形成三维对象的方法和系统技术方案

公开了形成三维对象的方法和系统

【技术实现步骤摘要】
形成三维对象的方法和系统
[0001]本申请是国家申请号为
201880042822.2
，国际申请日为
2018
年3月
27
日，进入国家日期为
2019
年
12
月
25
日，专利技术名称为“用于
3D
增材制造的计算机轴向光刻
(CAL)
的系统和方法”的申请的分案申请
。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请是于
2017
年5月
12
日提交的美国专利申请第
15/593,947
号的
PCT
国际申请
。
上述申请的全部公开内容通过引用并入本文
。
[0004]政府权利声明
[0005]美国政府根据美国能源部与劳伦斯利弗莫尔国家安全有限责任公司
(Lawrence Livermore National Security,LLC)
之间针对劳伦斯利弗莫尔国家实验室
(Lawrence Livermore National Laboratory)
的运营的合同第
DE
‑
AC52
‑
07NA27344
号，对本专利技术享有权利
。


[0006]本公开涉及用于执行增材制造的系统和方法，并且更具体地涉及关于使用计算机断层扫描
(CT)
技术的体制造
(volumetric fabrication)
的系统和方法
。

技术介绍

[0007]这部分提供与本公开有关的背景信息，其不必然是现有技术
。
[0008]增材制造
(AM)
制造方法正在迅速发展，其中基于光聚合物的方法包括一些最突出的方法
。
这些立体光刻技术提供了分辨率
、
构建速度
、
处理控制以及资金成本之间的有用平衡
。
然而，这些系统度量通常需要彼此权衡
。
解决速度限制
、
表面粗糙度
(
阶梯产物
(stair
‑
step artifact))
和对支承结构的要求将为这些技术的前进发展提供接下来的主要步骤
。
[0009]随着增材制造
(AM)
技术的兴起和多功能性，关于几乎每种
AM
方法的一个约束是：依赖于连续地重复的低维单元操作，逐个体素或逐层构建结构
。
这可能是优点，产生显著的处理灵活性，但是这常常是缺点，造成维度限制和表面光洁度方面的缺陷；例如，不可能产生平滑的弯曲几何形状
。
若干方法已经展示了在不需要平面切片的情况下生成
3D
结构的能力，尤其是休斯研究实验室
(Hughes Research Laboratory)
的经由点阵光束的点阵的制造
(
参见，
T.A.Schaedler
等，“Ultralight Metallic Microlattices”，
Science
，卷
334
，第
6058
号，第
962
至
965
页，
2011
年
11
月
)
和通过干涉光刻产生的光子晶体
(
参见，
Y.Lin、A.Harb、K.Lozano、D.Xu
和
K.P.Chen
，“Five beam holographic lithography for simultaneous fabrication of three dimensional photonic crystal templates and line defects using phase tunablediffractive optical element”，
Opt.Express
，卷
17
，第
19
号，第
16625
页，
2009
年9月
)。
但是，这些方法限于周期性结构，其中一个维度显著小于其他两个维度
。
即使
Carbon3D
的“连续”液体界面处理
(
参见，
J.R.Tumbleston
等，“Continuous liquid interface production of 3Dobjects”，
Science
，卷
347
，第
6228
号，第
1349
至
1352
页，
2015
年3月
)
也依然需要基于
2D
离散化的顺序制造
。
[0010]非常期望扩展
AM
技术基础以包括借助于
3D
单元操作的制造，
3D
单元操作生成具有任意几何形状的
3D
形状
(“一次成型
(volume at once)”)。
这样的方法还处于起步阶段：第一“一次成型”基于光聚合物的制造最近被展示，如在第
26
届年度国际固体自由曲面制造研讨会论文集
(Proceedings of the 26th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium)
，
Austin
，
TX
，
2016
年，第
1183
至
1192
页中的
M.Shusteff
等的“Additive Fabrication of 3D Structures by Holographic Lithography”中所述
。
该方法使用了由纯相位硅上液晶
(LCoS)
空间光调制器
(SLM)
生成的全息形的光场
。
由于沿三个正交方向中的每一个方向具有恒定的横截面，因此由
Shusteff
等人的方法可实现的几何形状受到限制
。
这种限制主要由根据因现有
SLM
的相对大的像素尺寸
(
最小大约4μ
m
，但是更通常为8μ
m
或更大
)
产生的现有
SLM
的状态可实现的小衍射角引起的
。

技术实现思路

[0011]这部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种形成三维
(3D)
对象的方法，包括：提供容纳在光学透明树脂容器内的光响应树脂体；同时按多个角度
θ
引导来自布置在所述树脂容器的侧面的光学子系统的多个光学投影通过所述光学透明树脂容器的侧壁并且通过所述光响应树脂体，所述多个光学投影还围绕延伸通过所述光响应树脂体的
z
轴被引导；以及对所述多个光学投影中的每一个提供在固定暂时曝光时段内起作用的计算出的三维强度分布，以形成期望的
3D
部件，以及其中，所述同时按多个角度
θ
引导来自光学子系统的多个光学投影的操作包括：针对所述多个角度
θ
中的每一个，沿所述
z
轴将多个一维图像切片堆叠以形成二维图像，并且生成针对所述角度
θ
中的每一个的多个二维光学投影的同时叠加以在空间中生成
3D
强度函数
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中，按多个角度
θ
从光学子系统递送的多个光学投影的计算设计包括：使用包括滤波反投影
(FBP)
技术或基于优化的迭代技术中的至少之一的傅里叶域方法
。3.
根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述固定暂时曝光时段之后，漂洗所述树脂容器，以从已被光固化的所述
3D
部件的区域中移除未被固化的树脂
。4.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述同时按多个角度
θ
引导来自光学子系统的多个光学投影的操作包括：从围绕所述光响应树脂体的外周布置的微透镜阵列和多个有机发光二极管
(OLED)
生成所述多个光学投影，其中，从所述多个
OLED
的相应子集生成来自相应角度
θ
的每个投影
。5.
根据权利要求4所述的方法，还包括使用控制器来控制所述多个
OLED。6.
一种形成三维
(3D)
对象的方法，包括：提供容纳在光学透明树脂容器内的可光固化树脂体，
z
轴延伸通过所述可光固化树脂体以及
x
’
轴与所述
z
轴垂直地延伸；围绕所述
z
轴旋转所述光学透明树脂容器，同时在所述树脂体旋转时，沿着相对于所述树脂体坐标系
(x,y,z)
的不同角度
θ
，以顺序的方式将来自布置在所述光学透明树脂容器的侧面的静止的光学子系统的在固定的
x
’
方向上的多个光学投影引导到所述树脂容器处，以使得所述多个光学投影穿过所述光学透明树脂容器的侧壁部分；以及其中，在每个角度
θ
处控制所述光学投影的二维
(2D)
投影函数以递送受控的
3D
曝光剂量，在包括来自多个角度
θ
的多个投影以在所述树脂体中产生总和的
3D
曝光剂量的固定暂时曝光时段内，所述总和的
3D
曝光剂量足以在期望区域中引起光固化而不在非期望区域中引起光固化
。7.
根据权利要求6所述的方法，其中，旋转所述光学透明树脂容器包括：将所述光学透明树脂容器固定到旋转支承台并且使用所述旋转支承台以旋转所述光学透明树脂容器
。8.
根据权利要求6所述的方法，其中，所述光学透明树脂容器的所述旋转通过控制器与所述多个光学投影同步
。9.
根据权利要求6所述的方法，其中，引导来自静止的光学子系统的多个光学投影包括：引导来自静止的数字光处理
(DLP)
投影仪的多个光学投影
。
10.
根据权利要求6所述的方法，其中，引导来自静止的光学子系统的多个光学投影包括：使用空间光调制器
(SLM)
来生成多个光学投影，所述空间光调制器控制所述多个光学投影的幅度或相位或者幅度和相位两者
。11.
根据权利要求6所述的方法，还包括：在所述固定暂时曝光时段之后，漂洗所述树脂容器，以从已被光固化的
3D
部件的区域中移除未被固化的树脂
。12.
根据权利要求6所述的方法，其中，按多个角度
θ
从光学子系统递送的多个光学投影的计算设计包括：针对延伸通过所述
z
轴的多个
z
平面中的每个
z
平面，在每个角度
θ
处生成针对特定
z
平面的一维
(1D)
强度模式；以及针对每个
z
平面，将针对特定角度
θ
的所述
1D
强度模式组合成来自该角度
θ
的二维
(2D)
图像投影，并针对每个角度
θ
执行所述生成和组合操作
。13.
根据权利要求6所述的方法，其中，按多个角度
θ
从光学子系统递送的多个光学投影的计算设计包括：使用包括滤波反投影
(FBP)
技术或基于优化的迭代技术或者滤波反投影技术和基于优化的迭代技术两者的傅里叶域方法
。14.
一种形成三维
(3D)
对象的方法，包括：提供容纳在光学透明树脂容器内的可光固化树脂体，
z
轴延伸通过所述可光固化树脂体以及
x
’
轴与所述
z
轴垂直地延伸；使用光学子系统以生成光学二维
(2D)
投影；使得以下中至少之一相对于另一者旋转，以使得所述光学透明树脂容器接收所述光学
2D
投影：所述
2D
投影，或者所述光学透明树脂容器；以及其中，在每个角度
θ
处控制所述
2D
投影的二维
(2D)
投影函数以在固定暂时曝光时段内递送受控的
3D
曝光剂量，并且其中，从多个角度
θ
生成多个
2D
投影，并且其中，对所述多个
2D
投影进行求和以在所述树脂体中产生
3D

【专利技术属性】
技术研发人员：布雷特，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：