能量场三维打印系统技术方案

用于使用能量场投影系统打印三维对象的装置。在操作中，根据四维(4D)能量场函数将能量投射到打印介质中，以使所述打印介质暴露于阈值能量强度水平，所述阈值能量强度水平使得所述打印介质硬化为三维对象的形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能量场三维打印系统相关申请的交叉引用本申请要求2018年1月14日提交的标题为《全息和光场技术的新颖应用(NovelApplicationofHolographicandLightFieldTechnology)》的第62/617,293号美国临时专利申请的优先权，所述申请的全文都以引用的方式并入本文中。
本公开大体上涉及光场能量系统，且更确切地说，涉及并入有全息和光场技术的新颖合成和应用以用于打印三维对象的装置和系统。
技术介绍
通过GeneRoddenberry的《星际迷航(StarTrek)》推广的“全息甲板”室内的交互式虚拟世界的梦想最初是在20世纪初由作家AlexanderMoszkowski设想出来的，近一个世纪以来它一直是科幻和技术创新的灵感来源。然而，除了文学、媒体以及儿童和成年人等的集体想象之外，这种体验并不存在令人信服的实施方案。
技术实现思路
公开了用于利用全息4D显示技术来生成用于打印三维对象的能量函数的装置和系统。在一个实施例中，三维打印系统包含能够容纳一定量的打印介质的打印介质容器、能够向多个能量位置提供能量并且具有多个能量源的能量源系统。在一个实施例中，所述系统包含至少一个能量引导系统，其中每个能量引导系统包含能够将来自所述多个能量位置的能量沿着多个传播路径引导的波导阵列，其中每个传播路径延伸穿过多个能量位置中的一个，并且每个波导能够沿着所述多个传播路径将来自所述多个能量位置的能量引导穿过所述波导，其中每个传播路径在至少由所述多个能量位置中的一个确定的唯一方向上从所述波导延伸。在一个实施例中，所述系统包含控制系统，所述控制系统与所述能量源系统通信，并且能够通过操作所述多个能量源以沿着所述多个传播路径提供能量来使所述至少一个能量引导系统的所述波导阵列将阈值强度水平的能量递送至所述多个传播路径的多个相交点中的多个选定交叉点，其中所述打印介质在暴露于所述阈值强度水平的能量时能够反应，并且其中所述多个选定相交点限定所述容器内部的三维(“3D”)对象的多个内表面和外表面。在一个实施例中，所述打印介质容器搁置在与所述控制系统通信的定位装置的基座上，其中所述控制系统能够操作所述定位装置以改变所述打印介质容器相对于所述至少一个能量引导系统的位置。在另一实施例中，所述定位装置的操作使所述多个选定相交点相对于所述打印介质容器移动，以进一步限定所述三维对象的所述多个内表面和外表面。在一个实施例中，当所述定位装置使所述多个选定相交点相对于所述打印介质容器移动时，所述多个选定相交点使所述打印介质暴露于所述阈值能量水平。在一些实施例中，所述定位装置尤其包含机动平移台、线性平移台、旋转台或测角台。在实施例中，所述多个选定相交点的安置体积大体上小于所述打印容器的体积。在一个实施例中，所述控制系统能够使所述至少一个能量引导系统移动，从而使所述多个选定相交点移动，以进一步限定所述三维对象的所述多个内表面和外表面。在另一实施例中，随着所述多个选定相交点移动，所述多个选定相交点使所述打印介质暴露于所述阈值能量。在一些实施例在一个实施例中，所述控制系统能够操作所述多个能量源，以将递送到所述多个选定相交点中的至少一个选定相交点的能量减小到所述阈值强度水平以下。在又一实施例中，所述控制系统能够将至少一个选定相交点添加至所述多个选定相交点，具体是通过操作所述多个能量源以将递送到所述至少一个添加的选定相交点的所述能量增大到所述阈值强度水平。在一个实施例中，每个波导的位置限定二维(2D)空间坐标，并且其中至少由所述多个能量位置中的一个确定的每个传播路径的所述唯一方向包含2D角坐标，从而每个传播路径延伸所自的所述波导的所述位置的所述2D空间波导和每个传播路径的所述2D角坐标形成每个传播路径的四维(4D)坐标集。在另一实施例中，所述控制系统能够操作所述多个能量源以将阈值强度水平的能量递送到所述多个传播路径的所述多个相交点中的至少一个第二多个选定相交点，其中所述至少一个第二多个选定相交点进一步限定所述容器内部的所述3D对象的所述多个内表面和外表面。在一个实施例中，所述波导阵列中的每个波导包含第一孔径，并且沿着每个传播路径引导穿过所述波导的能量大体上填充所述波导的所述第一孔径。在另一实施例中，所述至少一个能量引导系统进一步包含至少一个能量抑制元件，所述能量抑制元件被定位成限制不延伸穿过所述波导中的任一个的所述第一孔径的能量的传播。在一个实施例中，所述至少一个能量抑制元件包含用于衰减或修改所述多个传播路径上的能量的挡板结构。在一个实施例中，所述打印介质包含当暴露于所述阈值强度水平时能够凝固的液态光敏聚合物。在一些实施例中，所述打印介质容器进一步包含排放口，所述排放口被配置成准许未暴露的液态光敏聚合物从所述打印介质容器排放出去，从而由暴露于所述阈值强度水平的硬化液态光敏聚合物形成三维对象。在一些实施例中，所述多个选定相交点是由四维光场函数确定。在一个实施例中，所述能量源系统进一步包含至少一个中继器系统，其中所述至少一个中继器系统包含一个或多个中继器元件，其中所述一个或多个中继器元件包含第一表面和第二表面，所述一个或多个中继器元件的每个中继器能够将由一个或多个能量源发出的能量从所述第一表面经由所述中继器引导到安置在所述第二表面上的所述多个能量位置中的能量位置的子集。在一些实施例中，所述一个或多个中继器元件的所述第二表面被布置成形成单个无缝能量表面。在一些实施例中，所述波导阵列是由多个模块化4D能量场封装组装而成，其中每个模块化4D能量场封装包含所述波导阵列中的至少一个波导以及所述多个能量位置中的能量位置的子集。在又一实施例中，所述至少一个能量引导系统包含两个能量引导系统。附图说明图1为说明能量引导系统的设计参数的示意图；图2为说明具有带机械外壳的有源装置区域的能量系统的示意图；图3为说明能量中继器系统的示意图；图4为说明粘合在一起且紧固到基座结构的能量中继器元件的实施例的示意图；图5A为说明通过多芯光纤的中继图像的示例的示意图；图5B为说明通过光学中继器的中继图像的示例的示意图，所述光学中继器呈现横向安德森局域化原理(TransverseAndersonLocalizationprinciple)的特性；图6为展示从能量表面传播到检视者的射线的示意图；图7A说明根据本公开的一个实施例的柔性能量中继器的剖视图，所述柔性能量中继器通过在油或液体内互混两种组分材料来实现横向安德森局域化；图7B说明根据本公开的一个实施例的刚性能量中继器的剖视图，所述刚性能量中继器通过在结合剂内互混两种组件材料来实现横向安德森局域化，并且在这样做时实现一种关键材料特性在一个方向上具有最小变化的路径；图8说明根据本公开的一个实施例的横向平面中的剖视图，在纵向方向上包含设计成吸收能量的尺寸外部吸收(dimensionalextramuralabsorption，DEMA)材料；图9说明各自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维打印系统，包括：/n打印介质容器，其被配置成容纳一定量的打印介质；/n能量源系统，其被配置成向多个能量位置提供能量并且包括多个能量源；/n至少一个能量引导系统，其中每个能量引导系统包括；/n波导阵列，其被配置成沿着多个传播路径引导来自所述多个能量位置的能量，其中每个传播路径延伸穿过多个能量位置中的一个；和/n其中每个波导被配置成沿着所述多个传播路径将来自所述多个能量位置的能量引导穿过所述波导，其中每个传播路径在至少由所述多个能量位置中的一个确定的唯一方向上从所述波导延伸；/n控制系统，其与所述能量源系统通信且被配置成通过操作所述多个能量源以沿着所述多个传播路径提供能量来使所述至少一个能量引导系统的所述波导阵列将阈值强度水平的能量递送到所述多个传播路径的多个相交点中的多个选定相交点；/n其中所述打印介质被配置成当暴露于所述阈值强度水平的能量时反应；和/n其中所述多个选定相交点限定所述容器内部的三维(“3D”)对象的多个内表面和外表面。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180114 US 62/617,2931.一种三维打印系统，包括：
打印介质容器，其被配置成容纳一定量的打印介质；
能量源系统，其被配置成向多个能量位置提供能量并且包括多个能量源；
至少一个能量引导系统，其中每个能量引导系统包括；
波导阵列，其被配置成沿着多个传播路径引导来自所述多个能量位置的能量，其中每个传播路径延伸穿过多个能量位置中的一个；和
其中每个波导被配置成沿着所述多个传播路径将来自所述多个能量位置的能量引导穿过所述波导，其中每个传播路径在至少由所述多个能量位置中的一个确定的唯一方向上从所述波导延伸；
控制系统，其与所述能量源系统通信且被配置成通过操作所述多个能量源以沿着所述多个传播路径提供能量来使所述至少一个能量引导系统的所述波导阵列将阈值强度水平的能量递送到所述多个传播路径的多个相交点中的多个选定相交点；
其中所述打印介质被配置成当暴露于所述阈值强度水平的能量时反应；和
其中所述多个选定相交点限定所述容器内部的三维(“3D”)对象的多个内表面和外表面。


2.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述打印介质容器搁置在与所述控制系统通信的定位装置的基座上，其中所述控制系统被配置成操作所述定位装置以改变所述打印介质容器相对于所述至少一个能量引导系统的位置。


3.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置的所述操作使所述多个选定相交点相对于所述打印介质容器移动，以进一步限定所述三维对象的所述多个内表面和外表面。


4.根据权利要求3所述的三维打印系统，其中当所述定位装置使所述多个选定相交点相对于所述打印介质容器移动时，所述多个选定相交点使所述打印介质暴露于所述阈值能量水平。


5.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括机动平移台。


6.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括线性平移台。


7.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括旋转台。


8.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括测角台。


9.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括倾斜台。


10.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述定位装置包括5轴台，所述5轴台包括三个平移台和两个旋转台。


11.根据权利要求2所述的三维打印系统，其中所述多个选定相交点的安置体积大体上小于所述打印容器的体积。


12.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述控制系统能操作以使所述至少一个能量引导系统移动，从而使所述多个选定相交点移动，以进一步限定所述三维对象的所述多个内表面和外表面。


13.根据权利要求12所述的三维打印系统，其中随着所述多个选定相交点移动，所述多个选定相交点使所述打印介质暴露于所述阈值能量。


14.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述多个选定相交点的安置体积大体上小于所述打印容器的所述体积。


15.根据权利要求1所述的三维打印系统，其中所述控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·S·卡拉夫，
申请(专利权)人：光场实验室公司，
类型：发明
国别省市：美国;US