所述3d打印机的控制参数，并且其中通过最小化由所述光固化树脂的所述材料模型预测的光固化树脂的固化部分与所述要打印的3d物体的所述几何模型之间的误差来选择所述打印方法。

35、应了解，上述原理和下面更详细讨论的其他原理的所有组合(只要这些原理不是相互不一致的)都被认为是本文公开的发明标的物的一部分。特别地，本公开内的标的物的所有组合都被认为是本文公开的发明标的物的一部分。

36、下面还将详细讨论其他方面、示例以及这些示例性方面和示例的优点。此外，应理解，上述信息和以下详细描述仅是各个方面和示例的说明性示例，并且旨在为理解所要求的方面和示例的性质和特征提供概述或框架。本文公开的任何示例都能够以符合本文公开的目标、目的和需求中的至少一项的任何方式与任何其他示例组合，并且引用“一个示例”、“一些示例”、“替代示例”、“各个示例”、“一个示例”、“至少一个示例”、“该示例和其他示例”等并不一定相互排斥，而是旨在表明结合该示例描述的特定特征、结构或特性可以包括在至少一个示例中。本文出现的这些术语不一定都是指相同的示例。