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制造三維物體的方法和裝置以及曝光掩膜生成設(shè)備的制造方法_2

文檔序號:9924686閱讀:來源:國知局
分隔線,這些分隔線將相關(guān)數(shù)量的輪廓線彼此分開。具體地說,分隔線之一也可以與邊緣線接界,如上所述。換言之,可以用輪廓線彼此分開的兩條或三條分隔線可以平行于彼此延伸??蛇x地,也可想至IJ,一條或多條分隔線例如被橫向延伸的連接線阻斷,該連接線將輪廓線連接到另一輪廓線或連接到待曝光的物體層的表面區(qū)域的邊緣線。例如橫向于分隔線(具體地是垂直于分隔線)延伸的這些連接線具有的優(yōu)點是,這樣,三維物體的穩(wěn)定性可以總體上提高,具體地說沒有顯著損害分隔線的形成所帶來穩(wěn)定性的優(yōu)點。
[0027]如果輪廓線的寬度和/或分隔線的寬度是至少2個像素,則是有利的。優(yōu)選地,在一個區(qū)域中的寬度在從2個至8個像素的范圍內(nèi)。優(yōu)選地,輪廓線的寬度或分隔線的寬度在從2個至4個像素的范圍內(nèi)。具體地說,給定的最小寬度可適于確保,在一方面,輪廓線或分隔線的形成的優(yōu)點,以及在另一方面,三維物體的穩(wěn)定性。
[0028]有利地,結(jié)構(gòu)尺寸具有至少是輪廓線的寬度的兩倍的寬度和/或長度的那些表面區(qū)域的分隔線被分配給每個曝光掩膜。這樣,具體地說,可以確保,尤其是小的纖弱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不被分隔線的形成損壞。
[0029]優(yōu)選地,構(gòu)造平面在曝光時間期間以振動的方式曝光。具體地說,這應(yīng)被理解成意味著,振動相對運動在構(gòu)造平面上的圖像與待制造的物體之間產(chǎn)生。具體地說,這種振動曝光的優(yōu)點是,可通過容易的方法實現(xiàn)待制造的物體的表面的平滑,因為所曝光的物體層的邊緣區(qū)域中的角部和臺階由此有效地變模糊,這與借助于輪廓區(qū)域中的灰色臺階的反鋸齒功能不同。因此,同樣,例如如DE 10 2004 022 961 B4所述的多重曝光是不需要的,而是這種邊緣平滑可以通過單次掩膜曝光來實現(xiàn)。
[0030]如果在對應(yīng)于不大于像素的寬度的區(qū)域中,曝光的振動位移處在平行于構(gòu)造平面的X方向和/或y方向上,則是有利的。換言之,如果對于邊緣平滑化,振動在亞像素范圍內(nèi)實現(xiàn),則是有利的。如果振動位移不大于0.5像素,尤其是不大于0.25像素,則是有利的。
[0031 ]如果曝光在X方向和y方向上的振動在曝光時間期間被疊加到圓形或大致圓形的振動,則是特別有利的。因此,整個循環(huán)運動總體上可以進行,這導(dǎo)致在對應(yīng)亞像素范圍內(nèi)的邊緣平滑化。由曝光掩膜限定的所有角部因此可以用由振動限定的圓的對應(yīng)半徑來平滑化。具體地說,如果振動以這樣的方式進行,即:使得在固化單個物體層的曝光時間的結(jié)束時,已經(jīng)完成整數(shù)倍的圓形振動,則是有利的。因此,可以在待形成的物體層的邊緣區(qū)域中獲得特別均勻的能量輸入。
[0032]根據(jù)如本發(fā)明所述的方法的優(yōu)選變型,可以提供的是,在曝光時間期間,生成輻射的輻射源和/或曝光掩膜和/或?qū)⑤椛涑上竦綐?gòu)造平面上的成像光學(xué)系統(tǒng)和/或待制造的物體以振動的方式移動。取決于相對于彼此移動的元件的組合,因此可以實現(xiàn)振動曝光。
[0033]如果使用具有旋轉(zhuǎn)平面平行板的成像光學(xué)系統(tǒng),其中,板繞垂直于或大體垂直于構(gòu)造平面的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn),其與旋轉(zhuǎn)軸線形成不等于90°的角,則振動曝光可以以特別容易的方式實現(xiàn)。
[0034]在上述類型的曝光掩膜生成設(shè)備的情況下,介紹中提到的目的也根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn),其中,曝光掩膜生成設(shè)備包括計算機單元,該計算機單元用來根據(jù)待固化的物體層對每個曝光掩膜計算出單一2位位圖,所述2位位圖將位值“透明”或者位值“不透明”分配給曝光掩膜的每個像素,用來將位值“透明”分配給具有小于限制結(jié)構(gòu)尺寸的結(jié)構(gòu)尺寸的2位位圖的至少一個表面區(qū)域,并且用來將曝光紋理分配給大于限制結(jié)構(gòu)尺寸的至少一個表面區(qū)域,所述曝光紋理以具有位值“透明”和“不透明”的像素構(gòu)成的圖案的形式構(gòu)造。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的用于裝置的進一步開發(fā)的曝光掩膜生成設(shè)備能夠使物體的待固化的物體層用單個曝光掩膜形成,以根據(jù)在層內(nèi)或每層的曝光周期內(nèi)的表面結(jié)構(gòu)控制進入在構(gòu)造平面上的材料中的能量輸入,所述裝置通過使用曝光掩膜在輻射的作用下逐層固化材料來制造三維物體。具體地說,所提出的發(fā)明使具有位值“透明”的像素能夠用最大可用輻射強度來曝光,該最大可用輻射強度是以期望的方式固化待固化的材料所需的。具體地說,這意味著具有位值“透明”的像素的輻射強度可以根據(jù)物體層變化,但是其優(yōu)選地是恒定的,或者在由輻射源能實現(xiàn)的方面上說是恒定的。如上所述,位值“不透明”并不一定意味著絕對沒有輻射被允許通過。這是可能的特例。相反地,位值“透明”和“不透明”表示兩個彼此不同的透明度值,其中,位值“透明”分配給的像素比位值“不透明”分配給的像素允許更多輻射通過。所提出的2位位圖能夠使表面區(qū)域中具有所分配的曝光紋理,以降低平均輻射輸入。
[0036]優(yōu)選地,計算機單元構(gòu)造用以分配曝光紋理,該曝光紋理在待曝光的表面區(qū)域中最多具有與具有位值“透明”的像素一樣多的具有位值“不透明”的像素。這樣,具體地說,借助像素的適當(dāng)布置,可以實現(xiàn),為了構(gòu)造曝光紋理,具有位值“不透明”的2個像素或多個像素彼此不相鄰,而彼此相鄰可能降低待形成的物體的穩(wěn)定性。
[0037]如果計算機單元構(gòu)造用以分配曝光紋理,該曝光紋理具有大于O但不大于0.5的曝光衰減值,則是有利的。通過這種方式,曝光紋理所分配給的特定表面區(qū)域因此能夠使平均施加的輻射強度衰減。具體地說,這還可以用于以對特定表面區(qū)域的針對性方式使由輻射源生成的輻射的強度分布上的不均性均衡。
[0038]如果計算機單元構(gòu)造用以取決于具有大于限制結(jié)構(gòu)尺寸的結(jié)構(gòu)尺寸的至少一個表面區(qū)域的結(jié)構(gòu)尺寸將曝光紋理分配給所述至少一個表面區(qū)域,其中曝光紋理的曝光衰減值隨著結(jié)構(gòu)尺寸增大而增大,則是有利的。以這樣的方式構(gòu)造的計算機單元具有的優(yōu)點是,進入各自區(qū)域中的輻射輸入可以被優(yōu)化,具體地說為了防止過度曝光。被分配的表面區(qū)域(具體地說是相干的表面區(qū)域)越大,則為了實現(xiàn)形成各自物體層的所需的固化需要的光強度就越小。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的進一步優(yōu)選實施例,可以提供的是,計算機單元構(gòu)造用以將用來曝光連續(xù)的物體層的曝光掩膜的相同曝光紋理布置在平行于構(gòu)造平面的平面上,相對于彼此以整數(shù)個像素偏移。優(yōu)選地,相同曝光紋理在平行于構(gòu)造平面的所述平面的X方向或y方向上相對于彼此以I個像素偏移。通過這種方式,具體地說,可以防止,具有位值“不透明”的像素在連續(xù)的物體層中直接彼此疊放,而這可能導(dǎo)致三維物體的穩(wěn)定性降低。
[0040]如果曝光掩膜生成設(shè)備提供了用來構(gòu)造曝光紋理的不同的紋理圖案,該紋理圖案具有在O與I之間的范圍內(nèi)的具有位值“不透明”的像素與具有位值“透明”的像素的比值,則是有利的。如果對應(yīng)紋理圖案例如設(shè)置在計算機單元的存儲單元或曝光掩膜生成設(shè)備的儲存單元中,則對應(yīng)于給定像素比值的紋理不必每次計算,而是可以直接選擇并使用相關(guān)的期望紋理圖案,例如用來填充生成曝光掩膜的待形成的物體層的表面區(qū)域。
[0041]如果曝光掩膜生成設(shè)備以陰影或規(guī)則圖案的形式提供每個曝光紋理,則曝光紋理可以以特別容易的方式儲存。這種類型的陰影或規(guī)則圖案可以被歸為在圖案內(nèi)重復(fù)的多個單獨的基本圖案,使得由此所需的存儲空間最小,并且表面區(qū)域的填充可以是時間最優(yōu)化的。
[0042]如果計算機單元構(gòu)造用以僅使用曝光紋理,針對曝光紋理,至多具有位值“不透明”的像素的角部彼此相遇,而具有位值“不透明”的像素的縱向邊緣彼此不毗鄰,則同樣可能是有利的。因此,可以防止,曝光紋理具有直接彼此毗鄰的具有位值“不透明”的2個像素,而這可能降低三維物體的穩(wěn)定性。
[0043]如果曝光掩膜生成設(shè)備構(gòu)造用以提供能夠通過在平行于構(gòu)造平面上的平移來轉(zhuǎn)換為本身的曝光紋理,則曝光掩膜生成設(shè)備可以以特別容易的方式形成。如上所述,包括最小像素數(shù)的各個單獨的紋理元素因此可以被儲存為紋理圖案并且用來通過適當(dāng)平移填充前面所確定的表面區(qū)域,通過這種方式,曝光掩膜能夠以簡單的方式生成。
[0044]優(yōu)選地,平移由具有對應(yīng)于在X方向上的η個像素和在不平行于X方向的y方向上的m個像素的長度的矢量限定,其中,η和m是整數(shù)。例如,可以為紋理的每個基本圖案限定并儲存一關(guān)聯(lián)矢量,通過該關(guān)聯(lián)矢量,與紋理的基本圖案相結(jié)合,曝光掩膜的前面所確定的表面區(qū)域可以用紋理圖案填充。
[0045]有利地,曝光掩膜生成設(shè)備構(gòu)造用以提供被逐像素光柵化的曝光紋理。這樣,曝光掩膜的特定表面區(qū)域可以以簡單的方式用特定曝光紋理填充。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的進一步優(yōu)選實施例,可以提供的是,曝光掩膜生成設(shè)備構(gòu)造用以將閉合邊緣線分配給每個曝光區(qū)域,其限定了物體的橫截面區(qū)域,其中,閉合邊緣線(56)區(qū)域被分配給每個曝光掩膜,用于曝光的每個內(nèi)外輪廓,并且位值“透明”被分配給形成邊緣線的像素。提供這種類型的邊緣線具有的優(yōu)點是,提高了部件的表面質(zhì)量。
[0047]為了生成具有足夠穩(wěn)定性的邊緣線,如果邊緣線的寬度等于至少2個像素,則是有利的。優(yōu)選地,邊緣線的寬度在從2個至8個像素的范圍內(nèi),尤其是在從2個至4個像素的范圍內(nèi)。因此,具體地說,小結(jié)構(gòu),即具有在僅幾個像素的范圍內(nèi)的最小尺寸的結(jié)構(gòu)也可以設(shè)有適當(dāng)邊緣線。
[0048]如果曝光掩膜生成設(shè)備構(gòu)造用以將單獨曝光時間分配給每個曝光掩膜,則是有利的。例如,這使得能夠根據(jù)曝光掩膜以及具體地說是待曝光的表面的類型和形狀為待產(chǎn)生的每個物體層單獨選擇曝光時間。這使得能夠用固化材料所需的最少曝光時間來曝光每個物體層,從而使三維物體的總體制造時間最少。
[0049]如果曝光掩膜生成設(shè)備構(gòu)造用以給所有曝光掩膜分配相同曝光時間,則裝置可以以特別容易的方式構(gòu)造。這樣,曝光時間控制系統(tǒng)或針對每個曝光掩膜的單獨的曝光時間控制可以被省掉,這簡化了各個曝光掩膜的提供。
[0050]如果曝光掩膜生成設(shè)備構(gòu)造用以將用來界定曝光區(qū)域的獨立閉合的外輪廓線(其限定物體的橫截面區(qū)域),并且用以將內(nèi)部與輪廓線接界的分隔線分配給每個曝光掩膜,其中,位值“透明”被分配給形成輪廓線的像素,而位值“不透明”被分配給形成分隔線的像素,則是有利的。如上所述,還可以有與凹處(即待固化的物體的未被曝光的區(qū)域)接界的閉合的內(nèi)輪廓線,其中,接界分隔線于是從外部包圍輪廓線。也可以提供由分隔線彼此分開的多條這種輪廓線。分隔線的提供具有的優(yōu)點是,可以用容易的方式防止可能損害待形成的物體層的表面質(zhì)量和因此整個物體的表面質(zhì)量的內(nèi)外輪廓的過度曝光。當(dāng)然,每條分隔線也可以被適當(dāng)連接線或“連接網(wǎng)”阻斷,該連接線或“連接網(wǎng)”例如將輪廓線連接到邊緣線且因此阻斷分隔線。這對穩(wěn)定性理由來說可以是期望的,以便能夠從整體上確保物體的內(nèi)聚力。
[0051]因此,分隔線可以具有期望效果,如果輪廓線的寬度和/或分隔線的寬度是至少2個像素,則是有利的。有利地,寬度在從2個至8個像素的范圍內(nèi)。優(yōu)選地,所述線的寬度在從2個至4個像素的范圍內(nèi)。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的進一步優(yōu)選實施例,可以提供的是,曝光掩膜生成設(shè)備構(gòu)造用以將分隔線分配給曝光掩膜,用于其以下那些表面區(qū)域,該表面區(qū)域的結(jié)構(gòu)尺寸具有至少是輪廓線寬度的兩倍的寬度和/或長度。因此,可以確保分隔線可以僅被分配給具有足夠大結(jié)構(gòu)尺寸的表面區(qū)域。因此,具體地說,可以確保纖弱結(jié)構(gòu)的充分硬化。
[0053]上述目標(biāo)也可以根據(jù)本發(fā)明在用于制造在介紹中描述的類型的三維物體的裝置中實現(xiàn),其中,曝光掩膜生成設(shè)備以曝光掩膜生成設(shè)備的上述優(yōu)選實施例之一的形式構(gòu)造。因此,與曝光掩膜生成設(shè)備的優(yōu)選實施例有關(guān)的所述優(yōu)點也
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