用于基于光刻地增生制造三维成型体的方法和设备技术

在一种用于基于光刻地增生制造三维成型体（11）的方法中，其中通过电磁辐射的作用可凝固的材料（6）存在于至少局部能透过的材料衬板上，建造平台（5）与所述材料衬板有间距地来放置，处在所述建造平台（5）与所述材料衬板之间的材料（6）被加热并且在被加热的状态下位置选择性地被第一辐射源照射和凝固，其中所述电磁辐射从下方经过对于所述第一辐射源的辐射来说至少局部能透过的材料衬板被引入到所述材料（6）中，通过利用第二辐射源（12）的电磁辐射对所述材料衬板进行照射来给所述材料（6）加热，其中所述材料衬板对于所述第二辐射源（12）的辐射来说基本上不能透过。

Method and equipment for fabricating three-dimensional shapes based on lithographic proliferation

In a method for fabricating three-dimensional forms (11) based on photolithography, solidifiable materials (6) by electromagnetic radiation exist on at least partially permeable material liners, construction platforms (5) are placed spatially with the material liners, and materials (6) between the construction platforms (5) and the material liners are heated and are subjected to heat. In the heating state, the position is selectively irradiated and solidified by the first radiation source, where the electromagnetic radiation from below passes through the material liner which is at least locally permeable for the radiation of the first radiation source and is introduced into the material (6), which is heated by irradiating the material liner with the electromagnetic radiation of the second radiation source (12), in which the material (6) is irradiated by the electromagnetic radiation of the second radiation source (12). The material liner is essentially impermeable to the radiation of the second radiation source (12).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基于光刻地增生制造三维成型体的方法和设备
本专利技术涉及一种用于基于光刻地增生制造三维成型体的方法，其中通过电磁辐射的作用可凝固的材料存在于至少局部能透过的材料衬板上，建造平台与材料衬板有间距地来放置，处在建造平台与材料衬板之间的材料被加热并且在被加热的状态下位置选择性地被第一辐射源照射和凝固，其中电磁辐射从下方经过对于第一辐射源的辐射来说至少局部能透过的材料衬板被引入到材料中。本专利技术还涉及一种用于执行这种方法的设备。
技术介绍
在光刻或立体光刻的添加式制造中，将能光聚合的原材料逐层地加工成成型体。在此，层信息位置和时间选择性地借助于激光光线或者通过光掩膜、即被投影的图像面或者通过光栅被传输到待聚合的材料上。在这种情况下，导致在曝光和构造方法的选择方面的根本区别：一方面，能光聚合的材料的（下沉）盆地可以从上方被曝光，其中被构造的对象在制造期间逐渐地被浸入到液态材料中（SLA），要不然从下方穿过透明的盆底部对材料容器（被填充的材料盆）进行曝光，其中从上方从材料池中取出对象（DLP，激光立体光刻）。在后者的情况下，对象逐层地被构造，其中在对象与材料盆底部之间的相应的距离确保了高精度的层厚度。在新型方法中，这种类型的构造替代逐层地也可以连续地进行，其中接着还必须对盆底部提出其它特殊要求。所有提到的加工方法的共同点是添加式构造的产品的高几何形状质量。对于技术应用、但是也包括在终端用户产品的领域内的技术应用来说，除了对象的几何形状质量之外，附加地其材料质量也是重要的。在添加式加工的塑料中，已知的欠缺尤其是在耐热性（在大多数已经从40-50℃开始的温度升高时刚性/弹性模量的剧烈损失）或在周围环境温度下的韧性（抗致命性断裂或裂缝的冲击韧性/阻力）方面表现出来。允许制造材料质量被改善的成型体的立体光刻过程的新型光聚合系统通常具有高粘性而且因此加工困难。高粘性例如使材料后续运输明显变困难。因而，当前争取使用如下材料，所述材料在加工阶段的动态粘性不超过几Pa·s（帕斯卡-秒）的范围。为了仍然加工粘性更高的材料，已经提出：在温度升高的情况下进行过程控制。在过程温度相对于正常的室温（20℃）微微升高的情况下，绝大多数的光聚合物的粘性已经明显减小。由此，实现了供选择的原始聚合物物质的显著增加，所述供选择的原始聚合物物质还可能导致新型3D打印材料。尤其在对从下方曝光的材料盆的过程控制的情况下，如果应该实现对盆里的东西的均匀的加热，则在立体光刻区域内的过程加热的方式是挑战。在WO2015/074088A2中公开了一种方法，其中借助于在曝光区域的边缘处的不透明的电阻加热来供热。在这种情况下不利的是：在材料盆内形成大的温度梯度，由此使过程控制明显变困难或不能确保均匀的材料粘性。在WO2016/078838A1中公开了一种方法，其中借助于盆底部的透明的、整面导电的、在有电流流经的状态下加热的涂层来进行加热。虽然借此使加热的均匀化成功，但是迅速达到可能的加热功率极限并且在持续运行下只能困难地维持超过60℃的温度。还糟糕的是：某些透明的电涂层（锡化铟氧化物，ITO）越来越多地吸收在450nm之下的可见光的波长而且在近UV光的范围内已经变得完全不透明。但是，恰恰该近UV范围是对塑料的高效的立体光刻的加工的前提。这尤其是当应该加工未被上色的透明塑料时适用。通过利用红外线的热辐射，可设想的是直接或间接材料加热的另一可能性。借助于热辐射来加热的优点是至少理论上可能的高加热功率，该高加热功率可以被发给材料。这里，通过塑料和光聚合物对红外光谱的至少部分的自然吸收不仅可呈现刚刚提到的优点，但是也可呈现决定性的缺点：由此，对待加热的反应性的光聚合物的加热速度以及最终温度的足够的控制是困难的直至不可能。侵入的红外辐射持续地被光聚合物吸收并且由此被减弱。由此，在材料池中，被照射的表面和就在下面的区域强烈地被加热，而越深的区域越冷。在这种情况下，液态原材料的差的导热性决定性地促成不均匀的温度分布。现在，在通过红外辐射对薄聚合物层进行加热的情况下，维持过程温度又是问题：薄的材料层由于该薄的材料层相比于其体积极其大的表面而快速地被冷却到周围环境温度（对周围环境空气的热传递以及对流）。但是，由此所需的对该表面的不断的红外照射现在也可能导致层温度的很快的局部升高，由此也可能发生材料的温度感应的自由基的聚合作用或其它损坏。因为待加工的光聚合物由于温度升高也变得有反应性得多而且由此在未被曝光的状态下已经实施各个反应步骤，所以至少应以过程质量关于时间的变差为出发点。同样已知的是立体光刻机的如下变型方案，所述变型方案以炉子的方式执行构造过程，由此可以使整个过程区域加热。即使该解决方案在技术上能实现，该解决方案也需要立体光刻设备的花费高并且成本敏感的设计而且造成在过程期间的高能耗。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是提供如下技术解决方案，该技术解决方案可以确保在过程期间对待加工的光聚合物的受控制的并且均匀的加热，而且该技术解决方案可以尽可能容易地被实施到现有的过程技术中。为了解决该任务，本专利技术在开头提到的类型的方法中基本上规定：通过利用第二辐射源的电磁辐射对材料衬板进行照射来给材料加热，其中该材料衬板对于第二辐射源的辐射来说基本上不能透过。因此，本专利技术规定：使用两个单独的辐射源，其中第一辐射源引起使材料衬板润湿的可凝固的材料的聚合作用或凝固，而第二辐射源就辐射加热而言用于给材料衬板加热。为了该目的，该材料衬板被构造为使得该材料衬板对于第一辐射源的辐射来说透明，以便辐射到达待凝固的材料，而且该材料衬板对于第二辐射源的辐射来说基本上不能透过。因此，第二辐射源的辐射在材料衬板中被吸收并且在那里引起对材料衬板的加热，其中待凝固的材料间接地、即通过由将热量从材料衬板传导到待凝固的材料上引起的热传递来加热。材料衬板的选择性透过优选地通过如下方式来实现：第一辐射源的辐射包括第一波长范围，而第二辐射源的辐射包括与第一波长范围不同的、尤其是不重叠的第二波长范围。尤其是，第一辐射源的辐射在200-900nm、尤其是300-400nm或400-480nm的波长范围内，而第二辐射源的辐射在红外光谱内、尤其是在900-15000nm的波长范围内。在此，材料衬板被设计为使得该材料衬板对于第一辐射源的辐射、尤其是在低于500nm（蓝色、紫色光谱）的范围内的辐射来说或对于在300nm-400nm范围内的近UV范围直至中间的UV范围的辐射来说透明或半透明。这能够实现感光材料穿过材料衬板的位置和时间选择性的构造并且由此能够实现添加式的制造过程。在此，可以借助于digitallightprocessing（数字光处理，DLP，对层图像的表面曝光）、激光（对图像的扫描）或其它主动或被动的光掩膜来进行选择性的曝光。此外，对可凝固的材料的受控制的均匀的加热应该主要通过将热量从材料衬板传导到材料本身上来进行，由此也可以在较长的时间维持严格恒温处理的过程窗。在这种情况下，优选地使用红外辐射源，以便使材料衬板加热。那么，材料衬板必须在射入的红外辐射的光谱内尽可能不透明（>900nm）或者至少吸收在900nm与15000nm之间的红外光谱的范围，以便受到显著加热。为了避开感光材料的温度控制的在现有技术中描述的问题，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于基于光刻地增生制造三维成型体的方法，其中通过电磁辐射的作用可凝固的材料存在于至少局部能透过的材料衬板上，建造平台与所述材料衬板有间距地来放置，处在所述建造平台与所述材料衬板之间的材料被加热并且在被加热的状态下位置选择性地被第一辐射源照射和凝固，其中所述电磁辐射从下方经过对于所述第一辐射源的辐射来说至少局部能透过的材料衬板被引入到所述材料中，其特征在于，通过利用第二辐射源的电磁辐射对所述材料衬板进行照射来给所述材料加热，其中所述材料衬板对于所述第二辐射源的辐射来说基本上不能透过。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.18 EP 16450019.11.一种用于基于光刻地增生制造三维成型体的方法，其中通过电磁辐射的作用可凝固的材料存在于至少局部能透过的材料衬板上，建造平台与所述材料衬板有间距地来放置，处在所述建造平台与所述材料衬板之间的材料被加热并且在被加热的状态下位置选择性地被第一辐射源照射和凝固，其中所述电磁辐射从下方经过对于所述第一辐射源的辐射来说至少局部能透过的材料衬板被引入到所述材料中，其特征在于，通过利用第二辐射源的电磁辐射对所述材料衬板进行照射来给所述材料加热，其中所述材料衬板对于所述第二辐射源的辐射来说基本上不能透过。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一辐射源的辐射包括第一波长范围，而所述第二辐射源的辐射包括与第一波长范围不同的、尤其是不重叠的第二波长范围，其中所述第一辐射源的辐射优选地在200-900nm、尤其是300-400nm或400-480nm的波长范围内，而所述第二辐射源的辐射优选地在红外光谱内、尤其是在900-15000nm的波长范围内。3.根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，所述第二辐射源的辐射从第一辐射的方向出发被输送给所述材料衬板。4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述第二辐射源的辐射对准所述材料衬板的对于第一辐射的辐射来说透明的区域。5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述材料衬板在被所述材料润湿的侧面上和/或在背离所述材料的侧面上载有至少部分地吸收或反射所述第二辐射源的辐射的层，要不然所述材料衬板本身由具有这种吸收特性的材料组成。6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，利用所述第二辐射源的电磁辐射来对所述材料衬板进行照射，用于将所述材料衬板加热到40℃-300℃、优选地40℃-150℃的温度。7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述可凝固的材料在室温（20℃）下具有至少15Pa·s的粘性。8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述可凝固的材料被加热到至少40℃的温度。9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，测量所述材料衬板和/或所述可凝固的材料的温度并且根据温度测量值来控制所述第二辐射源的辐射功率。10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，逐层地构造成型体，其中相继重叠地构造成型体层，其方式是分别在所述材料衬板上构造厚度预先给定的材料层并且使建造平台或至少部分地构造在所述建造平台上的成型体下沉到所述材料层中，使得在所述建造平台或所述成型体与所述材料衬板之间构造所述材料的待凝固的层，所述待凝固的层通过照射来凝固，用来构造成型体层的所希望的形状。11.一种用于基于光刻地增生制造三维成型体、尤其是用于执行根据权利要求1至10之一所述的方法的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：R格梅内，
申请(专利权)人：库比科有限责任公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT