[发明专利]用于打印和其他应用的光敏材料的光固化方法和系统

说明书

通过选择性地暴露(通过掩模(25))于辐射(12)中以光固化槽(10)中的液体树脂来形成物体(22)的方法和系统，其中，在打印操作期间，槽(10)中的液体树脂相对于构建区域(30)沿着与物体(22)从槽(10)中的液体树脂中提取的轴正交的轴发生位移。一定体积的光固化液体树脂可通过冷却装置循环，方法是从槽(10)中提取、冷却，然后在进行物体打印时重新引入槽(10)。掩模(25)优选是其中带电着色剂粒子分散在多个双态单元内的光学透明流体中的掩模。

相关申请

本申请要求2018年8月20日提交的美国专利申请No.16/105,307的优先权，其全文通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及采用光敏树脂的光刻系统，该光敏树脂是通过选择性地暴露于辐射而固化的，更具体地说，涉及一种增材制造(additive manufacturing)的系统和方法，其中，在制造三维物体时，这种光敏树脂通过暴露于辐射而固化。

背景技术

各种系统都依赖于光敏树脂的选择性固化。例如，光刻系统采用这种技术在基板上打印二维图案。此外，所谓的三维(“3D”)打印机通过逐层光固化粘性液体树脂(通常是液体聚合物)来创建多层结构以形成所需物体。在后一种情况下，表示将要形成的三维物体的数据组织为一系列二维层，这些二维层代表物体的横截面，并且根据该设计进行构建(自上而下或自下而上)。

液态树脂固化成所需目标层的聚合过程是放热的。至少在3D打印机的情况下，也许是因为树脂的高粘性，由该过程产生的热量倾向于保持在打印发生的区域内，即所谓的构建区域。这可能是非常有害的，特别是在连续或接近连续的打印操作中，因为构建区域中的过热将影响进行打印的层的质量，例如，通过促成不期望的树脂固化。

发明内容

在各种实施例中，本发明提供了用于通过选择性地暴露于辐射的方式使槽中的液体树脂光固化而形成物体的方法和系统，其中，在打印操作期间，槽中的液体树脂例如通过贮存器再循环。这样的结果是，在打印或构建区域内的光固化液体树脂是连续变化的，或者大部分是变化的，并且因此，在构建区域内的液体树脂的温度经过管理不会如此高以致影响被成形物体的固化层的质量。此外，在本发明的各种实施例中，一定体积的光固化液体树脂通过冷却装置循环，方法是从槽中提取、冷却，然后在物体进行打印时重新引入槽中。以这种方式再循环光固化液体树脂进一步有助于管理槽中液体树脂的温度。

在一个实施例中，根据本发明配置的装置包括一个槽，该槽配置成包含光固化液体聚合物。所述槽具有侧壁，其中一个或多个侧壁包括侧壁开口，以及其中具有底部开口的底部。柔性膜设置在槽的底部并覆盖底部开口。光源配置成朝向槽的底部开口并通过设置在光源和柔性膜之间的掩模(例如，其中带电着色剂粒子分散在多个双态单元内的光学透明流体中)发射准直的(例如，通过远心透镜系统)紫外光。在一些实施例中，玻璃构件可放置在薄膜和掩模之间。光源发出的准直紫外光在通过柔性膜进入槽之前通过掩模过滤。

在该槽内设置了提取板，并且可以将由光固化液体聚合物固化部分形成的物体粘贴到提取板上，其垂直位移(从槽底部)由高度调节器控制。控制器配置为操作高度调节器，以调整在打印物体时提取板的垂直位移。此外，树脂循环系统配置成在控制器的控制下，经由侧壁开口之一将第一体积的光固化液体树脂从槽中泵出并泵入贮存器中，并且在打印期间将第二(可选地，相等)体积的光固化液体树脂从槽中泵入贮存器中，例如通过第二个侧壁开口。

优选地，所述第一和第二侧壁开口位于槽的相对侧边上。槽的这些相对侧边定义了槽的最短横向尺寸。因此，树脂循环系统配置成沿着与高度调节器平移提取板的轴正交的轴使光固化液体树脂通过槽循环。树脂循环系统可包括热交换器和在控制器控制下可操作的一个或多个蠕动泵。可存在额外的冷却装置以冷却掩模的底面，例如通过在其上吹入冷却空气。

另外，一个或多个热成像设备可用于在打印操作期间向控制器提供反馈。