[发明专利]通过掩膜曝光生成三维对象的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过经包含预定个分立成像元件(像素)的成像单元 输入的能量，在电磁辐射的作用下固化可固化材料，生成三维对象的 设备和方法。更具体地说，本发明涉及材料的固化基于通过光栅掩膜 的曝光，以及掩膜中的最小物理分辨率由像素的大小给出并且将空间 光调制器(SLM)技术应用于成像单元的设备和方法。

背景技术

如下的文献说明了构造“光硬化”光聚合物的三维对象的高度可 变方法，相关内容请参阅：“Automated Fabrication-Improving Productivity in Manufacturing”by Marshall Burns，1993(ISBN 0-13-119462-3)。

除了其他因素之外，已知可能是通过如下的曝光：

a)多媒体投影仪；

b)LC(液晶)显示器(反射、透射)；

c)LED(发光二极管)或激光二极管行(在一个区间中与行垂 直地移动)；

d)光阀技术(MEMS)。

在如下的专利中描述了三种方法：

美国德克萨斯仪器公司的美国专利 US005247180A“Stereolithographic Apparatus and Method of use” (1993年9月)；

SRI国际公司的美国专利US005980813A“Rapid Prototyping using multiple materials”(1999年11月)；和

Karlsruhe大学信息学研究中心的实用新型公布DE G 9319 405.6“Device for the production of a three-dimensional object(model) according to the principle of photo solidification”；

尤其，根据类似的方法，DeltaMed的实用新型公布DE 29911122 U1“Device for producing a three-dimensional object”(1999年6月) 描述了生成微技术三维部件的应用；

Envision Technologies股份有限公司的EP 1250997A(＝US2002155189A)“Device for producing a three-dimensional object”(2002年4月)；

丹麦DICON AS Lystrup公司的德国专利DE69909136T“Rapid Prototyping Device and Rapid Prototyping Method”(2003年7月) (等效于：欧洲专利EP 1156922“Rapid Prototyping Apparatus and Method of Rapid Prototyping”(2003年8月))；

HAP，Sitec Industrietechnologie and DELTAMED Medizinprodukte股份有限公司的WO 01/00390A；和

Envisiontec股份有限公司的WO 2005/110722A。

对于产生光聚合作用的基于激光系统，通过激光束的能量设置提 供曝光点的光输出，从而可以在那个点上控制光聚合物的硬化深度。 为了可选择地硬化相应层，在要相应硬化的横断区上扫描激光束。

可以像曲线那样用激光束扫描要硬化的横断区的轮廓。

对于通过利用SLM技术的投影系统，根据掩膜投影产生光聚合 作用的系统，其优点在于，可以一次性曝光整个横断区。投影光栅图 像的光区逐个体素地硬化光聚合物。

利用SLM技术的投影系统的缺点在于，取决于：

a)使用的光源；

b)将光能耦合到SLM的光学系统；和

c)投影光学器件的光晕，

图像面上的光输出分布非常不均匀(绝对值高达50％)。

在使用寿命期间光源特性的变化导致可变的误差，因此，导致变 化的均匀分布。

此外，光源光强的变化不会导致与激光一样的选择性变化，但影 响整个投影图像。