專利名稱:用于制作三維物體的方法和自由制造系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種通過使可固化材料固化來制作至少一個(gè)三維物體的方法和裝置。 該方法和裝置特別適用于通過改進(jìn)的邊界控制來制作和提供三維物體。
背景技術(shù):
已知的通過使可固化材料固化來制作至少一個(gè)三維物體的方法和裝置有時(shí) 被稱為快速成型(prototyping)和制造技術(shù),有時(shí),它們被更具體地稱為立體光刻 (stereolithography)、激光燒結(jié)、熔融沉積成型、選擇性光調(diào)制等,但并不限于這些。以下, 將該領(lǐng)域的方法、裝置和系統(tǒng)共同稱為“自由制造”。例如,EP1849587A1公開了一種用于制作三維物體的方法和裝置,該方法和裝置采 用能夠選擇性地調(diào)整和/或控制經(jīng)由灰度級(jí)和/或顏色級(jí)輸入到體素(voxel)矩陣中的能 量的計(jì)算機(jī)單元、IC和/或軟件實(shí)現(xiàn)。特別是在提供通過自由制造形成的特定屬性例如較高的強(qiáng)度的三維物體的情形 下,將被固化的材料可包括填料和粘合劑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種特別是當(dāng)將被固化的材料包括填料和粘合劑時(shí)能夠制 作更高尺寸精度的三維物體的方法和裝置,并且該方法和裝置的可靠性得到進(jìn)一步改進(jìn)。根據(jù)一方面,本發(fā)明提供一種用于制作至少一個(gè)三維物體的方法,該方法包括提 供將被固化的材料;按圖案或圖像將電磁輻射和/或增效(synergistic)激勵(lì)傳遞到構(gòu)建 區(qū)域以用于對所述材料進(jìn)行固化;其中,對所述將被固化的材料的限定面積或體積選擇性 地執(zhí)行所述電磁輻射和/或增效激勵(lì)的傳遞;以及其中,在所述圖案或圖像的邊界區(qū)域中 對電磁輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度進(jìn)行控制和/或調(diào)整、以及/或者在所述材料的不 同構(gòu)建區(qū)域的圖案或圖像的邊界區(qū)域中改變電磁輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度以使具 有不同于除所述邊界區(qū)域之外的構(gòu)建區(qū)域的能量密度,其中,控制和/或調(diào)整單獨(dú)或者組 合地依賴于(a)傳遞給所述將被固化的材料的限定面積或體積的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的 強(qiáng)度;(b)所述將被固化的材料的限定面積或體積的總形狀或輪廓形狀;(c)所述將被固化的材料的限定面積或體積的尺寸;和(d)將被固化的材料。同樣,本發(fā)明還提供一種自由制造系統(tǒng),該自由制造系統(tǒng)包括將被固化的材料; 能夠按圖案或圖像將電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于對所述材料進(jìn)行固 化的電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞裝置;其中,所述電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞裝置被設(shè) 計(jì)為選擇性地將電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞到所述將被固化的材料的限定面積或體積; 以及其中,所述自由制造系統(tǒng)還包括控制單元,該控制單元適于分別單獨(dú)或者組合地根據(jù)
7以下項(xiàng)對從所述圖案或圖像的邊界區(qū)域或者所述材料的不同構(gòu)建區(qū)域的圖案或圖像的邊 界區(qū)域傳遞的電磁輻射和/或增效激勵(lì)進(jìn)行控制以采用不同于除所述邊界區(qū)域之外的區(qū) 域的能量密度(a)傳遞到所述將被固化的材料的限定面積或體積的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的 強(qiáng)度;(b)所述將被固化的材料的限定面積或體積的總形狀或輪廓形狀;(c)所述將被固化的材料的限定面積或體積的尺寸;和(d)將被固化的材料。根據(jù)另一方面,本發(fā)明提供一種用于制作至少一個(gè)三維物體或者為其制作做準(zhǔn)備 的方法,所述制作方法的特征包括以下步驟提供將被固化的材料;按圖案或圖像將電磁 輻射和/或增效激勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于對所述材料進(jìn)行固化;其中,對所述將被固化 的材料的限定面積或體積選擇性地執(zhí)行所述電磁輻射和/或增效激勵(lì)的傳遞;其中,所述 制作或所述準(zhǔn)備方法包括以下步驟執(zhí)行虛擬或?qū)嶋H的固化步驟,在固化步驟中,觀察或者 確定分別跨將被構(gòu)造的三維物體的一個(gè)邊界區(qū)域或多個(gè)邊界區(qū)域使電磁輻射和/或增效 激勵(lì)向著外部區(qū)域向外發(fā)光或者使電磁輻射和/或增效激勵(lì)向內(nèi)發(fā)光到內(nèi)部區(qū)域中的程 度;響應(yīng)于觀察或確定的跨邊界區(qū)域向外發(fā)光或者向內(nèi)發(fā)光的程度來改變所述邊界區(qū)域中 的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度??赏ㄟ^計(jì)算機(jī)、IC或者通過軟件算法虛擬地執(zhí)行固化步驟,或者可通過在測試機(jī) 上執(zhí)行的測試實(shí)際執(zhí)行固化步驟。同樣,本發(fā)明提供一種用于制作至少一個(gè)三維物體或者為其制作做準(zhǔn)備的自由制 造系統(tǒng),所述自由制造系統(tǒng)的特征包括以下步驟將被固化的材料;裝置,該裝置用于按圖 案或圖像將電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于對所述材料進(jìn)行固化,以使對 所述將被固化的材料的限定面積或體積選擇性地執(zhí)行所述電磁輻射和/或增效激勵(lì);其 中,所述自由制造系統(tǒng)適于執(zhí)行虛擬或?qū)嶋H的固化步驟,在固化步驟中,觀察或確定分別跨 將被構(gòu)造的三維物體的一個(gè)邊界區(qū)域或多個(gè)邊界區(qū)域向著外部區(qū)域向外發(fā)光或者向內(nèi)發(fā) 光到內(nèi)部區(qū)域中的程度,其中,所述自由制造系統(tǒng)還包括控制單元,該控制單元能夠響應(yīng)于 所述觀察或確定的跨邊界區(qū)域向外發(fā)光或向內(nèi)發(fā)光的程度來改變所述邊界區(qū)域中的電磁 輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度。根據(jù)另一方面,本發(fā)明提供一種用于制作至少一個(gè)三維物體的方法,該方法包括 提供將被固化的材料;所述材料包括光固化樹脂;按圖案或圖像將電磁輻射和/或增效激 勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于對所述材料進(jìn)行固化;其中,通過使用掩膜投影儀對所述將被固 化的材料的限定面積或體積選擇性地執(zhí)行所述電磁輻射和/或增效激勵(lì)的傳遞;其中,在 所述圖案或圖像的邊界區(qū)域中對電磁輻射或增效激勵(lì)的能量密度進(jìn)行控制或調(diào)整、或者在 將被固化的材料的不同構(gòu)建區(qū)域的圖案或圖像的邊界區(qū)域中改變電磁輻射或增效激勵(lì)的 能量密度以使具有不同于除所述邊界區(qū)域之外的區(qū)域的能量密度,其中,在物體承載件或 支撐件上構(gòu)建三維物體,其中,隨著構(gòu)建的三維物體生長,所述物體承載件向上移動(dòng);其中, 將要被固化的材料從樹脂源傳送到可移動(dòng)膜上的構(gòu)建區(qū)域。同樣,本發(fā)明提供一種自由制造系統(tǒng),該自由制造系統(tǒng)包括將被固化的材料,該 材料包括光聚合樹脂;基于掩膜曝光系統(tǒng)或投影系統(tǒng)的電磁輻射或增效激勵(lì)傳遞裝置,該裝置能夠按圖案或圖像將電磁輻射或增效激勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于對所述材料進(jìn)行固 化;可向上或向下移動(dòng)的物體承載件或支撐件;和傳送系統(tǒng),該傳送系統(tǒng)用于將要被固化 的材料從材料源傳送到可移動(dòng)膜上的構(gòu)建區(qū)域;其中,所述自由制造系統(tǒng)還包括控制單元, 該控制單元適于對從所述圖案或圖像的邊界區(qū)域或者從所述將被固化的材料的不同構(gòu)建 區(qū)域的圖案或圖像的邊界區(qū)域傳遞的電磁輻射或增效激勵(lì)進(jìn)行控制以采用不同于除所述 邊界區(qū)域之外的區(qū)域的能量密度。本發(fā)明的共同構(gòu)思在于,以上指定的每個(gè)因素(a)至⑷顯著地、可變地影響在構(gòu) 造時(shí)向著三維物體的外部區(qū)域向外發(fā)光或者向內(nèi)發(fā)光到三維物體的內(nèi)部區(qū)域中的能量密 度的值,并且分別改變的效果通過對相應(yīng)邊界區(qū)域中的能量密度進(jìn)行合適的控制和/或調(diào) 整來補(bǔ)償。根據(jù)特別顯著的情形,在強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度高的前述情況(a)下、在總形狀或輪廓 形狀具有相對于線性部分或凸形部分的凹形部分的前述情況(b)、在尺寸比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大的 前述情況(c)、以及在材料本身或者將被固化的材料中包含的成分具有相對于非散射屬性 或吸收屬性的散射屬性的前述情況(d)時(shí),前述向外發(fā)光或發(fā)暈照射的級(jí)別分別比參考值 高,因此,通過分別在情況(a)時(shí)相對于標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度、在情況(b)時(shí)相對于線性或凸形部分、在 情況(c)時(shí)相對于標(biāo)準(zhǔn)尺寸、在情況(d)時(shí)相對于材料的非散射屬性或吸收屬性的使用,相 應(yīng)地降低邊界區(qū)域中的能量密度來執(zhí)行補(bǔ)償控制和/或調(diào)整。反過來,在強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度低的情況(a)、在總形狀或輪廓形狀具有相對于線性部 分或凹形部分的凸形部分的情況(b)、在尺寸比標(biāo)準(zhǔn)尺寸小的情況(C)、以及在材料本身或 者將被固化的材料中包含的成分具有相對于非吸收屬性或散射屬性的吸收屬性的情況(d) 中,當(dāng)向外發(fā)光或發(fā)暈照射的級(jí)別分別比參考值低時(shí),情形與以上指定的相反,因此,通過 分別在情況(a)時(shí)相對于標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度、在情況(b)時(shí)相對于線性部分或凹形部分、在情況(c) 時(shí)相對于標(biāo)準(zhǔn)尺寸、在情況(d)時(shí)相對于材料的非吸收屬性或散射屬性的使用,相應(yīng)地增 加邊界區(qū)域中的能量密度來執(zhí)行補(bǔ)償控制和/或調(diào)整。備選地,在前述情形中的每一個(gè)中,也可通過將被固化的材料的正常非邊界面積 區(qū)域/體積區(qū)域(即,邊界區(qū)域之外)中的能量密度定義各參考值。因此,本發(fā)明處理由于關(guān)于XY構(gòu)建平面中跨邊界區(qū)域的電磁輻射和/或增效激勵(lì) 的發(fā)暈、模糊或像差的某些關(guān)鍵因素而顯示的效果,從而能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)由邊界亮度控制來抵 消(counterbalance)這樣的效果和形成精確的尺寸限制的新構(gòu)思。這里所使用的術(shù)語“邊界區(qū)域”是指電磁輻射和/或增效激勵(lì)的圖案或圖像的一 部分,當(dāng)被選擇性地傳遞到所述將被固化的材料的限定面積或體積時(shí),該部分形成構(gòu)建的 三維物體中將邊界限定到非固化材料的相應(yīng)部分。邊界區(qū)域可向著外部空間,即,向著外部 非構(gòu)建的區(qū)域存在,和/或向著內(nèi)部空間,即,向著內(nèi)部非構(gòu)建的區(qū)域,例如中空的容積、孔 隙或腔存在。將被控制和/或調(diào)整的邊界區(qū)域可精確地延伸到意欲被固化的尺寸界限,或 者它可有目的地超過這樣的尺寸界限以對三維物體的實(shí)際固化表面進(jìn)行調(diào)整。一個(gè)邊界區(qū) 域中的控制和/或調(diào)整不僅可參照與相同構(gòu)建區(qū)域的非邊界區(qū)域的關(guān)系,而且相反或者另 外,它可導(dǎo)致在一個(gè)構(gòu)建區(qū)域中的邊界區(qū)域和整個(gè)構(gòu)建的三維物體的另一構(gòu)建區(qū)域中的另 一邊界區(qū)域之間存在能量密度改變,即,可導(dǎo)致不同構(gòu)建區(qū)域的邊界區(qū)域的圖案或圖像中 的變化。
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本發(fā)明在根據(jù)上述實(shí)施例中的任何一個(gè)通過電磁輻射和/或增效激勵(lì)從包括填 料和粘合劑的可固化材料形成三維物體的情況下特別有利。例如,顆?;蚶w維填料物質(zhì)的 存在(可能是類型)或不存在不同地影響與精確的或有差別的固化特別相關(guān)的邊界區(qū)域。 通過根據(jù)本發(fā)明的方法和制造系統(tǒng),獲得產(chǎn)品特性組合得到改進(jìn)的三維物體,特別是將高 尺寸精度與整個(gè)物體上的均勻機(jī)械強(qiáng)度(盡管通過添加生成方法形成)結(jié)合起來。以下將對原理、優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
將參照優(yōu)選實(shí)施例、示例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述,然而,附圖僅用于示 例性目的,而不應(yīng)該按限制性方式對附圖進(jìn)行理解,其中圖1通過參照改變照射的強(qiáng)度的類型(a)、改變總形狀的類型(b)和改變將被固化 的材料的限定面積或體積的尺寸的類型(c)的效果來示意性地顯示本發(fā)明的原理;圖2通過參照以其它方式改變照射的強(qiáng)度的類型(a)、以其它方式改變總形狀和 改變輪廓形狀的類型(b)和以其它方式改變將被固化的材料的限定面積或體積的尺寸的 類型(c)的效果來示意性地顯示本發(fā)明的原理;圖3通過參照由改變總形狀和輪廓形狀的類型(b)而引起的改變效果的復(fù)雜情形 來示意性地顯示本發(fā)明的原理;圖4通過參照自由制造系統(tǒng)的特定實(shí)施例來示意性地顯示本發(fā)明的原理,在該自 由制造系統(tǒng)中,在XY平面中的圖案或圖像內(nèi)改變電磁輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度;圖5通過使用根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的基于承載將被固化的材料的透明膜的自由制 造系統(tǒng)來示意性地顯示本發(fā)明的原理,其中,通過將來自不同傳遞源的電磁和/或增效輻 射疊置來實(shí)現(xiàn)改變的能量密度;圖6A和圖6B示意性地顯示根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的本發(fā)明的原理,其中,通過分別改 變能量密度來形成不同的構(gòu)建區(qū)域,改變能量密度涉及具有將被固化的包含填料的第一材 料的構(gòu)建區(qū)域和使用將被固化的不同的第二材料的一個(gè)或多個(gè)其它構(gòu)建區(qū)域,其中,不同 的構(gòu)建區(qū)域與相應(yīng)不同的能量密度相關(guān);圖7通過使用具有投影單元的自由制造系統(tǒng)來示意性地顯示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí) 施例,該投影單元用于選擇性地傳遞電磁輻射和/或增效激勵(lì),其中,根據(jù)包含填料和粘合 劑的將被固化的材料的組成和/或特性來適當(dāng)?shù)仡A(yù)設(shè)或調(diào)整能量密度;圖8通過使用利用膜傳輸技術(shù)和利用掩膜曝光單元的自由制造系統(tǒng)來示意性地 顯示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例,該掩膜曝光單元用于選擇性地傳遞電磁輻射和/或增效激 勵(lì),其中,與圖7的實(shí)施例類似地,根據(jù)包含填料和粘合劑的將被固化的材料的組成和/或 特性來適當(dāng)?shù)仡A(yù)設(shè)或調(diào)整能量密度。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明,發(fā)現(xiàn)上述特性(a)至(d)對構(gòu)建區(qū)域中與邊界區(qū)域?qū)?yīng)的面積或體 積的那些部分中的固化行為起關(guān)鍵性的影響。可根據(jù)本發(fā)明通過主動(dòng)地和選擇性地控制通 過電磁輻射和/或增效激勵(lì)(synergistic stimulation)傳遞的能量密度(還被已知為以 J/m2或mj/cm2或mW/dm2為單位測量的“曝光能量密度”,以下簡要地表示為“能量密度”)來
10很好地調(diào)整影響相關(guān)方法和產(chǎn)品特性的機(jī)制。通過跨邊界區(qū)域至少部分改變的能量密度, 可制作出這樣的三維物體,該物體具有起優(yōu)良的抗衡作用(counter-acting)的屬性,例如 均勻的機(jī)械強(qiáng)度和高精度的尺寸,即,避免可由前述特性(a)至(d)的不同影響而引起的局 部扭曲(distortion)。根據(jù)本發(fā)明,跨邊界區(qū)域的能量密度的控制和/或調(diào)整或者不同邊 界區(qū)域之間的能量密度的改變是指,至少在曝光圖案或圖像的分別被邊界區(qū)域覆蓋的部分 中,或者至少在不同構(gòu)建區(qū)域的分別被邊界區(qū)域覆蓋的部分中,相對于未修改/未改變的 曝光,存在能量密度的主動(dòng)空間修改。假設(shè)通過相對于將形成的三維物體的整個(gè)構(gòu)建體積 的以X、Y和Z為維度的選擇性曝光的面積或體積來限定構(gòu)建區(qū)域,則首先在XY平面中的投 影圖案或圖像中施加邊界區(qū)域中的能量密度的控制和/或調(diào)整??商鎿Q地,或者除了該方 案之外,還可施加將被固化的材料的相應(yīng)不同的構(gòu)建區(qū)域的不同邊界區(qū)域中的能量密度的 改變。以下將對前述顯著特性進(jìn)行進(jìn)一步的說明,根據(jù)這些特性,可有效地執(zhí)行控制和/ 或調(diào)整。當(dāng)參照附圖時(shí),用加重面積(weightarea)顯示將被固化的材料的限定面積,在這 些限定面積中,選擇性地傳遞電磁輻射和/或增效激勵(lì),并用圍繞這些限定面積的淺灰色 陰影表示向著外部區(qū)域向外發(fā)光(out-shining)的能量密度的改變值。(a)傳遞到將被固化的材料的限定面積或體積的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的強(qiáng) 度圖IA和圖IB示出由電磁輻射和/或增效激勵(lì)的不同強(qiáng)度而引起的區(qū)別效果。當(dāng) 傳遞到圖IB中加重面積所顯示的正方形剖面平面的強(qiáng)度比傳遞到圖IA中加重面積所顯示 的矩形剖面平面的強(qiáng)度高時(shí),圖IB中向著外部區(qū)域向外發(fā)光的能量密度的值比圖IA中向 著外部區(qū)域向外發(fā)光的能量密度的值的高(用各個(gè)向著照射面積的外部的變暗的“陰影” 示出),因此,必須通過適當(dāng)?shù)乜刂坪?或調(diào)整各個(gè)邊界區(qū)域中的能量密度來補(bǔ)償不同的效 果。因此,根據(jù)本發(fā)明,圖IB的面積的邊界區(qū)域被控制為傳遞比正方形面積的非邊界內(nèi)部 區(qū)域低的能量密度,例如通過為相對于相應(yīng)正方形位圖的加權(quán)(weight)像素的邊界像素 分配灰度級(jí)來進(jìn)行控制。圖IA的情況下的邊界區(qū)域的能量級(jí)傳遞相對于非邊界內(nèi)部區(qū)域 (這里為矩形面積)也減小,但是減小程度小于圖IB的情況。通常,可對參考強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)稱設(shè)置,并且根據(jù)實(shí)際所使用的強(qiáng)度的偏差,調(diào)整邊界 區(qū)域中的能量密度,即,如果強(qiáng)度比參考高(或者,相反,比參考低),則相對于參考值降低 (增加)邊界區(qū)域中的能量密度。(b)所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的總形狀或輪廓形狀向外發(fā)光或發(fā)暈(blooming)的程度還受用于固化的限定面積或體積的總形狀影 響。程度越高,每單位面積的剖面形狀越大。例如,這個(gè)程度按以下總形狀順序增加線條 /條紋、三角形、矩形、正方形、邊數(shù)增加的多邊形、以及圓形。從圖IA(矩形)和圖IB(正方 形)之間的比較也可看出,這個(gè)趨勢變得明顯。根據(jù)本發(fā)明,與矩形剖面面積相比,或者,更 一般地講,相對于參考剖面形狀的邊界區(qū)域,能夠如此使正方形剖面面積的邊界區(qū)域在能 量傳遞中“變暗”。關(guān)于輪廓形狀標(biāo)準(zhǔn),圖IA和圖IB都顯示出(如再次通過不同變暗的外部“陰影” 示出)各個(gè)拐角處向外發(fā)光或發(fā)暈的程度比側(cè)邊低。因此,可根據(jù)邊界區(qū)域是在拐角處還 是在側(cè)邊處來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制,從而導(dǎo)致相對于作為參考的正常的非粘合區(qū)域,前一情況下的能量密度傳遞減小比后一情況低。這個(gè)示例還顯示,電磁輻射和/或增效激勵(lì)的 圖案或圖像可包括多個(gè)區(qū)別控制的邊界區(qū)域。對于圖2A、圖2B和圖2C中的圓形剖面面積,顯示根據(jù)總形狀或輪廓形狀進(jìn)行控制 和/或調(diào)整的另外的實(shí)施例??汕宄乜闯?,向外發(fā)光和發(fā)暈在凸形輪廓處(即,在環(huán)形剖 面面積的內(nèi)環(huán)或孔處)較強(qiáng),反之,在外部邊緣和輪廓處顯現(xiàn)的凹形輪廓處較弱。因此,分 別相對于參考輪廓,前者要求邊界區(qū)域中的能量密度的減小比后者強(qiáng)(比如,通過灰度級(jí) 控制或者其它能量密度調(diào)整)。在這種情況下,參考可以,例如,通過線性輪廓來限定。如從 圖2A至圖2C中一系列圖進(jìn)一步明顯的那樣,內(nèi)孔越小,向外發(fā)光/發(fā)暈越高,因此,需要通 過邊界區(qū)域中的能量密度降低的越強(qiáng)的控制來用于補(bǔ)償。通常,內(nèi)孔和外圓的半徑表示向 外發(fā)光和發(fā)暈的程度,因此,可被用作邊界亮度控制的因素。(c)所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的尺寸在給定的未修改的制造系統(tǒng)中,相對于較小或較纖細(xì)的曝光面積或體積,較大曝 光面積或體積的存在使得在邊界區(qū)域以及在邊界區(qū)域上方發(fā)暈或向外發(fā)光更高。例如,從 圖2A、圖2B和圖2C的比較,這也變得清楚環(huán)形面積越大,向著環(huán)的外部空間和內(nèi)部空間 向外發(fā)光的程度越高(分別用越來越暗的“陰影”表示)。上述趨勢可尤其受曝光的面積或 體積中的填料的存在的影響。因此,根據(jù)本發(fā)明,構(gòu)建區(qū)域的面積或體積的剖面尺寸越大, 應(yīng)該更多地將邊界區(qū)域中的能量密度控制或調(diào)整到比非邊界區(qū)域中的標(biāo)準(zhǔn)能量密度低的 級(jí)別,相反,剖面尺寸越小,應(yīng)該更多地控制或調(diào)整到相對高的能量密度。圖3顯示被拐角和線性線打斷的凸形和凹形輪廓曲線的復(fù)雜混合的存在的示例, 其復(fù)雜程度需要將基于以上描述的各個(gè)邊界區(qū)域中的能量密度的相應(yīng)調(diào)整組合起來。這 里,彎曲程度表示向外發(fā)光和發(fā)暈的程度,因此,可被用作邊界亮度控制的因素。(d)將被固化的材料相對于與將形成的三維物體的大部分面積或體積區(qū)域,電磁輻射和/或增效激勵(lì) 到邊界區(qū)域的傳遞就吸收、反射和/或散射性能以及收縮性能而言具有明顯不同的特性。 大致地講,這些特性在面積或體積區(qū)域內(nèi)受到相對均勻的影響,而在由當(dāng)時(shí)存在的邊緣引 起的邊界區(qū)域處受到相對不均勻的影響。可就使用具有反射和散射特性的陶瓷填料的情況作為示例進(jìn)行說明給定使期望 的硬化深度處的面積或體積區(qū)域中的材料的粘合劑固化所需的特定量的能量或能量密度, 根據(jù)本發(fā)明在邊界區(qū)域中傳遞相對少量的能量或能量密度,從而抵消由邊界區(qū)域中的反射 和散射現(xiàn)象引起的尺寸誤差,其中,所述硬化深度典型地延伸到先前固化的材料中。在使用 吸收填料,例如炭黑的情況下,可發(fā)生相反情況。與將被固化的材料的特性相關(guān)的另外的影響因素包括以下方面(i)將被固化的材料中所包含的填料的類型和/或量例如,根據(jù)填料是否吸收、反射或散射電磁和/或增效輻射或者填料吸收、反射或 散射電磁和/或增效輻射所達(dá)到的程度,與邊界區(qū)域相應(yīng)的能量密度分布特別受影響。例 如,固化材料或其成分散射越多,向著實(shí)際限定的構(gòu)建區(qū)域或構(gòu)建體積外部向外發(fā)光或發(fā) 暈的能量密度越高,因此,減小這種情況下的邊界區(qū)域的能量密度傳遞,例如,通過使位圖 的相應(yīng)部分的全部灰度級(jí)等級(jí)相對于該位圖與非邊界區(qū)域?qū)?yīng)的其它部分變暗來減小,以 實(shí)現(xiàn)有利的補(bǔ)償控制。相反,在吸收現(xiàn)象強(qiáng)于反射或散射現(xiàn)象的將被固化的材料的情況下,
12相對于內(nèi)部的非邊界面積,在邊界區(qū)域中最好應(yīng)該增加能量密度。吸收或反射/散射現(xiàn)象 是否占優(yōu)勢可以,尤其,依賴于填料的類型。因此,根據(jù)本發(fā)明的能量密度的主動(dòng)控制或改 變使得能夠適用于多種不同的填料物質(zhì),包括,但不限于,以下將進(jìn)一步詳細(xì)描述的陶瓷、 玻璃、炭黑、固態(tài)聚合物顆粒、金屬、金屬合金,并包括修改形式,例如通過合適的涂層使吸 收性金屬顆粒反射,比如,通過蠟類(waxes)、偶聯(lián)劑、聚合物等使吸收性金屬顆粒反射。本 發(fā)明還允許考慮以顆粒(或粉末)或纖維形式存在的填料物質(zhì)的尺寸和/或量,還允許對 例如在制造過程期間填料沉淀(sedimentation)的情況作出響應(yīng)。而且,本發(fā)明提供這樣 的優(yōu)點(diǎn),即,仍然使用利用適應(yīng)的改變的能量密度的一種制造系統(tǒng),可通過使用兩種或更多 種不同的將被固化的材料來更可靠地制作三維物體,這些材料中的至少一種包括填料。(ii)粘合劑的類型和/或量同樣,與填料物質(zhì)的特定類型和/或量組合,根據(jù)關(guān)于構(gòu)建區(qū)域內(nèi)的特定位置的 粘合劑類型和/或量,主動(dòng)地影響關(guān)鍵固化標(biāo)準(zhǔn)(criteria),包括吸收、反射和/或散射現(xiàn)象。(iii)將被固化的材料的硬化率、粘度和/或流動(dòng)性根據(jù)是涉及邊界區(qū)域還是涉及非邊界區(qū)域,將被固化的材料的硬化率、粘度和/ 或流動(dòng)性行為可強(qiáng)烈不同。例如,材料是否處于液態(tài)、流態(tài)、觸變、半固態(tài)、糊狀、高粘度、中 度粘度和低粘度狀態(tài)可能是關(guān)鍵的,但是在與邊界或非邊界區(qū)域相應(yīng)的各個(gè)構(gòu)建區(qū)域中表 現(xiàn)不同。此外,這些狀態(tài)可根據(jù)三維物體的整個(gè)構(gòu)建過程內(nèi)的狀態(tài)和時(shí)間點(diǎn)而改變,或者可 在不同的構(gòu)建面積或區(qū)域之間改變,或者可在整個(gè)構(gòu)建過程中所使用的不同的第一可固化 材料和第二可固化材料之間改變。而且,在與邊界區(qū)域相應(yīng)的面積或體積中充分硬化的亮 度級(jí)和/或時(shí)間可相對于其它區(qū)域?qū)嵸|(zhì)改變。本發(fā)明通過所關(guān)注的一個(gè)或多個(gè)邊界區(qū)域中的能量密度的相應(yīng)預(yù)設(shè)的改動(dòng)或者 原位(in-situ)控制來使得有效地適應(yīng)這樣的變化狀態(tài)中的每種狀態(tài)。在執(zhí)行本發(fā)明時(shí),可通過理論考慮或者通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)來確定和弄清對于前述情況 (a)至(d),特別是對于情況(i)至(iii)或者其它情況的能量密度的被控改變。在制造 系統(tǒng)適用于還沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的將被固化的材料,或者適用于新的或特定的制作裝置的情況 下,優(yōu)選實(shí)際測試或驗(yàn)證。因此,通過對上述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)進(jìn)行測試,可容易地對改變的 能量密度,特別是邊界區(qū)域中的至少一部分中的或者不同構(gòu)建區(qū)域的圖案或圖像之間的選 擇性過度曝光和曝光不足的效果進(jìn)行測量。這使得可根據(jù)整個(gè)制造過程中的各個(gè)構(gòu)建參數(shù) 來進(jìn)行更精確的調(diào)整,例如將形成的特定三維物體的設(shè)計(jì)、所使用的材料中所包含的填料 和/或粘合劑等??稍谝粋€(gè)或多個(gè)位圖中進(jìn)行必需的或者期望的調(diào)整??稍跇?gòu)建過程之前 生成位圖,或者可在正在進(jìn)行的構(gòu)建過程期間“在飛行中(on the fly)”生成位圖。在制作 工作期間“在飛行中”執(zhí)行適應(yīng)步驟是特別有效率的和優(yōu)選的。而且,可通過以下方式來執(zhí) 行控制,即,參照根據(jù)從參考強(qiáng)度、參考總形狀、參考輪廓形狀、參考尺寸和參考材料中選擇 的任何特性限定的標(biāo)準(zhǔn)能量密度,并根據(jù)實(shí)際構(gòu)建數(shù)據(jù)或?qū)嶋H構(gòu)建物體相對于所述參照特 性的變化來調(diào)整傳遞到邊界區(qū)域的實(shí)際能量密度。電磁輻射和/或增效激勵(lì)的選擇性傳遞適當(dāng)?shù)匕ê线m的源,該源能夠使電磁輻 射和/或增效激勵(lì)發(fā)射足以使將被固化的材料固化。根據(jù)本發(fā)明的通過電磁輻射和/或 增效激勵(lì)的固化可被理解為沒有光反應(yīng)的固化過程,例如膠凝、熔融和/或燒結(jié),但是更優(yōu)選地被理解為通過光反應(yīng)或者通過熱聚合(thermal setting)反應(yīng)的膠凝和/或固化的過 程。因此,可從以下組中選擇粘合劑,該組合包括惰性粘合劑(binder);可在沒有光反應(yīng) 或者有光反應(yīng)的情況下凝膠、固化或硬化的膠粘劑(adhesives);和可通過光反應(yīng)凝膠和/ 或固化的光聚合物或輻射敏感樹脂,通常包括光聚作用、交聯(lián)和/或網(wǎng)絡(luò)形成過程。除了可 通過選擇性地傳遞電磁輻射和/或增效激勵(lì)來進(jìn)行固化或硬化的這樣的粘合劑(第一粘合 劑)之外,另外還可使用其它的粘合劑(第二粘合劑),第二粘合劑不受這樣的電磁輻射和 /或增效激勵(lì)影響,或者受電磁輻射和/或增效激勵(lì)影響,但是是一種變型的粘合劑(比如, 波長或強(qiáng)度不同)。用于選擇性地傳遞電磁輻射和/或增效激勵(lì)的裝置優(yōu)選還包括掩膜和/或投影 單元,其用于將電磁輻射和/或增效激勵(lì)選擇性地傳遞到將被固化的材料的限定面積或體 積。可通過另外合適的組件來將電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域或者其部分,所 述組件包括,但不限于,光學(xué)元件、透鏡、快門、體素矩陣投影儀、位圖生成器、掩膜投影儀、 鏡(mirror)和多鏡元件等。選擇性地傳遞電磁輻射和/或增效激勵(lì)的合適的輻射技術(shù)的 示例包括,但不限于,空間光調(diào)制器(SLM)、基于數(shù)字光處理(DLP )、DMD 、L⑶、 ILA V LCOS、SXRD等的投影單元、反射且透射的IXD、LED或者按線或矩陣發(fā)射的激光二 極管、光閥、MEM、激光系統(tǒng)等。優(yōu)選使用DLP掩膜投影儀。當(dāng)將可固化材料放在合適的載體或供給件(provider)中或者放在合適的載體或 提供者上時(shí),對可固化材料進(jìn)行限定區(qū)域或體積中的選擇性傳遞。本發(fā)明中所使用的可固 化材料載體/供給件的合適示例包括,但不限于,容納可固化材料的容器或缸、或者輸送可 固化材料的撓性的和/或干凈的和/或有彈性的膜/箔。當(dāng)被實(shí)施為膜時(shí),在固化步驟之 前、期間或者之后可通過合適的膜傳送技術(shù)來傳送材料??纱鎯?chǔ)更多體積的可固化材料,并 且可從貯存庫(reservoir)或者可固化材料盒供應(yīng)這些可固化材料以將其輸送到可固化 材料供給件。此外,生長的連續(xù)或間斷構(gòu)建的三維物體可被承載在合適的載體或支撐件上。通 常在制造系統(tǒng)中可移動(dòng)地布置物體載體/支撐件以使得可在空間上控制與將被固化的材 料的關(guān)系??商鎿Q地或者與其組合,可按與物體載體/支撐件(從而,與先前固化的物體) 的空間控制的關(guān)系可移動(dòng)地布置可固化材料載體/供給件。當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明的原理時(shí),各種 變型是可行的??上鄬τ趯⒈还袒牟牧霞捌涔┙o件和/或載體以各種合適的方式布置用于傳 遞電磁輻射和/或增效激勵(lì)的源和上述另外的光學(xué)元件。例如,可這樣進(jìn)行布置,即,從構(gòu) 建區(qū)域或者可固化材料載體/供給件上方傳遞電磁輻射和/或增效激勵(lì)(在這種情況下, 用于承載制作的三維物體的載體通常位于構(gòu)建區(qū)域或可固化材料載體/供給件下方),或 者從構(gòu)建區(qū)域或可固化材料載體/供給件下方傳遞電磁輻射和/或增效激勵(lì)(在這種情況 下,用于承載制作的三維物體的載體通常位于構(gòu)建區(qū)域或可固化材料載體/供給件上方)。 再次,各種變型是可行的。例如可通過具有X、Y和Z方向上的期望尺寸的構(gòu)建平面/面積或構(gòu)建體積來形成 構(gòu)建區(qū)域。構(gòu)建面積可以是平坦的,但并非必須是平坦的。此外,構(gòu)建區(qū)域可形成為層、剖 面、矩陣或者任何其它形式,所述矩陣?yán)琰c(diǎn)矩陣、線矩陣、特別是體素矩陣。最終可通過涉 及在各個(gè)構(gòu)建區(qū)域中連續(xù)固化材料的加性生成方法(additivegenerative process)來形
14成期望的三維物體。根據(jù)本發(fā)明,能夠以各種方式或手段將能量密度傳遞到曝光圖案或圖像和/或?qū)?被固化的材料的不同構(gòu)建區(qū)域的圖案或圖像。為了使得能量密度的改變有效率和可控,電 磁輻射和/或增效激勵(lì)的選擇性傳遞優(yōu)選基于包括預(yù)定數(shù)量的離散成像元件或像素的成 像單元,并且優(yōu)選通過以選擇性方式控制離散成像元件或像素來執(zhí)行邊界區(qū)域中的能量密 度的控制或改變。這樣的曝光系統(tǒng)特別適合于立體光刻技術(shù)的自由制造方法。根據(jù)本發(fā)明,可通過合適的方式或手段在一個(gè)或多個(gè)邊界區(qū)域中控制或改變電磁 輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度。具體地講,優(yōu)選方式或手段單獨(dú)包括或者組合包括(aa) 一個(gè)或多個(gè)構(gòu)建區(qū)域的XY、XZ、YZ的維度內(nèi)的或者Z方向上的各種曝光時(shí)間。 例如,這也可通過使用具有合適定時(shí)的選擇性快門或者選擇性掩膜曝光來實(shí)現(xiàn)。(ab)圖案或圖像或者不同構(gòu)建區(qū)域中的至少一個(gè)的圖案或圖像的分別覆蓋所關(guān) 注的邊界區(qū)域的至少部分的多個(gè)曝光的數(shù)量。例如,這可通過應(yīng)用將形成的三維物體的特定剖面面積或其它構(gòu)建區(qū)域的多次掩 膜曝光來執(zhí)行,其中,分別對于相應(yīng)的非邊界區(qū)域中的各個(gè)過度曝光和相應(yīng)的邊界區(qū)域中 的曝光不足,多個(gè)掩膜各自的部分優(yōu)選重疊。(ac)曝光的圖案或圖像的邊界區(qū)域中或者不同構(gòu)建區(qū)域的邊界區(qū)域之間的能量 密度的分級(jí)。這可通過將一定灰度值或顏色值分配給邊界區(qū)域的相應(yīng)部分或者多個(gè)邊界區(qū)域 中的一個(gè)邊界區(qū)域來最有效率地執(zhí)行。被灰度值或顏色值分配的部分相對于全亮度值相應(yīng) 地曝光不足,而相對于黑色值曝光過度。在像素矩陣中依照像素(pixel-wise)最有效率地 分配灰度值或顏色值。由于能量密度的分級(jí)將易于處理與高精度的實(shí)現(xiàn)組合起來,尤其是 在使用包含填料的將被固化的材料時(shí),所以優(yōu)選單獨(dú)應(yīng)用這個(gè)實(shí)施例或者與其它改變手段 組合地應(yīng)用這個(gè)實(shí)施例。(ad)應(yīng)用電磁輻射和/或增效激勵(lì)的第二源或第二傳遞。例如,電磁輻射和/或 增效激勵(lì)的第二源或第二傳遞可通過雙重或多重照射系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),所述雙重或多重照射系 統(tǒng)包括具有分別相同或不同波長的兩個(gè)或更多個(gè)輻射源的使用。在這個(gè)實(shí)施例中,可將第 二照射源或另外的照射源選擇性地引向圖案或圖像的與邊界區(qū)域相對的需要被過度曝光 的非邊界區(qū)域。或者,普通的紅外線(IR)熱源可用于基本能量密度的一般傳遞,而用于傳 遞用于使材料固化的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的特定源被選擇性地應(yīng)用于相對于所選擇 的邊界區(qū)域需要通過另外的能量密度曝光的非邊界區(qū)域。電磁輻射和/或增效激勵(lì)的第一 和第二或另外的源或傳遞可位于與構(gòu)建區(qū)域相同的一側(cè)或者不同的一側(cè)。此外,可分別按 相同方向或不同方向定位第一和第二或另外的電磁和/或增效輻射的傳遞。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員,任何改動(dòng)或者以上改動(dòng)實(shí)施例的組合是可能的且可行的。根據(jù)本發(fā)明的與粘合劑混合的用于提供可使用材料的填料通常為固態(tài)或基本 固態(tài)的物質(zhì),可包括,但不限于陶瓷物質(zhì),例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、其它過渡金屬 的陶瓷氧化物(例如氧化鈦、氧化鉿、稀土金屬氧化物、尖晶石型雙金屬氧化物陶瓷)或 者其混合物;金屬陶瓷;硅酸鹽、鋁硅酸鹽、磷灰石、氟磷灰石(fluoroapatite)、羥磷灰 石(hydroxylapatite)、磷酸鹽(例如,磷酸三鈣、磷酸鈣鎂、磷酸鈣銨)、多鋁紅柱石 (mullite)、尖晶石(spinels)、以及其混合物;玻璃材料,例如硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、石英玻璃、以及其混合物;炭黑;顏料;金屬和金屬合金,例如不銹鋼、鈦或鈦合金、鎳合金、 銅或銅合金(例如黃銅(70%銅、30%鋅)、鋁或鋁合金、鐵或鐵合金、和其混合物;固態(tài)聚合 物或共混聚合物,例如聚合丙烯酸樹脂和其混合物或共聚物、像聚亞安酯/聚丙烯酸脂、丙 烯腈/ 丁二烯/苯乙烯聚合產(chǎn)物(ABS)、環(huán)氧化物和其共聚物、尼龍和其混合物或共聚物、聚 酰胺彈性體(elatomers)和其混合物以及其它填料物質(zhì)。在就實(shí)現(xiàn)高機(jī)械強(qiáng)度、與高尺寸 精度組合的良好均勻性而言對牙科應(yīng)用特別有利(尤其是當(dāng)方法包括例如燒結(jié)、從而從第 一圓周尺寸變換到第二圓周尺寸的后處理時(shí))的優(yōu)選實(shí)施例中,填料物質(zhì)為陶瓷粉末,優(yōu) 選為包括從氧化鋁、氧化鋯或其混合物中選擇的陶瓷材料的粉末。特別優(yōu)選的陶瓷粉末包 括從單斜或非單斜氧化鋯、氧化釔摻雜的或穩(wěn)定的四方單斜晶系或非單斜晶系、單相或非 單相氧化鋯(即,包含3-5mol-% Y2O3的&02)、特別是3YTZP中選擇的陶瓷材料。填料成分還可包括一種或多種添加劑,例如,但不限于,分散劑、例如顏料的染料、 例如燒結(jié)助劑或穩(wěn)定劑的后處理輔助添加劑,等等。填料可在用于固化的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的作用下使自身共同熔融或者共 同燒結(jié)(比如,尤其是當(dāng)使用聚合物填料時(shí))。另一方面,優(yōu)選地,在使與填料混合的粘合劑 固化的電平下,填料本身對于電磁輻射和/或增效激勵(lì)是惰性的,但是在稍后描述的后處 理中仍然可共同熔融或者共同燒結(jié)(比如,當(dāng)使用陶瓷、玻璃或金屬/金屬合金時(shí))。填料可以是顆粒、粉末、纖維、網(wǎng)、支架(scaffold)等形式。特別優(yōu)選的顆粒形式 的填料為具有合適顆粒尺寸的粉末,優(yōu)選地為球形或基本球形,進(jìn)一步優(yōu)選地,平均顆粒尺 寸的范圍為約0. OOlumM 100 μ m,更優(yōu)選地,該范圍為約0. 01 μ m至50 μ m,特別地,該范 圍為約0. 1 μ m至10 μ m。關(guān)于填料的絕對顆粒尺寸的分布,其范圍可以為約Inm至1000 μ m 或更大,更優(yōu)選地,從約0. 1 μ m至100 μ m。通過使用相同或不同的填料材料,填料可具有單 峰、雙峰或三峰尺寸分布。從當(dāng)曝光于電磁和/或增效輻射時(shí)它們自身可使合成材料固化的物質(zhì)中合適地 選擇根據(jù)本發(fā)明的用于將被固化的材料的粘合劑物質(zhì)。如此選擇的粘合劑可以不必是通 過光反應(yīng)固化,而是可通過例如凝膠的其它機(jī)制固化,或者它可利用通過電磁和/或增效 輻射的活化作用之后的化學(xué)反應(yīng)固化,該化學(xué)反應(yīng)可能與其它共同反應(yīng)物一起。這種類型 的粘合劑的合適示例為膠粘劑,包括,但不限于,蠟類和變型蠟類、例如環(huán)氧化物的熱聚合 樹脂等??稍谑箤⒈还袒牟牧瞎袒安皇┘幽z粘劑的膠粘屬性,從而使包含顆?;蚶w 維填料的部分結(jié)構(gòu)連續(xù)地附著在一起,從而在甚至不執(zhí)行光固化反應(yīng)的情況下構(gòu)成三維物 體,所述部分結(jié)構(gòu)例如層、絲條(strand)、點(diǎn)或其它結(jié)構(gòu)或支架。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例,粘合劑包含從光聚合物和熱硬化樹脂中選擇的至少一種,特別 是當(dāng)受到感興趣的電磁輻射和/或增效激勵(lì)時(shí)硬化的光聚合物。因此,將被用作粘合劑材 料的光聚合物可包括,但不限于包含丙烯酸鹽和/或甲基烯酸鹽的化合物(例如,單_、 二-、三-、四-、五丙烯酸(pentaacrylate))、諸如烷基或烷氧基(甲基)丙烯酸鹽,具有短 或長鏈烷基酯基團(tuán)的(甲基)丙酸烯酯,比如,烷基乙二醇二(甲基)烯酸鹽;包含環(huán)氧基 團(tuán)的化合物;包含乙烯基基團(tuán)的化合物或者包含乙烯醚基團(tuán)的化合物;聚硅氧烷;等等,以 及其混合物?;蛘?,可使用熱硬化聚合物物質(zhì),例如包含環(huán)氧基團(tuán)的化合物,其優(yōu)選受響應(yīng) 于光和/或熱而分解的胺基團(tuán)保護(hù)。根據(jù)本發(fā)明的將被固化的合成材料還可包含輔助劑,分別單獨(dú)地或者組合地
16包括,但不限于可根據(jù)電磁和/或增效輻射的期望波長選擇的光敏引發(fā)劑,例如2-芐 基-2- 二甲基氨基-l-(4-嗎啉苯基)丁酮、1,2,2’ - 二甲氧基-2-苯基苯乙酮、二咪唑 (bisimidazole)、苯甲酮、α -氨基酮、氧雜蒽、芴、熒光酮、二茂絡(luò)鐵等;共同引發(fā)劑和/或 活性劑,例如噻噸酮(比如,異丙基噻噸酮1-氯-4-丙氧基噻噸酮)、4_苯甲酰-4'-甲 基二苯硫醚、乙基-P- 二甲氨基苯甲酸甲酯、N, N- 二烷基-甲苯胺或-苯胺、苯甲酮、二芳 基化合物、硼酸鹽、亞磷酸鹽等;流變學(xué)調(diào)整劑;粘度調(diào)整劑;稀釋劑;溶劑;著色劑,例如染 料和/或顏料;觸變劑;增稠劑;穩(wěn)定劑;偶聯(lián)劑;貼邊(welting)劑;分散劑;潤滑劑;膠粘 劑;造孔劑等。將被固化的材料可設(shè)為合適的形式,包括,但不限于,液態(tài)、流態(tài)、觸變、半固態(tài)、糊 狀、高粘度、中度粘度和低粘度材料。優(yōu)選地,但絕不是限制,它的粘度范圍為約0. IPa · s 至 5X IO3Pa. s,優(yōu)選地,約 0. 2Pa · s 至約 IXlO3Pa. s,更優(yōu)選地,IPa · s 至 200Pa · s,特 別是,IOPa · s至IOOPa · s,以上粘度范圍分別在25°C時(shí)測量。如果使用填料,則其在將被固化的整個(gè)材料中的含量計(jì)算的合適范圍為約0. 5% (重量)至99.9% (重量),優(yōu)選地,約(重量)至約99% (重量),更優(yōu)選地,10% (重 量)至85% (重量),特別是50% (重量)以上至85% (重量),還更優(yōu)選地,70% (重量) 至80% (重量)。在固化之后,可對如此制作的三維物體進(jìn)行一種或多種后處理。從后硬化 (post-hardening)、脫脂、熔融和燒結(jié)中單獨(dú)或者組合選擇合適的后處理。根據(jù)圖4,在基于立體光刻技術(shù)制作三維物體的自由制造方法和系統(tǒng)的特定實(shí)施 例中,使用提供將被固化的材料7的容器或缸1,材料7包括顆粒填料6和粘合劑5,顆粒 填料6例如氧化釔穩(wěn)定四方氧化鋯相材料(3YTZP),粘合劑5例如丙烯酸鹽樹脂。將被固 化的材料7還可包含以上所述的組分,例如填料物質(zhì)中的燒結(jié)助劑和粘合劑中的光敏引發(fā) 劑,可選地,還可包含輔助劑。圖1顯示在執(zhí)行期間的特定時(shí)刻的方法和系統(tǒng),其中,已經(jīng)制 作了期望的三維物體的一部分9,該部分9承載于三維物體載體/供給件10上,這里載體/ 供給件10示出為平臺(tái)的形式。通過三維物體載體/支撐件10的向上移動(dòng)(在三維物體載 體/支撐桿處用箭頭顯示)在先前固化的部分物體9的表面和容器或缸1的底部2之間形 成間隙。通過這種向上移動(dòng),還將被固化的材料填充間隙,以使將被固化的材料7被設(shè)在期 望的構(gòu)建區(qū)域8中。缸或容器1的底部2至少在底部的功能部分中對于將用于固化的電磁 輻射和/或增效激勵(lì)是透明的或者能透射的。在根據(jù)XY限定的面積或者在Z方向上延伸從而具體限定期望的構(gòu)建區(qū)域8的相 應(yīng)體積內(nèi),如從缸1的底部2下方的平行箭頭所示,選擇性地傳遞電磁輻射和/或增效激 勵(lì)。這里,在相應(yīng)的曝光圖案的邊界區(qū)域中控制曝光的能量密度,以使基于作為填料物質(zhì)6 的金屬粉末填料的占優(yōu)勢的反射和散射屬性將邊界區(qū)域中的曝光能量密度E1調(diào)整為低于 內(nèi)部面積區(qū)域中施加的能量密度Etlt5可通過相對于內(nèi)部面積區(qū)域中的掩模的不分級(jí)的亮度 曝光級(jí)別將灰度級(jí)分配給掩模曝光系統(tǒng)的邊界區(qū)域來實(shí)現(xiàn)能量密度的控制。相反,通過使用吸收占優(yōu)勢的填料物質(zhì)來修改制造系統(tǒng),能夠以不同的方式(未 顯示)來對能量密度改變進(jìn)行修改,以使在邊界區(qū)域中曝光較高的能量密度(E/ ),而可將 相對低的基本能量密度(Ec/ )曝光到除了邊界邊緣之外的其余內(nèi)部面積。以這種方式,可將自由制造系統(tǒng)改裝和調(diào)整為使用包含填料物質(zhì)的特定使用的材料。而且,在給定預(yù)定系統(tǒng)的情況下,可通過分別對于邊界區(qū)域和大的結(jié)構(gòu)面積區(qū)域的區(qū)別 控制來顯著地改進(jìn)精度、收縮控制和均勻的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)期望根據(jù)(a)所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的總形狀或輪廓形 狀或者(b)所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的尺寸相對于內(nèi)部面積區(qū)域中施 加的參考標(biāo)準(zhǔn)電平(Etl)將能量密度調(diào)整為邊界區(qū)域中較低的電平(E1)時(shí),可在修改的實(shí)施 例中使用類似的控制機(jī)制。例如,當(dāng)構(gòu)建區(qū)域8具有凸形輪廓線時(shí)(相對于當(dāng)輪廓為線性 直線時(shí)將應(yīng)用的參考情況)、或者當(dāng)構(gòu)建區(qū)域8覆蓋相對小的剖面面積(相對于參考構(gòu)建區(qū) 域尺寸)時(shí),調(diào)整Ec^PE1之間的差值以使其變得相對較小(比如,通過分別將分級(jí)的灰度 級(jí)分配給與E1相關(guān)的邊界區(qū)域來實(shí)現(xiàn))。相反,分別與參考情形相比,在構(gòu)建區(qū)域8的凹形 輪廓線的情況下,或者在相對大的剖面面積的情況下,調(diào)整該差值以使其變得相對較大???與所使用的材料無關(guān)地應(yīng)用這些變型,比如,當(dāng)將被固化的材料不包含填料物質(zhì)時(shí)也可應(yīng) 用這些變型。在圖5、圖6A和圖6B所示的另外的實(shí)施例中,基于膜傳輸成像技術(shù)的自由制造系 統(tǒng)和方法的變型用于應(yīng)用本發(fā)明的原理。在這些實(shí)施例中,可設(shè)為環(huán)形帶形式的帶30由透 明的和/或撓性的和/或彈性的橡膠/膜/箔形成以在其上提供將被固化的材料17。將被 固化的材料17又包含填料物質(zhì)16和粘合劑15,可選地,還包含以上所述的組分。附圖顯示 整個(gè)制造過程內(nèi)的特定階段,其中,最終的三維物體的一部分19已經(jīng)形成,并置于被實(shí)施 為構(gòu)建平臺(tái)的三維物體載體/支撐件20上。當(dāng)材料的另一層應(yīng)該置于物體部分19的頂部 時(shí),通過載體/支撐件20的向上移動(dòng)使它移動(dòng)以與仍待被固化的材料17接觸。一旦達(dá)到 接觸,在構(gòu)建區(qū)域的限定區(qū)域內(nèi)在具有相關(guān)的基本能量密度Etl的圖案或圖像中傳遞電磁輻 射和/或增效激勵(lì)(在這種情況下,另一層將被固化)。根據(jù)圖5所示的實(shí)施例,為了抵制由邊界區(qū)域中的陶瓷填料物質(zhì)的散射現(xiàn)象引起 的不均勻性,通過使用電磁輻射和/或增效激勵(lì)的另外的第二源進(jìn)行超曝光來改變能量密 度,該第二源在曝光圖案或圖像的內(nèi)部區(qū)域中傳遞或供應(yīng)另外的能量密度E1,從而在邊界 區(qū)域中保留剩余的基本(較低的)能量密度&。與Etl相關(guān)的第一電磁輻射和/或增效激勵(lì) 和與EJH關(guān)的第二電磁輻射和/或增效激勵(lì)可具有相同或不同的波長。已經(jīng)結(jié)合圖4進(jìn)行 描述的可與填料物質(zhì)的存在或不存在無關(guān)地使用的修改實(shí)施例也可應(yīng)用于圖5的實(shí)施例。在圖6A和圖6B所示的另一個(gè)實(shí)施例中,對當(dāng)使用不同構(gòu)建區(qū)域或不同層時(shí)或者 可替換地當(dāng)不同的第一材料和第二材料用于一個(gè)或多個(gè)構(gòu)建區(qū)域時(shí)本發(fā)明的原理進(jìn)行說 明。在圖6A所示的具體舉例的步驟中,不具有填料物質(zhì)或者具有另一種填料物質(zhì)的且不同 于上述圖5的成分15、16或17的修改的第二材料18被用于通過曝光于與一定能量密度E3 相關(guān)的電磁輻射和/或增效激勵(lì)在構(gòu)建區(qū)域處形成纖細(xì)的邊界部分(例如,修改的結(jié)構(gòu)或 者輔助支撐結(jié)構(gòu))。在從帶30分離之后,供應(yīng)這個(gè)帶30或者又承載將被固化的包含填料 16和粘合劑15的第一材料17的另一個(gè)帶。當(dāng)通過部分物體(結(jié)構(gòu)19加上19’)的載體/ 支撐件20向著材料17向上的移動(dòng)再次引導(dǎo)該部分物體又一次接觸時(shí),對于用于形成三維 物體的另一部分的下一構(gòu)建區(qū)域或下一層,曝光相對于前面的邊界區(qū)域E3而改變的基本能 量密度Etlt5在這個(gè)示例中,在圖6B中形成的包括其邊界區(qū)域的整個(gè)層上方應(yīng)用基本能量密 度Etl,但是可替換地,可在空間上將Etl分為應(yīng)用于內(nèi)部區(qū)域的能量密度和在前面所述的下 一層的邊界區(qū)域中應(yīng)用的較低的能量密度。關(guān)于另外的可替換方案,代替分別使用將被固化的不同的第一材料17和第二材料18,即使使用將被固化的相同材料,也可有利地應(yīng)用改 變的能量密度E3和Etl,但是,由于完全不同的構(gòu)建區(qū)域結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致執(zhí)行所述改變(在物體 19的整個(gè)剖面上方形成精細(xì)的結(jié)構(gòu)19’和覆蓋層)。在圖7和圖8示意性地示出的實(shí)施例中,可通過根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)中的至少一個(gè)預(yù)先 設(shè)置或者通過合適的控制單元來分別設(shè)置或控制這樣的電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞裝 置的能量密度。圖7中顯示的實(shí)施例再次使用將被固化的材料7,材料7至少包含粘合劑5和填料 6,并被容納在缸、容器或槽40中。缸/容器/槽40的底部和用于支撐缸/容器/槽40的 玻璃或塑料板41對于所使用的類型的電磁輻射是透明的。在這個(gè)實(shí)施例中,從投影單元50 穿過快門46經(jīng)由反射器45投影電磁輻射,以在構(gòu)建區(qū)域中或者在構(gòu)建區(qū)域處形成期望的 曝光圖像,從而使材料7固化并將它與先前形成在三維物體載體/支撐件10上的部分9粘 合,三維物體載體/支撐件10再次被實(shí)施為構(gòu)建平臺(tái)。以這種方式,可連續(xù)地或者間斷地 接連形成期望的三維物體,例如,逐層地而具有中間層分離。計(jì)算機(jī)單元60所實(shí)施的控制 單元用于控制自由制造系統(tǒng)在合適的位置處的操作,比如,用于可變地調(diào)整能量密度E的 投影單元50、用于打開和關(guān)閉電磁輻射的路徑的快門45、以及用于其移動(dòng)(比如,如箭頭所 示的向上)的使得能夠傳遞剛進(jìn)的(fresh)材料以使其固化的三維物體載體/支撐件10。 這里,可通過合適的控制模塊61在構(gòu)建過程之前手動(dòng)預(yù)先設(shè)置和輸入投影和曝光單元的 空間可控能量密度E,例如,根據(jù)所使用的已知的材料(即,根據(jù)上述參數(shù)中的任何一個(gè)參 數(shù)或者組合,例如,填料的類型、顆粒尺寸或量;粘合劑的類型或量)來手動(dòng)預(yù)先設(shè)置和輸 入投影和曝光單元的空間可控能量密度E??商鎿Q地或者另外,可手動(dòng)地、可變地設(shè)置能量 密度E,并將其輸入到控制模塊61中,或者可根據(jù)上述參數(shù)中的任何一個(gè)或者組合在構(gòu)建 規(guī)劃和構(gòu)建過程期間原位調(diào)整能量密度E。作為另一種可能的選擇,若需要,可提供流量計(jì)或粘度計(jì)(標(biāo)號(hào)55所示),從而允 許預(yù)先為預(yù)設(shè)操作測量或者在構(gòu)建過程期間原位測量流動(dòng)性或粘度或者這二者,以經(jīng)由控 制單元60根據(jù)用于固化的材料的流動(dòng)性、粘度和硬化率中的任何一個(gè)來控制通過投影單 元50傳遞的能量密度E (進(jìn)而又可通過流動(dòng)性和粘度來測量硬化率)。與前面的實(shí)施例中 所描述的類似,可在構(gòu)建區(qū)域的曝光面積內(nèi)改變通過投影儀50傳遞的能量密度E,以使在 內(nèi)部區(qū)域中相對高,在邊界區(qū)域中相對低(即,通過傳遞空間區(qū)別的能量密度VE1等),以 抵制由填料6引起的散射和/或反射現(xiàn)象。作為圖6的實(shí)施例的進(jìn)一步的變型,可用用于 選擇性地傳遞電磁輻射和/或增效激勵(lì)的掩模曝光系統(tǒng)替換投影單元50和反射器45。圖8所示的實(shí)施例示出用于膜傳輸成像技術(shù)的以上實(shí)施例的變型。這里,根據(jù)本 發(fā)明的自由制造系統(tǒng)的實(shí)施例使用覆蓋將被固化的材料7的撓性的和/或干凈的和/或彈 性的膜/箔(分別用標(biāo)號(hào)75表示)。該材料至少可包含粘合劑5和填料6。這里對至少在 構(gòu)建面積中所關(guān)注的電磁輻射為透明的膜75適于運(yùn)輸將被固化的材料7,以通過規(guī)定的能 量密度E的傳遞在期望的構(gòu)建區(qū)域中使材料7受到輻射作用,其中,材料7從固化材料儲(chǔ)存 庫70被分發(fā)到膜的一側(cè)上,S卩,從供應(yīng)站被分發(fā)到構(gòu)建面積。可在控制單元60的控制下通 過主動(dòng)輥762執(zhí)行運(yùn)輸,而其它輥761和763可以是被動(dòng)的而僅僅卷起撓性膜75的剩余端。 另外還提供的是透明玻璃或塑料板42,其用于提供對承載構(gòu)建面積處的材料7的撓性膜75 的支撐。這在可期望時(shí)增強(qiáng)對平坦的參考平面的準(zhǔn)備。
19
在這個(gè)實(shí)施例中,通過包括位圖發(fā)生器和掩模投影儀(共同用標(biāo)號(hào)80表示)的掩 模曝光系統(tǒng)來實(shí)施電磁輻射和/或增效激勵(lì)。通過掩模曝光系統(tǒng)(可選地,還有未顯示的 其它能量源),將能量密度E選擇性地傳遞到參考平面中或者參考平面處的構(gòu)建區(qū)域的期 望區(qū)域??刂茊卧?0被布置為控制用于調(diào)整能量密度E的掩模曝光系統(tǒng)80,并且還可在合 適的其它位置處控制整個(gè)系統(tǒng),例如,在其移動(dòng)(比如,如雙箭頭所示向上和向下)使得能 夠執(zhí)行接觸剛進(jìn)的材料7的步驟和固化之后的分離步驟的三維物體載體/支撐件10處、在 用于控制分發(fā)剛進(jìn)材料膜7的固化材料儲(chǔ)存庫70的開口處、等等。與圖7的實(shí)施例類似, 可在構(gòu)建過程之前通過合適的控制模塊61手動(dòng)預(yù)設(shè)和輸入掩模曝光系統(tǒng)的能量密度E,或 者可替換地或另外地,可根據(jù)上述因素中的任何一個(gè)或者組合在構(gòu)建規(guī)劃和構(gòu)建過程期間 原位調(diào)整它。與以上實(shí)施例相同,通過傳遞空間區(qū)分的能量密度EpE1等來改變掩模曝光系 統(tǒng)所傳遞的能量密度E??稍O(shè)想圖7和圖8的實(shí)施例的另外的變型。例如,可用圖7中的掩模曝光系統(tǒng)替 換投影單元50和反射器45,反之亦然,可用另一投影系統(tǒng)來替換圖8的掩模曝光系統(tǒng)80, 圖7中的掩模曝光系統(tǒng)和所述另一投影系統(tǒng)分別用于選擇性地傳遞電磁輻射和/或增效激 勵(lì)??蓪⑸鲜鰧?shí)施例組合起來,并且可在仍然應(yīng)用本發(fā)明原理的同時(shí)對這些實(shí)施例進(jìn) 行修改。還需要指出的是,僅為了示例性的目的對所提出的實(shí)施例進(jìn)行描述,而各種另外的 變型和改動(dòng)是可能的,本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本發(fā)明的范圍和要點(diǎn)內(nèi)應(yīng)用這些變型和改動(dòng)。
權(quán)利要求
一種用于制作至少一個(gè)三維物體的方法,包括提供將被固化的材料;按圖案或圖像將電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞給構(gòu)建區(qū)域以用于對所述材料進(jìn)行固化;其中,對所述將被固化的材料的限定面積或體積選擇性地執(zhí)行電磁輻射和/或增效激勵(lì)的所述傳遞;以及其中,在所述圖案或圖像的邊界區(qū)域中對電磁輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度進(jìn)行控制和/或調(diào)整、以及/或者在所述材料的不同構(gòu)建區(qū)域的圖案或圖像的邊界區(qū)域中改變電磁輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度,以使具有不同于除所述邊界區(qū)域之外的區(qū)域的能量密度,其中,控制和/或調(diào)整單獨(dú)或者組合地依賴于(a)傳遞給所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的強(qiáng)度;(b)所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的總形狀或輪廓形狀;(c)所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的尺寸;和(d)將被固化的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,僅在相對于將被固化的材料的正常非邊界面積 區(qū)域/體積區(qū)域的一個(gè)或者多個(gè)邊界區(qū)域中執(zhí)行邊界區(qū)域中的能量密度的所述控制和/或 調(diào)整、或者所述改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中,根據(jù)以下分別單獨(dú)應(yīng)用或者組合地應(yīng)用的標(biāo) 準(zhǔn)中的至少一個(gè)來控制或改變與邊界區(qū)域和/或非邊界區(qū)域相應(yīng)的電磁輻射和/或增效激 勵(lì)的選擇性傳遞(i)將被固化的材料中所包含的填料的類型、尺寸和/或量;( )將被固化的材料中所包含的粘合劑的類型或量;(iii)將被固化的材料的硬化率、粘度和/或流動(dòng)性。
4.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,所述將被固化的材料包括填 料,優(yōu)選陶瓷顆粒。
5.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,所述將被固化的材料包括從 包括光聚合物和膠粘劑的組中選擇的粘合劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任何一個(gè)所述的方法,其中,所述將被固化的材料包括第一 粘合劑物質(zhì)和第二粘合劑物質(zhì),第一粘合劑物質(zhì)包括光固化樹脂。
7.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,通過參照根據(jù)從參考強(qiáng)度、參 考總形狀、參考輪廓形狀、參考尺寸和參考材料中選擇的任何特性限定的標(biāo)準(zhǔn)能量密度,并 根據(jù)實(shí)際構(gòu)建數(shù)據(jù)或?qū)嶋H構(gòu)建物體相對于所述參照的特性的改變對傳遞到邊界區(qū)域的實(shí) 際能量密度進(jìn)行調(diào)整,執(zhí)行所述控制。
8.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,通過參照根據(jù)具有多邊形、優(yōu) 選正方形或矩形剖面形狀和具有線性輪廓線的參考物體限定的標(biāo)準(zhǔn)能量密度來執(zhí)行所述 控制,并且其中,基于實(shí)際構(gòu)建數(shù)據(jù)或?qū)嶋H構(gòu)建物體的邊界區(qū)域中的凸形和/或凹形邊界 輪廓的變化來執(zhí)行所述調(diào)整。
9.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,通過參照根據(jù)將被固化的參考材料限定的標(biāo)準(zhǔn)能量密度來執(zhí)行所述控制,并且其中,基于相對于實(shí)際使用的將被固化 的材料的變化,優(yōu)選根據(jù)當(dāng)傳遞電磁輻射和/或增效激勵(lì)時(shí)它的吸收屬性或散射屬性來執(zhí) 行所述調(diào)整。
10.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,所述電磁輻射和/或增效激 勵(lì)的選擇性傳遞包括使用掩膜和/或投影單元來將電磁輻射和/或增效激勵(lì)選擇性地傳遞 到將被固化的材料的限定面積或體積。
11.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,根據(jù)以下項(xiàng)中的至少一個(gè)在 所述邊界區(qū)域中控制或改變電磁輻射和/或增效激勵(lì)的所述能量密度(aa)在XY中改變的曝光時(shí)間;(ab)所使用的多個(gè)圖案或圖像的數(shù)量;(ac)一個(gè)或多個(gè)圖案或圖像中的能量強(qiáng)度的分級(jí);和(ad)應(yīng)用第二電磁和/或增效輻射的第二源和/或第二傳遞。
12.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,所述電磁輻射和/或增效激 勵(lì)的選擇性傳遞基于包括預(yù)定數(shù)量的離散成像元素或像素的成像單元;并且其中,通過分 配給至少覆蓋相應(yīng)邊界區(qū)域的像素中的至少一部分的灰度值和/或顏色值對能量密度進(jìn) 行控制。
13.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,所述電磁輻射和/或增效激 勵(lì)的選擇性傳遞基于包括預(yù)定數(shù)量的離散成像元素或像素的成像單元;并且其中,在“在飛 行中”生成的一個(gè)或多個(gè)位圖掩膜中控制能量密度。
14.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,所述三維物體被構(gòu)建在物體 承載件或支撐件上,其中,隨著構(gòu)建的三維物體生長,所述物體承載件或支撐件向上移動(dòng)。
15.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,在傳遞電磁輻射或增效激勵(lì) 的階段,將被固化的材料被設(shè)置在透明膜上的構(gòu)建區(qū)域中。
16.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,將要被固化的材料從樹脂源 傳送到可移動(dòng)膜上的構(gòu)建區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其中,將掩膜投影儀設(shè)置在所述膜下方以透過所述 膜投射圖像。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中,所述掩膜投影儀為數(shù)字光投影儀。
19.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的方法,其中,所述三維物體被構(gòu)建在物體 承載件或支撐件上,所述物體承載件或支撐件被置于用于傳遞電磁輻射或增效激勵(lì)的裝置 上方,并且透明板被設(shè)置在所述透明物體承載件或支撐件與所述輻射或增效激勵(lì)傳遞裝置 之間。
20.一種用于生成至少一個(gè)三維物體或者為其制作做準(zhǔn)備的方法,所述制作方法為包 含下列步驟的類型提供將被固化的材料;按圖案或圖像將電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于對所述材料進(jìn)行固化;其中,對所述將被固化的材料的限定面積或體積選擇性地執(zhí)行所述電磁輻射和/或增 效激勵(lì)的傳遞;其中,所述制作或所述準(zhǔn)備方法包括以下步驟執(zhí)行虛擬或?qū)嶋H的固化步驟,在固化步驟中,觀察或者確定分別在跨被構(gòu)造的三維物 體的一個(gè)邊界區(qū)域或多個(gè)邊界區(qū)域使電磁輻射和/或增效激勵(lì)向著外部區(qū)域向外發(fā)光、或 者使電磁輻射和/或增效激勵(lì)向內(nèi)發(fā)光到內(nèi)部區(qū)域中的程度;以及響應(yīng)于所述觀察或確定的跨邊界區(qū)域向外發(fā)光或者向內(nèi)發(fā)光的程度來改變所述邊界 區(qū)域中的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法,其中,單獨(dú)或者組合地根據(jù)以下項(xiàng)來確定或觀察跨 邊界區(qū)域向外發(fā)光或向內(nèi)發(fā)光的所述程度(a)傳遞到所述將被固化的材料的限定面積或體積的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的強(qiáng)度;(b)將被固化的材料的限定面積或體積的總形狀或輪廓形狀;(c)將被固化的材料的限定面積或體積的尺寸;和(d)將被固化的材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的方法,其中,在制作工作期間“在飛行中”執(zhí)行所述改變步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的方法,其中,在預(yù)先準(zhǔn)備三維物體制作裝置以將其調(diào) 整到期望的制作工作的預(yù)備步驟中執(zhí)行所述改變步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法,其中,所述改變步驟涉及生成包括分級(jí)圖案或分級(jí) 圖像的位圖數(shù)據(jù),用于對于將形成的三維物體的一個(gè)或多個(gè)邊界區(qū)域選擇性地傳遞被控制 的和/或被調(diào)整的能量密度,其中,優(yōu)選通過使用灰度級(jí)或顏色級(jí)來執(zhí)行所述分級(jí)。
25.根據(jù)權(quán)利要求20-24中的任何一個(gè)所述的方法,其中,所述將被固化的材料包括從 包括光聚合物和膠粘劑的組中選擇的粘合劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求20-24中的任何一個(gè)所述的方法,其中,所述將被固化的材料包括第 一粘合劑物質(zhì)和第二粘合劑物質(zhì),并且第一粘合劑物質(zhì)包括光固化樹脂。
27.一種用于制作至少一個(gè)三維物體的方法,包括 提供將被固化的材料,所述材料包括光固化樹脂;按圖案或圖像將電磁輻射或增效激勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于對所述將被固化的材料 進(jìn)行固化;其中,通過使用掩膜投影儀對所述將被固化的材料的限定面積或體積選擇性地執(zhí)行所 述電磁輻射和/或增效激勵(lì)的傳遞;以及其中,在所述圖案或圖像的邊界區(qū)域中對電磁輻射或增效激勵(lì)的能量密度進(jìn)行控制或 調(diào)整,或者在所述將被固化的材料的不同構(gòu)建區(qū)域的圖案或圖像的邊界區(qū)域中改變電磁輻 射或增效激勵(lì)的能量密度,以使具有不同于除所述邊界區(qū)域之外的區(qū)域的能量密度, 其中,在物體承載件或支撐件上構(gòu)建三維物體;以及 其中,隨著構(gòu)建的三維物體生長,所述物體承載件或支撐件向上移動(dòng);以及 其中,將要被固化的材料從樹脂源傳送到可移動(dòng)膜上的構(gòu)建區(qū)域。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法,其中,所述掩膜投影儀為數(shù)字光投影儀。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的方法,其中,所述可移動(dòng)膜是透明的。
30.一種自由制造系統(tǒng),包括將被固化的材料;電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞裝置,其能夠按圖案或圖像將電磁輻射和/或增效激勵(lì) 傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于對所述材料進(jìn)行固化;其中,所述電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞裝置被設(shè)計(jì)為選擇性地將電磁輻射和/或增 效激勵(lì)傳遞到所述將被固化的材料的限定面積或體積;以及其中,所述自由制造系統(tǒng)還包括控制單元,該控制單元適于分別單獨(dú)或組合地根據(jù)以 下項(xiàng)對從所述圖案或圖像的邊界區(qū)域、和/或從所述將被固化的材料的不同構(gòu)建區(qū)域的圖 案或圖像的邊界區(qū)域傳遞的電磁輻射和/或增效激勵(lì)進(jìn)行控制以采用不同于除所述邊界 區(qū)域之外的區(qū)域的能量密度(a)傳遞到所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的 強(qiáng)度;(b)所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的總形狀或輪廓形狀;(c)所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的尺寸;和(d)將被固化的材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的自由制造系統(tǒng),適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求2-19中的任何一個(gè) 所述的方法。
32.一種用于制作至少一個(gè)三維物體或者為其制作做準(zhǔn)備的自由制造系統(tǒng),所述自由 制造系統(tǒng)為包含下列項(xiàng)的類型將被固化的材料;裝置,用于按圖案或圖像將電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于對所述材 料進(jìn)行固化,以使對所述將被固化的材料的限定面積或體積選擇性地傳遞所述電磁輻射和 /或增效激勵(lì);其中,所述自由制造系統(tǒng)適于執(zhí)行虛擬或?qū)嶋H的固化步驟,在固化步驟中,觀察或確定 分別跨將被構(gòu)造的三維物體的一個(gè)邊界區(qū)域或多個(gè)邊界區(qū)域使電磁輻射和/或增效激勵(lì) 向著外部區(qū)域向外發(fā)光或者使電磁輻射和/或增效激勵(lì)向內(nèi)發(fā)光到內(nèi)部區(qū)域中的程度,以 及其中,所述自由制造系統(tǒng)還包括控制單元,該控制單元能夠響應(yīng)于所觀察或確定的跨 邊界區(qū)域向外發(fā)光或向內(nèi)發(fā)光的程度來改變所述邊界區(qū)域中的電磁輻射和/或增效激勵(lì) 的能量密度。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的自由制造系統(tǒng),適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求21-26中的任何一 個(gè)所述的方法。
34.一種自由制造系統(tǒng),包括將被固化的材料,該材料包括光聚合樹脂;基于掩膜曝光系統(tǒng)或投影系統(tǒng)的電磁輻射或增效激勵(lì)傳遞裝置,能夠按圖案或圖像將 電磁輻射或增效激勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于對所述材料進(jìn)行固化;可向上或向下移動(dòng)的物體承載件或支撐件;和傳送系統(tǒng),該傳送系統(tǒng)用于將要被固化的材料從材料源傳送到可移動(dòng)膜上的構(gòu)建區(qū)域;其中,所述自由制造系統(tǒng)還包括控制單元,該控制單元適于對從所述圖案或圖像的邊界區(qū)域或者從所述將被固化的材料的不同構(gòu)建區(qū)域的圖案或圖像的邊界區(qū)域傳遞的電磁 輻射或增效激勵(lì)進(jìn)行控制以采用不同于除所述邊界區(qū)域之外的區(qū)域的能量密度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于制作至少一個(gè)三維物體的方法,包括提供將被固化的材料;按圖案或圖像將電磁輻射和/或增效激勵(lì)傳遞到構(gòu)建區(qū)域以用于使所述材料固化;其中,對所述將被固化的材料的限定面積或體積選擇性地執(zhí)行所述電磁輻射和/或增效激勵(lì)的傳遞;其中,在所述圖案或圖像的邊界區(qū)域中對電磁輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度進(jìn)行控制和/或調(diào)整、以及/或者在所述材料的不同構(gòu)件區(qū)域的圖案或圖像的邊界區(qū)域中改變電磁輻射和/或增效激勵(lì)的能量密度,以使具有不同于除了所述邊界區(qū)域之外的構(gòu)建區(qū)域的能量密度,其中,控制和/或調(diào)整單獨(dú)或組合地依賴于(a)傳遞到所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的電磁輻射和/或增效激勵(lì)的強(qiáng)度;(b)所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的總形狀或輪廓形狀;(c)所述將被固化的材料的所述限定面積或體積的尺寸;和(d)將被固化的材料。同樣提供一種裝置。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101918199SQ200880113300
公開日2010年12月15日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者A·埃爾-斯博蘭尼 申請人:想象科技有限公司