快速原型制作设备的改进制造技术

立体光刻设备和用于立体光刻设备的曝光系统，其中发光二极管被用作光源。本发明专利技术涉及对齐来自发光二极管的光并且涉及发光二极管的更换和控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及与用于通过截面的加成处理(additive treatment)来制造三维物体的快速原型制作(prototyping)设备有关的改进。
技术介绍
用于在立体光刻中使用的设备近年来得到发展。它们现在包含UV灯泡和发光二极管这二者作为光源。将发光二极管实现为光源引起不同问题，这些问题在本申请中得以解决。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于立体光刻设备的曝光系统，该曝光系统包含发射波长介于 200nm和IOOOOnm之间的光的至少一个发光二极管，具有多个单独可控光调制器的至少一个空间光调制器，光学耦合到所述至少一个空间光调制器的输入光学元件，光学耦合到所述至少一个空间光调制器的输出光学元件，至少一个控制单元，其中所述输入光学元件和输出光学元件促进从所述至少一个发光二极管发射的光经由所述空间光调制器的所述单独可控光调制器透射到照射区域，其中所述空间光调制器使得能够依照来自所述控制单元的控制信号建立来自所述输入光学元件的光的图案，其中所述输出光学元件使得能够将来自所述至少一个空间光调制器的光的图案聚焦在照射斑点上，以及其中所述曝光系统能够将从所述发光二极管发射的相对于发光二极管的光轴所成角度大于45度的光对齐，从而使所述光指向与所述光轴平行的方向。本专利技术的发光二极管可以发射深UV到远顶范围内的辐射，例如200nm到 IOOOOOnm范围内的辐射。因此，术语光适用于深UV到远顶范围内的辐射，例如200nm到 IOOOOOnm范围内的辐射。类似于材料的粉末烧结来制作三维固体物体的应用优选地在波长高达IOOOOOnm的红外能量范围内实施。利用可固化液体树脂的立体光刻浴的应用优选地在波长从200nm到高至500nm的紫外能量范围内实施。根据本专利技术的有利方面，空间光调制器的光调制器将来自发光二极管的光图案化在光敏材料上。光敏材料被固化成反映光调制器在空间光调制器中的位置的图案。越多的来自发光二极管的光指向光敏材料，则在控制立体光刻设备时的可用控制选项越多。这样的控制选项可以例如为曝光系统经过光敏材料的扫描速度、能耗控制(例如降低来自发光二极管的光的强度导致减小的能耗)等。根据本专利技术的另一有利方面，曝光系统包含空间光调制器的模块，其中每个模块包含多于一个空间光调制器。此外，输入光学元件可以由模块制成，因此一个输入光学元件模块对应于一个空间光调制器模块。此外，输出光学元件可以由模块制成，因此一个输出光学元件模块对应于一个空间光调制器模块。曝光系统的元件的模块化结构促进了容易改变曝光系统，从而满足对于曝光系统尺寸的特定用户限定的要求。根据本专利技术的另一有利方面，多于一个空间光调制器用于增大曝光系统的宽度， 藉此增大可能照射的区域；因此有可能构建更大的物体或者同时构建更大数目的小物体。根据本专利技术的另一有利方面，多于一个发光二极管用于增大来自曝光系统的发射光的强度。利用增大强度的光，有可能增大曝光系统经过光敏材料的扫描速度。根据本专利技术的另一有利方面，用于图案化来自发光二极管的光的空间光调制器可以相当于微光开关、液晶显示器、数字微镜装置等。根据本专利技术的另一有利方面，发光二极管可以相当于激光二极管、紫外发光二极管等。此外，可以使用与发光二极管相当的任何将来开发的二极管或光源。根据本专利技术的另一有利方面，光被理解为任何电磁波。在本专利技术一实施例中，所述曝光系统包含用于将从所述至少一个发光二极管发射的相对于所述至少一个发光二极管的光轴所成角度大于45度的那部分光进行方向对齐的装置，从而按照所述对齐光相对于所述至少一个发光二极管的光轴所成角度为1. 5度或更小的方式改变所述光的方向。根据本专利技术的有利实施例，从发光二极管发射的光的对齐结果是在准直光学元件和微透镜之间的输入光学元件内被测量的。根据本专利技术的有利实施例，会是非常有利的是能够将从发光二极管发射的光指向、反射或对齐为其中与发光二极管的光轴的角度小于当光从发光二极管发射时的情形的方向。这可以使得例如在输入光学元件中进一步处理光更加容易。在本专利技术一实施例中，所述曝光系统包含用于在所述光被引入输入光学元件之前使从所述至少一个发光二极管发射的光对齐的装置。根据本专利技术的有利实施例，从发光二极管发射的光被方向对齐为使得光至少部分地在同一方向上发射。根据本专利技术的实施例，这是至关重要的，因为越多的从发光二极管发射的光指向发光材料，则可以越快地将曝光系统扫描经过光敏材料。在本专利技术一实施例中，所述用于使从所述至少一个发光二极管发射的光对齐的装置包含至少一个反射器。根据本专利技术的有利实施例，该发光二极管可以与打算用于最优化从发光二极管发射的光的外部反射器一起使用。当使用反射器时，更多的发射光可以指向输入光学元件且因此来自同一发光二极管的更多光强可以应用到输入光学元件。根据本专利技术的另一有利实施例，发光二极管可以设有位于内部的反射器。对于具有外部反射器的情形，具有内部反射器的发光二极管可以增多指向输入光学元件且因此指向光敏材料的表面上的照射斑点的那部分发射光。根据本专利技术的另一有利实施例，反射器与发光二极管关联使用，从而增大发光二极管的效率且因此增大曝光系统经过光敏材料的扫描速度的上限。在本专利技术一实施例中，所述用于使从所述至少一个发光二极管发射的光对齐的装置包含至少一个光学透镜。根据本专利技术的有利实施例，来自发光二极管的光可以借助包含在照射源中的至少一个光学透镜而被至少部分地方向对齐。所述光藉此被至少部分地对齐且因此对于输入光学元件的要求可以降低。此外，照射源中的光学元件可以是准直光学元件的部分。根据本专利技术的另一有利实施例，照射源中包含的光学元件可以安装或者铸造成为发光二极管的部分或者成为印刷电路板的部分，发光二极管可以安装在所述印刷电路板上。在本专利技术一实施例中，所述用于使从所述至少一个发光二极管发射的光对齐的装置包含至少一个防护罩。根据本专利技术的有利实施例，发光二极管包含发光中心和发光中心的防护件、反射器等。发光中心的防护件可以成形为促进发射光方向的至少某些变化。光方向的变化可以是光对齐的一部分；因此对准直光学元件的要求可以不相同，从而不使用光指向防护件处理来自发光二极管的光。在本专利技术一实施例中，聚焦在相应照射斑点上的源于一个空间光调制器的光的能量总和与从对应于所述空间光调制器的所述至少一个发光二极管发射的光的能量总和之间的比例至少为0. 1。利用的系数越高，则曝光系统所要求的能量越少；藉此最小化整个立体光刻设备的能耗。此外，本专利技术涉及通过使用根据权利要求1-7中任意一项的设备由光敏材料制造三维物体的方法。在本专利技术一实施例中，将所述曝光系统扫描经过所述光敏材料。根据本专利技术的有利实施例，将该曝光系统扫描经过光敏材料。当将曝光系统扫描经过光敏材料时，空间光调制器对光进行图案化从而固化光敏材料上的一个或多个照射斑点。对于待构建的物体的每一层，将曝光系统至少部分地扫描经过光敏材料至少一次。此外，本专利技术涉及立体光刻设备的曝光系统，其包含发射波长介于200nm和 IOOOOOnm之间的光的至少两个发光二极管，具有多个单独可控光调制器的至少两个空间光调制器，光学耦合到所述至少两个空间光调制器的输入光学元件，光学耦合到所述至少两个空间光调制器的输出光学元件，至少一个测量单元，至少一个控制单元，其中所述输入光学元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于立体光刻设备（ＳＡ）的曝光系统（ＥＳ），包含：发射波长介于２００ｎｍ和ｌ０００００ｎｍ之间的光的至少一个发光二极管（ＬＤ），具有多个单独可控光调制器（ＬＭ）的至少一个空间光调制器（ＳＬＭ），光学耦合到所述至少一个空间光调制器（ＳＬＭ）的输入光学元件（ＩＯ），光学耦合到所述至少一个空间光调制器（ＳＬＭ）的输出光学元件（ＯＯ），至少一个控制单元（ＣＵ），其中所述输入光学元件（ＩＯ）和输出光学元件（ＯＯ）促进从所述至少一个发光二极管（ＬＤ）发射的光经由所述空间光调制器（ＳＬＭ）的所述单独可控光调制器（ＬＭ）透射到照射区域（ＩＡ），其中所述空间光调制器（ＳＬＭ）使得能够依照来自所述控制单元（ＣＵ）的控制信号建立来自所述输入光学元件（ＩＯ）的光的图案，其中所述输出光学元件（ＯＯ）使得能够将来自所述至少一个空间光调制器（ＳＬＭ）的光的图案聚焦在照射斑点（ＩＳＰ）上，以及其中所述曝光系统（ＥＳ）能够将从所述发光二极管（ＬＤ）发射的相对于发光二极管（ＬＤ）的光轴（ＯＡＬＤ）所成角度大于４５度的光对齐，从而使这样的光指向相对于光轴（ＯＡＬＤ）平行的方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP08018226.42008年10月17日1.一种用于立体光刻设备(SA)的曝光系统(ES)，包含发射波长介于200nm和IOOOOOnm之间的光的至少一个发光二极管(LD)， 具有多个单独可控光调制器(LM)的至少一个空间光调制器(SLM)， 光学耦合到所述至少一个空间光调制器(SLM)的输入光学元件(10)， 光学耦合到所述至少一个空间光调制器(SLM)的输出光学元件(00)， 至少一个控制单元(⑶)，其中所述输入光学元件(IO)和输出光学元件(00)促进从所述至少一个发光二极管 (LD)发射的光经由所述空间光调制器(SLM)的所述单独可控光调制器(LM)透射到照射区域(IA)，其中所述空间光调制器(SLM)使得能够依照来自所述控制单元(CU)的控制信号建立来自所述输入光学元件(IO)的光的图案，其中所述输出光学元件(00)使得能够将来自所述至少一个空间光调制器(SLM)的光的图案聚焦在照射斑点(ISP)上，以及其中所述曝光系统(ES)能够将从所述发光二极管(LD)发射的相对于发光二极管(LD) 的光轴(OALD)所成角度大于45度的光对齐，从而使这样的光指向相对于光轴(OALD)平行的方向。2.根据权利要求1的曝光系统(ES)，其中所述曝光系统包含用于将从所述至少一个发光二极管发射的相对于所述至少一个发光二极管的光轴所成角度大于45度的那部分光进行方向对齐的装置，从而按照所述对齐光相对于所述至少一个发光二极管的光轴所成角度为1.5度或更小的方式改变所述光的方向。3.根据权利要求1或2的曝光系统(ES)，其中所述曝光系统(ES)包含用于在所述光被引入输入光学元件(IO)之前使从所述至少一个发光二极管(LD)发射的光对齐的装置。4.根据权利要求1-3中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述用于使从所述至少一个发光二极管(LD)发射的光对齐的装置包含至少一个反射器(RE)。5.根据权利要求1-4中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述用于使从所述至少一个发光二极管(LD)发射的光对齐的装置包含至少一个光学透镜(OP)。6.根据权利要求1-5中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述用于使从所述至少一个发光二极管(LD)发射的光对齐的装置包含至少一个防护罩(P)。7.根据权利要求1-6中任意一项的曝光系统(ES)，其中聚焦在相应照射斑点(ISP)上的源于一个空间光调制器(SLM)的光的能量总和与从对应于所述空间光调制器(SLM)的所述至少一个发光二极管(LD)发射的光的能量总和之间的比例至少为0. 1。8.通过使用根据权利要求1-7中任意一项的设备由光敏材料制造三维物体的方法。9.根据权利要求8的方法，其中将所述曝光系统(ES)扫描经过所述光敏材料(LSM)。10.一种用于立体光刻设备(SA)的曝光系统(ES)，包含发射波长介于200nm和IOOOOOnm之间的光的至少两个发光二极管(LD)， 具有多个单独可控光调制器(LM)的至少两个空间光调制器(SLM)， 光学耦合到所述至少两个空间光调制器(SLM)的输入光学元件(10)， 光学耦合到所述至少两个空间光调制器(SLM)的输出光学元件(00)， 至少一个测量单元(MU)，至少一个控制单元(⑶)，其中所述输入光学元件(IO)和输出光学元件(00)促进从所述发光二极管(LD)发射的光经由所述空间光调制器(SLM)的所述单独可控光调制器透射到照射区域(IA)，其中所述空间光调制器(SLM)使得能够依照来自所述控制单元(CU)的控制信号建立来自所述输入光学元件(IO)的光的图案，其中所述输出光学元件(00)使得能够将来自所述至少两个空间光调制器(SLM)的光的图案聚焦在照射区域(IA)上，其中所述测量单元(MU)使得能够测量由每个单独空间光调制器(SLM)透射的光的强度，以及其中所述控制单元(CU)使得能够基于所述测量值调节由每个单独发光二极管(LD)发射的光的强度。11.根据权利要求10的曝光系统(ES)，其中所述测量值为与所述至少两个空间光调制器(SLM)中的每一个单独空间光调制器相关的光的强度的代表值，以及其中所述控制单元(CU)使得能够基于所述测量的代表值调节来自所述至少两个发光二极管(LD)中的每一个单独发光二极管的光的强度。12.根据权利要求10或11的曝光系统(ES)，其中所述曝光系统(ES)为立体光刻设备 (SA)的一部分，以及所述立体光刻设备(SA)包含用于使光敏材料(LSM)的表面平整的重涂覆器(REC)，所述三维物体将由该光敏材料(LSM)制备。13.根据权利要求10-12中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述测量单元(MU)包含至少一个光敏传感器且所述光敏传感器的输出代表从所述至少两个发光二极管(LD)中的每一个单独发光二极管发射的光的强度的代表值。14.根据权利要求10-13中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述至少一个光敏传感器响应于在200nm到IOOOOOnm范围内的光。15.根据权利要求10-14中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述至少一个光敏传感器在该设备中位于使得能够在光被所述空间光调制器(SLM)图案化之前测量所述光的强度的位置处。16.根据权利要求10-15中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述至少一个光敏传感器在该设备中位于使得能够在光被所述空间光调制器(SLM)图案化之后测量所述光的强度的位置处。17.根据权利要求10-16中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述控制单元(CU)使得能够基于一个或多个所测量的代表值控制从所述至少两个发光二极管(LD)中的每一个单独发光二极管发射的光的强度。18.根据权利要求10-17中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述控制单元(CU)使得能够以下述方式基于一个或多个所测量的代表值控制从所述至少两个发光二极管(LD)中的每一个单独发光二极管发射的光的强度，所述方式为使得从所述至少两个发光二极管(LD) 中的每一个单独发光二极管发射的光的强度是均勻的。19.根据权利要求10-18中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述控制单元(⑶)包含用于通过控制应用到所述至少两个发光二极管(LD)的电压或电流来控制从所述至少两个发光二极管(LD)发射的光的强度的装置。20.根据权利要求10-19中任意一项的曝光系统(ES)，其中所述光敏传感器安装在所述重涂覆器(REC)上。21.通过使用根据权利要求10-20中任意一项的设备由光敏材料制造三维物体的方法。22.根据权利要求21的方法，其中当曝光系统(ES)处...

【专利技术属性】
技术研发人员：E普茹瓦斯，
申请(专利权)人：亨斯迈先进材料瑞士有限公司，
类型：发明
国别省市：CH