專利名稱：用于固體成像的成像器組件與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及固體成像領(lǐng)域，還涉及通過可輻射固化的光聚 合物建造材料一層一層地堆積來創(chuàng)建三維固體對(duì)象的裝置與方法。
背景技術(shù)：
固體成像設(shè)備利用可熔粉末或者光固化液體一般通過暴露于輻 射來制造三維對(duì)象。用于固體成像的粉末和液體有時(shí)候稱為"建造材 料"，而由固體成像設(shè)備產(chǎn)生的三維對(duì)象有時(shí)候稱為"建造物"、"部 件"和"固體成像產(chǎn)品"，它可以包括多種形狀。固體成像包括創(chuàng)建 三維對(duì)象的許多設(shè)備與方法，包括通過立體平版印刷術(shù)、激光燒結(jié)、 噴墨打印及類似的方法，這些方法一般采用一層一層的形成方法。激 光或其它輻射源順序地照射建造材料的各薄層，作為響應(yīng)，材料一層 一層地變成固體，從而產(chǎn)生固體成像產(chǎn)品。最近的發(fā)展包括能夠利用 可見和紫外線光源照射對(duì)這些波長(zhǎng)有響應(yīng)的建造材料的柔性輸運(yùn) (flexible transport)固體成4象i殳備與方法。
盡管為固體成像開發(fā)了許多設(shè)備與方法，但是仍然還有許多缺陷 需要解決。 一般來說，固體成像設(shè)備成批地生產(chǎn)產(chǎn)品，而不是連續(xù)地 或者半連續(xù)地。固體成像設(shè)備產(chǎn)生"未完成的"三維產(chǎn)品，其中未固化的建造材料打濕表面并使得產(chǎn)品有些粘，從而在通過建造物完全固 化產(chǎn)品之前需要進(jìn)行清洗。
許多固體成像設(shè)備的另一個(gè)缺點(diǎn)是關(guān)于可以建造的對(duì)象尺寸的 限制。對(duì)于使用激光作為輻射源進(jìn)行建造材料轉(zhuǎn)化的機(jī)器，由于對(duì)激 光掃描橫截面的速度限制，因此建造對(duì)象所需的時(shí)間直接與對(duì)象的尺 寸相關(guān)。激光掃描儀可以具有更高的分辨率能力并具有用于一次掃描 大面積的大尺寸激光點(diǎn)，完成具有較小點(diǎn)的邊界和細(xì)節(jié)，但掃描速度
仍比利用數(shù)字光處理("DLP，，)成像器可以實(shí)現(xiàn)的顯著慢。
DLP成像器采用鏡陣列，其中每個(gè)獨(dú)立鏡子在"開"和"關(guān)"位 置之間的選擇性控制在新一層的光固化建造材料產(chǎn)生期望圖像。每個(gè) 單獨(dú)的鏡子都與 一個(gè)像素關(guān)聯(lián)，像素是用于二維圖像的顯示系統(tǒng)中可 以單獨(dú)處理的圖像的最小元素。DLP和高分辨率激光掃描儀具有相當(dāng) 的最小特征尺寸。因?yàn)镈LP陣列中各個(gè)的鏡子可以同時(shí)被控制以一次 成像建造物的一個(gè)區(qū)域，包括建造物的整個(gè)層，而不是通過使用掃描 儀來利用激光點(diǎn)跟蹤圖像，所以與激光掃描儀相比，用DLP使成像速 度提高了。
利用DLP成像器來產(chǎn)生大對(duì)象的系統(tǒng)有限制。對(duì)于大對(duì)象，DLP 成像器將可用的輻射能量散布到大區(qū)域，這增加了曝光時(shí)間并降低了 圖像的分辨率。具有1024x768像素鏡陣列的通用成像器可以在大約5 秒鐘之內(nèi)膝光9x6.75英寸的面積(22.9xl7.14cm的面積)，并產(chǎn)生類 似于激光掃描儀的細(xì)節(jié)。將圖像面積增加到18x13.5英寸 (45.7x34.3cm)會(huì)將啄光時(shí)間增加到大約20秒并減少兩倍細(xì)節(jié)。
通過用具有1400x1024像素陣列的更高分辨率DLP代替具有 1024x768像素陣列的DLP,圖像尺寸可以在相同的最小特征尺寸的情 況下增加37%。也就是i兌，對(duì)于相同的對(duì)象，與用小陣列產(chǎn)生的9x6.75 英寸格式(22.9xl7.14cm格式)相比，用大陣列可以在12.2x9英寸格 式(31.0x22.9cm格式)產(chǎn)生相同的細(xì)節(jié)。不過，高分辨率DLP成像 器不能解決增加啄光時(shí)間和對(duì)于更大對(duì)象減少細(xì)節(jié)的問題。更大的陣 列將圖像強(qiáng)度減少了 45%,并將曝光時(shí)間從5秒增加到9.1秒，這在建造過程中是顯著的。
在限制之內(nèi)，應(yīng)當(dāng)有可能使用具有更大陣列的更高強(qiáng)度光源來解 決一些問題，但是再大的成像器和再高強(qiáng)度的光源對(duì)于用在固體成像 設(shè)備中可能是有問題的。期望提高固體成像設(shè)備和方法的效率，還期 望以更多變化和更少約束產(chǎn)生三維對(duì)象。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及以更高效率提供三維對(duì)象的固體成像裝置與方法。在 有些實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了在建造完成后，或者是在其未完成狀 態(tài)或者是完全固化后，需要較少處理的建造物。在所選實(shí)施方式中， 本發(fā)明包括，如果期望，在無粘性或近似無粘性條件下成批或以半連 續(xù)模式產(chǎn)生建造物、完全固化建造物及以與目前可獲得的相同或更好 特征細(xì)節(jié)和更大尺寸產(chǎn)生建造物的一個(gè)或多個(gè)附加能力。本發(fā)明的裝 置與方法可以結(jié)合到下游制造處理中。
本發(fā)明的裝置提供了用于固體成像的輻射源，遠(yuǎn)離限定的圖像平 面的固體成像建造材料的一個(gè)或多個(gè)源，及一層一層地將建造材料從 一個(gè)或多個(gè)建造材料源傳送到圖像平面的至少一個(gè)往復(fù)的運(yùn)輸表面。 建造材料一般是可以流動(dòng)的材料，可以容易地傳輸?shù)竭\(yùn)輸表面。輻射 源使建造材料層在圖像平面變硬。輻射源發(fā)射建造材料對(duì)其有反應(yīng)的 波長(zhǎng)長(zhǎng)度范圍上的光， 一般是可見和紫外線光。
圖像平面在空間中限義了用于使建造材料一層一層地轉(zhuǎn)化，以形 成固體成像產(chǎn)品的表面。用于保留固體成像產(chǎn)品的表面與輻射源和至 少一個(gè)運(yùn)輸表面合作，來創(chuàng)建圖像平面。輻射源將建造材料一層一層 地轉(zhuǎn)化為建造在保留表面上的固體。
在第一種更特定的實(shí)施方式中，在建造層的圖像中并在將圖係蕃 化為建造物表面上的固化層之前，建造材料源將一層建造材料施加到 往復(fù)的運(yùn)輸表面。在這種實(shí)施方式中，在圖像照射之后，基本上沒有 未固化的建造材料保留在建造物表面或者運(yùn)輸表面上。由于建造材料 的源， 一般是噴墨打印頭，產(chǎn)生圖像，因此通常未固化的建造材料不需要被除去。多個(gè)往復(fù)的運(yùn)輸表面和建造材料的源提供了來自多種建 造材料的建造物的高效固體成像。 一般來說，至少兩個(gè)往復(fù)的運(yùn)輸表 面將關(guān)于一個(gè)位于中央的圖像平面串行使用，以便更快的建造，各運(yùn) 輸表面逐個(gè)地淀積隨后固化的建造材料圖像。
在第二種更特定的實(shí)施方式中，建造材料的源向至少一個(gè)往復(fù)的
運(yùn)輸表面提供建造材料層，且輻射源固化這層中對(duì)應(yīng)于期望圖像的部 分。例如，凹版印刷輥可以從儲(chǔ)存器中拾取一層建造材料并接觸運(yùn)輸 表面，以便將一層材料施加到運(yùn)輸表面。響應(yīng)于控制器，輻射源照射 運(yùn)輸表面上建造材料層中對(duì)應(yīng)于期望圖像的部分。未固化的建造材料 可以附著到建造物上并可以提供另外的運(yùn)輸表面來將圖像平面上成像 該建造材料之后仍保留的未固化的建造材料從圖像平面運(yùn)走。
因此，附加的實(shí)施方式包括多于一個(gè)運(yùn)輸表面，用于運(yùn)輸建造材 料到建造物或者從其運(yùn)走，還包括多個(gè)建造材料源。這些運(yùn)輸表面相 對(duì)于輻射源和建造物的保持表面而作為一個(gè)單元串行移動(dòng)，且每個(gè)都 相對(duì)于單元的移動(dòng)而往復(fù)，以減少建造物表面和運(yùn)輸表面之間的相對(duì) 移動(dòng)。附加的運(yùn)輸表面組可以并行定位，并行的組橫穿合作的輻射源 與保持表面的依次嚙合表面的運(yùn)行方向而運(yùn)行。根據(jù)期望，這些運(yùn)輸 表面中的每一個(gè)都是容易處理或者可以重新使用的。
用于將建造材料運(yùn)輸?shù)綀D像平面的往復(fù)的運(yùn)輸表面 一般包括為 方便拾取、運(yùn)送并將建造材料傳送到圖像平臺(tái)而準(zhǔn)備的柔性聚合物膜。 在一種實(shí)施方式中，這種運(yùn)輸表面配置成圍繞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)往復(fù)，表面的 兩端由纜繩連接， 一條纜繩與表面的每個(gè)邊緣相鄰定位，從而不會(huì)干 擾輻射的發(fā)射。
用于將建造材料從圖像平面運(yùn)走的運(yùn)輸表面一般包括剝離表面。 在一種實(shí)施方式中，這種剝離表面包括以往復(fù)形式操作的刷子，以便 接觸建造物并除去多余的未固化建造材料。在另一種實(shí)施方式中，該 剝離表面是可以按往復(fù)或旋轉(zhuǎn)形式操作的環(huán)帶，只要運(yùn)行的方向和速 度控制成降低或基本上排除建造物表面與運(yùn)輸表面之間的相對(duì)移動(dòng)就 可以。作為替換方式，如果期望，這種運(yùn)輸表面可以類似于將建造材料傳送到圖像平面那樣被配置。用于運(yùn)輸表面的吸收材料包括棉網(wǎng)或 其它吸收纖維，包括紙或者適于從建造物表面容易地拾取未固化建造 材料的非紡織熱塑性聚合物。如果必要，用于除去建造材料的運(yùn)輸表 面可以多次刮擦建造物的表面，以除去足夠的未固化建造材料。從建 造物除去的未固化建造材料可以從運(yùn)輸表面回收，根據(jù)期望重新使用 或者處理掉。如果期望，運(yùn)輸表面和未固化的建造材料可以一起被處 理掉，并替換運(yùn)輸表面。
當(dāng)成像器提供輻射源時(shí)，通過對(duì)準(zhǔn)用于同時(shí)成像的多個(gè)成像器， 圖像尺寸可以增加。通過調(diào)節(jié)以減少成像器在由各成像器投射出的圖 像的邊界處之間的差異，對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)成像器使圖像平面的尺寸擴(kuò)大從 而超過了單個(gè)成像器的尺寸。以這種方式，通過使得能夠?qū)M合區(qū)域 的各個(gè)部分作為一個(gè)圖像進(jìn)行同時(shí)成像，而不需要移動(dòng)成像器，成像
系統(tǒng)增加了建造物的尺寸。
每個(gè)成像器在圖像平面上曝光建造物區(qū)域的一部分，以創(chuàng)建整個(gè) 圖像區(qū)域。通過根據(jù)產(chǎn)生圖像部分的成像器將整個(gè)圖像區(qū)域分段并控 制接縫處的曝光的步驟，各成像器產(chǎn)生統(tǒng)一的整個(gè)圖像區(qū)域，其中圖 像部分在接縫處接合到 一起以混合接縫處的像素。與單個(gè)成像器相比， 該方法產(chǎn)生整個(gè)圖像區(qū)域，而不需要增加最小特征尺寸，也不需要降 低輻射功率密度。
更具體地考慮混合接縫處的像素，為了創(chuàng)建具有期望最小特征尺 寸且無需降低輻射功率密度的大對(duì)象，需要沿在圖像區(qū)域之間有接縫 的每個(gè)圖像區(qū)域的邊緣精確地對(duì)準(zhǔn)至少兩個(gè)或者多個(gè)成像器。通過沿 邊緣少量交疊圖像區(qū)域并調(diào)整每個(gè)成像器的放大倍數(shù)以便使接縫處的 像素排列起來，允許在下一步確定接縫處的像素混合特性。接縫處的 像素交疊的量確定在接縫處要減少多少像素強(qiáng)度。調(diào)整接縫處像素的 灰度級(jí)允許接縫處交叉像素的邊界位置的校正。如果期望，邊界位置 還可以通過調(diào)整邊界像素的膝光時(shí)間來校正。因此，本發(fā)明的裝置允
許通過固體成像過程產(chǎn)生三維對(duì)象，其中產(chǎn)品具有大橫截面，而不需 要先前設(shè)備所需的費(fèi)用或時(shí)間。
12在附加實(shí)施方式中，本發(fā)明的裝置與方法可以包括附加的運(yùn)輸表 面或建造材料源或者二者兼有，以便從多種建造材料提供建造物。支 架可以包括涂敷有來自不同源的建造材料的運(yùn)輸表面對(duì)，其中不同的 建造材料用于單個(gè)建造物。用于除去未固化建造材料的運(yùn)輸表面可以 根據(jù)需要放置，以便從建造物表面除去未固化的材料。并行支架的一 組組件可以將建造材料順序地施加到圖像平面，每個(gè)組件都具有至少 一個(gè)往復(fù)的運(yùn)輸表面， 一般是兩個(gè)或更多?？刂剖┘禹樞蚴沟弥尾?料可以不同于建造物或者建造物可以包括來自不同成分的層或?qū)硬?分，這對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有時(shí)候是需要的，包括生物醫(yī)學(xué)結(jié)構(gòu)。
半連續(xù)實(shí)施方式提供了環(huán)形移位表面， 一般安裝成與運(yùn)輸表面運(yùn) 行的方向垂直，以便在制成建造物的時(shí)候提供保持固定的連續(xù)的建造 物平臺(tái)，然后移位，以提供用于下一建造物的新建造物平臺(tái)表面。如 果期望，這種實(shí)施方式可以提供用于將多個(gè)建造物運(yùn)輸?shù)焦腆w成像設(shè) 備之外的站的表面，進(jìn)行下游處理，包括完全固化該建造物。其它半 連續(xù)實(shí)施方式還提供了用于除去并替換不連續(xù)的單個(gè)建造物平臺(tái)，以 自動(dòng)化固體成像生產(chǎn)過程的拾取與放下系統(tǒng)。
本發(fā)明的方法提供了將一層新建造材料施加到往復(fù)運(yùn)輸表面、將 新層運(yùn)輸?shù)綀D像平面以便使建造物與新建造材料層接觸及照射建造物 表面以固化該層的步驟。在一種特定的實(shí)施方式中，將新建造材料層
施加到往復(fù)運(yùn)輸表面的步驟包括將該層成像到運(yùn)輸表面上。在不包括 這個(gè)特征的另 一種實(shí)施方式中，照射建造物表面的步驟包括在圖像平
面上成像建造物的步驟。這些實(shí)施方式還可以包括在下一層新建造材 料施加到建造物之前，從成像后的建造物中除去剩余未固化建造材料 (如果有的話)的步驟。與運(yùn)輸新建造材料層到圖像平面的往復(fù)運(yùn)輸 表面不同的運(yùn)輸表面與建造物接觸，以便除去未固化的建造材料并將 未固化的材料從圖像平面運(yùn)走。
因此，本發(fā)明提供了柔性輸運(yùn)固體成像設(shè)備，該設(shè)備具有串行安 裝到往復(fù)支架上的往復(fù)運(yùn)輸表面和多于一個(gè)建造材料源。本發(fā)明還提 供了多個(gè)成像器的精確對(duì)準(zhǔn)，以擴(kuò)大建造物尺寸且不損失特征或增加曝光時(shí)間。本發(fā)明提供了非常多尺寸的相對(duì)無粘性的建造物，且具有 減少的建造物后處理需求。通過結(jié)合移位連續(xù)建造物平臺(tái)或自動(dòng)除去 并用拾取和放下系統(tǒng)替換不連續(xù)建造物平面，本發(fā)明可以適用于半連 續(xù)操作。通過使用包括多個(gè)運(yùn)輸表面和建造材料源的支架，本發(fā)明可 以適用于制備具有多種材料的建造物。本發(fā)明提供了使用多種建造材 料來制備更大、無粘性、完全固化的固體圖像的半連續(xù)的柔性運(yùn)輸固 體成像設(shè)備。
通過聯(lián)系附圖考慮以下具體描述，本發(fā)明的以上其它優(yōu)點(diǎn)與特 征及其實(shí)現(xiàn)的方式將更容易顯而易見，其中
了優(yōu)選的示例性 實(shí)施方式。
圖1A是在裝置操作的涂敷(coat)與成像階段過程中本發(fā)明裝
置一種實(shí)施方式的示意性縱向平面圖，說明了用于涂敷的往復(fù)運(yùn)輸表
面和用于剝離(uncoating )的3走轉(zhuǎn)運(yùn)輸表面； 圖1B是圖1A所示裝置一部分的放大視圖； 圖1C是圖1B所示裝置放大部分的替換實(shí)施方式； 圖1D是圖1A實(shí)施方式替換配置的示意性平面圖； 圖IE是圖ID所示裝置一部分的放大視圖； 、 圖1F是，與圖1A類似，在裝置操作的涂敷與成像階段過程中
本發(fā)明另一種實(shí)施方式的示意性縱向平面圖，代替用于剝離的旋轉(zhuǎn)運(yùn)
輸表面，說明了往復(fù)運(yùn)輸表面；
圖1G是示出圖1F裝置的通過從建造物除去多余未固化建造材
料而進(jìn)行剝離的階段的示意性縱向平面圖1H是圖1G所示裝置一部分的放大視圖ll是如圖1A、 1F、 1G和1H中所示用于涂敷的往復(fù)運(yùn)輸表面
的透視圖1J是示出與圖1A和1F的裝置關(guān)聯(lián)的本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施
方式的步驟的流程圖；圖2是示出用于半連續(xù)操作的一種修改實(shí)施方式的圖IF和1G
裝置實(shí)施方式的縱向平面圖2A是圖2的修改例的橫向平面圖2B是示出半連續(xù)操作實(shí)施方式步驟的流程圖3是示出圖1F和1G裝置實(shí)施方式的用于半連續(xù)操作的替換
實(shí)施方式的縱向平面圖3A是示出與圖3裝置關(guān)聯(lián)的半連續(xù)操作實(shí)施方式步驟的流程
圖4是類似于圖1D的具有兩個(gè)往復(fù)運(yùn)輸表面的本發(fā)明裝置的另 一種實(shí)施方式的縱向平面圖，其中的兩個(gè)往復(fù)運(yùn)輸表面與用于除去未 固化建造材料的中間運(yùn)輸表面串行定位；
圖5是類似于圖4的本發(fā)明裝置的另一種實(shí)施方式的縱向平面
圖，其中用于中間運(yùn)輸表面的供應(yīng)和舉起通常位于所說明裝置的外部；
圖6是本發(fā)明裝置的另一種實(shí)施方式的縱向平面圖，該裝置具有 單個(gè)往復(fù)運(yùn)輸表面和集成的用于除去未固化建造材料的第二運(yùn)輸表面 的供應(yīng)和舉起輥；
圖7是類似于圖4并具有多個(gè)并行操作的往復(fù)支架的裝置的另一 種實(shí)施方式的頂纟見圖8是成像器的頂視圖；圖9是成像器的縱向平面圖IO是成像器的背面平面圖ll是本發(fā)明成像器陣列中四個(gè)成像器的背面平面圖12是根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)成像器投射區(qū)域的邊界處的像素子集，
其中的兩個(gè)成像器對(duì)準(zhǔn)；
圖13是根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)成像器投射區(qū)域的邊界處的像素子集， 其中兩個(gè)成像器交疊了 1/2像素；
圖14是根據(jù)本發(fā)明在圖像接縫處用于特征化成像器的5像素x5 像素圖案；
圖15A是來自兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)的成像器(成像器A和成像器B )的像素略圖，黑色的輪廓中說明了由成像器創(chuàng)建的圖像區(qū)域，灰度級(jí)的應(yīng)
用正確地定位成像器A和成像器B交疊的圖像區(qū)域邊界，及成像器之 間圖像邊界的移位，其中相同的灰度級(jí)設(shè)置用于每個(gè)成像器，成像器 B以與用于成像器A相同的灰度級(jí)設(shè)置向上移位圖像；
圖15B是類似于圖1A的略圖，但說明了成像器的單獨(dú)特征及用 于每個(gè)成像器的灰度級(jí)設(shè)置的單獨(dú)調(diào)整，該調(diào)整在不移位圖像的情況 下正確地定位邊界；
圖15C是現(xiàn)有技術(shù)的示意性說明，其中沒有應(yīng)用灰度級(jí)，像素或 者是完全打開，或者是完全關(guān)閉，且成像器交疊處的圖像邊界向上和 向左移位；
圖16A是說明用于對(duì)準(zhǔn)成像器的方法的步驟的流程圖； 圖16B是說明用于利用成像器陣列成像建造物的本發(fā)明方法的 步驟的流程圖17A、 17B和17C是說明用于縫合陣列中多個(gè)成像器的接縫的 圖像移位的順序示意圖，其中在圖17A中單個(gè)圖像完整地照射了 6個(gè) 像素，且在圖17B中相同的圖像在Y方向偏移照射，導(dǎo)致圖17C中 的合成，其中遞增的圖像層的像素在子像素區(qū)域內(nèi)偏移1/2像素；
圖18A和18B是最左邊涂敷傳送帶的圖像涂敷階段和最右邊涂 敷傳送帶的泛曝光(flood exposure)階段過程中本發(fā)明裝置另 一種實(shí) 施方式順序的示意性縱向平面圖18C和18D是類似于圖18A和18B但具有附加圖像運(yùn)輸表面 的本發(fā)明實(shí)施方式順序的示意性縱向平面圖18E是說明與圖18A至18D中所說明實(shí)施方式關(guān)聯(lián)的方法步 驟的流程圖19A和19B是順序說明本發(fā)明實(shí)施方式的示意性縱向平面圖， 該實(shí)施方式組合了圖1F和1G及圖18A和18B的實(shí)施方式的特征；
圖20A和20B是順序說明本發(fā)明實(shí)施方式的示意性縱向平面圖， 該實(shí)施方式組合了圖1F和1G及圖6的實(shí)施方式的特征。
貫穿所有附圖，對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)指示對(duì)應(yīng)的部分。
具體實(shí)施例方式
參考在附圖中所說明的特定實(shí)施方式及以下所描述的變化，本發(fā) 明可以最好地理解。盡管本發(fā)明將如下描述，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明不 是要局限于在附圖中所說明的實(shí)施方式。相反，本發(fā)明包括可以包括 在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨與范圍內(nèi)的所有替換、修改和等 價(jià)物。
圖1A在21總體上示出了本發(fā)明柔性輸運(yùn)固體成像設(shè)備的一種實(shí) 施方式在其操作的涂敷與成像階段的示意性縱向平面圖。圖1B說明 了圖1A細(xì)節(jié)放大的特征。輻射源22提供聚焦的固體成像輻射24，該 輻射投射到建造物28的建造材料濕表面26上，以便在圖像平面中固 化新建造材料層的被選部分。建造物是增量式、 一層一層建造的三維 對(duì)象28。圖像平面是空間中由新建造材料的增加層與固體成像輻射的 相交所限定的點(diǎn)。當(dāng)建造物表面26離輻射源有正確的距離時(shí)，那么建 造物表面26就位于圖像平面上。
建造物墊30支撐由升降機(jī)驅(qū)動(dòng)軸34驅(qū)動(dòng)的升降機(jī)平臺(tái)32上的 建造物，其中升降機(jī)驅(qū)動(dòng)軸34將建造物表面定位于圖像平面的里面和 外面，以接收新建造材料和固體成像輻射。支架框35支撐用于將建造 材料從其源(儲(chǔ)存器37) —層一層傳送的建造材料運(yùn)輸表面36。支架 框35可以是任意數(shù)量的用于在停止位置之間平滑和精確往復(fù)移動(dòng)的 合適設(shè)備，包括例如步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠或能夠經(jīng)受在移動(dòng)運(yùn)輸表面 和儲(chǔ)存器組件時(shí)遇到的扭矩的DC電機(jī)。運(yùn)輸表面36接收性地與凹版 印刷輪子38接觸，用于將一層建造材料39從安裝到支架框上的儲(chǔ)存 器37施加到運(yùn)輸表面。運(yùn)輸表面繞著輥40往復(fù)，至少一個(gè)輥充當(dāng)驅(qū) 動(dòng)輥，以拾取建造材料并將建造材料運(yùn)輸?shù)綀D像平面。支架35沿與運(yùn) 輸表面運(yùn)行方向相反的方向往復(fù)，以便基本上消除運(yùn)輸表面和建造物 之間的相對(duì)移動(dòng)。
在建造物的表面打濕以后，并在成像之前，可升降安裝到驅(qū)動(dòng)軸 43上的可選圖像平面支撐板42可以用于將運(yùn)輸表面推進(jìn)，以與建造
17物表面接觸，使新的未固化建造材料層平坦并均勻地傳送到建造物表
面上。圖像平面支撐板及相關(guān)的部件在圖IB的放大視圖中說明。如 所說明的，板42在傳送帶的與濕建造物表面相對(duì)的那一側(cè)位于離濕的 建造物表面處的圖像平面有一個(gè)傳送帶厚度那么遠(yuǎn)。與傳送帶打濕的 表面39相對(duì)，圖像平面支撐板42和升降機(jī)驅(qū)動(dòng)器43安裝到涂敷傳送 帶36上部之下的支架35，用于在傳送帶移動(dòng)到建造物位置后精確地 設(shè)置建造材料在建造物表面26之上的厚度。板42發(fā)射足夠的固體成 像輻射，以便將建造材料轉(zhuǎn)化成固體。 一般來說，圖像平面支撐板將 由透明的玻璃或者合適的能透射的塑料制成。在建造材料暴露之后且 在傳送帶從建造物運(yùn)走之前，板42被從傳送帶拉開。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，通 過維持傳送帶中足夠的張力，以便均勻地將建造材料保持到建造物的 表面，裝置可以在缺少板42和驅(qū)動(dòng)器43的情況下操作。
圖1A還說明了用于從建造物表面清除多余未固化建造材料的剝 離表面，圖1A中的該剝離表面是設(shè)備45。在一種實(shí)施方式中，設(shè)備 45可以是安裝到支架35上的、用于與運(yùn)輸表面一起往復(fù)移動(dòng)的刷子。 當(dāng)支架將運(yùn)輸表面從建造物下面向左移開時(shí)，在一層建造材料沉積到 建造物28的表面26上且表面暴露于成像輻射24之后，升降機(jī)將建造 物升高到使刷子進(jìn)行清除的正確高度，且支架將刷子45傳送到建造物 表面，與建造物表面接觸，或者偏心地或者旋轉(zhuǎn)地除去多余的未固化 建造材料。 一種合適的刷子包括商業(yè)可用的用于施加粘合劑或涂料的 類型的合成馬海毛輥。在刷子與建造物接觸，以便通過除去多余未固 化建造材料而剝離建造物之后，支架往復(fù)且升降機(jī)下降，以便將涂敷 了建造材料39的運(yùn)輸表面36放置成與建造物接觸，以便施加另一層 建造材料并繼續(xù)建造。然后，將需要清潔該刷子，例如通過在保護(hù)性 外殼中以從大約3,000到6,000或更高rpm的高速率旋轉(zhuǎn)刷子。 5，000rpm的旋轉(zhuǎn)速度被認(rèn)為是有用的。用于線性和旋轉(zhuǎn)剝離刷子的合 適外殼及其操作在于2007年9月17日提交的共同擁有的美國(guó)專利申 請(qǐng)序列號(hào)11/856,270和于2007年7月13日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng) 序列號(hào)60/949,614及于2007年8月15日提交的60/956,051的各種實(shí)施方式中描述，其中序列號(hào)11/856,270的標(biāo)題為"Brush Assembly for Removal of Excess Uncured Build Material"，本申請(qǐng)要求這些申請(qǐng)的 優(yōu)先權(quán)且這些申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
有幾個(gè)因素影響刷子的操作。選擇線性或者是旋轉(zhuǎn)的刷子，刷子 都應(yīng)當(dāng)刷劃建造物表面足夠多次，以便除去足夠的多余未固化建造材 料，且應(yīng)當(dāng)將刷子上的建造材料清除掉，從而不會(huì)將材料再次沉積到 建造物表面上而且不會(huì)污染支架。期望盡可能快速地提供刷劃，來從 建造物除去材料，而不會(huì)同時(shí)并在獨(dú)立的清除步驟之前從刷子推進(jìn)材 料。刷劃的速度是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的。將材料保留到刷子上的力與包括 刷子的纖維上的材料的表面能量成比例。對(duì)于越高的表面能量，刷劃
速度一般比低表面能量的要高一些。
對(duì)于旋轉(zhuǎn)刷子，樹脂上的離心力也是角速度和刷子直徑的函數(shù)， 其中的角速度單位是rpm。對(duì)于直徑為1.25英寸的尼龍鬃毛刷和在此 所述的建造材料，已經(jīng)證明360rpm是用于清除的合適旋轉(zhuǎn)速度沒 有太快以至于不能避免從刷子推進(jìn)材料，也沒有太慢以至于不能高效 地清除。
刷子跨建造物表面在左邊和右邊兩個(gè)方向的多次清掃是典型的。 通過接觸建造物表面，旋轉(zhuǎn)刷子逆著它將自由旋轉(zhuǎn)的方向移動(dòng)。
盡管更快的速率通常會(huì)改進(jìn)循環(huán)時(shí)間，而更慢的速率提供更多的 清除，但刷子組件跨建造物表面伸出和退回的速率可以在特定限度內(nèi) 變化。清掃和速率的合適組合是在每秒大約1至9英寸的速率大約1 至5次清掃。
刷子的穿透，即鬃毛尖端與建造物表面之間干擾的量，也對(duì)從建 造物表面除去多余的未固化建造材料起作用。高穿透是更有效的，但 太多的話會(huì)損害精致的建造物表面。所說明的實(shí)施方式預(yù)期大約0.080 英寸的穿透。
應(yīng)當(dāng)指出，以上所討論的參數(shù)依賴于建造的階段可以稍有變化。 例如，當(dāng)建造支撐件(support)時(shí)，干凈的側(cè)(垂直的)墻不太重要， 則刷子可以更慢地施加，以便從水平表面吸起大量的未固化材料。旋轉(zhuǎn)刷子可以按與其自由旋轉(zhuǎn)相同的方向和相同的速度旋轉(zhuǎn)。
為了清除刷子上的建造材料，刷子從圖像平面移開并以防止從其 除去的建造材料影響建造物的方式清潔。例如，在上文中所提到的美
國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)11/856,270中，刷子包含在護(hù)罩中。在一種實(shí)施方式中， 刷子被旋轉(zhuǎn)，以便從刷子推進(jìn)建造材料；刷子旋轉(zhuǎn)得越快越好。材料 的除去速率以rpm的平方提高。3000rpm清潔1.5英寸的刷子， 5000rpm將更快地清潔相同的刷子。越小的刷子一般將需要稍高的 rpm，且假定機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置是足夠的，則可以提供高于6，000rpm的速 度。如果有大量的多余材料要從刷子上清除，則刷子在清掃之間要進(jìn) 行清潔。如果只有少量的材料，則清掃可以在一個(gè)清潔周期內(nèi)完成且 刷子在UV燈膝光發(fā)生的時(shí)候被清潔。
如果期望，圖1的裝置可以包含在外軍49中。外罩的內(nèi)部可以 加熱，這對(duì)于裝置的操作和性能是有益的。通過降低建造材料的粘性， 加熱可以增加本發(fā)明實(shí)踐中有用的建造材料的范圍，否則建造材料的 粘性可能是柔性輸運(yùn)難以處理的或者需要添加稀釋劑。稀釋劑可能危 及由建造材料制成的產(chǎn)品的質(zhì)量，例如由于增加的脆度或降低的機(jī)械 強(qiáng)度。加熱允許使用更高分子量的起始材料并將有些建造材料的粘性 降低到小于大約l，OOO厘泊，而且在有些情況下，降低到大約600厘 泊。將建造材料加熱差不多10攝氏度一般會(huì)得到 一些益處。 一般來說， 大約卯?dāng)z氏度的溫度被證明是有用的。
建造物墊30 —般設(shè)置在固體成像裝置中建造物和升降機(jī)之間的 升降機(jī)平臺(tái)32上。支撐建造物的固體支撐結(jié)構(gòu)是由固體成像裝置直接 在建造物平臺(tái)上創(chuàng)建的。已經(jīng)提供了建造物平臺(tái)的許多結(jié)構(gòu)。用于使 建造物如圖1A中所說明的那樣顛倒的建造物平臺(tái)在于2007年1月17 日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)60/885,257;于2007年7月13日 提交的60/949,614;及于2007年8月15日提交的60/956,051中描述， 本申請(qǐng)要求這些申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，而且還在于2007年9月17日提交的、 標(biāo)題為"Build Pad, Solid Image Build, and Method for Building BiiiW Supports"的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)11/856,209中描述，所有這些申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容都在此引入作為參考。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖1A的系統(tǒng)及在此所說明的所有實(shí)施方式都是受 控制器自動(dòng)控制的，其中控制器沒有說明，它通常是響應(yīng)預(yù)編程數(shù)據(jù) 而操作的計(jì)算機(jī)，以便操作包括升降機(jī)的裝置、涂敷和暴露操作、成 像、成像后固化及其它特征。
圖1C說明了圖1A裝置的放大部分的替換實(shí)施方式，其中采用 強(qiáng)度大約為100瓦的一個(gè)或多個(gè)UV源61和反射器63來提供仍在平 臺(tái)上的建造物的固化。固化輻射可以施加到內(nèi)部層，它是在除去多余 未固化建造材料之后層之間的層，或者是根據(jù)需要偶然性地，或者是 根據(jù)需要在每個(gè)層之間地，從所有四個(gè)側(cè)面或者根據(jù)需要從兩個(gè)或三 個(gè)側(cè)面施加到內(nèi)部層。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以發(fā)射例如可見光的成像器22 也可以發(fā)射UV光，因此成像器也可以用作固化建造物的輻射源。
如所說明的，升降機(jī)驅(qū)動(dòng)器34，和34"定位成避免阻擋固化輻射 對(duì)建造物的發(fā)射和對(duì)與建造物墊30相鄰定位的建造物的支撐。如果輻 射源是用于透過建造物墊照射建造物，則建造物墊將需要由適當(dāng)?shù)耐?射性材料制成并配置成保留在安裝到升降機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的升降機(jī)支架 中，基本上不會(huì)干擾輻射的透射。合適的輻射透明建造物墊與升降機(jī) 支架組件在共同擁有的未決美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)60/885,257中描 述，該申請(qǐng)于2007年1月17日提交并^f皮并入本文中。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，通過利用成像器位置22中的高強(qiáng)度UV源，建造
物的穿透固化可以在這里所描述的本發(fā)明實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)。這種穿透固化 將類似于在于2007年8月15日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào) 60/956,051中所描述的，本申請(qǐng)要求該申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，且其內(nèi)容結(jié)合 在上文中，其中在這種穿透固化中提供足夠的輻射穿過建造物的深度， 以允許在建造物層中的輻射吸收并固化與建造物墊30相鄰的建造物 遠(yuǎn)端。鏡子組件可以用于將圖像發(fā)送到圖像支撐板42且該鏡子組件可 以往復(fù)方式操作，以便為高強(qiáng)度固化輻射提供清潔。高強(qiáng)度源的一個(gè) 例子是大約600W的UV燈。輻射可以對(duì)每個(gè)層以每平方厘米施加大 約80亳瓦大約IO秒鐘。大約這個(gè)強(qiáng)度的輻射應(yīng)當(dāng)消除了對(duì)建造物的其他表面進(jìn)行附加照射以實(shí)現(xiàn)干燥的完全反應(yīng)部分的需求。
圖1A和IB說明了以顛倒位置保持的建造物，這有利于在建造 物還位于升降機(jī)上時(shí)允許多余的未固化建造材料由于重力而移動(dòng)到建 造物的下表面并方便多余量的除去和層UV固化。圖1D和1E說明了 可選布置，其中建造物328和建造物墊330在垂直的升降機(jī)平臺(tái)332 和升降機(jī)驅(qū)動(dòng)器334上以豎立位置被保持。往復(fù)的運(yùn)輸表面336繞著 輥340以三角形配置安裝，至少一個(gè)輥被驅(qū)動(dòng)。運(yùn)輸表面336從儲(chǔ)存 器337和凹版印刷滾動(dòng)施加器338拾取建造材料并用于運(yùn)輸?shù)浇ㄔ煳铩?圖1D左手側(cè)所示的運(yùn)輸表面336包括兩部分，涂敷部分353和連續(xù) 部分351,如圖1D中右手側(cè)所示的，連續(xù)部分351可以是例如用于嚙 合以往復(fù)方式驅(qū)動(dòng)涂敷部分的輥340的鋸齒狀柔性傳送帶。
圖1E還說明了運(yùn)輸表面的涂敷部分353與建造物328的接觸， 并說明了在運(yùn)輸表面前沿的輥340推動(dòng)運(yùn)輸表面以便與建造物表面接 觸，不管往復(fù)運(yùn)輸表面是圖1A或1D的配置，還是下文中所說明的其 它實(shí)施方式，情況都是這樣。盡管不一定具有等效的結(jié)果，但任何一 個(gè)或者兩個(gè)輪子340可以被驅(qū)動(dòng)或者使用其它機(jī)構(gòu)。遇到建造物平臺(tái) 和建造物表面的笫一個(gè)輥340通常是剛性的，以設(shè)置建造材料的厚度。 盡管在圖1D和1E中沒有說明往復(fù)支架，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，類似于圖 1A的支架將與圖1D結(jié)合使用，且在使圖1D的升降機(jī)反轉(zhuǎn)的情況下， 圖1D的運(yùn)輸配置就可以在圖1A的實(shí)施方式中使用。向右移動(dòng)的往復(fù) 支架35(圖l)與如圖1A和1D中向左旋轉(zhuǎn)的往復(fù)傳送帶的組合減少 了建造物表面和傳送帶之間的相對(duì)移動(dòng)并降低了建造物表面上新層中 滯留空氣的可能性。
圖1A至1E和貫穿附圖中其它地方所說明的涂敷傳送帶通常是 用于往復(fù)運(yùn)行的有足夠強(qiáng)度的膜，并提供用于容易地拾取建造材料并 用于將建造材料釋放到升降機(jī)平臺(tái)上的建造物的表面。通常來說，已 知適于柔性輸運(yùn)固體成像的非彈性傳送帶適于用作本發(fā)明實(shí)踐中的涂 敷傳送帶。傳送帶通常是由一種或多種聚合物建造材料，例如聚丙烯、 聚碳酸酯、氟化乙烯丙烯及其混合與共聚物，組成的膜。包括Teflon牌膜的PTFE膜是有用的，部分地是因?yàn)樗鼈兒芎玫貙⒔ㄔ觳牧厢尫?到建造物表面。無論所使用的材料如何，傳送帶都應(yīng)當(dāng)足夠透明，以 便當(dāng)傳送帶放在輻射源與建造材料之間時(shí)可以進(jìn)行固體成像輻射。
建造材料通常是用于固體成像的可流動(dòng)建造材料，該建造材料對(duì) 輻射源有反應(yīng)并可以被拾取到柔性輸運(yùn)膜上并由該膜傳送到圖像平面 上的建造物。這些建造材料中的很多種都因立體平版印刷術(shù)而眾所周 知。如果輻射源是數(shù)字光處理器或"DLP"源，則建造材料一般響應(yīng) 于可見和紫外線光而固化，且建造材料將包含針對(duì)這些光源的引發(fā)劑。 用于柔性輸運(yùn)成像的建造材料應(yīng)當(dāng)在暴露于輻射時(shí)容易固化，應(yīng)當(dāng)很 好地粘到建造物，而且容易從運(yùn)輸表面(無論是涂敷表面還是剝離表 面)釋放。合適的建造材料在于2005年4月1日提交且標(biāo)題為 "Radiation Curable Compositions Useful in Image Projection Systems"的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)11/096,739中描述，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi) 容在此引入作為參考。這種建造材料一般包括聚(甲基)丙烯酸酯化 合物、聚氨脂聚(甲基)丙烯酸酯化合物、聚脂聚(甲基)丙烯酸酯 化合物、硅聚(甲基)丙烯酸酯化合物及用于可見和UV光的聚合引 發(fā)劑。
圖1F和1G說明了對(duì)圖IA至IE實(shí)施方式的替換方式，其包括 第二往復(fù)運(yùn)輸表面56，該第二往復(fù)運(yùn)輸表面56可以是如圖所示的那 樣，或者具有圖ID的三角形配置，以便在照射后從建造物表面26除 去多余的未固化建造材料。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這個(gè)第二運(yùn)輸表面是圖1A 所示旋轉(zhuǎn)刷子45的替換剝離設(shè)備。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，第一和第二運(yùn)輸表 面是不同的表面，第 一運(yùn)輸表面將建造材料運(yùn)輸?shù)綀D像平面上的建造 物表面，而第二運(yùn)輸表面從圖像平面除去多余的未固化建造材料。
在圖IF中最右邊位置，往復(fù)支架框35被示為將一層建造材料 39施加到建造物并以對(duì)圖IA所述的方式成像該建造物38。用于以新 的未固化建造材料39涂敷建造物的往復(fù)運(yùn)輸帶36安裝到支架框上。 通過與凹版印刷施加器輥38接觸，涂敷傳送帶從源37拾取建造材料。 建造材料源與凹版印刷施加器輥也安裝到支架。當(dāng)支架移動(dòng)傳送帶、凹版印刷輥及建造材料源到最右邊的位置時(shí)，如由旋轉(zhuǎn)箭頭所示的，
傳送帶繞著輥的輪子40旋轉(zhuǎn)到左邊，以便從源拾取固體成像建造材料 放到傳送帶上，并將建造材料沉積到建造物表面26上。
在圖1G中的最左邊位置，框架示為在成像后和在將新一層未固 化建造材料施加到先前固化的層之前，除去建造物上未固化的建造材 料。成像后，多余的未固化建造材料一般只殘存在建造物表面的邊緣。 第二往復(fù)運(yùn)輸表面、剝離傳送帶56安裝到支架框35并繞著輪子58 被驅(qū)動(dòng)，其中的一個(gè)或兩個(gè)可以被驅(qū)動(dòng)或者選擇其它的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。不 象涂敷傳送帶輪子，首先將剝離傳送帶與建造物表面接觸的剝離傳送 帶輪子58是有些柔性和彈性的，以便將傳送帶壓到建造物上，將未固 化的建造材料移到剝離傳送帶上。就象涂敷傳送帶的情況，向左移動(dòng) 的往復(fù)支架和向右旋轉(zhuǎn)的往復(fù)剝離傳送帶的組合減少了建造物表面和 傳送帶之間的相對(duì)移動(dòng)。如果需要，剝離傳送帶可以輕擦(dab)建 造物表面多次，這是通過將遠(yuǎn)離剝離傳送帶的部分移開并將剝離傳送 帶移動(dòng)到清潔位置，并降低移動(dòng)部分以重新與剝離傳送帶接觸來實(shí)現(xiàn) 的。
剝離傳送帶為未固化建造材料的拾取和釋放提供了多孔表面。例 如，剝離傳送帶一般可以是選自棉布或紙或非紡織熱塑性聚合物的吸 收性網(wǎng)。剝離傳送帶應(yīng)當(dāng)充分建造成經(jīng)得起用于傳送帶的驅(qū)動(dòng)機(jī)制上 的往復(fù)服務(wù)和為除去未固化建造材料而對(duì)建造物的輕擦。
剝離傳送帶容易接收并保留建造材料，還有足夠的孔來釋放未固 化的建造材料，以清理掉或者回收。在從建造物除去未固化的建造材 料后，剝離傳送帶將多余的未固化建造材料59 (圖1F)從圖像平面 運(yùn)走，以清理或重用。返回圖1E，往復(fù)支架35向右移動(dòng)，以l更運(yùn)輸 載有未固化建造材料59的剝離傳送帶56，以從傳送帶除去未固化的 建造材料。圖1F和1G中所示出的是加壓的流體源，例如相對(duì)于支架 35安裝在固定位置的氣刀62，其將由剝離傳送帶從建造物表面除去的 多余的未固化建造材料從剝離傳送帶推進(jìn)到安裝在支架框上的容器 64中。如旋轉(zhuǎn)箭頭所示，傳送帶在容器的上方向右移動(dòng)，以遇到多余未固化建造材料范圍上方的加壓空氣。
在操作中，升降機(jī)平臺(tái)32逐步移動(dòng)建造物28,以便將建造物表 面26保持在圖像平面上，用于從涂敷傳送帶36 (圖1F)拾取一層新 建造材料39、從輻射源22成像新的層、以及由剝離傳送帶56(圖1G ) 除去未固化的建造材料59。當(dāng)支架35前后移動(dòng)，以便使涂敷或剝離 傳送帶接觸圖像平面上的建造物表面時(shí)，傳送帶以受控制的速度在相 反的方向移動(dòng)，以防止建造物表面和傳送帶之間的相對(duì)移動(dòng)。類似地， 當(dāng)支架從建造物移開涂敷傳送帶或剝離傳送帶時(shí)，傳送帶在與支架相 反的方向往復(fù)。減少傳送帶與建造物表面之間的相對(duì)移動(dòng)會(huì)基本上消 除由涂敷傳送帶在新建造材料層中產(chǎn)生的滯留空氣并避免由涂敷和剝 離傳送帶破壞建造物的精致特征。
圖1H以放大視圖說明了圖1G的涂敷傳送帶，該傳送帶與建造 物不接觸且向左往復(fù)。傳送帶沿箭頭所指方向移動(dòng)并保持與凹版印刷 輥38的接觸。當(dāng)在與建造物不接觸的情況下往復(fù)時(shí)，傳送帶被建造材 料39涂敷對(duì)于裝置的操作是無關(guān)緊要的。圖像平面支撐板42及其升 降機(jī)機(jī)構(gòu)43也安裝到支架上并在傳送帶運(yùn)行時(shí)被降低。就象可以在圖 II中更清楚地看到的，涂敷傳送帶包括由皮帶51連接以形成連續(xù)環(huán) 的運(yùn)輸部分53，其中皮帶51可以是或者例如是柔性帶齒傳送帶。這 兩部分使前面圖的涂敷傳送帶36形成雙側(cè)環(huán)形的表面，類似于圖1D 和1E的涂敷傳送帶336。
現(xiàn)在參考圖1J中的流程圖，而且象圖1F和1G中所示的，往復(fù) 支架已經(jīng)移動(dòng)到其最右邊的位置，在所說明的實(shí)施方式中是涂敷位置。 往復(fù)的支架使涂敷傳送帶與圖像平面上的建造物表面對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)步驟 66 (圖1J)，當(dāng)逆時(shí)針移動(dòng)的涂敷傳送帶移動(dòng)到位后，凹版印刷輪順 時(shí)針旋轉(zhuǎn)，嚙合涂敷傳送帶并將一層建造材料施加到接觸建造物平臺(tái) 上建造物表面的涂敷傳送帶部分。以受控制的速度，支架向右移動(dòng)而 涂敷傳送帶向左移動(dòng)，以便將涂敷傳送帶帶到圖像平面中，步驟68， 并防止涂敷傳送帶在圖像平面的相對(duì)移動(dòng)。利用滾動(dòng)移動(dòng)施加建造材 料會(huì)阻止空氣滯留在傳送到建造物的建造材料中，而控制建造物與涂敷傳送帶之間的相對(duì)移動(dòng)也減小了對(duì)建造物上的精致結(jié)構(gòu)造成損害的
機(jī)會(huì)。 一旦傳送帶將建造材料傳送到建造物，根據(jù)步驟70 (圖1J)， 成像器用聚焦的輻射照射圖像平面，步驟72,以固化建造材料，由此 創(chuàng)建新一層固體建造物。其后，根據(jù)步驟74,當(dāng)支架向左移動(dòng)，以便 從建造物區(qū)域除去建造材料涂層的未固化部分并使建造材料的固化部 分從傳送帶剝離并使傳送帶從圖像平面移開時(shí)，涂敷傳送帶沿相反的 方向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)步驟76，向左移動(dòng)支架也使剝離傳送帶與新的成像層
如圖1G中所示，往復(fù)支架已經(jīng)移動(dòng)到其最左邊的位置，進(jìn)入剝 離位置。往復(fù)支架使剝離傳送帶與圖像平面對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)步驟78,當(dāng)順 時(shí)針往復(fù)的剝離傳送帶移動(dòng)到位后，傳送帶接觸圖像平面上的建造物 表面并除去來自先前的涂敷操作的未固化建造材料。以受控制的速度， 支架向左移動(dòng)，而剝離傳送帶向右移動(dòng)，以防止圖像平面上的剝離傳 送帶的相對(duì)移動(dòng)，如前面所解釋的，以防止對(duì)精致建造結(jié)構(gòu)的損壞。
一旦傳送帶從建造物接收到了建造材料，剝離傳送帶就轉(zhuǎn)到相反 的方向，且支架向右往復(fù)，如圖1F中所示，以便將剝離傳送帶從圖 像平面移開并完成循環(huán)，步驟80。如圖1F中所示，當(dāng)剝離傳送帶到 達(dá)其最右邊的極端位置時(shí)，剝離傳送帶經(jīng)過提供加壓流體的氣刀，以 穿過暴露網(wǎng)將未固化的建造材料移開并推動(dòng)到下方的儲(chǔ)存器，步驟 82,其中的加壓流體一般是空氣。根據(jù)步驟84,這些步驟重復(fù)，以完 成具有多層的建造物。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在參考圖1A至II所描述的往復(fù)支架系統(tǒng)中集成剝 離站，會(huì)通過除去層之間的多余建造材料而產(chǎn)生更干凈的部件。取決 于建造物的結(jié)構(gòu)，該裝置與方法能夠產(chǎn)生在最終固化之前不需要進(jìn)一 步清潔的建造物。有些復(fù)雜的建造物形狀可能仍有一些殘留的未固化 建造材料，沒有從剝離傳送帶除去，但這些更復(fù)雜的建造物一般比由 現(xiàn)有系統(tǒng)所提供的那些可比較建造物更干凈。
在此未說明的控制系統(tǒng)提供可編程的控制，以便使建造步驟的序 列可以執(zhí)行，包括升降機(jī)位置、傳送帶的涂敷、傳送帶的往復(fù)、涂敷層到建造物墊的施加、對(duì)建造物的成像、支架的往復(fù)、未固化建造材 料的除去及溫度的控制。 一般來說，單獨(dú)的外殼提供了在用于支架和 升降機(jī)部件的外殼之外的控制系統(tǒng)部件。操作員站將一般包括用于可
編程和自動(dòng)化操作的PC。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，圖2說明了類似于圖1F和 1G的實(shí)施方式，但修改成半連續(xù)操作。建造物墊是連續(xù)的傳送帶130， 而不是圖1F和1G實(shí)施方式的不連續(xù)建造物墊30。盡管應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到 圖1A的旋轉(zhuǎn)刷或圖1D的運(yùn)輸配置可以使用，但所說明裝置的其它方 面與圖1F和1G的相同。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，半連續(xù)實(shí)施方式不限于圖1F 和1G實(shí)施方式的裝置，而可以應(yīng)用到這種具體描述范圍內(nèi)的其它實(shí) 施方式。
連續(xù)傳送帶建造物墊130垂直面向往復(fù)支架35的行程，其中支 架35分別包含涂敷傳送帶36和剝離傳送帶56。在圖像平面上在130， 處看到的連續(xù)傳送帶130以索引(indexing)方式在圖像平面上行進(jìn)， 當(dāng)每個(gè)建造物完成時(shí)，向前索引，以便為每個(gè)新的建造物提供新的平 臺(tái)。連續(xù)傳送帶建造物墊130可以包括強(qiáng)到足以經(jīng)得起張力、在一層 一層的建造物處理中適當(dāng)?shù)貖A緊建造物并提供準(zhǔn)備好從傳送帶釋放完 成的建造物的任何合適材料。 一種這樣的合適材料是聚酯膜(Mylar)。
如圖2A中所示，連續(xù)傳送帶平臺(tái)130是由供應(yīng)輥130'和拾取 輥130"提供的。連續(xù)傳送帶在升降機(jī)平臺(tái)和建造物28之間在升降機(jī) 平臺(tái)32上從供應(yīng)輥起行進(jìn)，并且通過張力或者通過利用升降機(jī)平臺(tái)與 連續(xù)傳送帶之間的真空，可以保持在升降機(jī)上的位置。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到， 連續(xù)傳送帶130在建造物過程中是固定的，并且朝拾取輥向前索引， 以便從圖像平面移開完成的建造物28并用于在圖像平面上在升降機(jī) 上方放置新的建造物墊130部分。當(dāng)傳送帶向前索引時(shí)，完成的建造 物128，被移開并放置到容器136中，用于根據(jù)需要進(jìn)一步處理或者在 制造中使用?？蛇x地，利用合適的光源，例如UV燈泡61和反射器 63，在未完成的情況之后對(duì)完成的建造物128，進(jìn)行進(jìn)一步固化，以達(dá) 到干狀態(tài)或者甚至到達(dá)完全固化。圖2B說明在圖2和2A中所說明的半連續(xù)實(shí)施方式各方面的方 法的步驟。如圖2B中所說明的，根據(jù)步驟188在圖像平面上在連續(xù) 傳送帶建造物墊上制成干凈的建造物。根據(jù)步驟190,傳送帶向前索 引，以便將建造物墊和建造物移出圖像平面并將傳送帶的新建造物墊 部分放到圖像平面中。這些步驟188和l卯對(duì)半連續(xù)的清潔建造物制 造過程重復(fù)，步驟192。半連續(xù)實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是干凈的未完成 建造物可以半連續(xù)地完全固化并且對(duì)于建造物處理是完整的。
應(yīng)當(dāng)理解，如在本發(fā)明實(shí)踐中預(yù)想的半連續(xù)生產(chǎn)會(huì)得到干的建造 物。圖2和2A實(shí)施方式的半連續(xù)方面還可以按半連續(xù)方式提供附加 階段。這些附加階段可以利用紫外線燈組件提供對(duì)未完成建造物的附 加固化，以便生產(chǎn)完全固化的建造物。如果期望，可以并入附加的化 學(xué)處理，如在助聽器生產(chǎn)中可能有用的。利用半連續(xù)生產(chǎn)，本發(fā)明的 固體成像裝置與方法甚至可以結(jié)合到制造處理中并成為其完整的一部 分。例如，矯正牙齒的設(shè)備一般是在通過固體成像生產(chǎn)的模子上創(chuàng)建 的。利用本發(fā)明半連續(xù)實(shí)施方式的實(shí)踐，由固體成像生產(chǎn)的干凈模子 可以完全固化，然后進(jìn)入制模站，以半連續(xù)地進(jìn)行矯正牙齒設(shè)備的生 產(chǎn)。
圖2B概括性地說明了其中本發(fā)明的半連續(xù)實(shí)施方式有用的方法 的附加步驟。如所討論的，建造物在傳送帶平臺(tái)上準(zhǔn)備并向前移位。 根據(jù)步驟194，在建造物從圖像平面移開之后，每個(gè)建造物在移位的 連續(xù)建造物平臺(tái)上完全固化?？蛇x地，如在步驟196中所敘述的，傳 送帶可以與下游的制造處理集成，以便將完全固化的建造物運(yùn)輸?shù)皆?處理中或經(jīng)過該處理。最后，如在步驟198中所敘述的，完全固化的 建造物從傳送帶平臺(tái)被移開。
圖3說明了本發(fā)明的第二種半連續(xù)實(shí)施方式，相對(duì)于圖1G和1H 中所說明的裝置，它被修改成對(duì)不連續(xù)建造物平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)移開和替 換。盡管沒有說明可選的圖像平面支撐板42和驅(qū)動(dòng)器43 (圖1F)， 但是就象關(guān)于圖2那樣，圖3中所說明的裝置的其它方面與圖1F中 的那些相同。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖3的半連續(xù)實(shí)施方式不限于圖1G實(shí)施方式的裝置，而且可以適用于本說明書范圍內(nèi)的其它實(shí)施方式。
如圖3中所說明的，升降機(jī)34和升降機(jī)平臺(tái)32示為上升到涂敷 傳送帶36的上方。之前的建造物已經(jīng)完成，而且建造物與支撐建造物 的建造物平臺(tái)已經(jīng)被移開。新平臺(tái)上的新建造物還沒有開始。往復(fù)支 架35、涂敷和剝離傳送帶36和56分別都是不動(dòng)的。
一堆不連續(xù)的建造物平臺(tái)230被設(shè)置在分配器230，中，且新的建 造物平臺(tái)230"從分配器被移開并發(fā)送到升降機(jī)平臺(tái)32。在圖3的實(shí) 施方式中，這些建造物平臺(tái)將被移開并替換，從分配器到升降機(jī)并從 具有完成的建造物的升降機(jī)，其中具有適于與本發(fā)明裝置一起使用的 常規(guī)拾取和放下系統(tǒng)(未示出)。建造物平臺(tái)230"固定到升降機(jī)平臺(tái) 并與由成像器22產(chǎn)生的圖像對(duì)準(zhǔn)。
用于圖3中所說明實(shí)施方式實(shí)踐的方法的步驟在圖3A中說明。 首先，根據(jù)步驟288，完整并干凈的建造物在一個(gè)不連續(xù)的建造物平 臺(tái)上完成。根據(jù)步驟289,拾取和放下系統(tǒng)或者其它合適的系統(tǒng)移開 建造物和建造物平臺(tái)。然后，該系統(tǒng)將新建造物平臺(tái)固定到升降機(jī)平 臺(tái)上并將建造物平臺(tái)與圖像平面上的成像器對(duì)準(zhǔn)，步驟290。對(duì)于半 連續(xù)的干凈建造物生產(chǎn)，這些步驟288、 289和290重復(fù)，步驟292。
可選地，根據(jù)步驟293,干凈的未完成建造物可以從生產(chǎn)其的建 造物平臺(tái)移開，或者建造物可以在該平臺(tái)上完全固化，步驟294，然 后從建造物墊移開，步驟298。根據(jù)步驟289，如果期望，則可以在步 驟288之后且建造物28和建造物墊30仍然在升降機(jī)平臺(tái)32 (圖3) 上的時(shí)候或者在移開后執(zhí)行步驟294和298。
圖4說明了能夠利用來自多于一個(gè)源的建造材料的本發(fā)明裝置實(shí) 施方式的縱向平面圖。圖4的實(shí)施方式可以提供由多于一種建造材料 制成的干凈建造物。這種實(shí)施方式提供了兩個(gè)環(huán)形的往復(fù)涂敷傳送帶 336和336，，其中這兩個(gè)涂敷傳送帶與中間可移位和可往復(fù)剝離傳送 帶356串聯(lián)，其中每個(gè)涂敷傳送帶都安裝到支架335上，用于涂敷和 剝離傳送帶的組件在建造物平臺(tái)332上的往復(fù)移動(dòng)，其中在該建造物 平臺(tái)332上安裝了建造物墊330。建造物墊330是由驅(qū)動(dòng)器334和升降機(jī)平臺(tái)332提升的。建造物是由成像器322成像的。凹版印刷施加 器輥338、 338，及儲(chǔ)存器337、 337，固定到支撐框350上，而且當(dāng)支架 前后往復(fù)時(shí)，涂敷傳送帶在它們上方行進(jìn)。凹版印刷輥和儲(chǔ)存器沒有 象圖1A和1F中那樣安裝到支架上而且沒有與支架一起往復(fù)。圖4實(shí) 施方式的其它方面包括對(duì)外殼349中的裝置的加熱。用于傳送帶的材 料和建造材料的組成類似于以上所討論的那些。
如在此所討論的所有實(shí)施方式中那樣，在一個(gè)方向移動(dòng)的往復(fù)支 架和在相反方向移動(dòng)的往復(fù)涂敷和剝離傳送帶的組合減少了建造物表 面與傳送帶之間的相對(duì)移動(dòng)，并減少了施加到建造物表面的新建造材 料層中滯留空氣及對(duì)精致建造物結(jié)構(gòu)的破壞的可能性。盡管之前的實(shí) 施方式和圖4的實(shí)施方式之間有幾處相似，但應(yīng)當(dāng)指出，在圖4和以 下的實(shí)施方式中，建造物沒有顛倒。
涂敷傳送帶336和336，繞著三個(gè)輥呈三角形排列，根據(jù)需要，這 些輥可以是張力或驅(qū)動(dòng)輥。這三個(gè)輥340與涂敷傳送帶334關(guān)聯(lián)。輥 340，與涂敷傳送帶336，關(guān)聯(lián)。如果期望，每個(gè)涂敷傳送帶都可以圖1A 中所說明的方式繞著兩個(gè)輥40布置。如在圖1A和1E的實(shí)施方式中 那樣，要碰到建造物平臺(tái)上的建造物表面的前端輥是足夠剛性的，以 設(shè)置建造材料的厚度。
涂敷傳送帶提供了建造物328的分別來自獨(dú)立建造材料源的替換 涂敷，其中的建造材料源是儲(chǔ)存器337和337，。這些獨(dú)立的源可以包 含相同或不同的建造材料。以類似于參考圖1A完成和描述的過程的 方式，儲(chǔ)存器源337和337，分別向凹版印刷輥338和338，提供各儲(chǔ)存 器中的建造材料，凹版印刷輥將建造材料傳送到涂敷傳送帶，以傳送 到圖像平面。
剝離傳送帶356是從在驅(qū)動(dòng)和張力輥358之上的供應(yīng)輥357到拾 取輥359提供的連續(xù)的可移位和可往復(fù)傳送帶。依賴于支架是向右還 是向左往復(fù)，底部的輥358每個(gè)都首先使剝離傳送帶與建造物表面接 觸，因此兩個(gè)輥都有些柔性和彈性，以便將傳送帶壓到建造物上，將 未固化的建造材料移除到剝離傳送帶上。通過將傳送帶從供應(yīng)輥移位到拾取輥，可以根據(jù)需要提供新的剝離傳送帶。
圖4說明了反射器361和UV燈泡363，它們?cè)趧冸x傳送帶纏到 用于處理用過的傳送帶的拾取輥上時(shí)，用于固化剝離傳送帶上的未固 化建造材料。作為替換方式，可以采用圖1E和1F的建造材料回收系 統(tǒng)與剝離傳送帶配置，在剝離傳送帶與第一涂敷傳送帶相對(duì)的一側(cè)添 加了第二個(gè)涂敷傳送帶，具有氣刀或者其它合適的裝置，用于將建造 材料從剝離傳送帶網(wǎng)敲掉。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，如果建造材料源337、 337， 是噴墨源，則剝離設(shè)備356在這些配置中的任何一種中都是不需要的。
在操作過程中，第一涂敷傳送帶336通過與凹版印刷輥338的接 觸從源337接收一層涂敷材料。傳送帶移動(dòng)到圖像平面并將建造材料 傳送到由成像器322限定的圖像平面上的建造物328的表面326。成 像器322提供聚焦的固體成像輻射324，以便使建造材料變硬。其后， 支架，包括涂敷傳送帶336和336，及中間剝離傳送帶、網(wǎng)356，將向 左移位，將涂敷傳送帶336移出圖像平面并使剝離傳送帶356與變硬 建造物的表面接觸，以便除去任何多余的未固化建造材料。其后，支 架繼續(xù)向左移位，將剝離傳送帶移出圖像平面。在這個(gè)時(shí)候或者在下 次剝離操作之前，剝離傳送帶可以向前移位，以4更暴露新網(wǎng)。通過用 于最終處理的閃速膝光，剝離網(wǎng)356的未固化的涂敷部分可以在這個(gè) 時(shí)4矣固化。
當(dāng)剝離傳送帶移到建造物平臺(tái)和建造物墊之上的位置后，第二個(gè) 涂敷傳送帶336，通過與凹版印刷輥338，的接觸從源337，拾取建造材 料。當(dāng)剝離傳送帶繼續(xù)向左移位，離開圖像平面后，支架將第二個(gè)涂 敷傳送帶336，放到建造物平臺(tái)的上方，以便將用于成像的建造材料傳 送到建造物墊上的建造物上。然后，支架向右移動(dòng)涂敷和剝離階段， 以便使剝離網(wǎng)356再次與建造物接觸，進(jìn)行剝離。所有這些步驟的重
復(fù)將產(chǎn)生建造物。
圖5是圖4裝置的類似實(shí)施方式的縱向平面圖，它具有遠(yuǎn)離涂敷 與剝離支架(以在涂敷與剝離站的往復(fù)過程中不干擾成像器322)的 更大的剝離介質(zhì)供應(yīng)和拾取輥(未示出)。代替安裝到往復(fù)輥支架上的剝離網(wǎng)的供應(yīng)和拾取輥，就象圖4中的輥357和359，圖5實(shí)施方 式中的供應(yīng)和拾取輥是與移動(dòng)組件分離地設(shè)置的。網(wǎng)轉(zhuǎn)向輥可以被設(shè) 置成將剝離傳送帶從供應(yīng)輥導(dǎo)向剝離位置及從剝離位置導(dǎo)向拾取輥。 其它元件類似于圖4的那些并具有相同的個(gè)數(shù)；操作總的來說就象關(guān) 于圖4所描述的。
圖6是類似于圖4裝置的另一種實(shí)施方式的縱向示意性平面圖， 設(shè)計(jì)成使用單個(gè)建造材料源。圖6的裝置具有通過凹版印刷輪338從 固定儲(chǔ)存器源337接收固體成像建造材料的單個(gè)涂敷傳送帶336，其 中當(dāng)支架往復(fù)時(shí)，涂敷傳送帶在凹版印刷輪338之上經(jīng)過。然后，建 造材料一層一層地施加到由升降機(jī)驅(qū)動(dòng)器334、升降機(jī)平臺(tái)332和建 造物墊330支撐的建造物328上。成像器322將每一層建造材料暴露 于輻射324以使層固化。供應(yīng)輥357和拾取輥359提供新剝離網(wǎng)356， 用于在新層的施加之間從建造物除去未固化的建造材料。從建造物部 分除去的建造材料在纏到拾取輥上之前由閃速曝光輻射源、UV燈361 和反射器363固化。涂敷和剝離傳送帶包含在外殼349中并可以被加 熱，使得加熱用于拾取到涂敷傳送帶上和施加到建造物上的建造材料 的益處可以如上討論的那樣實(shí)現(xiàn)。盡管沒有第二個(gè)涂敷器，但設(shè)備的 往復(fù)操作就象上面關(guān)于圖4所描述的那樣。
圖7是圖4所示裝置實(shí)施方式的頂視圖，并行添加了用于向單個(gè) 建造物施加多種建造材料的第二個(gè)裝置。該裝置具有并行的第一和第 二往復(fù)支架。支架總的來說與圖4的相同，只是一次只有一個(gè)位于建 造物平臺(tái)的上方。第一和第二支架的整個(gè)組件與建造物平臺(tái)和墊子上 方單個(gè)支架的往復(fù)相垂直地往復(fù)，以便首先將一個(gè)往復(fù)支架，然后將 第二個(gè)支架放到建造物平臺(tái)和墊子上方的圖像平面上，如由方向箭頭 所指示的。
第一和第二往復(fù)支架分別具有兩個(gè)涂敷傳送帶336、 336，和436、 436，，還分別具有剝離傳送帶356和456。指示左右移動(dòng)的箭頭指示 包含傳送帶336、 356和336，的第一支架在建造物平臺(tái)332上方的往 復(fù)。具有傳送帶436、 456和436，的第二支架組件直到第一支架組件的涂敷和剝離操作完成后才工作。當(dāng)?shù)谝恢Ъ芙M件完成了它的層之后，
通過膝光于輻射源322的固化之后，第一支架組件在由垂直箭頭指示 的方向上移動(dòng)，以停止工作，并使第二支架組件與建造物平臺(tái)對(duì)準(zhǔn)， 開始工作。在第一支架組件放下它的層之后，如果期望，則第二個(gè)支 架組件在由垂直箭頭指示的方向上移動(dòng)，以停止工作，并使第二支架 組件與建造物墊330對(duì)準(zhǔn)，開始工作，直到建造物328完成。
在操作中，圖7的組件能夠放下多達(dá)四種不同的建造材料。 一個(gè)
支架可以用于提供支撐，而另一個(gè)提供建造物產(chǎn)品。作為替換方式， 具有各種建造材料層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以象用于生物結(jié)構(gòu)的那樣創(chuàng)建。應(yīng)
當(dāng)認(rèn)識(shí)到，通過添加新的支架，圖7的實(shí)施方式可以擴(kuò)展到第三或第 四支架，或者甚至更多，以便增加在固體成像處理中所使用建造材料 的數(shù)量和種類。
圖8、 9和10描述了傳統(tǒng)數(shù)字光處理器成像器722的不同視圖， 其中成像器722是可以用作在圖1A至7任何一種實(shí)施方式實(shí)踐中提 供聚焦輻射的成像器的類型。圖8從頂視圖示出成像器，其光軸700 位于成像器所產(chǎn)生圖像702的中心。圖9從側(cè)視圖示出了由墊子706 在表面704上所支撐的成像器并展示圖像偏移到光軸上方。圖10從后 視圖示出了成像器且圖像向右偏移并且在光軸的上方。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，很多種固體成像輻射源都可以適于在本發(fā)明中提供 聚焦的輻射。對(duì)于使用凹版印刷輥的實(shí)施方式，或者為了提供設(shè)計(jì)成
只硬化建造材料層對(duì)應(yīng)于期望圖像的那些部分的聚焦輻射，成像器包 括UV投射器、如立體平版印刷術(shù)中所使用的掃描激光系統(tǒng)、LCD(液 晶二極管)、LCoS (硅上液晶)、LED (發(fā)光二極管)或DLP (數(shù) 字光處理)投射器。
在一種特定的實(shí)施方式中，成像器是DLP投射器。通常可用的 成像器一般限于1024x768像素的圖像區(qū)域。具有更高微鏡密度的更高 分辨率成像器一般具有1400x1050像素的圖像區(qū)域并產(chǎn)生比小成像器 所產(chǎn)生的尺寸大大約37%的圖像。
商業(yè)可用的DLP投射器一般需要改進(jìn)的光學(xué)器件來既顯示UV又顯示可見光波長(zhǎng)，基于柔性輸運(yùn)固體成像支架系統(tǒng)的布置建立期望
的焦距，并基于所使用的材料調(diào)整光強(qiáng)度。 一種這樣改進(jìn)后的DLP投射器結(jié)合了 DMD (數(shù)字微鏡設(shè)備)陣列并具有燈和九元件投射透鏡，其對(duì)來自該燈的適于固體成像的頻譜范圍上的輻射進(jìn)行成像，包括在9x6.75英寸(22.9xl7.4cm)圖像區(qū)域上以400mm投射距離的焦距從大約350至450nm。圖像是1024像素寬和768像素高。DLP投射器可以包括UV/IR過濾器，以便從燈除去期望頻鐠范圍之外的輻射。照射透鏡可以用于將來自燈的輻射均勻地分布在投射透鏡上。還可以提供將燈和照射透鏡及UV增強(qiáng)鏡相互連的UV增強(qiáng)光導(dǎo)管，其中UV增強(qiáng)鏡與照射透鏡和投射透鏡有輻射指向通信。
如上面所指示的，商業(yè)數(shù)字光投射器產(chǎn)生具有粗分辨率的圖^^,因?yàn)樗鼈兊姆直媛适鞘芟袼卮笮∠拗频?。由商業(yè)數(shù)字光投射器產(chǎn)生的圖像中的1024x768像素限制了能夠在支撐平臺(tái)上建造的三維對(duì)象的大小，因?yàn)榉直媛孰S建造物平臺(tái)大小的增加成比例地減小。 一般商業(yè)光投射器中的圖像尺寸將x軸方向上的分辨率限制到1024像素，將y軸方向上的分辨率限制到768像素，因此產(chǎn)生粗糙的圖像。此外，商業(yè)光投射器不能理想地聚焦，因此每個(gè)投射器中固有的像差會(huì)導(dǎo)致模糊的像素。這種"離焦(outoffocus)"狀態(tài)跨# 素圖像區(qū)域而改變。此外，對(duì)于各個(gè)投射器，"離焦"狀態(tài)的量不同。但是，對(duì)于每個(gè)邊界像素利用像素的固有模糊并采用灰度級(jí)曝光等級(jí)來改變光可固化建造材料(如液態(tài)樹脂配方)的曝光過程中光強(qiáng)度等級(jí)，允許被投射邊界像素的灰度級(jí)值控制可固化光聚合物建造材料的聚合邊界。在該像素中，對(duì)象可以在單次曝光中形成，以實(shí)現(xiàn)大得多的建造物對(duì)象精度和所建造固體圖像或三維部件的壁面光滑度。能夠這樣控制可固化建造材料的與被投射邊界像素或x和y平面中的多個(gè)像素相對(duì)應(yīng)的聚合邊界，以上提到的10.24英寸x7.68英寸區(qū)域?qū)⒖雌饋碛斜葍H僅100dpi大很多的有效分辨率。更大的建造物平臺(tái)也可以使用，且更大的對(duì)象可以建造。
數(shù)字光投射器控制一組非常小的鏡子來將光反射到相關(guān)的像素。通過控制反射或照射時(shí)間，圖像平面上每個(gè)被投射像素的光強(qiáng)度K可以從0 (黑色)到1 (白色)變化，具有從0到255的不同灰度級(jí)?；叶燃?jí)的一種合適范圍是從大約60到大約255?；叶燃?jí)的另一種合適范圍是從大約100到大約255。
商業(yè)數(shù)字光投射器使圖像中像素模糊或具有輕微圖像模糊的固有特性會(huì)導(dǎo)致交疊鄰居像素的光強(qiáng)度。為了進(jìn)一步解釋，這種光強(qiáng)度分布可以近似為高斯分布，但實(shí)際上光分布可能呈許多不同的形式。點(diǎn)(x， y)處的光強(qiáng)度K實(shí)際上是所有鄰居像素對(duì)該點(diǎn)(x， y)貢獻(xiàn)的光強(qiáng)度的總和。點(diǎn)(x， y)處的光強(qiáng)度是點(diǎn)(x， y)的鄰居像素的所有光強(qiáng)度的混合結(jié)果。離像素的中心越遠(yuǎn)，像素的光強(qiáng)度越低。通過調(diào)節(jié)數(shù)字光投射器的光學(xué)系統(tǒng)來獲得像素的某種圖傳4莫糊，像素的光強(qiáng)度散布到其所有的鄰居像素。當(dāng)點(diǎn)在形成對(duì)象邊緣或壁的邊界像素中時(shí)，它將有更少的鄰居像素位于角落墻像素中的點(diǎn)有3個(gè)鄰居像素，而位于離開角落的邊緣或壁像素中的點(diǎn)有5個(gè)鄰居像素。
對(duì)圖像區(qū)域的曝光的控制可以通過控制特定的膝光參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。由輻射源輸送到目標(biāo)襯底的能量可以由關(guān)系式，曝光=輻射強(qiáng)度x曝光時(shí)間，來表示。這個(gè)關(guān)系用于控制曝光參數(shù)。 一個(gè)參數(shù)是控制構(gòu)成所建造三維對(duì)象的截面的平面內(nèi)的每個(gè)像素的照射時(shí)間。作為替換方式，控制曝光等級(jí)的另一個(gè)參數(shù)可以是改變光強(qiáng)度等級(jí)，例如通過在對(duì)所有邊界像素保持曝光時(shí)間恒定的情況下改變灰度級(jí)等級(jí)。第三個(gè)參數(shù)是改變被投射像素的光強(qiáng)度的寬度。這可以通過改變被投射像素的聚焦程度來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)參數(shù)可以在圖像區(qū)域上的不同位置處改變。所有三種技術(shù)都可以單獨(dú)地、以不同組合結(jié)合地或者同時(shí)都結(jié)合采用。
通過利用數(shù)字照相機(jī)測(cè)量圖像區(qū)域中選定像素處的投射強(qiáng)度，單個(gè)投射器可以將其x和y平面中的像素強(qiáng)度寬度表征為像素位置的函數(shù)。這個(gè)信息可以存儲(chǔ)到固體成像裝置中，用來獲得跨圖像平面的最優(yōu)圖像性能和對(duì)所形成對(duì)象的聚合邊界的精確控制。可以被控制的第四個(gè)附加參數(shù)是投射器中燈的光強(qiáng)度對(duì)年齡。由于燈的強(qiáng)度，及由此所輸送的光能量的量，隨時(shí)間減小，因此燈對(duì)所輸送能量的老化效應(yīng)必須通過增加燈的曝光時(shí)間來進(jìn)行補(bǔ)償，以便在總的時(shí)間內(nèi)有相同數(shù)量的光子輸送到被投射的像素。利用輻射計(jì)定期測(cè)量強(qiáng)度。由于每種可固化的光聚合物建造材料都有其自己特定的影響聚合的特性，例如光速
度(photospeed )，因此對(duì)于所選的特定可固化光聚合建造材料，這四個(gè)參數(shù)要進(jìn)行校準(zhǔn)。
校準(zhǔn)是通過對(duì)于點(diǎn)(x， y)處的像素及其8個(gè)鄰居像素調(diào)節(jié)不同的光強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)的，使得基于形成對(duì)象截面的圖像區(qū)域中每個(gè)像素的照射時(shí)間，期望的累積光強(qiáng)度K足以固化那個(gè)點(diǎn)的可固化光聚合物建造材料。當(dāng)累積的光強(qiáng)度K等于或者超過固化可固化光聚合物建造材料(如液態(tài)樹脂配方)所需的臨界能量Ec時(shí)，該建造材料將固化并添加到所形成對(duì)象的幾何形狀。當(dāng)累積的光強(qiáng)度小于臨界能量Ec時(shí)，建造材料將保持在非固化或液態(tài)。
對(duì)于典型的樹脂，臨界能量Ec比用于曝光邊界內(nèi)的層的主體所用的能量少得多，大約是20%或者更少。用于本發(fā)明裝置中所釆用的典型樹脂的Ec通常是所采用的層爆光能量的大約10%到12%。固化的區(qū)域?qū)挾雀鶕?jù)邊緣像素的光強(qiáng)度而變化。由于來自像素的光強(qiáng)度隨灰度級(jí)變化，因此形成區(qū)域邊緣或邊界的可固化建造材料的聚合可以通過改變邊界像素的灰度級(jí)來控制。
改變瀑光強(qiáng)度等級(jí)和像素強(qiáng)度寬度或者被投射像素的聚焦程度會(huì)造成輕微的圖像模糊并影響輸送到邊界像素的光能量的量，以便控制可固化光聚合物建造材料的聚合邊界，由此以子像素分辨率定義對(duì)象邊界像素中特征的邊緣或邊界的有效位置。改變強(qiáng)度曝光等級(jí)是通過改變照射或曝光時(shí)間和/或灰度級(jí)曝光等級(jí)來實(shí)現(xiàn)的。這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了比僅僅像素分辨率中所存在的高得多的圖像邊界分辨率。
應(yīng)當(dāng)指出，被投射的圖像是具有邊緣的x和y方向的二維圖像。當(dāng)通過分層堆積多個(gè)截面層而形成三維對(duì)象時(shí)，所形成的對(duì)象在z方向或者第三維延伸。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了被投射圖像中在單獨(dú)二維截面圖像投射中的邊緣平滑性。當(dāng)每個(gè)二維截面圖像投射聚合了可固化光聚合物建造材料時(shí)，形成對(duì)應(yīng)于可固化光聚合物建造材料上曝光投射像素
36區(qū)域的固體層。在建造處理中將多個(gè)層疊的截面層逐個(gè)地粘貼或加到一起，本發(fā)明形成具有光滑壁的三維對(duì)象，該光滑壁由各個(gè)截面層中多個(gè)粘貼的平滑邊緣形成。
在操作中，用于要建造的三維對(duì)象的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到固體成像系
統(tǒng)。優(yōu)選地其來自將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適數(shù)字層數(shù)據(jù)格式并將其饋送到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或主計(jì)算機(jī)(示出)的CAD站(也沒有未示出)，其中對(duì)象數(shù)據(jù)被操縱成通過算法來優(yōu)化該數(shù)據(jù)，以向數(shù)字光投射器提供開/關(guān)指令。作為替換方式，這種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以由固體成像系統(tǒng)通過對(duì)物理部件進(jìn)行數(shù)字化或者從;f莫式文件來接收。由CAD數(shù)據(jù)或者通過數(shù)字化物理部件或者有時(shí)候從模式文件獲得的固體成像層數(shù)據(jù)優(yōu)選地由主計(jì)算機(jī)利用切片程序來處理，以創(chuàng)建代表要建造對(duì)象的截面層的截面數(shù)據(jù)。從模式數(shù)據(jù)獲得的固體成像層數(shù)據(jù)有時(shí)候不被切片，而是將模式直接用作位圖截面。本發(fā)明的這些步驟是以與標(biāo)準(zhǔn)立體平版印刷術(shù)處理中相同的方式進(jìn)行的。從切片程序獲得的切片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成位圖數(shù)據(jù)。利用灰度級(jí)軟件程序，主計(jì)算機(jī)計(jì)算當(dāng)曝光建造材料時(shí)控制可固化光聚合物建造材料的聚合邊界所需的灰度級(jí)曝光等級(jí)。固體成像裝置中的微處理器控制器或計(jì)算機(jī)接收要形成的對(duì)象的位圖輸入。然后，由固體成像裝置中的控制器或計(jì)算機(jī)對(duì)位圖化的截面數(shù)據(jù)施加算法，以創(chuàng)建用于數(shù)字光投射器中例如微芯片的控制器的指令。對(duì)于數(shù)字光投射器，先前已經(jīng)通過觀察圖像區(qū)域(或平面)上的像素聚焦程度對(duì)其被投射光像素的焦距進(jìn)行了表征。對(duì)于投射器，還通過使用輻射計(jì)記錄圖像區(qū)域上選定像素位置的光強(qiáng)度對(duì)其光強(qiáng)度分布進(jìn)行了表征，而且焦距和照射時(shí)間都已經(jīng)根據(jù)需要進(jìn)行了調(diào)整。照射時(shí)間是基于數(shù)字光投射器中燈的光強(qiáng)度、年齡和要使用的特定可固化光聚合物建造材料來調(diào)整的。輻射透明建造材料載體將可固化光聚合物建造材料從供應(yīng)儲(chǔ)存器或支架輸送到成像區(qū)域。成像區(qū)域是由支撐平臺(tái)支撐的，其中支撐平臺(tái)可移動(dòng)地安裝到固體成像裝置的框架，以便伸展和縮回支撐平臺(tái)，其中可固化光聚合物建造材料在該支撐平臺(tái)上聚合并形成為三維對(duì)象。通過在要形成的截面中投射代表位圖化截面數(shù)據(jù)的圖像，數(shù)字光投射器在三維對(duì)象的邊界內(nèi)的圖像區(qū)域中以期望的曝光等級(jí)以期望的照射模式照射選定像素。期望的曝光等級(jí)是通過表征數(shù)字光投射器的 一個(gè)或多個(gè)先前討論過的曝光參數(shù)并響應(yīng)于這種表征而根據(jù)需要調(diào)整曝光等級(jí)來獲得的。來自圖像區(qū)域中數(shù)字光投射器的期望的曝光等級(jí)允許被投射的圖像通過對(duì)圖像平面的不同區(qū)域施加不同的曝光參數(shù)來有選擇地固化光聚合物建造材料，并控制被投射的像素化圖像中光聚合物建造材料的聚合邊界。然后，建造物平臺(tái)離開與輻射透明建造材料載體的接觸，以在下一次曝光之前準(zhǔn)備接收新的或未固化的可固化光聚合物建造材料。輸送可固化光聚合物建造材料、照射支撐平臺(tái)上的圖像區(qū)域及重新定位支撐平臺(tái)以便接收新可固化光聚合物建造材料的供應(yīng)的步驟對(duì)每個(gè)截面層重復(fù)，直到完成三維對(duì)象。
基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，算法選擇在特定像素中具有更大部分的對(duì)象特征的需要更高灰度級(jí)值曝光或照射的像素。盡管邊界處固化的光聚合物建造材料的量對(duì)于不同類型的建造材料和不同的數(shù)字光投射器有所不同，但灰度級(jí)等級(jí)和沿邊界像素固化的光聚合物建造材料的量之間的
關(guān)系將通常遵循相同的模式。像素的灰度級(jí)值K是根據(jù)部件或特征內(nèi)的像素面積來設(shè)置的。分配給像素的灰度級(jí)值K是比率r的函數(shù)[K二f(r)I，其中r是像素的位于部件或特征內(nèi)的部分的面積A，與整個(gè)像素面積A之比，或者r-A，/A。但是，由于對(duì)于部件或特征內(nèi)的像素，該比率為1，而對(duì)于外部的像素，比率為0，因此灰度級(jí)值對(duì)于邊界像素及其鄰居像素是需要的。邊界像素的位于部件或特征內(nèi)的部分的面積值是基于超采樣并近似于像素的位于部件或特征內(nèi)的部分的面積A，的值。這種超采樣方法適合于與基于圖像的切片算法一起使用。
該算法將邊界像素分成kxk矩陣中的子像素集合Pij或者子像素Pij的再分(subdivision )，其中對(duì)象特征的一些部分穿過該邊界像素。然后，算法在其中心采樣每個(gè)子像素Pij，以確定其是否被對(duì)象特征的某部分所覆蓋。由對(duì)象特征的某部分覆蓋或者在對(duì)象特征的某部分內(nèi)的那些子像素Pij的總面積近似為被劃分的像素在對(duì)象特征內(nèi)的部分的面積A，。對(duì)于具有kxk再分的像素，比率r可以表示為由對(duì)象特征的某一部分所覆蓋或者在對(duì)象特征的某一部分內(nèi)的那些子^f象素Pij的總面積和除以kxk再分，或者
Ax A
利用這種方法，對(duì)象建造的邊界分辨率由以上所述形成kxk矩陣或再分的再分個(gè)數(shù)來確定。例如，4x4矩陣將有16個(gè)不同的灰度級(jí)值且邊界分辨率由像素大小/4確定。類似地，對(duì)于8x8矩陣，將有64個(gè)不同的灰度級(jí)值，且邊界分辨率由像素大小/8確定。
關(guān)于以上剛討論的超采樣技術(shù)的一種替換算法方法可以基于邊界面積計(jì)算，該方法用于指示投射器要照射哪些像素。每個(gè)像素內(nèi)的被投射對(duì)象或特征邊界內(nèi)的面積計(jì)算使用真實(shí)的或者接近近似的邊界段來創(chuàng)建每個(gè)像素邊界內(nèi)清楚的幾何形狀。該算法將計(jì)算要照射的每
并將這些面積加起來，產(chǎn)生對(duì)象的每個(gè)截面中的要投射的對(duì)象或特征的邊界段內(nèi)的精確或近似精確的面積。
利用所述的灰度級(jí)膝光等級(jí)，在所形成對(duì)象的對(duì)象邊界上仍然有具有可觀察模式的形式的可見的系統(tǒng)邊界誤差。無可否認(rèn)，通過對(duì)邊界像素使用不同的灰度級(jí)膝光等級(jí)，這些誤差將小1/k倍且更難看到，但在近距離檢查時(shí)，它們可能仍然可以看到。將隨機(jī)化引入到邊界像素的灰度級(jí)值中可以產(chǎn)生在其邊界不具有任何可觀察模式的制造對(duì)象。這可以通過添加給定范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)Af并將f(r)+ M指定為像素的灰度級(jí)值或者通過使用查找表來實(shí)現(xiàn)，其中對(duì)于任何給定的面積比率r，來自查找表的返回值f(r)在給定范圍內(nèi)變化。
固體成像設(shè)備(包括本發(fā)明及其它的柔性輸運(yùn)固體成像設(shè)備)的建造面積可以通過增加成^^器的個(gè)數(shù)來增加。對(duì)于DLP和照射陣列為像素的某些其它成像器，包括液晶二極管("LCD")、硅上液晶("LCoS，，)、發(fā)光二極管("LED")、紫外線("UV")投射器等，本發(fā)明包括固體成像，其中兩個(gè)或多個(gè)成像器對(duì)準(zhǔn)，用作增加圖像面積的一個(gè)成像器組件。這些成像器中的每一個(gè)都可以按精確對(duì)準(zhǔn)的陣列來增加，以便產(chǎn)生更大的圖像面積，而不會(huì)增加最小特征尺寸或者減小輻射功率密度。
在利用數(shù)字照相機(jī)陣列的對(duì)準(zhǔn)過程之前，對(duì)成像器分別進(jìn)行表征。每個(gè)成像器的強(qiáng)度分布通過使用輻射計(jì)探測(cè)器來表征。 一種合適
的照相機(jī)陣列是16照相機(jī)陣列，排列成4行照相機(jī)，每行有4個(gè)照相機(jī)。合適的照相機(jī)包括具有Euresys Picolo Pro3系列幀接收器的黑白型IV-BWCAM2EX照相機(jī)。
在對(duì)各個(gè)成像器進(jìn)行了表征之后，多個(gè)成像器的集合利用另一個(gè)9個(gè)照相機(jī)的數(shù)字照相機(jī)陣列來表征，以對(duì)由這些成像器產(chǎn)生的圖像進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并測(cè)量沿圖像區(qū)域之間接縫處的像素混合特性。像素混合特性沿接縫的相對(duì)側(cè)通常有很大的不同。
圖11在后視圖中示出了為在固體成像中使用而對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)成像器722、 722，、 722"和722"，的陣列例子。每個(gè)成像器的投射區(qū)域，分別指定為702、 702，、 702"和702"，，它們分別對(duì)應(yīng)于組合投射區(qū)域的一個(gè)象限。九個(gè)照相機(jī)710聚焦到各個(gè)成像器投射區(qū)域之間的接縫上，以便觀察成像器陣列中成像器的強(qiáng)度和對(duì)準(zhǔn)。
圖12、 13和14描述了用于對(duì)準(zhǔn)成像器陣列中使用的多個(gè)成像器的測(cè)試模式。圖12是在兩個(gè)成像器722和722，對(duì)準(zhǔn)的情況下兩個(gè)成像器投射區(qū)域702和702，的邊界處的像素子集712、 714。圖13是在兩個(gè)成像器交疊1/2像素的情況下兩個(gè)成像器投射區(qū)域702、 702，的邊界處的像素子集712、 714。圖14是示出用于表征成像器722，的圖像的接縫702/702，的5像素x5像素圖案。
作為替換選擇，成像器可以通過建立用每個(gè)成像器成像的2x2像素棋盤測(cè)試模式并用位于接縫上的9個(gè)照相機(jī)觀看接縫來對(duì)準(zhǔn)。成像器位置被調(diào)整成沿每個(gè)接縫獲得測(cè)試模式的最佳匹配。因?yàn)檎硇位蛲靶问д?，可能不可能精確地匹配模式，因此可能需要l/2像素、l個(gè)像素或更多的交疊來確保成像器無間隙地覆蓋測(cè)試模式的整個(gè)區(qū)域。最大交疊一般是大約l個(gè)像素。成像器可能需要調(diào)整成應(yīng)對(duì)成像器之間強(qiáng)度的變化，這個(gè)變化可以由輻射計(jì)探測(cè)器來測(cè)量。然后，每個(gè)成像器的放大倍數(shù)可以通過移動(dòng)成像器稍微靠近或遠(yuǎn)離目標(biāo)或者通過調(diào)節(jié)變焦透鏡來調(diào)整，且放大倍數(shù)被調(diào)整成使得盡可能地使像素沿接縫完全排列起來。
接下來，確定接縫上像素的混合特性。盡管成像器可能能夠產(chǎn)生
寬的光強(qiáng)度分布，但固體成像建造材料只有兩種可能的狀態(tài)材料被固化或者未固化。此外，給定像素上的能量不僅僅是通過該像素的曝光賦予的，還會(huì)通過鄰居像素的爆光而賦予。因此，圖像平面上給定像素位置處的固體成像建造材料的固化是該像素及其鄰居的累積曝光的結(jié)果。累積爆光可以有利地用于提高被投射圖像的邊界的分辨率，這在于2006年8月29日提交的、標(biāo)題為"Improved Wall Smoothness,Feature Accuracy and Resolution in Projected Images via ExposureLevels in Solid Imaging"的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1/468,090中進(jìn)行了討論，該專利的全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
當(dāng)與多個(gè)成像器合作時(shí)，累積曝光還有進(jìn)一步的含義。具體而言，當(dāng)圖像的一部分落到兩個(gè)或多個(gè)成像器的交疊投射區(qū)域內(nèi)時(shí)，靠近要固化區(qū)域部分的爆光等級(jí)可能加倍。換句話說，盡管在給定區(qū)域單個(gè)成像器產(chǎn)生的膝光等級(jí)可能不足以使建造材料固化，但通過多個(gè)成像器，該區(qū)域的爆光可以累積地提供足夠的能量來固化建造材料。
為了說明累積曝光，這種方法假定對(duì)于接縫處每個(gè)照相機(jī)位置710處的每個(gè)成像器，5像素x 5像素圖案就象圖14中對(duì)于接縫702/702'那樣成像。其后，首先是外側(cè)模式列的強(qiáng)度、然后是外側(cè)模式行的強(qiáng)度，通過在從255到0的范圍上改變灰度級(jí)來減小。在灰度級(jí)的每次改變，記錄來自照相機(jī)的強(qiáng)度剖面(profile)。來自這些所記錄的剖面的數(shù)據(jù)被操縱并與用于要使用的可固化光聚合物建造材料的閾值膝光進(jìn)行比較，以確定邊界位置與灰度級(jí)之間的關(guān)系。
對(duì)于跨接縫的給定邊界位置，可能對(duì)于兩個(gè)成像器需要不同的灰度級(jí)。計(jì)算邊界像素的灰度級(jí)值，且應(yīng)用正確的灰度級(jí)來校正跨接縫的邊界的正確位置。灰度級(jí)對(duì)邊界位置校準(zhǔn)被插入到照相機(jī)之間。如果插入不夠精確，則使用中間的照相機(jī)位置或者照相機(jī)沿接縫移動(dòng)，并記錄更多數(shù)據(jù)來提高精度。作為替換方式，邊界位置可以利用曝光 時(shí)間或者啄光時(shí)間與灰度級(jí)的組合來校正。
對(duì)于像素交疊的情況，建立曝光規(guī)則。例如，如果像素交疊，則 (除了用于正確邊界位置的任何灰度級(jí)調(diào)整之外還)利用灰度級(jí)調(diào)整 將每個(gè)像素強(qiáng)度減小交疊百分比的一半?？赡茉诮涌p處殘留輕微的成
像假象；但這種假象的視覺效應(yīng)可以通過每一層都添加向邊界位置數(shù) 據(jù)的小隨機(jī)偏移量來減小。可以提供控制器來控制接縫處的曝光并用 于對(duì)產(chǎn)生圖像片段的成像器的投射圖像進(jìn)行分段。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，對(duì)于裝置的自動(dòng)化操作，可以提供許多控制功能， 包括涂敷與剝離功能、升降機(jī)功能、成像器功能、具有用于增加的建 造物尺寸的多個(gè)成像器的實(shí)施方式及其它。這些控制器沒有說明，但 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這些控制功能將通常結(jié)合到單個(gè)控制器元件中。
圖15A、 15B和15C進(jìn)一步說明了當(dāng)成像器交疊時(shí)，確定成像器 陣列中每個(gè)成像器的圖像邊界位置的重要性。這些圖示出了兩個(gè)成像 器沿45度邊界區(qū)域，左邊的成像器A和右邊的成像器B。在這些 圖中，圖像在黑色的輪廓中示出。邊界750對(duì)應(yīng)于圖15A的邊界；邊 界752對(duì)應(yīng)于圖15B的邊界；而邊界754對(duì)應(yīng)于圖15C的邊界。各個(gè) 方形代表所指示成像器的像素，每個(gè)是5x5陣列，且成像器沿位于中 心的像素交疊大約l個(gè)像素，以產(chǎn)生總共9x5像素的陣列。陰影指示 單獨(dú)像素的照射程度。無陰影像素是完全開啟的；重陰影像素是完全 關(guān)閉的；而輕微陰影像素介于其之間，既沒有完全開啟，也沒有完全 關(guān)閉。
圖15A說明了成像器A的灰度級(jí)被表征的狀態(tài)，而且成像器A 灰度級(jí)表征已經(jīng)應(yīng)用到成像器B，以設(shè)置邊界位置。但是，由于包括 聚焦的程度和整體成像器強(qiáng)度在內(nèi)的各種原因，通常沒有兩個(gè)成像器 對(duì)給定的灰度級(jí)有相同的特性。按照為表征成像器A所選的灰度級(jí)設(shè) 置，成像器B趨于使圖像上移，這就是說成像器B對(duì)邊界位置處的像 素提供比成像器A多的光。這種效應(yīng)可以在點(diǎn)751處的邊界位置看到， 在這里圖像從成像器A的區(qū)域跨到成像器B的區(qū)域。圖像邊界在只有成像器B的區(qū)域內(nèi)上移，這就是說，由于有更多的可用光，對(duì)應(yīng)于成 像器B像素的更多建造材料固化(在成像器A的灰度級(jí)調(diào)整，成像器 B像素更完全開啟)。
圖15B顯示了針對(duì)成像器陣列中每個(gè)成像器的獨(dú)立灰度級(jí)表征 的應(yīng)用會(huì)如何校正在圖15A中看到的圖像移位。圖像邊界位置752匹 配到每個(gè)成像器，使得邊界位置關(guān)于灰度級(jí)是已知的。然后，可以使 用灰度級(jí)調(diào)整，其中圖像從獨(dú)立的成像器縫合到一起。如果成像器B 被正確地表征了 ，則灰度級(jí)膝光減小并匹配成像器A調(diào)整的灰度級(jí)爆 光。45度邊界被正確定位。
圖15C說明了現(xiàn)有技術(shù)，其中在邊界處沒有進(jìn)行灰度級(jí)調(diào)整，并 且示出了圖15A的圖像，該圖像仍然向上移位，其中在755處圖像跨 入成像器B的更完全開啟的區(qū)域中，而且由于沒有在圖像的邊緣對(duì)成 像器A的亮度進(jìn)行調(diào)整，因此圖像還向左移位了，甚至進(jìn)一步從期望 的位置移位成像器邊界。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，為了簡(jiǎn)化，圖15A、 15B和15C僅僅說明了典型的 整個(gè)圖像面積在邊界的小區(qū)域處的一小部分。 一般來說，全部被照射 的像素面積要大得多，且要采取附加的步驟來確保精確的建造物。例 如，建造材料在固化時(shí)可能收縮。在這些情況下，成像允許收縮的塊 中大面積的內(nèi)部部分，然后填充塊之間的小區(qū)域以最小化收縮常常是 有用的。其后，就象結(jié)合圖15B所討論的那樣來成像邊界，以提供精 確的建造物。
用于對(duì)準(zhǔn)陣列中所使用的成像器的方法的基本步驟的概述在圖 16A中說明。首先，根據(jù)步驟730，陣列中每個(gè)成像器的圖像區(qū)域沿 每個(gè)圖像的邊緣對(duì)準(zhǔn)。為了對(duì)準(zhǔn)成像器，由每個(gè)成像器產(chǎn)生的圖像區(qū) 域被成像到分成與來自每個(gè)成像器的圖像相對(duì)應(yīng)的區(qū)域的目標(biāo)上。對(duì) 每個(gè)成像器的位置進(jìn)行精確調(diào)整，直到其圖像精確地填充其對(duì)應(yīng)的目 標(biāo)。成像器精確地移動(dòng)，直到沿每個(gè)接縫實(shí)現(xiàn)測(cè)試模式的最佳匹配， 利用像素交疊產(chǎn)生圖像區(qū)域之間的接縫，步驟733。九個(gè)照相機(jī)沿鄰 接的圖像的接縫定位，且觀察接縫，以便精確地確定交疊的量，步驟735。選擇接縫處交疊成像器中的一個(gè)作為用于曝光交疊圖像區(qū)域的主 導(dǎo)成像器，步驟737。根據(jù)步驟739,交疊像素的邊界位置通過調(diào)整像 素的灰度級(jí)來校正。這些步驟對(duì)陣列中的每個(gè)成像器重復(fù)，步驟741。
對(duì)于多成像器實(shí)施方式，在建立了多成像器陣列之后，該陣列就 可以象單個(gè)成像器那樣使用，除非成像軟件必須根據(jù)哪個(gè)成像器或哪 些成像器產(chǎn)生圖像的部分來將圖像分段，然后對(duì)接縫施加膝光規(guī)則。 在本發(fā)明的情況下使用多成像器陣列的方法的步驟在圖16B中說明。 首先，根據(jù)步驟743，建造物區(qū)域利用成像器陣列被成像。然后，成 像軟件根據(jù)產(chǎn)生片段的特定成像器將圖像分段，步驟745。該軟件對(duì) 在對(duì)準(zhǔn)過程中產(chǎn)生的接縫施加曝光規(guī)則，步驟747，以完成該方法。 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的多成像器陣列也可以被調(diào)整以與傳統(tǒng)的立體平 版印刷系統(tǒng)一起使用，其中輻射用于固化來自建造材料容器的建造材 料層，每次一層。
以上所述的實(shí)施方式，包括為了與多個(gè)成像器一起使用以增加圖 4象面積而進(jìn)行的j務(wù)改，可以全部適用于如結(jié)合圖2、 2A、 2B、 3和3A 所描述的半連續(xù)操作。半連續(xù)操作在許多領(lǐng)域都是有用的。尤其是這 兩個(gè)領(lǐng)域助聽器的生產(chǎn)和用于牙齒矯正保持設(shè)備的模具的生產(chǎn)，這 兩個(gè)領(lǐng)域都已經(jīng)通過固體成像實(shí)現(xiàn)了 一些時(shí)間。
圖17A、 17B和17C說明了另一種技術(shù)，圖像移位，用于通過將 邊界放到正確的位置來提高分辨率。但是，圖像移位可能需要8到10 個(gè)移位的邊界膝光，以實(shí)現(xiàn)上述利用灰度級(jí)調(diào)整的像素混合方法的平 滑與精度。圖像移位總體上在于2005年4月1日提交的未決和共同擁 有的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)11/096,748中描述，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此 引入作為參考。圖17A在760說明了來自例如成像器A的2x3像素陣 列，完全開啟。圖17B在762說明了來自例如成像器B的2x3像素陣 列，其圖像相對(duì)于圖17A中成像器A的圖像移位了 l個(gè)像素。通過多 邊界曝光，結(jié)果如圖17C，圖17C在764說明了膝光有效地移位了子 像素量，圖17C中是1/2個(gè)像素。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向在缺少具有獨(dú)立傳送帶系統(tǒng)的剝離的情況下提供干凈建造物的本發(fā)明實(shí)施方式的討論，圖18A說明了不使用剝離傳送帶來 產(chǎn)生干凈建造物的本發(fā)明另一種實(shí)施方式。圖18A說明了固體成像建 造材料839、 839，的噴墨源837、 837，，它們?nèi)伎梢允窍嗤虿煌?材料，而且，如果期望，它們可以用于制造具有多種建造材料的建造 物，或者應(yīng)用與建造物不同材料的支撐結(jié)構(gòu)。所施加材料的量在截面 上合理地均勻，而且至少足以構(gòu)成截面層高度，而且理想地不會(huì)顯著 多于這個(gè)量。當(dāng)涂敷傳送帶象旋轉(zhuǎn)箭頭所示的那樣逆時(shí)針前進(jìn)時(shí)，噴 墨施加器將可噴射固體成像材料的截面圖像施加到第 一涂敷傳送帶 836，用于將一層涂敷材料放到傳送帶上，以傳送到建造物平臺(tái)并進(jìn)行 新的曝光。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖18A的系統(tǒng)配置成當(dāng)傳送帶836被涂敷時(shí)， 傳送帶836，將其一層建造材料施加到圖像平面上的建造物表面，當(dāng)該 傳送帶遇到建造物表面時(shí)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
涂敷傳送帶在如圖18A和18B中水平箭頭所指示的往復(fù)支架上 那樣運(yùn)行，該往復(fù)支架前后移動(dòng)，以便交替涂敷各傳送帶，并將涂敷 后的傳送帶傳送到圖像平面上的建造物表面。如圖18B中所說明的， 傳送帶836如方向箭頭所示的那樣順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以確定建造物表面上 的建造材料的方向并將建造材料施加到圖像平面上的建造物。類似于 圖1E，涂敷傳送帶836、 836，如圖18A和18B中旋轉(zhuǎn)箭頭所指示的那 樣以往復(fù)方式操作，從而減少涂敷層與建造物之間的相對(duì)移動(dòng)并減少 滯留空氣或損壞建造物的可能性。
響應(yīng)于控制系統(tǒng)(未示出)，噴墨系統(tǒng)產(chǎn)生被配置在傳送帶上的 要在建造物上固化的圖像中的固體圖像建造材料。因此，在這種實(shí)施 方式中，裝置不需要來自源822的聚焦輻射以固化建造物濕表面的被 選部分。取而代之，利用用于固化的合適輻射(通常是來自UV燈的 UV輻射)從閃速曝光源822和反射器822，照射整個(gè)圖像平面，產(chǎn)生 沒有未固化建造材料的期望的固體圖像層。圖18A的實(shí)施方式不需要 剝離傳送帶。
圖18C和18D說明了圖18A和18B中所說明實(shí)施方式的擴(kuò)展到 多個(gè)涂敷傳送帶配置的順序圖。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，附加的噴墨器也可以添加到每個(gè)傳送帶。已經(jīng)將附加的涂敷傳送帶836"和836，"并入該系統(tǒng) 中。操作類似于圖18A和18B的操作，支架往復(fù)且傳送帶往復(fù)，以便 將每個(gè)被涂敷的傳送帶放到建造物上，用于成像該建造物并用于圖像 的閃速爆光。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖18A的系統(tǒng)可以利用單個(gè)傳送帶和噴墨器操作， 盡管為了效率和通用性起見如圖18A、 18B、 18C和18D所示的那樣 通常將使用兩個(gè)或多個(gè)，即使只使用一種建造材料。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到， 利用用于多種材料的兩個(gè)或多個(gè)并行傳送帶系統(tǒng)的多個(gè)集合，圖18A、 18B、 18C和18D的系統(tǒng)可以類似于圖7那樣組合到一起。組合的系 統(tǒng)也可以半連續(xù)地操作，就象結(jié)合圖2、 2A、 2B、 3和3A所描述的。
圖18E說明了用于圖18A和18B實(shí)施方式的操作的方法。根據(jù) 步驟866,往復(fù)的涂敷傳送帶836逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在這種實(shí)施方式中是 與支架向左運(yùn)行的方向相同的方向，以便將傳送帶放到噴墨器837之 上，以從源837拾取建造材料839。類似于以上關(guān)于其它實(shí)施方式所 述的方式，傳送帶836繞著輪子840旋轉(zhuǎn)。如圖18B中所示，支架向 右偏移且傳送帶順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以便將傳送帶836和建造材料839放到 圖像平面上，步驟868，并將建造材料傳送到建造物表面，步驟870， 沒有相對(duì)移動(dòng)，因此空氣不會(huì)滯留且精致的特征不會(huì)被破壞。升降機(jī) 834和升降機(jī)平臺(tái)832支撐圖像平面上建造物墊830上的建造物。根 據(jù)步驟872，輻射源822提供固體成像輻射的閃速曝光，以固化建造 材料層，其中輻射源822 —般是UV燈。
支架向左往復(fù)，以便將傳送帶836移出圖像平面，步驟834，并 返回到圖18A所示的位置，進(jìn)行再次涂敷。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，傳送帶836， 在傳送帶836的鏡像圖像中操作，當(dāng)傳送帶836拾取建造材料時(shí)，傳 送帶836，將建造材料傳送到圖像平面，而當(dāng)傳送帶836將建造材料傳 送到圖像平面時(shí)，傳送帶836，拾取建造材料。如由通過使用預(yù)先準(zhǔn)備 所指示的，以上步驟對(duì)第二個(gè)傳送帶重復(fù)，并且最終這些步驟都重復(fù) 多次，以便完成建造物，步驟878。
圖19A、 19B、 20A和20B說明了以上討論的實(shí)施方式的各種組合。圖19A和19B是圖1E裝置的順序圖，對(duì)其增加了一個(gè)圖18A中 具有噴墨施加器837的圖像涂敷傳送帶836。因此，如所說明的，該 實(shí)施方式示出了第一和第二運(yùn)輸表面，分別是涂敷器和剝離器，以及 從第 一運(yùn)輸表面與第二運(yùn)輸表面相對(duì)的第三運(yùn)輸表面，使得第二運(yùn)輸 表面在第一和第二運(yùn)輸表面之間。相同的部件具有相同的標(biāo)號(hào)且操作 是類似的。支架將來自涂敷傳送帶36的涂敷施加到由成像器22成像 的建造物28。然后，支架向左移動(dòng)，以便將多余的未固化建造材料59 移除到剝離傳送帶56上。不象圖1F的實(shí)施方式，支架隨后進(jìn)一步向 左移動(dòng)，以便施加來自噴墨成像器837的涂敷，它將建造材料成像到 成像傳送帶836上。成像器22是可聚焦的成像器，其焦距對(duì)于固化由 噴墨建造材料源837所提供的圖像是不重要的。沒有必要提供單獨(dú)的 泛膝光設(shè)備，因?yàn)榭删劢钩上衿骺梢酝ㄟ^照射所有像素或者甚至并不 照射所有像素來實(shí)現(xiàn)泛曝光，只要提供足夠的照射就行。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到， 成像傳送帶836應(yīng)當(dāng)分別與涂敷和剝離傳送帶36和56在相同的高度， 而且刷子45 (圖1)可以代替剝離傳送帶36或56。
如所說明的，氣刀62是固定的，且多余的未固化建造材料59不 從剝離傳送帶56被除去，直到支架將傳送帶往復(fù)傳送回到氣刀。同樣， 噴墨器837也是固定的，且當(dāng)支架將成像傳送帶往復(fù)回到噴墨站時(shí)， 成像傳送帶836被涂敷以圖像。圖20A和20B的操作是類似的，用圖 18A的噴墨和圖像涂敷器來代替圖4的最右邊的涂敷器，如圖19A中 那樣。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖4所示涂敷/剝離傳送帶組合的實(shí)施方式的操作 和識(shí)別也適用于圖20A和20B。
本發(fā)明已經(jīng)特別參考優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述。但是，在所附權(quán) 利要求所限義的如前面說明書中所描述的本發(fā)明的主旨與范圍之內(nèi)， 可以進(jìn)行變化。
權(quán)利要求
1、一種用于制造三維對(duì)象的成像器組件，該成像器組件一層一層地固化固體成像建造材料，以建造三維對(duì)象，固體成像建造材料具有用于固化的閾值能量的預(yù)定值，其中所述成像器組件包括固體成像輻射源、控制器及響應(yīng)所述控制器的至少兩個(gè)或多個(gè)成像器，每個(gè)所述成像器都包括用于從所述源發(fā)射輻射的分別受控的成像元件的陣列，響應(yīng)所述控制器，每個(gè)所述分別受控的成像元件對(duì)應(yīng)于一個(gè)像素且每個(gè)所述陣列產(chǎn)生被投射的圖像區(qū)域，其中相鄰的被投射圖像區(qū)域的所述像素對(duì)準(zhǔn)交疊，以便產(chǎn)生單個(gè)組合的圖像區(qū)域，該圖像區(qū)域具有與三維對(duì)象的一層相對(duì)應(yīng)的邊界，和與位于所述被投射的圖像區(qū)域之間的所述像素交疊相對(duì)應(yīng)的接縫，一個(gè)或多個(gè)邊界與一個(gè)或多個(gè)所述接縫交叉，所述控制器調(diào)整每個(gè)所述像素對(duì)所述單個(gè)組合圖像區(qū)域中的所述邊界貢獻(xiàn)的曝光，以向所述像素提供用于固化限定所述邊界的建造材料的預(yù)定閾值能量。
2、 如權(quán)利要求1所述的成像器組件，其中每個(gè)所述被投射圖像 區(qū)域是通過在所述被投射圖像區(qū)域的被選像素組上的預(yù)定強(qiáng)度和焦距 分布來表征的。
3、 如權(quán)利要求1所述的成像器組件，其中通過控制用于每個(gè)所 述像素的一個(gè)或多個(gè)曝光參數(shù)，所述控制器調(diào)整每個(gè)所述像素對(duì)所述 單個(gè)組合圖像區(qū)域中所述邊界貢獻(xiàn)的曝光，以向所述像素提供用于固 化所述邊界的預(yù)定閾值能量，所述啄光參數(shù)選自照射時(shí)間、輻射強(qiáng)度 和焦距。
4、 如權(quán)利要求1所述的成像器組件，其中像素交疊是從1/2到1 個(gè)像素。
5、 如權(quán)利要求1所述的成像器組件，其中所述控制器選擇一個(gè)成像器作為用于膝光所述交疊的被投射圖像區(qū)域的主導(dǎo)成像器。
6、 如權(quán)利要求1所述的成像器組件，其中所述控制器根據(jù)交疊 像素的累積曝光來調(diào)整曝光。
7、 如權(quán)利要求1所述的成像器組件，其中所述控制器根據(jù)哪個(gè) 所述成像器產(chǎn)生片段來將所述單個(gè)組合的圖像區(qū)域分段，并據(jù)此調(diào)整 每個(gè)所述像素對(duì)所述邊界貢獻(xiàn)的曝光。
8、 如權(quán)利要求1所述的成像器組件，其中所述控制器通過所述 邊界的多次曝光在所述像素的相鄰像素之間偏移所述單個(gè)組合的圖像 區(qū)域邊界，以向所述像素提供用于固化所述邊界的預(yù)定閾值能量。
9、 如權(quán)利要求1所述的成像器組件，其中所述成像元件陣列中 用于每個(gè)所述成像器的被選所述元件根據(jù)預(yù)定的灰度級(jí)設(shè)置被表征為組，其中所述灰度級(jí)設(shè)置是所述像素對(duì)所述邊界貢獻(xiàn)的面積與所述像 素的總面積之比"r"的函數(shù)，并且所述控制器基于所述預(yù)定的灰度級(jí) 設(shè)置來調(diào)整每個(gè)所述像素的曝光，以便提供用于固化所述邊界的預(yù)定 閾值能量。
10、 如權(quán)利要求9所述的成像器組件，其中所述灰度級(jí)設(shè)置包括 給定比率"r"的值范圍，并且所述預(yù)定灰度級(jí)設(shè)置是實(shí)現(xiàn)所述值范圍 的隨機(jī)化的灰度級(jí)設(shè)置。
11、 如權(quán)利要求l所述的成像器組件，其中所述成像器選自紫外 線燈("UV")成像器、液晶顯示("LCD")成像器、硅上液晶("LCoS") 成像器、發(fā)光二極管("LED")成像器和數(shù)字光處理("DLP") 成像器。
12、 一種用于通過一層一層地固化固體成像建造材料來制造三維對(duì)象的成像器組件，其中的建造材料對(duì)固化有預(yù)定的閾值能量要求， 所述成像器組件包括固體成像輻射源、控制器及響應(yīng)于所述控制器的 至少兩個(gè)或多個(gè)成像器，每個(gè)所述成像器都響應(yīng)于所述控制器并從所 述輻射源產(chǎn)生由多個(gè)被照射的根據(jù)預(yù)定灰度級(jí)設(shè)置表征的像素所限定 的被投射圖像區(qū)域，其中所述灰度級(jí)設(shè)置是所述像素的面積與所述像素的總面積之間的比率"r"的函數(shù)，其中相鄰被投射圖像區(qū)域的所述 像素從約1/2到1個(gè)像素對(duì)準(zhǔn)交疊，以便產(chǎn)生單個(gè)組合的圖像區(qū)域， 該圖像區(qū)域具有與三維對(duì)象的一層相對(duì)應(yīng)的邊界，和與位于所述被投 射圖像區(qū)域之間的所述像素交疊相對(duì)應(yīng)的接縫， 一個(gè)或多個(gè)邊界與一 個(gè)或多個(gè)所述接縫交叉，所述控制器分別控制所述像素，以根據(jù)所述 灰度級(jí)設(shè)置來曝光所述單個(gè)組合圖像區(qū)域中的所述邊界，以向所述像 素提供用于固化所述邊界的預(yù)定閾值能量。
13、 如權(quán)利要求l所述的成像器組件，其中所述成像器是數(shù)字光 處理("DLP")成像器。
14、 一種用于在固體成像中增加建造物尺寸的方法，包括以下步 驟從具有兩個(gè)或多個(gè)成像器的成像器組件產(chǎn)生單個(gè)組合的圖像區(qū)域， 及控制圖像邊界的膝光，以提供用于固化邊界處的建造材料層的閾值 能量爆光值。
15、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中從具有兩個(gè)或多個(gè)成像器 的成像器組件產(chǎn)生單個(gè)組合的圖像區(qū)域的步驟包括對(duì)準(zhǔn)由各成像器產(chǎn) 生的圖像并將這些圖像交疊起來，以便產(chǎn)生單個(gè)組合的圖像區(qū)域，該 圖像區(qū)域在各被投射區(qū)域之間具有與交疊相對(duì)應(yīng)的接縫。
16、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述單個(gè)組合的圖像區(qū)域 包括多個(gè)像素，所述對(duì)圖像進(jìn)行交疊并產(chǎn)生接縫的步驟包括按大約1/2 到l個(gè)像素來交疊圖像區(qū)域，并且所述對(duì)圖像邊界的啄光進(jìn)行控制以提供用于固化邊界處的建造材料層的閾值能量曝光值的步驟包括確定 接縫兩側(cè)的像素的混合特性的步驟。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述對(duì)圖像邊界的曝光進(jìn) 行控制以提供用于固化邊界處的建造材料層的閾值能量膝光值的步驟 包括實(shí)現(xiàn)交疊像素的累積啄光的步驟。
18、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述對(duì)圖像邊界的曝光進(jìn) 行控制以提供用于固化邊界處的建造材料層的閾值能量膝光值的步驟 包括分別確定用于每個(gè)成像器的強(qiáng)度和焦距分布，以及針對(duì)選自時(shí)間、 強(qiáng)度、焦距中的一個(gè)或多個(gè)的膝光參數(shù)來控制成像器的每個(gè)成像元件。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述確定用于每個(gè)成像器 的強(qiáng)度分布的步驟包括確定用于選定成像元件組的強(qiáng)度分布。
20、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述曝光參數(shù)是強(qiáng)度，并 且針對(duì)強(qiáng)度來控制每個(gè)成像元件的步驟包括調(diào)整成像元件的灰度級(jí)曝 光等級(jí)。
21、 一種用于固體成像的方法，包括提供用于固化建造材料層的 至少閾值能量曝光值的步驟，通過a) 提供選自紫外線燈("UV，，)成像器、液晶顯示("LCD") 成像器、硅上液晶("LCoS")成像器、發(fā)光二極管("LED")成 像器和數(shù)字光處理("DLP")成像器的兩個(gè)或多個(gè)成像器的成像器 組件；b) 確定用于各成像器的強(qiáng)度和焦距分布；c) 對(duì)準(zhǔn)由各成像器產(chǎn)生的圖像并交疊這些圖像，以便產(chǎn)生單個(gè) 組合的圖像區(qū)域，該圖像區(qū)域在各被投射區(qū)域之間具有與交疊相對(duì)應(yīng) 的接縫；d )根據(jù)各被投射圖像區(qū)域?qū)λ鰡蝹€(gè)組合的圖像區(qū)域進(jìn)行分段； e)成像一層固體成像建造材料，以便固化建造材料中的圖像；及f)根據(jù)預(yù)定的強(qiáng)度和聚焦分布來控制圖像邊界處的圖像的曝光， 以便提供用于固化邊界處的建造材料層的閾值能量曝光值。
22、 如權(quán)利要求21所述的方法，其中所迷控制啄光的步驟還包 括確定用于每個(gè)成像器的灰度級(jí)設(shè)置和針對(duì)其預(yù)定的灰度級(jí)設(shè)置來控 制每個(gè)成像器的步驟。
23、 如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述控制啄光的步驟還包 括通過多次爆光來移位圖像邊界處的圖像以便提供用于固化邊界處的 建造材料層的至少閾值能量曝光值的步驟。
24、 如權(quán)利要求21所述的方法，還包括以下步驟通過比較接 縫區(qū)域中圖像的強(qiáng)度分布與用于固化建造材料的閾值曝光等級(jí)，來調(diào) 整接縫區(qū)域中成像器的膝光等級(jí)，以實(shí)現(xiàn)累積曝光。
25、 如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述對(duì)準(zhǔn)成像器的步驟包 括在目標(biāo)上成像各投射成像器區(qū)域，調(diào)整各成像器位置以填充對(duì)應(yīng) 的目標(biāo)區(qū)域，交疊相鄰圖像區(qū)域的部分；確定交疊量，選擇用于膝光 交疊區(qū)域的主導(dǎo)成像器；以及所述控制圖像邊界處圖像的膝光的步驟 包括調(diào)整交疊區(qū)域的灰度級(jí)。
全文摘要
公開了用于在完成固體成像建造處理之后減少殘留在完成后的建造對(duì)象上的未固化固體成像建造材料量的固體成像裝置與方法。未固化建造材料的量是通過使用在建造處理過程中從建造對(duì)象除去多余建造材料的剝離網(wǎng)或者只使用形成建造部分所需量的建造材料的建造材料噴墨源來減少的。還公開了與這種固體成像裝置一起使用的成像器組件，該成像器組件在陣列中結(jié)合了兩個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的成像器并解決了相鄰成像器的強(qiáng)度和對(duì)準(zhǔn)的變化。如果期望，該裝置可以被修改以實(shí)現(xiàn)半連續(xù)操作以及集成到制造操作中。
文檔編號(hào)B29C67/00GK101626881SQ200780052032
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月17日
發(fā)明者J·帕塔嫩, 查爾斯·W·赫爾 申請(qǐng)人:3D系統(tǒng)公司