本发明专利技术涉及一种用于借助掩模曝光通过逐层固化可在电磁辐射作用下固化的材料来制造三维对象的方法和装置，其中掩模由具有固定分辨率的成像单元产生，掩模由恒定数量的离散的且在空间上相互固定设置的成像元素（像素）形成。为了改善在亚像素范围中沿着要逐层产生的对象的横截面的外轮廓和内轮廓的分辨率，对每一层进行多次曝光，该多次曝光由图像面／构造面中在亚像素范围内相互偏移的多个图像序列组成，其中对每个偏移的图像生成单独的掩模／位图。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及借助具有恒定分辨率的光栅化成像单元通过用掩模曝光来逐层固化(Verfestigung)光电硬化(photohaertend)材料以制造三维对象的方法和装置，其中图像面/构造面中的分辨率应当在亚像素范围中得到改善。
技术介绍
为了逐层构造由“光硬化(lichthaertend)”材料构成的三维对象，在文献中给出了极为不同的方法，为此参见Marshall Burns的“Automated Fabrication-Improving Productivity in Manufacturing”，1993(ISBN 0-13-119462-3)。该专利技术涉及这样的方法，在该方法中，要制造的层基于借助于光栅化掩模的曝光，其中掩模中的最小物理分辨率通过像素的尺寸来给定。目前公知的途径可以是通过下列装置进行的曝光a)投影单元(基于DLP/DMD，LCD，ILA等等)b)LC显示器(反射的，透射的)c)LED或激光二极管行/阵列(其在层上的XY平面内移动)d)基于MEM技术(光阀)的行或阵列(其在层上的XY平面内移动)其中一些方法被描述在以下专利中Dicon AS(DK)的IPCB29C67/00“Rapid Prototyping apparatusand method of Rapid Prototyping”(申请)；Texas Instruments Inc.的美国专利US005247180A“Stereolithographic Apparatus and Method of use”，1993年9月；SRI International的美国专利US005980813A“RapidPrototyping using multiple materials”，1999年11月；Forschungszentrum Informatik an der Universitt Karlsruhe的技术DE G 93 19 405.6“Vorrichtung zur Herstellung einesdreidimensionalen Objects(Modells)nach dem Prinzip derPhotoverfestigung”，1993年12月；在DeltaMed等人的技术DE 299 11 122U1“Vorrichtungzum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes”，1999年7月中描述了对根据类似方法产生显微技术三维组件的应用。Envision Technologies GmbH的PCT专利申请02 008 019.8“Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes”，2002年4月。在US 6,180,050中描述了一种用于在制造三维组件时逐层固化的线性扫描技术。通过在X方向上扫描具有在Y方向上相互交错的光纤阵列的曝光头，提高分辨率。在上述所有方法中，待硬化的材料层的分辨率直接取决于成像方法的分辨率。此外，在投影方法中，中间连接的光学系统确定投影层或待硬化层的比例。因此，图像面/构造面中每个面积单位的分辨率取决于a)成像单元的分辨率或最小元素、即所谓的像素及其相互之间的相对距离、即所谓的像素间距以及b)投影比例。因此，通过体素(体积像素)的最小体积单元来确定组件的表面粗糙度，其中体素的尺寸由投影在XY平面上的像素面积和Z方向上的层厚组成。由执行器在Z方向上的最小分辨率(步长大小)来预先给定层厚的分辨率，以便移动载体平台。这里，分辨率已经可以达到直至一位数μm的范围。如果要实现组件的低表面粗糙度，必须减小投影场并因此随之减小像素面积。在此，给出借助于多媒体投影器的投影作为例子；对于XGA(1024×768像点)的分辨率、17μm的像素和17.9μm的像素间距，在以投影光学系统的放大倍数15投影到275mm×206mm上的时候，图像面/构造面中的分辨率达到大约100dpi，并且因此待硬化层的分辨率也达到大约100dpi，这相当于在大约0.254mm×0.254mm的投影面中的像素尺寸。为了在构造平面相同的情况下例如将图像面/构造面中的分辨率翻倍，在这些投影方法中建议，将投影/放大倍数减半(这意味着将平面分为四份)，并且为了曝光4个子平面，将整个投影单元或构造空间相互平行地移动。该方法的显著缺点是，较大的物体必须非常准确地相对移动，以保证子平面的准确邻接和密切连接，这对于为此所需的机械装置来说意味着很高的成本而且需要整个装置中的额外空间。对于通过借助于LED或激光二极管行/阵列的扫描来选择性地直接曝光或者通过由透射性LCD构成的掩模来直接曝光，构造面中的分辨率等于成像单元中的分辨率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种方法和一种系统，其使得可以在构造平面保持相同大小的情况下将构造面中的分辨率在亚像素范围内提高多倍，即改善对象截面中外轮廓和内轮廓的光栅化，而a)不必在相邻子平面内进行曝光，b)不提高光栅化的成像单元本身的分辨率。该技术问题通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求21的特征的装置解决。根据本专利技术的方法和根据本专利技术的装置的优选扩展方案在从属权利要求中给出。通过根据本专利技术的方法或根据本专利技术的装置，借助于“像素偏移”在亚像素范围中改善图像面/构造面中的分辨率。本专利技术尤其涉及用于借助于掩模投影通过材料固化(特别是通过光化聚合)制造三维组件或三维体的逐层固化，而不涉及借助于(线性)扫描技术的传统逐层固化。按照本专利技术，这可以通过将两维设置的阵列用作成像元件而被非常有效和有利地实现，其中例如通过固定的显微镜阵列预先固定给出光栅化和/或分辨率。与在Canon被称为VAROS(可变折射光学系统)和在Epson被称为“双CCD”的扫描技术相比，在本专利技术中，读取和叠加在亚像素范围中相互偏移的图像的原理被用于在快速原型制造(RapidPrototyping)中的光栅化成像方法。为了改善构造面中的分辨率，不必提高光栅化成像单元本身的分辨率或像点数量。为了提高分辨率，不是在相邻设置的相应缩小的子平面中进行曝光，由此整个平面的构造/曝光时间增加子平面的数量那么多，而是在整个构造平面上进行投影/曝光。通过将在亚像素范围中相互偏移的图像叠加，整个平面的构造/曝光时间增加得不明显。构造面中分辨率改善的程度可以自由选择。附图说明下面借助附图示例性地而非限制性地详细解释本专利技术。图1示意性示出借助于掩模投影8通过逐层硬化光电硬化材料4来生成三维对象3的基本装置，其中具有成像光学系统2的投影单元1位于被填充以光电硬化材料4的贮槽6上方，并且对象3逐层地在载体平台5上硬化，该载体平台5可以在贮槽6内沿竖直方向运动。在借助于掩模曝光的基于光电硬化的方法中，将硬化所需的辐射投影到图像面/构造面7中。借助于光栅化的成像单元进行曝光，其中该成像单元被构造为矩阵。其中，图像由各个像点(像素)组成，并因此形成光栅化的掩模(位图)，其中像素在该面中空间地相互固定地排列。图8-12以简单的例子示出在起始位置(图8)和在位图的在亚像素范围中偏移(移位)的不同状态(图9-11)下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于借助掩模曝光通过逐层固化可在电磁辐射作用下固化的材料来制造三维对象的方法，其中所述掩模由具有确定分辨率的成像单元生成，所述掩模由恒定数量的在空间上相互固定设置的离散的成像元素（像素）形成，其特征在于，为了在亚像素范围中提高沿要逐层生成的对象的横截面的外轮廓和内轮廓的分辨率，对每一层进行多次曝光，其中所述多次曝光由图像面／构造面中多个在亚像素范围内相互偏移的图像的序列构成，其中对于每个偏移的图像生成单独的掩模／位图。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大什科林尼克，亨德里克约翰，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]
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