通过掩膜曝光生成三维对象的设备和方法技术

一种通过经包含预定个分立成像元件（像素）的成像单元输入的能量，在电磁辐射的作用下固化可固化材料，生成三维对象的设备，所述设备包含分别具有通过体素矩阵中的特定灰度值和／或颜色值调整和／或控制能量输入的能力的计算机单元、ＩＣ和／或软件实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过经包含预定个分立成像元件(像素)的成像单元输入的能量，在电磁辐射的作用下固化可固化材料，尤其，光聚合物，生成三维对象的设备和方法。更具体地说，本专利技术涉及固化基于通过光栅掩膜的曝光，以及掩膜中的最小物理分辨率由像素的大小给出和将空间光调制器(SLM)技术应用于成像单元的方法。
技术介绍
如下的文献说明了构造“光硬化”光聚合物的三维对象的高度可变方法，相关内容请参阅“Automated Fabrication-ImprovingProductivity in Manufacturing”by Marshall Burns，1993(ISBN0-13-119462-3)。除了其他因素之外，已知可能是通过如下的曝光a)多媒体投影仪；b)LC(液晶)显示器(反射、透射)；c)LED(发光二极管)或激光二极管行(在一个区间中与行垂直地移动)；d)光阀技术(MEMS)。在如下的专利中描述了三种方法美国德克萨斯仪器公司的美国专利US005247180A“Stereolithographic Apparatus and Method of use”(1993年9月)；SRI国际公司的美国专利US005980813A“Rapid Prototypingusing multiple materials”(1999年11月)；Karlsruhe大学信息学研究中心的技术公布DE G 93 19405.6“Device for the production of a three-dimensional object(model)according to the principle of photo solidification”(1993年12月)；尤其，根据类似的方法，DeltaMed的技术公布DE 299 11 122U1“Device for producing a three-dimensional object”(1999年6月)描述了生成微技术三维部件的应用；Envision Technologies 股份有限公司的EP1250997A(＝US2002155189A)“Device for producing athree-dimensional obiect”(2002年4月)；丹麦DICON AS Lystrup公司的德国专利DE69909136T“RapidPrototyping Device and Rapid Prototyping Method”(2003年7月)(等效于欧洲专利EP 1156922“Rapid Prototyping Apparatus andMethod of Rapid Prototyping”(2003年8月))；HAP，Sitec Ind ustrietechnologie and DELTAMEDMedizinprodukte股份有限公司的WO 01/00390A；和Envisiontec股份有限公司的WO 2005/110722A。对于产生光聚作用的基于激光系统，通过激光束的能量设置提供曝光点的光输出，从而可以在那个点上控制像光聚合物那样的可固化材料的硬化深度。对于可选择硬化，在要相应硬化的横断区上扫描激光束。可以像曲线那样用激光束扫描要硬化的横断区的轮廓(contour)。通常，借助于通过尤其利用SLM技术的投影系统，根据掩膜投影产生光聚作用的系统，一次性地曝光横断区。投影图像的白色区域使可固化材料(一般地，光聚合物)硬化；黑色区不会。要硬化的横断区的轮廓只能出现在光栅中；分辨率取决于图像点或像素的数量和取决于投影图像的大小。对于上述的WO 01/00390A，通过控制掩膜的渗透率控制光束强度，其中，强度可以通过选择透射LCD的灰度级来控制。但是，通过不同强度的分配是针对只取决于固化区是否在下面的层进行的。在WO 01/00390A中没有提到像根据本专利技术那样体素矩阵中的能量输入的调整和/或控制。本专利技术处理体素矩阵中的分辨率和细调；在本专利技术中不需要取决于用于连接的下面硬化层是否存在的灰度级分级。在WO 2005/110722A中，为了提高沿着要生成的对象的横断区的轮廓内外的分辨率，在子像素层面上进行多次曝光，所述曝光由图像/构建面中在子像素层面上偏移的多个图像的序列组成，其中，对于每个偏移图像，生成一个独立的掩膜/位图。针对通过子像素偏移获得的轮廓像素考虑灰度级调整。在WO 2005/110722A中一点也没有提到像根据本专利技术那样体素矩阵中的能量输入的调整和/或控制。WO 01/00390A和WO 2005/110722A都没有阐明如何改善图像面中的分辨率和细调，和如何使光源的固有不均匀性平衡得更好。
技术实现思路
本专利技术的目的本专利技术的目的是改善通过经包含预定个分立成像元件(像素)的成像单元输入的能量，在电磁辐射的作用下固化可固化材料，生成三维对象的设备和方法，以便实现系统的更高精确度、更高分辨率和细调、和/或更高均匀性。解决问题的方案在第一实施例中，本专利技术提供了通过经包含预定个分立成像元件(像素)的成像单元输入的能量，在电磁辐射的作用下固化可固化材料，生成三维对象的设备，所述设备包含分别具有通过特定灰度值和/或颜色值调整和/或控制能量输入的能力的计算机单元、IC和/或软件实现。业已发现，在体素矩阵中通过特定灰度值和/或颜色值有选择地调整和/或控制能量输入尤其有利。并且，最好，没有像素偏移地使用光栅掩膜(位图)。在本专利技术中，术语“体素矩阵”指的是固化体素(体像素)的光栅排列，其中，体素成像像素矩阵的图像点，并且每个体素的硬化深度取决于每个图像点的能量输入。在第一实施例的优选方面中，可以按像素特别地和分别地有利提供调整和/或控制特定灰度值和/或颜色值的能力。在第二实施例中，本专利技术进一步提供了通过经包含排列成点、行或矩阵的预定个分立成像元件(像素)的光栅成像单元输入的能量，在电磁辐射的作用下固化可固化材料，生成三维对象的设备，其中，成像单元将像素组成图像，由此，形成光栅掩膜(位图)，其中，成像单元被设计成对于可变能量输入，可以将不止两个能级分配给至少一部分像素。此外，在这个第二实施例中，也业已发现，在体素矩阵中通过特定灰度值和/或颜色值有选择地调整和/或控制能量输入尤其有利。并且，最好，没有像素偏移地使用光栅掩膜(位图)。该分配适合通过按位图和最好按像素特别供应或提供不止两个能级来提供。在第二实施例的优选方面中，成像单元设计成这样是有利的，那就是，按像素特别地和分别地提供不止两个能级的像素分配或分类。不止两个能级最好包括a1)打开和关闭状态，在透射系统(尤其带有光阀)中，通过几乎完全能量透射(白色)，或通过没有能量透射的几乎完全能量阻塞(黑色)；a2)打开和关闭状态，在反射系统中(尤其在数字微镜设备[DMD]或用于光数字处理[DLP]的硅液晶[LCoS]中)，通过到光轴的几乎完全能量反射(在投影图像中，白色)，或通过到光吸收体的光轴外的几乎完全能量反射(在投影图像中，黑色)；和另外，b1)预定所需个灰度级，或b2)预定所需个颜色值。颜色值可以代表色调和/或色密度或强度。按照本专利技术，与灰度值相比，通过颜色值的调整或设置尤其有利，因为以后可以实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生成三维对象的设备，包含：　　　　用于能量输入能够在电磁辐射的作用下固化可固化材料、并包含预定个分立成像元件（像素）的成像单元；　　　　分别具有通过体素矩阵中的特定灰度值和／或颜色值调整和／或控制能量输入的能力的计算机单元、ＩＣ和／或软件实现。

【技术特征摘要】
DE 2006-4-28 102006019963.4;US 2006-4-28 60/796,151.一种生成三维对象的设备，包含用于能量输入能够在电磁辐射的作用下固化可固化材料、并包含预定个分立成像元件(像素)的成像单元；分别具有通过体素矩阵中的特定灰度值和/或颜色值调整和/或控制能量输入的能力的计算机单元、IC和/或软件实现。2.根据权利要求1所述的设备，其中，成像单元或计算机单元、IC和/或软件实现被设计成对于整个投影图像，根据在构建面中的整个图像区上确定的固有光输出分布，利用灰度值和/或颜色值生成补偿掩膜，作为为固化生成的位图的叠加物，使整个投影图像上的光输出均匀分布。3.根据权利要求1所述的设备，其中，补偿掩膜被提供，在测量点之间内插灰度值和/或颜色值，以便形成通过整个补偿掩膜输入的能量的均匀分布。4.根据权利要求1所述的设备，其中，成像单元或计算机单元、IC和/或软件实现被设计成确定像素有多少与图形重叠，和根据结果，将相应确定的灰度值或确定的颜色值分配给像素。5.根据权利要求1所述的设备，其中，成像单元或计算机单元、IC和/或软件实现被设计成在为固化生成的横断图像中，识别各种区域扩展的不同区域，并将均匀灰度值和/或颜色值分配给相应区域。6.根据权利要求1所述的设备，其中，成像单元或计算机单元、IC和/或软件实现被设计成在为固化生成的横断图像中，将灰度值和/或颜色值分别分配给要固化的变暗较大区域，并被设计成将较低级或不将灰度值和/或颜色值分配给要固化的较小区域，从而在要曝光的整个结构区上获得均匀硬化深度。7.根据权利要求1所述的设备，其中，成像单元或计算机单元、IC和/或软件实现被设计成在体素矩阵中实现灰度值/颜色值分配，使得在为相对增大硬化所选的区域中，在体素矩阵中实现沿Z方向增加的硬化深度。8.根据权利要求1所述的设备，其中，成像单元或计算机单元、IC和/或软件实现被设计成按图像点(像素)将有关灰度值和/或颜色值的信息存储在光栅图像(位图)中。9.根据权利要求1所述的设备，其中，为每个光栅图像(位图)当前在线计算有关每个图像点(像素)的灰度值和/或颜色值的信息。10.根据权利要求1所述的设备，其中，成像单元包括在投影单元中。11.根据权利要求1所述的设备，其中，成像单元是空间光调制器(SLM)类型的。12.根据权利要求1所述的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨德力克约翰，沃尔科尔希勒恩，阿里埃尔斯博兰尼，
申请(专利权)人：想象科技有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]