包括垂直补偿处理的立体光刻方法及适于执行所述方法的设备和计算机程序产品技术

本发明专利技术涉及一种用于通过叠加一连串层(1‑5)来制造三维对象(10)的立体光刻方法，该一连串层通过使液体材料通过曝光于预定辐射(6)而固化来获得，该方法包括以下操作：限定层(1，2，3，4，5)的几何表示；在一连串层中选择第一层(4)之前的一个或更多个层(2)；限定掩模区域(9)，该掩模区域(9)对应于在第一层(4)的平面上再现的所选择的层(2)的几何表示与第一层(4)的几何表示的逻辑连接；在掩模区域(9)中将液体材料曝光于预定辐射(6)。根据该方法，在限定掩模区域(9)之前，修改所选择的层(2)的几何表示，以使用相对于在修改之前被配置的相应层(2)的几何表示突出的相应附加部分(2a)来延伸所选择的层(2)的几何表示。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种用于通过叠加一连串液体材料层来制造三维对象的立体光刻方法，其中，一连串液体材料层选择性地曝光于能够使其固化的预定辐射。特别地，根据所述方法，基于对象本身的先前层的几何形状来计算液体材料曝光于预定辐射的用于创建对象的每个层的区域。本专利技术还涉及被配置成实现所述方法的设备和计算机程序产品。众所周知，立体光刻工艺使得可以通过叠加对象本身的一连串层来制造三维对象，从能够在曝光于预定辐射之后固化的液体材料层开始获得一连串层中的每一个层。通常，预定辐射是激光束，并且液体材料是在激光束的作用下聚合直到其固化为止的光敏树脂。液体材料层的厚度基本上对应于要固化的层的厚度，并且所述材料在与充当支撑体的先前固化的层接触时固化。根据立体光刻工艺，首先需要限定对象的一连串层的几何表示。层的所述表示例如被限定从对相互平行布置的一连串截面的限定开始，并且被限定采用对应于层本身所需的厚度的相互距离。以上仅作为示例在图1中被说明，图1示出了假想三维对象10的一部分的侧视截面图。在附图中，截面X用平行的点划线表示。每个层被限定为对象10的被包括在所述相互邻接的截面X中的两个截面之间的部分，并且由以下表面周边界定：该表面与截面正交并接近对象的相应侧表面。在图1中，所述正交表面借助于接近对象的左上表面的相应虚线段来表示，相应虚线段中的一个由12来指示。以这种方式限定的层在截面图中表现为矩形，所述矩形由图2中的数字1至5来指示。在该示例中，假设使对象固化的激光束来自下面，并且因此，每个层在与先前最后固化的层的下侧接触之后被固化。因此，层1是要固化的第一层，层5是要固化的最后一层。通过以下方式来获得制造每个新层的液体材料层：将对象的已经固化的部分浸入到含有液体材料的罐中，使得最后固化的层与罐的底部的距离基本上对应于要固化的层的厚度减去表示液体材料在其固化期间的收缩的因子。罐的底部对于激光束是透明的，以便激光束可以到达液体材料。显然，上述过程也可以以完全类似的方式应用于激光束来自上方的变型实施方式，其中，明显的区别是每个新层被固化在先前最后固化的层的顶部，而不是在其下面。此外，在该变型实施方式中，通过以下方式来获得新的液体材料层：将对象的已经固化的部分浸入液体材料中，使得最后固化的层的表面被布置在与要获得的层的厚度减去收缩因子相对应的深度。。以上清楚地示出的是，在该变型实施方式中，以相对于先前情况倒转的配置来制造三维对象，因此，将制造图2所示的对象，其中层1位于最低位置处，而层5位于最高位置处。在两种所述变型中，在每层的固化过程中，激光束入射在液体材料的与要固化的层的区域相对应的表面区域上。上述固化过程具有以下缺点：其限制针对三维对象可以获得的几何定义。上面刚刚提到的缺点与以下事实有关：激光束向下渗透到液体材料中直到给定深度(以下被称为“固化深度”)，在该给定深度内，激光束的功率足以固化材料并且使材料粘附到对象的已经固化的部分。所述固化深度首先取决于液体材料对激光束的透明度，并且取决于激光束是否遇到对象的已经固化的部分。更具体地，对象的已经固化的部分对于激光束基本上是不透明的，并且因此充当阻止激光束进一步渗透到液体材料中的屏障。相反，如果要固化的层包括相对于先前固化的层突出的部分，则在所述突出部分的水平处入射在液体材料上的激光束没有发现对其传播的任何障碍，并且因此使得液体材料向下固化到与所述固化深度相对应的深度。以上刚刚提及的情况例如对于图2中表示的从2到5的所有的层发生，所有的层的左端突出超过在它们之前刚刚固化的先前层。在上述情况下，如果层的厚度小于固化深度，则各个突出部分对激光束的曝光导致液体材料固化，从而获得超过层本身的厚度的厚度，即位于与要制造的对象的体积不相对应的区域中，因此，以这种方式获得的对象呈现表面变形。为了避免所述变形，至少对于具有突出部分的层，相应的厚度不能小于上面所限定的固化深度。然而，对厚度的这种限制确定了对对象的几何定义的相应限制，因此使得所述方法不适合于制造高分辨率三维对象，高分辨率三维对象需要限定层，使得层的厚度显着小于固化深度。在试图克服所述缺点时，开发了已知过程，该已知过程在被应用于所述方法时可以校正上述几何变形。例如，专利文献US5999184中所描述的并被称为“垂直补偿”或“Z补偿”的该过程包括推迟当前层的突出部分的曝光，以便其在与连续层的曝光相同的时间发生，连续层被选择成使得当前层、连续层和包括在这两层之间的所有的层的厚度的总和基本上对应于激光束的固化深度。由于延迟曝光，当层本身位于最大固化深度时，任何层的突出部分被固化，因此避免了液体材料的更深区域的不期望的固化。在实践中，可以通过确定与液体材料的表面的区域相对应的掩模区域来执行垂直补偿，该掩模区域同时面向要固化的当前层和以下所有层：以给定顺序在当前层之前，并且被布置在距当前层的距离小于固化深度的位置处。从数学的观点来看，所述掩模区域可以被限定为上述层的逻辑连接，即作为在同一参考平面上例如在当前层的平面上再现的所选择的层的交集。所述逻辑连接包括所有选择的层在其上延伸的区域，而不包括所选择的层中的至少一个不在其上延伸的区域。当前层对激光束的曝光仅限于所述掩模区域。在图3和图4中表示了理论上可以通过上述补偿过程获得的结果，其中假设层4是当前层(其要被固化)，并且仅通过示例的方式假设固化深度等于3个层的厚度。图3中的阴影区域A指示对象的已经固化的部分，而箭头M指示掩模区域的尺寸。图4表示由图3的掩模区域M中对激光束6的曝光产生的理论效果，其中指示固化部分B的阴影相对于指示先前固化部分A以不同的方式被定向。在图4中，可以注意到的是，层2的相对于先前层1突出的部分P在层4的曝光期间被精确地固化，使得激光束的固化效果未垂直地超过要获得的三维对象的由虚线表示的理论轮廓11。可以理解的是，上述垂直补偿处理使得可以限定比固化深度更薄的层，并且因此与之前的方法相比，使得可以增加三维对象的分辨率。然而，以上刚刚描述的过程带来的缺点是，它不考虑激光束的实际效果，而实际效果与上述理论行为不同。首先，由于激光束在通过材料本身时所受到的逐渐衰减，液体材料的固化程度随着深度的增加而减小。这意味着激光束仅以不完全的方式来固化液体材料的较深层。其次，通常用于立体光刻的激光束是所谓的“高斯”型。在高斯光束中，光束的通用横截面上的能量强度基本上根据高斯定律从对应于光束的中心轴线的中心点朝向外围减小。因此，与被布置成更接近于光束的中心轴线的材料相比，被布置成使其与光束的中心轴线间隔开的液体材料以较不完全的方式被固化。第三，由于上述现象，如果材料的未完全固化的部分没有锚定到已经固化的部分上，则材料的未完全固化的部分在对象的处理期间趋向于脱落。由于上述效果的组合，以稳定方式固化的液体材料的部分小于图4中表示的理论部分。图5示出了在与图4的相同掩模区域M中层4对激光束6的曝光期间实际固化的部分的非限制性示例，在该附图中，可以观察到实际固化部分C不同于图4中指示的理论固化部分B。总的来说，所述缺点导致对象的表面变形，所述变形以将对象的突出部分推向非突出部分的趋势来界定对象的突出部分。这种现象对于尺寸可以与固化深度相比较的对象的表面特征特别重要。例如，圆柱形孔(其轴线平行于层的平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过叠加一连串层(1‑5)来制造三维对象(10)的立体光刻方法，所述一连串层(1‑5)从适于在曝光于预定辐射(6)特别是激光束之后被固化的液体材料获得，所述方法包括限定所述一连串层(1‑5)中的每个层(1，2，3，4，5)的几何表示的操作，并且进一步包括针对所述一连串层(1‑5)中的至少一个第一层(4)执行的以下操作序列：‑根据所述一连串层(1‑5)来选择所述第一层(4)之前的一个或更多个层(2)；‑限定第一掩模区域(9)，所述第一掩模区域(9)对应于在所述第一层(4)的平面上再现的一个或更多个层(2)的几何表示与所述第一层(4)的几何表示的逻辑连接；以及‑在所述第一掩模区域(9)中将所述液体材料曝光于所述预定辐射(6)，其特征在于，所述操作序列在限定所述第一掩模区域(9)的操作之前包括以下操作：修改所述一个或更多个层(2)的几何表示，使得使用相对于相应层(2)的在所述修改之前被配置的几何表示突出的相应附加部分(2a)来延伸所述一个或更多个层(2)的几何表示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.03 IT VI2014A0001731.一种用于通过叠加一连串层(1-5)来制造三维对象(10)的立体光刻方法，所述一连串层(1-5)从适于在曝光于预定辐射(6)特别是激光束之后被固化的液体材料获得，所述方法包括限定所述一连串层(1-5)中的每个层(1，2，3，4，5)的几何表示的操作，并且进一步包括针对所述一连串层(1-5)中的至少一个第一层(4)执行的以下操作序列：-根据所述一连串层(1-5)来选择所述第一层(4)之前的一个或更多个层(2)；-限定第一掩模区域(9)，所述第一掩模区域(9)对应于在所述第一层(4)的平面上再现的一个或更多个层(2)的几何表示与所述第一层(4)的几何表示的逻辑连接；以及-在所述第一掩模区域(9)中将所述液体材料曝光于所述预定辐射(6)，其特征在于，所述操作序列在限定所述第一掩模区域(9)的操作之前包括以下操作：修改所述一个或更多个层(2)的几何表示，使得使用相对于相应层(2)的在所述修改之前被配置的几何表示突出的相应附加部分(2a)来延伸所述一个或更多个层(2)的几何表示。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述附加部分(2a)被限定成使得补偿由于所述预定辐射(6)在所述液体材料中向下渗透到与所述一个或更多个层(2)相对应的深度而引起的所述预定辐射(6)对所述液体材料的固化效果减小，以便与在缺少所述附加部分(2a)的情况下获得的三维对象(10)的轮廓相比，所述三维对象(10)的在一组层的固化之后获得的部分的轮廓更精确地逼近所述三维对象(10)的轮廓(11)。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，基于以下参数来限定所述附加部分(2a)：所述三维对象(10)的与所述一组层相对应的部分的形状和尺寸；所述预定辐射(6)的形状和频率；以及所述液体材料的物理属性。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述一连串层(1-5)包括：至少一组连续层(1-5)，其中的每一组设置有相对于先前层突出的部分，所述方法包括：根据所述层出现在所述一连串层(1-5)中的次序来依次选择所述一组层(1-5)的层(1，2，3，4，5)；以及针对被视为第一层(4)的每个所选择的层来执行所述操作序列。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个层(2)包括所述一连串层(1-5)中的至少两个互不相邻的层。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个层(2)包括所述一连串层(1-5)中的多个相互相邻的层。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个层(2)包括至少一个层(2)，由此使得所述至少一个层(2)、所述第一层(4)和所有的中间层(3)的厚度之和至少等于最大深度，在所述最大深度处，预定刺激能够固化所述液体材料并使所述液体材料粘附到所述三维对象(10)的先前固化的层(1，2，3)。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个层(2)中的每一个与所述第一层(4)间隔开不超过最大深度减去所述第一层(4)的厚度的距离，在所述最大深度处，预定刺激能够固化所述液体材料并使所述液体材料粘附到所述三维对象(10)的先前固化的层(1，2，3)。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，执行修改所述几何表示的操作，使得所有的附加部分(2a)突出超过在所述修改之前被配置的相应的一个或更多个层(2)相同的距离。10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，执行修改所述几何表示的操作，使得与所述一个或更多个层(2)中的每个层(2)相对应的附加部分(2a)突出超过在修改之前被配置的相应层(2)以下距离：所述距离被计算为所述层(2)与所述第一层(4)的距离的函数。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述函数随着所述层(2)与所述第一层(4)的距离的增加而减小。12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述函数随着所述层(2)与所述第一层(4)的距离的增加而增加。13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述函数是指数函数。14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述附加部分(2a)中的每一个突出超过在修改之前被配置的相应层(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯托·福尔图纳托，
申请(专利权)人：DWS有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT