[发明专利]针对快速成型设备的改进

说明书

技术领域

本发明涉及与用于通过截面的添加（additive）处理来制造三维物体的快速成型（prototyping）设备有关的改进。

背景技术

在三维快速成型中，重要的是，曝光系统的光学器件不因与光敏材料的接触而被污染，其能够可能引起时间密集型清洁或者甚至更换。因此，通常优选在输出光学器件和光照（illumination）区域之间的相对大的距离，以便避免在曝光系统和光敏材料之间接触的风险。

发明内容

本发明涉及一种用于从光敏材料产生三维物体的设备，所述设备包括带有光照源的曝光系统、该曝光系统被安装到的扫描杆、控制单元，由此所述曝光系统包括带有多个单独可控光调制器的至少一个空间光调制器、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输入光学器件、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输出光学器件，其中所述输入光学器件和输出光学器件促进从所述光照源发射的光经由所述空间光调制器的所述单独可控光调制器到光照区域的传输，其中所述空间光调制器使得能够根据源自所述控制单元的控制信号来确立通过所述输入光学器件传输的光的图案，其中所述输出光学器件使得能够在光照区域上聚焦来自所述至少一个空间光调制器的光的图案，其中在输出光学器件和光照区域之间的距离d在0.5和20mm之间。

在三维快速成型中，如果曝光系统的输出光学器件只是短暂地与光敏材料接触，则这可能引起输出光学器件的污染使得输出光学器件需要时间密集型清洁或者甚至更换。因此通常优选在输出光学器件和光照区域之间的相对大的距离，以便避免在曝光系统和光敏材料之间接触的风险。

利用如在本发明中使用的装置，在单独光束的方向之间的甚至小的不准确度可能是严重的问题并且可能引起一些体素偏离预期位置。为了减少在对准多个光束时的麻烦，已通过修改光学器件的设计而对改进所述对准作出巨大的努力。即使这样已观察到改进，但是也存在对单独光束的甚至更好的对准的需要。

根据本发明，已示出，通过降低在输出光学器件和光敏材料之间的距离，能够观察到错位的不利后果的有利降低。通过使用具有使得单独光束在距输出光学器件的最靠近光敏材料的部分适合低的距离处聚焦的特性的输出光学器件而使这成为可能。由此可以降低光学器件的设计中的生产成本而不冒设备效率的风险。来自光束的焦点一起确立光照区域，该光照区域在制造期间将至少部分地与光敏材料的上表面齐平。

进而，通过减少在输出光学器件和光敏材料之间的距离，也看到进一步有益的优点。较大部分的光强被转移到光敏材料，这促进了所光照体素的更快固化并且因此又促进了更快的扫描过程。由此，获得更加高效的三维物体制造。

20mm已被确立为其中可以获得有利的上述结果的最大距离。0.5mm已被确立为在没有与树脂接触的过高风险的情况下的最短适用距离。

根据本发明的实施例已观察到：可以使用其它装置来避免在曝光系统和光敏材料之间的接触，由此对于低距离的先前担心问题不必引起不使用这种距离。

本发明的光照源能够发射在从深UV到远IR例如从200nm到100000nm的范围中的辐射。术语光因此适用于在从深UV到远IR例如从200nm到100000nm的范围中的辐射。用于产生3维固体物体的应用像材料粉末烧结优选地在具有高达10000nm的波长的红外能量范围中执行。使用可固化液体树脂的立体平面印刷浴的应用优选地在具有从200nm高达500nm的波长的紫外能量范围中执行。

而且，本发明涉及一种用于从光敏材料产生三维物体的设备，所述设备包括带有光照源的曝光系统、该曝光系统被安装到的扫描杆、控制单元，由此所述曝光系统包括带有多个单独可控光调制器的至少一个空间光调制器、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输入光学器件、被光耦合到所述至少一个空间光调制器的输出光学器件，其中所述输入光学器件和输出光学器件促进从所述光照源发射的光作为至少两个光束经由所述空间光调制器的所述单独可控光调制器到光照区域的传输，其中所述空间光调制器使得能够根据源自所述控制单元的控制信号来确立通过所述输入光学器件传输的光的图案，其中所述输出光学器件使得能够在光照区域上聚焦来自所述至少一个空间光调制器的光的图案，其中在输出光学器件和光照区域之间的距离d在0.5和20mm之间。

在本发明的实施例中，所述输出光学器件包括至少一个微透镜并且所述输出光学器件具有如此特性，使得它能够以使得在输出光学器件和光照区域之间的聚焦距离d在0.5和20mm之间的方式在光照区域上聚焦光的图案。