CN103917348A - 使用线性固化来成型三维物体的装置和方法 - Google Patents

使用线性固化来成型三维物体的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明示出并描述了使用线性固化装置由可固化材料制造三维物体的装置和方法。在特定的实施例中，线性固化装置包括将光投射在扫描装置上的激光二极管，扫描装置例如是旋转多面镜或者线性扫描微镜，其随后将光偏转至光可硬化树脂上。结果，线性固化装置在基本上垂直于激光二极管行进方向的方向上扫描固化能量线。在其它的实施例中，线性固化装置为在基本上垂直于阵列行进方向的方向上延伸的激光装置阵列或者发光二极管阵列。

Description

使用线性固化来成型三维物体的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年2月14日提交的美国临时专利申请号为61/598,666以及于2011年6月28日提交的美国临时专利申请号为61/502,020的权益，每个所述申请的全部内容在这里通过参考而被全文引入。
技术领域
本公开涉及用于制造三维物体的装置和方法，并且更特别是使用线性固化来成型这样的物体的装置和方法。
背景技术
三维快速原型和制造允许以高精度来快速地并准确地制造部件。可以使用这样的技术减少或消除加工步骤，并且取决于制造所使用的材料，特定的部件可以在功能上等价于它们常规生产的相应物。
所制造的部件在尺寸上可以是小到大的部件。部件的制造可以基于多种不同的技术，包括使用光或激光固化方法的光聚含物硬化。其次，固化可以通过暴露至例如紫外线(UV)而发生。用于将计算机辅助设计(CAD)数据转化为适用于快速制造的数据模型的过程可被用于产生适用于构造部件的数据。然后，图形发生器可被用于构造该部件。图形发生器的例子可以包括使用Texas的DLP(数字光处理技术)、SXRDTM(硅晶反射型显示器)、LCD(液晶显示器)、LCOS(液晶覆硅)、DMD(数码微镜器件)、JVC的J-ILA、SLM(空间光调制器)、或者任意类型的选择性光调制系统。
前述的多种装置是复杂的，并且涉及大量的、非常小的、移动的部件。例如，DMD装置涉及数千个可单独控制的微镜。基于激光的SLA系统需要利用可精细控制操作的激光来追踪可能呈线性、非线性或不规则形状的物体截面。多种已知三维物体制造系统的这些特征抬高了这种系统的成本，使得它们不会为大部分消费者所用。由此，提出了对于解决前述问题的使用线性固化方法来制造三维物体的装置和方法的需要。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本公开，其中：
图1是由可固化材料制造三维物体的系统在闭合壳体构型中的透视图；
图2是用于制造图1的三维物体的系统在开放壳体构型中的透视图；
图3描述了在制造三维物体的系统内使用的固化基底组件和线性固化装置的实施方式，其中线性固化装置处于沿着固化基底组件长度的第一位置；
图4描述了图3的固化基底组件和线性固化装置，其中线性固化装置处于沿着固化基底组件长度的第二位置；
图5A是包含固化能量源和旋转能量偏转器的线性固化装置的后侧的透视图；
图5B是图5A的线性固化装置的前侧的透视图；
图5C是图5A的线性固化装置的第一替换形式的示意图，其中，壳体被移除并包括固化能量同步传感器；
图5D是图5A的线性固化装置的第二替换形式的示意图，其中，壳体被移除并包括双固化能量源和固化能量传感器；
图6是由可固化材料制造三维物体的系统的侧立面视图，其包含图3和4的固化基底组件和线性固化装置；
图7是由可固化材料制造三维物体的系统中所使用的固化基底组件和线性固化装置的替换实施方式；
图8是图7实施方式的分解图；
图9A是在图7的固化基底组件中所使用的膜组件的分解透视图；
图9B是图9A的膜组件的侧立面视图；
图9C是图9A的膜组件的组装形式的透视图；
图10是图7的膜组件沿着图7的线10-10的闭合截面视图，其中固化基底支架被移除；
图11是在图7的固化基底组件中所使用的可移除基底组件的透视图；
图12是在图7的固化基底组件中所使用的剥离元件组件的透视图；
图13是图7的固化基底组件沿着图7的线13-13的闭合侧截面视图；
图14是用于在描述使用线性固化装置制造三维物体的方法中所使用的三维物体数据的图形化描述；
图15是表示图14的三维物体的切片数据的图形化表示；
图16(a)是相应于在图15中所示出的一片三维物体的物体截面条带数据的图形化表示；
图16(b)是包含构造外壳和横向偏移区域的可固化材料源的顶部视图；
图16(c)是图16(b)的可固化材料源的顶部视图，其中图16(c)的物体截面条带数据映射到构造外壳上；
图16(d)是描述相应于图16(c)的物体截面条带数据的示例性串数据集的表；
图16(e)是映射在构造外壳上的物体截面条带数据的示例性描述，用于描述使用线性固化装置制造三维物体的相邻层的方法；
图16(f)是描述相应于由图16(e)的截面条带数据所表示的三维物体的偶数层的示例性串数据集的表；
图16(g)是描述相应于由图16(f)的截面条带数据所表示的三维物体的奇数层的示例性串数据集的表；
图17是在制造三维物体的系统中所使用的固化基底组件和线性固化装置的替换实施方式的透视图，线性固化装置处于沿着固化基底组件长度的第一位置；
图18是图17实施方式的透视图，线性固化装置处于沿着固化基底细件长度的第二位置；
图19是使用线性固化装置制造三维物体的系统的替换实施方式的示意图；以及
图20A是图19的制造三维物体的系统的一部分的详细视图；
图20B是图19的制造三维物体的系统的替换实施方式的工作台组件和线性固化装置的详细透视图；
图20C是图20B的工作台组件和线性固化装置在翻转取向上(底侧向上)的下侧的详细透视图；
图20D是图20B的线性固化装置和固化基底组件的一部分的截面侧视图；
图21是用于描述使用线性固化装置由可固化材料制造三维物体的方法的流程图；
图22是用于描述使用线性固化装置由可固化材料制造三维物体的替换方法的流程图；
图23是用于描述图22的替换方法的流程图；
图24是描述至固化能量源和用于驱动旋转能量偏转器的马达的微控制器输出信号以及从固化能量同步传感器接收的微控制器输入信号的图示；
图25(a)是由可固化材料制造三维物体的系统在闭合壳体构型中的、用于调节马达运动参数的半球形测试部件沿着扫描轴(y)的视图；以及
图25(b)是沿着图25(a)的测试部件的构造轴(z)的视图。
相同的附图标记涉及附图中相同的部件。
具体实施方式
附图描述了由可固化材料来制造三维物体的装置和方法的实施例。基于前述内容，通常应理解，在这里所使用的命名法仅是为了方便，并且用于描述本发明的术语应当被本领域普通技术人员给出最为广泛的含义。
在这里所描述的装置和方法通常不仅适用于制造三维物体，例如组件或部件(在这里通常讨论为物体)，而且对于替换的应用来说还可被用于该范围之外。该系统和方法通常包括线性固化装置，其将固化能量施加至可固化材料，例如光可硬化树脂。线性固化装置将固化能量以大体上、并且优选基本上线性的图样施加至可固化材料的暴露表面，并且还在除了由线性图样的长度所定义方向以外的方向上移动，同时施加固化能量。在特定的实施例中，线性固化装置包括扫描装置，其以扫描图样偏转所接收的固化能量。这样的扫描装置非限制性地包括旋转多面镜和线性扫描微镜。
在这里所描述的装置和方法可以包括固化基底，在由固化材料构造物体时，可固化材料可以靠在所述固化基底上而被固化。固化基底有助于形成被暴露至由线性固化装置提供的能量的固化材料的基本上呈平面的表面。所述基本上呈平面的表面改善了构造过程的精确度。在特定的实施方式中，如下所讨论的，固化基底摆动以有助于固化材料与固化基底的分离。在某种其它的实施方式中，提供一个或多个剥离元件以分离固化基底组件和被构造的物体。在其它的实施方式中，固化基底是在线性固化装置移过可固化材料时会与其一起平移的平面的或弯曲的基底。
该系统通常用于由可固化材料制造三维物体并且用于快速原型制作。包含固化能量源(例如激光二极管或LED阵列)的线性固化装置在移过可固化材料的表面以选择性地对其固化时，该线性固化装置产生可固化材料上的、可以根据所构造物体的形状而变化的一系列相邻的线性图像。
如在这里所讨论的，可固化材料是在受到能量时全部或部分硬化的材料。固化或部分固化的反应可被用作为构造三维物体的基础。可固化材料的例子可以包括可聚合或可交联材料，光聚合物，光粉末(photo powder)，光糊状物(photopaste)，或者包含任意种类陶瓷基粉末的光敏复合物、例如氧化铝或氧化锌或氧化钇稳定的氧化锆，可固化硅树脂组合物，二氧化硅基纳米颗粒或纳米复合物。可固化材料还可以包括填料。此外，可固化材料可以呈现的最终形式(即在暴露至电磁辐射之后)可以是半固体、固体、蜡状物和结晶固体。在光聚合物糊状可固化材料的一种实施方式中，优选10000cP(厘泊)至150000cp之间的粘度。
当讨论光可聚合、光可固化或者可固化材料时，任意材料是指可通过提供激发能量、例如电磁辐射的方式而被固化的，可能包含树脂和任选其它的组分。恰当地，可通过电磁辐射(目前使用的常规波长包括UV辐射和/或可见光)而被聚合和/或交联(即可固化)的材料可被用作为这样的材料。在一种实施例中，可使用包含由至少一种乙烯基不饱和化合物(包括但不限于(甲基)丙烯酸酯单体和聚合物)和/或至少一种包含环氧基的化合物形成的树脂的材料。可固化材料的合适的其它组分例如包括无机和/或有机填料、着色物质、粘性控制试剂等，但是不限于此。
当光聚合物被用作为可固化材料时，典型地提供光引发剂。光引发剂吸收光并产生引发聚合和/或交联过程的自由基。合适类型的光引发剂包括茂金属、1，2-二酮、酰基氧化膦、苄基二甲基缩酮、α-氨基酮和α-羟基酮。合适的茂金属的例子包括二(η5-2，4-茂-1-基)二[2，6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)苯基]钛，例如Irgacure784，由Ciba Specialty chemicals提供。合适的1，2-二酮的例子包括醌类，例如樟脑醌。合适的酰基氧化膦的例子包括名称为Irgacure819的二酰基氧化膦(BAPO)，以及名称为TPO的单酰基氧化膦(MAPO)。Irgacure819和TPO均由Ciba Specialty Chemicals提供。合适的苄基二甲基缩酮的例子包括名称为Irgacure651的α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮。合适的α-氨基酮包括2-苄基-2-(二甲基氨基)-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮，其名称为Irgacure369。合适的α-羟基酮包括名称为Irgacure184的1-羟基-环己基-苯基-酮以及名称为Irgacure500的1-羟基-环己基-苯基-酮和二苯甲酮的50-50(重量)混合物。
线性固化装置可以以多种方式来构造。在特定的实施方式中，随着线性固化装置在一个方向上移动，线性固化装置使可固化材料的各部分在另一个方向上(扫描方向)逐步暴露至固化能量。在其它实施例中，随着装置在一个方向上移动，大体上或者优选基本上线性图样的固化能量在沿着另一个方向的单次暴露中被施加。固化能量可以包含电磁辐射。电磁辐射可以包括光化光、可见或不可见光、UV辐射、IR辐射、电子束辐射、X射线辐射、激光辐射等。此外，虽然电磁光谱内每种类型的电磁辐射大体上均可被讨论，但是本公开并不限于所提供的特定实施例。本领域技术人员会认识到不同类型的电磁辐射和产生电磁辐射的方法可以基于应用的需要而被确定。
参见图1-6，描述了用于制造三维物体的第一系统40。系统40包括固化基底组件62(图2)和线性固化装置88(图3-5C)。系统40包括用于支撑并密闭系统40组件的壳体42。壳体42包括可移动地设置在壳体开口49内的视窗44。视窗44允许用户在物体构造操作过程中观察物体的构造。在图1-6的实施例中，视窗44被安装在铰链60上(图2)，允许视窗44相对于铰链60的纵轴而被枢转地开启和关闭，由此一旦完成构造操作就能够提供至构造物体的访问。
壳体42还包括用于容纳光聚合物树脂容器48的下部舱52(图2)。光聚合物树脂容器48被安装在滑动支撑组件50上，其允许容器48可滑动地插入下部舱52并由其移除。滑动支撑组件50提供了用于将光聚合物树脂添加至容器48或由其移除、或者用于替换容器48的方式。下部舱门46(图1)将滑动支撑组件50可移除地紧固在下部舱52内。
工作台组件55包含工作台56和固化基底组件62。工作台56被设置在壳体42的内部，位于下部舱52之上并包括开口54(图2)，物体构造平台43可移动地通过开口54而设置。提供锁存器58以在物体构造过程中将固化基底组件62紧固至工作台56。
构造平台43被连接至升降器组件(未示出)，其在物体构造操作过程中将构造平台43向下移动至树脂容器48内，并且在物体构造操作完成之后向上移出树脂容器48。如在图2中所示出的，构造平台43具有静止位置，其中，其被提升至高于工作台56以有助于移除完成的物体以及移除平台43上任意过量的树脂。在特定的说明性实施例中，构造平台43以周期性的间隔停止，并且在构造平台43静止时线性固化装置88在暴露的可固化材料表面处将固化能量施加至暴露的固化材料。在其它的实施例中，构造平台43在固化能量被供给至可固化材料时远离工作台56连续地移动。
参见图3，描述了物体固化和分离系统，其包括固化基底组伯62和线性固化装置88。随着其在穿过例如光可硬化树脂(在附图中未示出)的可固化材料表面的另一个方向上(x方向)移动，线性固化装置88在第一方向上(y方向将固化能量逐步地施加至可固化材料。在优选的实施方式中，线性固化装置88包括线性扫描装置，并且随着线性固化装置88在x方向上移动，固化能量在定义扫描轴(即y轴)的扫描方向上被“扫描”。优选地，在其发生时，线性固化装置88自身并不会在y方向上移动。在扫描轴方向上的连续线性扫描在这里可被称为“线性扫描操作”。
线性固化装置88包含固化能量源90，扫描装置和壳体96。在图3所描述的实施方式中，扫描装置是旋转能量偏转器92。在线性固化装置88的其它实施例中，扫描装置是激光扫描微镜，其被用来代替旋转能量偏转器92。因此，应当完全理解的是，在这里所描述的示例性实施方式中，激光扫描微镜可以用来代替旋转能量偏转器92。
合适的激光扫描微镜包括磁力启动的MOEMS(微光电机械系统)微镜，其由瑞士的Lemoptix SA供应，名称为LSCAN。线性扫描微镜包含具有固定部分和可移动镜体部分的硅片。镜体被电或磁启动以相对于固定部分倾斜相应于启动信号的程度。随着镜体的倾斜，所接收的固化能量通过倾斜镜体的偏转而被扫描。因此，倾斜程度或倾斜角度对应于沿着扫描轴(y)所偏转的固化能量冲击可固化材料表面的位置。
在特定的优选实施例中，并且如在图3中所示的，在旋转能量偏转器92和壳体96的下表面之间提供透镜98，以聚焦偏转的固化能量并朝向可固化材料传递固化能量。在图3的实施例中，可固化材料位于刚性或半刚性的固化基底68下方并与其相接触。在图3的实施例中，透镜98优选是平场透镜。在特定的实施例中，透镜98是对紫色和紫外线辐射透明的平场透镜。在其它的实施例中，透镜98还具有相对于透镜的中央来说在其端部更长的焦距(涉及透镜长度沿着其而被取向的y轴扫描方向)，从而补偿旋转能量偏转器92至可固化材料的不同的固化能量束行进距离。在特定的实施方式中，透镜98包括抗反射涂层，使得涂覆的透镜透射至少90％、优选至少92％、并且更优选至少95％的波长范围为约380nm至约420nm的入射光。在一种实施例中，透镜98透射至少约95％的波长为约405nm的入射光。合适的涂层包括单层的二氟化镁(MgF2)涂层，其包括由英国的Siltint Industries供应的ARSL0001MgF2涂层。
壳体96还包括基本上呈线性的开口100(例如裂缝)，光通过其而被投射至刚性或半刚性的固化基底68以及透射到可固化材料上。
图3和4分别示出沿着固化基底组件62长度(x轴)的第一位置和第二位置的壳体96。在图3-4的实施方式中，壳体96在x方向上移动，而不是在y方向上。提供马达76以驱动壳体96从固化基底组件62的一端至x方向上的另一端穿过刚性或半刚性的固化基底68的表面(以及位于其下方的可固化材料的表面)。在特定的实实施中，马达76是伺服马达或步进马达。在每种情况中，马达76均具有与其相关联的、相应于线性固化装置88在x轴方向上线性移动程度的马达运动参数。在特定的情况中，该参数是相应于线性固化装置88在x轴方向上移动的特定线性距离的马达节距数。壳体96在x方向(固化基底组件62的长度方向)上移动，固化能量源90和旋转能量偏转器92随之移动。在该运动过程中，固化能量(优选地是激光)被周期性地或者连续性地由固化能量源90投射至旋转能量偏转器92。在一种优选的实施方式中，固化能量源90是激光二极管，其发射380nm-420nm范围的光。390nm-410nm的范围为优选的，并且400nm至约410nm的范围为更加优选的。激光能量优选为至少约300mW，更优选为至少约400mW，并且甚至是更优选至少约450mW。与此同时，激光功率优选不大于约700mW，更优选不大于约600mW，并且还更优选不大于约550mW。在一种实施例中，使用500mW、405nm的蓝光激光。能的蓝光激光二极管包括由Sanyo供应的405nm、500mW激光二极管。
旋转能量偏转器92朝向平场透镜98偏转入射到其上的固化能量。旋转能量偏转器92优选随着线性固化装置88在长度(x轴)方向上的移动而在旋转平面内旋转。在特定的实施例中，旋转平面基本上垂直于线性固化装置88移动的方向(即旋转平面是在图3-4中所示的y-z平面)。在特定的实施例中，旋转能量偏转器92以基本上恒定的旋转速度而旋转。在其它的实施例中，线性固化装置88在长度(x轴)方向上以基本上恒定的速度移动。在其它的实施例中，旋转能量偏转器92以基本上恒定的旋转速度旋转，并且线性固化装置88在长度(x轴)方向上以基本上恒定的速度移动。
当固化能量源90为光源时，旋转能量偏转器92优选为能够偏转可见光或UV光的旋转光偏转器。在一种示例性的实施方式中，旋转能量偏转器92为具有一个或多个围绕其周边定义的面94a，b，c等的多面镜。在图3的实施例中，旋转能量偏转器92是具有面94a至94f的六面镜。每个面94a-94f具有至少一个旋转位置，并且优选为数个，其在这样的位置会与固化能量源90光通信以接收由其投射的光。随着旋转能量偏转器92旋转，固化能量(例如可见光或紫外光)将沿着每个面94a-f的长度连续地偏转。在任一时刻，面94a-94f中的一个将接收并偏转固化能量。随着面改变其旋转位置，固化能量相对于面的入射角度会发生变化，改变了偏转角度，并由此改变了偏转的固化能量冲击固化基底68以及位于其下方的可固化材料的y轴上的位置。由此，旋转能量偏转器92的每个旋转位置相应于固化能量可以在给定的时间而被投射的沿着扫描轴(y)的位置。然而，对于给定数量的旋转能量偏转器的面F，将会存在F个旋转位置，每一个均相应于沿着扫描轴方向的特定位置。如将在下文更加详细讨论的，一个或多个控制器或微控制器可被提供以控制构造平台43、固化能量源90、旋转能量偏转器92、和使线性固化装置88穿过可固化材料的马达的启动和停用。
在特定的实施例中，在y轴方向上的最大扫描长度将相应于单独的面94a-94f的全长。也就是说，随着光逐步地撞击任意一个面94a-94f的整个长度，偏转的光将相应地完成y轴方向上的全扫描长度。旋转能量偏转器92上的面94a，94b等的数量将相应于执行旋转能量偏转器92的一次完全运行的y轴扫描数量。在六面镜的情况中，对于旋转能量偏转器92的每个完全旋转将发生六个y轴扫描。对于保持恒定旋转方向(即顺时针或逆时针)的旋转能量偏转器来说，扫描将会是沿着y轴单向的。换句话说，随着光从一个面94a过渡至另一个面94b，扫描将返回至其在y轴上的起始位置，与在相对方向上的扫描回退是相对的。然而，可以使用其它旋转能量偏转器结构，包括其中旋转能量偏转器92在两个旋转方向上旋转以在y轴方向上产生“来回”扫描的那些结构。
使用术语“构造外壳”来描述固化能量可被供给至可固化材料的最大长度(x方向)和最大宽度(y方向)是有用的。在图3-4的实施方式中，构造外壳区域将典型地小于固化基底68的区域或者由暴露的并且位于其下方的可固化材料的面向上的表面所限定的区域。在图3的实施例中，构造外壳将包含x维度(长度)，其小于或者等于固化能量源90和旋转能量偏转器92可以在x方向上横跨的全长。在某些情况中，构造外壳的y维度(宽度)可以稍长于透镜98和壳体开口100的长度，因为由平场透镜98投射并且通过壳体开口100的光可在y轴方向上以相对于可固化材料暴露表面非直角的入射角度由壳体96向外投射。
图16(b)和(c)描述了包括构造外壳342的可固化材料区域的顶部视图。构造外壳限定了固化的最大区域，并由此限定了x-y平面内的最大三维物体。如在图16(b)和16(c)中所示的，在特定的情况中，线性固化装置88可在x轴方向上沿着总距离移动，所述总距离等于构造外壳342长度距离L和两个偏移距离δL和δR的总和。偏移距离δL和δR分别表示线性固化装置88的左端行进(EOT)位置至左手侧构造外壳边界343的距离以及右手侧EOT位置至右手侧构造外壳边界345的距离。在特定的实施例中，提供偏移距离δL和δR来确保线性固化装置88在可固化材料的任意固化开始之前(即在达到构造外壳342之前)具有在x轴方向上达到基本恒定速度的时间。在特定的实施例中，线性固化装置88以恒定的x轴速度的移动避免了在任何给定的时刻直接测量x轴位置的需求，因为对于马达76来说，其允许马达运动参数提供x轴位置的间接指示。在一种适用于伺服和步进马达的特定实施例中，马达运动参数是马达节距数。在特定的实施例中，δL和δR是相等的。
在特定的实施例中，随着旋转能量偏转器92旋转，固化能量源90将根据表示将要被构造的物体的数据而选择性地投射光。在x轴方向上的给定位置，取决于将要被构造的物体的形状，某些y轴位置可被固化并且其它的可以不被固化。
一种选择性地将光投射至可固化材料的方式是选择性地启动可固化能量源90，这取决于线性固化装置的x轴位置以及与固化能量源90光通信的面94a-f的旋转位置。尽管每个面94a-94f沿着其长度将具有可由固化能量源90在其处接收固化能量的全范围的位置，但是不必须是这样的情况，即每个这样的面位置将在由该面所执行的任何单独扫描的过程中接收固化能量。由此，通过(直接地或间接地)协调固化能量源的启动和给定面94a-94f的旋转位置，固化能量可被选择性地提供至仅在需要固化的沿着y轴的那些位置处。
可在沿着x轴方向的给定线性距离内执行的线性扫描的数量会依赖于数个变量，包括旋转能量偏转器92的旋转速度、旋转能量偏转器92上的面F的数量、以及线性固化装置88沿着x轴方向的运动速度。总的来说，随着线性固化装置88的运动速度在x轴方向上的增加，每单位x轴长度的线性扫描的数量会降低。然而，随着旋转能量偏转器92上的面的数量的增加或者随着旋转能量偏转器92的旋转速度的增加，每单位x轴长度的线性扫描的数量会增加。
由此，对于单位例如为毫米的给定构造外壳距离L来说，可以执行的行扫描操作的最大数可以如下计算：
(1)Nmax＝(L/S)*(RPM/60)*F
其中，Nmax＝构造外壳内在x轴方向上行扫描操作的最大数；
L＝在x轴方向上所期望的构造外壳的长度(mm)；
S＝固化能量源在x轴方向上的运动速度(mm/sec)；
RPM＝旋转能量偏转器的旋转频率(转数/分钟)；以及
F＝旋转能量偏转器上的面的数量。
每个线性扫描随后均可被指定一个值范围为0至Nmax-1的线性扫描索引n(当使用数据串集作为物体层数据时，其也可以被称为串索引)。等式(1)还可被用于计算对于x轴方向上的给定部件长度来说所需要的行扫描操作的实际数目。在那种情况中，L将会是部件在x轴方向的所期望长度，Nmax将由N来替代，N表示用于形成所述部件的行扫描操作的总数。
当线性固化装置以恒定速度S在x轴方向上移动时，对于马达76来说例如马达节距数的马达运动参数可被关联至构造外壳长度L并用于定义等于马达节距数/L的变量W。微控制器单元随后可以使用马达节距数根据如下的等式间接地确定构造外壳内线性固化装置的线性扫描位置的数目(或者如在这里所进一步描述的串索引)：
(2)扫描索引n＝((距边界的节距数)/(W)(S))*(RPM/60)＊F
在等式(2)中，距边界的节距数指从构造外壳边界343开始并由左侧移动至右侧或者从构造外壳边界345开始并由右侧移动至左侧计数的马达节距数。具有某一长度的特定三维物体层可以由在构造外壳342内执行的数个线性扫描来形成。
在特定的实施例中，主机将通过依比例确定部件与构造外壳的尺寸并基于构造外壳342内可能的扫描总数Nmax指定扫描索引编号n来指定扫描索引编号或串数据索引编号。扫描索引编号n随后将如在等式(2)中所设定的被关联至马达节距数。该关系部分地依赖于值W的精确度，W是线性固化装置88横跨构造外壳长度L(图16(b))所需节距数除以L的比值。如在下文所解释的，在某些情况中，W会偏离由用于移动线性固化装置88的机械装置的几何尺寸所预测的值(即，由马达76的齿轮比、马达76的旋转速度、以及滑轮82a和82b的滑轮直径所预测的值)。在这种情况中，可能期望调节W的值。调节W的值的方法将在下文进一步描述。
在另一种实施例中，在线性固化装置88和刚性或半刚性的固化基底68之间提供弹性平膜掩体。弹性平膜掩体具有多个界定基体的可变透明成像元件。每个成像元件可以通过将能量供给至其而被选择性地制成为透明的或者不透明的。这样的弹性平膜掩体的例子包括透明的有机发光二极管(OLED)屏幕和液晶显示器(LCD)屏幕。基体被构造为沿着固化基底组件的长度(x轴)方向设置的多个排(1-n)。每排均定义了x轴位置，并具有沿着y轴方向的多个元件，其可被选择性地制成为透明的或不透明的以允许固化能量源90的能量从其通过。由此，在规定的x轴位置处，被活化以允许能量传递的特定数量的排将指示在y轴方向上哪部分的可固化材料将接收固化能量，同时继续连续地将能量从固化能量源90供给至旋转能量偏转器92。
如上文所指出的，用于制造在这里所描述的三维物体的系统包括控制单元，例如微控制单元或者微控制器，其包含用于启动马达76、118并移动构造平台43以及用于选择性启动固化能量源90的本地存储并执行的程序。在特定的实施例中，该系统包括主机，其将三维物体数据处理成由微控制器单元认知的格式并随后将该数据传送至微控制器，为微控制器单元的本地存储和执行程序所使用。如在这里所使用的，术语“微控制器”指用于特定任务的高性能、可编程计算机存储器系统。在特定的实施例中，在这里所描述的微控制器包括具有微处理器的集成电路芯片，只读存储器(ROM)，用于外围设备的接口，计时器，模数和数模转换器，以及其它可能的功能单元。
在特定的实施例中，线性固化控制器(未示出)至少部分地基于线性固化装置88在长度(x轴)方向上的位置而选择性地启动和停用线性固化装置88。该位置可被直接地检测或者可被间接地由其它变量(例如马达节距数)确定。在下文所进一步讨论的一种实施方式中，行进传感器346(图16(b)和(c))的末端与马达运动参数一起用于间接地确定x轴位置。
在一种实施方式中，线性固化控制器是微控制器或固化能量源控制器(未示出)，其可操作地连接至固化能量源90以通过选择性地启动和停用其而改变固化能量源90的通电状态。在其它的实施例中，控制器至少部分地基于有关将要被构造的三维物体的形状信息而选择性地启动固化能量源。在其它的实施例中，控制器基于线性固化装置88在长度(x轴)方向上的位置(或者基于与例如马达76的马达节距数的位置相关的其它变量)并基于有关随x轴位置而变化的被构造物体的形状信息，而选择性地启动固化能量源。在可固化材料所给出的暴露表面上，将要接收固化能量的规定的x，y位置将依赖于被构造物体在固化能量源90和旋转能量偏转器92的给定x轴位置处的y轴轮廓。在其它的实施例中，线性固化控制器选择性地启动平膜掩体上的成像元件以选择性地固化可固化材料上所期望的位置。在其它的实施例中，激光扫描微镜以线性图样选择性地偏转固化能量从而执行线性扫描操作。
在特定的实施例中，提供有关被构造物体的形状信息作为在三维空间中精确地定义物体形状的三维物体形状信息。三维物体数据随后被切割或细分为优选沿着相应于构造轴维度的物体层数据。构造轴指物体沿着其而被逐渐地构造的轴，并且在这里描述的实施例中被典型地称为“轴”。物体层数据可以包含在垂直于构造轴的平面内精确地定义物体形状的信息。因此，在构造轴被称为z轴的一种实施例中，每个物体数据层的集和可以包含在给定的z轴位置处定义物体截面形状的x和y坐标。提供并使用物体数据来驱动固化过程的示例性方法在下文被进一步描述。
如在上文所提及的，提供马达76以将壳体96在x轴方向上平移过可固化材料的表面。用于提供该平移的示例性装置在图3和4中描述。根据附图，壳体96被连接至在固化基底组件62的宽度(y轴方向)上彼此间隔的两个凸轮从动件组件104a和104b。马达76旋转轴78，轴78在其末端80a和80b被连接至相应的正时皮带86a和86b。每个正时皮带86a和86b被连接至相应的滑轮82a和82b，其可旋转地安装至相应的支架83a和83b，而支架83a和83b安装在固化基底组件62的固定框架64上的。
凸轮从动件组件104a和104b通过相应的带连接器114a和114b而被分别连接至相应的一个正时皮带86a和86b。凸轮从动件组件104a和104b还被连接至相应的线性轴承110a和110b，其可滑动地啮合相应的线性滑轨或导轨112a和112b。线性滑轨112a和112b被附连至固定框架64并在固化基底组件62的宽度(y轴)方向上彼此间隔。当马达76被通电时，轴78围绕其纵轴旋转，导致正时皮带86a和86b以无端回路方式循环。正时皮带86a和86b的循环导致凸轮从动件组件104a和104b在固化基底组件62的长度(x轴)方向上平移，其进而在长度(x轴)方向上移动线性固化装置壳体96。由此，马达76、旋转能量偏转器92和固化能量源90的协同启动允许在长度(x轴)方向上平移固化能量源90和旋转能量偏转器92的同时，在宽度(y轴)方向上沿着可固化材料的暴露表面扫描固化能量。
线性固化装置88的更加详细的视图在图5A和5B中提供，其示出装置88的相对侧。壳体96通常为多边形结构。如在图中所描述的，壳体96具有开放面，但是该面可被关闭。旋转能量偏转器92与固化能量源90在高度(z轴)和宽度(y轴)方向上彼此间隔，并且还可在长度(x轴)方向上与固化能量源90轻微地偏移。旋转能量偏转器92可旋转地安装至壳体96，从而基本上在可优选地基本上垂直于长度(x轴)方向(即y-z平面)的平面内旋转。提供固化能量源端口116以安装固化能量源(例如激光二极管)，从而使其一次与旋转能量偏转器92的至少一个面94a-94f光通信。如在上文所指出的，透镜98在高度(z轴)方向上与旋转能量偏转器92相间隔并位于其下方，并且位于壳体光线开口100上方。
马达118被安装在壳体96的后表面上，并可操作地连接至旋转能量偏转器92。马达118被连接至功率源(未示出)。当马达118被通电时，旋转能量偏转器92在y-z平面内旋转，导致不同的面94a-94f相继地进行与固化能量源90光通信。还可以提供控制单元(未示出)以选择性地通电马达118、固化能量源90和/或马达76。马达76和118中的一者或两者可以是步进马达或伺服马达。在特定的实施方式中，马达76和118中的一者或两者由连续的能量脉冲驱动。在马达118的情况中，在特定的优选实施方式中，其由连续的能量脉冲驱动，使得每个脉冲的计时相应于旋转能量偏转器92的面94(a)-(f)的固定旋转位置。随着马达受到脉冲的作用，每个面94(a)-(f)将相继地进行与固化能量源90光通信，并且与固化能量源90光通信的特定的面将具有相应于脉冲计时的固定旋转位置。
在特定的实施方式中，旋转能量偏转器92的旋转位置可重复地相应于每个马达能量脉冲的计时，而无需为操作者知晓。马达能量脉冲与面92a-92f的旋转位置之间的固定关联关系允许马达脉冲计时被用于同步固化能量源90的同步固化能量信号的传递，使得对于每个面94(a)-(f)在某些限定的旋转位置发出同步固化能量信号，同时其与固化能量源90光通信。
在特定的实施方式中，需要提供比线性固化装置88以其移动的x轴速度明显大的y轴扫描速度(即固化能量沿着可固化材料的暴露表面移动的速度)。提供这种在y轴和x轴的速度上的差异有助于更好地确保所扫描的能量图样为线性的并垂直于x轴方向，由此降低了物体变形的可能性。在特定的实施例中，线性固化装置88在y轴方向上的扫描速度为在x轴方向上运动速度的至少约1000倍，优选至少约1500倍，更优选至少约2000倍，并且还更优选至少2200倍。在一种实施例中，线性固化装置88以约1英寸/秒的速度在x轴方向上移动，并且y轴扫描速度为约2400英寸/秒。扫描速度相对于线性固化装置88在x轴方向上的运动速度的提高会通过增加在x轴方向上每单位长度的扫描线的数量而提高扫描过程的分辨率。
固化能量被逐渐地施加至可固化树脂在固化基底组件62的宽度(y轴)方向上所选择的区域的扫描速度(每单位时间扫描的数量)相应于旋转能量偏转器92的旋转速度乘以面94a-f的数量。在特定的实施例中，旋转速度为约1,000至约10,000rpm，优选为约2,000至约8,000rpm，并且更优选为约3,000至约5,000rpm。
参见图5C，描述了图5A和B的线性固化装置88的可替换实施方式。在图5C中，壳体96被移除。如在附图中所示的，随着旋转能量偏转器92在y-z平面(即垂直于线性固化装置88的运动方向的平面)内旋转，固化能量源90在任一时刻与旋转能量偏转器92的一个面94(a)-(f)光通信。在这种实施方式中，在固化能量源90和旋转能量偏转器92之间提供一个或多个固化能量聚焦装置。在图5C的实施例中，一个或多个聚焦装置包含准直器320和柱面透镜322。
在固化能量源90和柱面透镜322之间提供准直器320。在准直器320和旋转能量偏转器92之间提供柱面透镜322。准直器320还为聚焦透镜并产生圆形光束。柱面透镜322将圆形光束拉伸成更加线性的形式，从而允许光束降低受旋转能量偏转器92影响的区域，并更加精确地适配一个特定面94(a)-(f)维度内的光束。由此，由固化能量源90传递的固化能量在到达旋转能量偏转器92的特定面94(a)-(f)之前首先通过准直器320并随后通过柱面透镜322。
在特定的优选实施例中，准直器320和/或柱面透镜322透射至少90％、优选至少92％、并且更优选至少95％的波长范围为约380nm至约420nm的入射光。在一种实施例中，准直器320和柱面透镜322透射至少约95％的波长为约405nm的入射光。在相同的或在其它的实施例中，固化能量源90包含的激光二极管具有的光束发散度为至少约五(5)毫弧度，更优选至少约六(6)毫弧度，并且还更优选至少约6.5毫弧度。在相同的或在其它的实施例中，光束发散度不大于约九(9)毫弧度，优选不大于约八(8)毫弧度，并且还更优选不大于约7.5毫弧度。在一种实施例中，发散度为约7毫弧度。准直器320优选被配置为具有足够的焦距以校直具有前述光束发散度值的光。准直器320优选被配置为接收具有“蝴蝶”形状的入射激光，并将其转化为圆形光束以透射至柱面透镜322。
在特定的实施例中，准直器320具有的有效焦距范围为约4.0mm至约4.1mm，优选为约4.0mm至约4.5mm，并且更优选为约4.01mm至约4.03mm。在一种实施例中，准直器320是模制的玻璃非球面准直透镜，其所具有的有效焦距为约4.02mm。一种这样的准直器320为GeltechTM抗反射涂覆的、模制的玻璃非球面准直透镜，由New Jersey，Newton的Thorlabs，Inc.供应，部件编号为671TME-405。该准直器由ECO-550玻璃形成，具有的有效焦距为4.02mm，并且具有为0.60的孔径。
在特定的实施例中，准直器320和/或柱面透镜322基于固化能量源90的特定波长和光束发散度特征而被最优化。在一种实施例中，准直器320和/或柱面透镜322由硼硅酸盐玻璃、例如BK-7光学玻璃形成。在特定的优选实施例中，准直器320和/或柱面透镜322涂覆有抗反射涂层，使得涂覆的准直器320和涂覆的柱面透镜322透射至少90％、优选至少92％、并且更优选至少95％的波长范围为约380nm至约420nm的入射光。合适的抗反射涂层包括二氟化镁(MgF2)涂层，例如由英国的Siltint Industries供应的ARSL0001MgF2涂层。
在线性固化装置88的特定实施例中，固化能量定义在可固化材料上冲击点处的斑点(可以是或者不是圆形的)。固化能量和可固化材料之间的入射角度将与给定面94(a)-(f)相对于固化能量源90的旋转位置一起变化。斑点维度和形状也将趋于与入射角度一起变化。在某些情况中，这种斑点尺寸和/或斑点维度的变化会产生不均匀的固化图样，并降低物体构造过程的精确度。由此，在特定的实施例中，在旋转能量偏转器92和可固化材料之间提供一个或多个透镜，以随着旋转能量偏转器92的旋转位置的变化而提高斑点尺寸和/或维度的一致性。在特定的实施例中，该一个或多个透镜是平场透镜98(图5A和5B)。在其它实施例中(图5C)，该一个或多个透镜是F-θ透镜(328或330)。在其它的实施例中，并且还如在图5C中所示的，该一个或多个透镜是一对F-θ透镜328和330。该F-θ透镜328和330被彼此间隔开，并沿着z轴方向(即垂直于扫描方向和线性固化装置88的运动方向的轴)与旋转能量偏转器92间隔开。第一F-θ透镜328被置于第二F-θ透镜330和旋转能量偏转器92之间。第二F-θ透镜330被置于第一F-θ透镜328和可固化材料之间(以及第一F-θ透镜328和光线开口100之间，在图5C-D中未示出)。
第一F-θ透镜328包括入射面334和透射面336。入射面334接收旋转能量偏转器92所偏转的固化能量。透射面336将固化能量从第一F-θ透镜328透射至第二F-θ透镜330。类似地，第二F-θ透镜330包括入射面338和透射面340。入射面338接收由第一F-θ透镜338的透射面336透射的固化能量，并且透射面340将固化能量从第二F-θ透镜330透射至壳体光线开口100(在图5C中末示出)并透射至可固化材料。
在图5C的线性固化装置的特定的实施方式中，第一F-θ透镜328具有的折射率小于第二F-θ透镜330的折射率。相对不同的折射率有助于降低激光束的散射损失。与此同时或者在其它的实施方式中，第一F-θ透镜的透射面336的曲率半径小于第二F-θ透镜的透射面340的曲率半径。合适的成对F-θ透镜是可购买的并且包括由Konica Minolta和HP所供应的F-θ透镜。在特定的实施方式中，F-θ透镜328和330优选涂覆有抗反射涂层。抗反射涂层被用于最大化通过F-θ透镜328和330透射的所选波长的固化能量的量。在一种实施例中，抗反射涂层允许所涂覆的F-θ透镜328和330透射大于90％的波长介于约325nm至约420nm之间的入射固化能量，优选大于90％的波长介于约380nm至约420nm之间的入射固化能量，更优选大于约92％的波长介于约380nm至约420nm之间的入射固化能量，并且还更优选大于95％的波长介于约380nm至约420nm之间的入射固化能量。在一种特定的实施方式中，涂覆的F-θ透镜透射至少约95％的波长为约405nm的入射光(即蓝色激光)。在其它优选的实施方式中，准直器320和柱面透镜322还涂覆有相同的抗反射涂层。合适的抗反射涂层包括二氟化镁(MgF2)涂层，例如由英国的Siltint Industries供应的ARSL001MgF2涂层。
在特定的实施例中，线性固化装置88可以包含多个固化能量源。在某些实施方式中，线性固化装置88可以包括多个提供相同波长固化能量的固化能量源，并且装置88可以将单一固化能量束传递至可固化材料。在其它实施方式中，装置88可以包括不同波长的固化能量源，并选择性地将仅一个波长的固化能量传递至可固化材料。当三维物体使用多种可固化材料构造时，这种实施方式可以是特别有用的，其中的每一种可固化材料均响应于不同波长的固化能量而固化(例如因为它们的光引发剂由不同波长的固化能量而活化)。
参见图5D，以图解的形式描述了线性固化装置88的替换形式(壳体被移除)。线性固化装置88与在图5C中所描述的除两处外均为相同。首先，图5D的线性固化装置88包括两个固化能量源90a和90b。在图5D的特定实施方式中，固化能量源90a和90b传递基本上相同波长的固化能量。在某些情况中，需要使用这样的多个固化能量源90a、90b以增加固化能量传递至可固化材料的能量。固化能量的功率会影响固化速率，其进而会限制线性固化装置88在x轴方向上的最大行进速度。例如，为了固化给定体积的可固化树脂，该体积必须要接收足够的固化能量(例如以焦耳表示)。由给定体积的可固化材料所接收的固化能量为固化能量的功率(例如以瓦特表示)和该体积的可固化材料的暴露时间的函数。结果，随着功率的降低，固化能量装置88的行进速率就必须被降低以确保足够的固化能量在沿着固化能量装置88的行进方向(即x轴)的每个位置处被接收。换句话说，在构造轴(z轴)方向上所需的固化深度处，增加固化能量的功率会提高在x轴方向上可以横跨线性固化装置88的速率，并由此提高物体构造过程的速度。
图5C和5D的固化能量装置88的第二个不同在于图5D中包括棱镜321a和321b。图5D的固化能量装置88意图将源90a和90b的固化能量结合成为传递至可固化材料的单一光束。该单一光束优选具有的功率为单独的固化能量源90a和90b的平均功率的至少1.5倍、优选至少1.7倍、并且更优选至少1.95倍。每个固化能量源90a和90b分别将其各自的固化能量传递至各自的棱镜321a和321b。棱镜321a和321b以第一角度接收入射的固化能量并偏转能量，以第二(不同的)角度产生透射的固化能量束，其允许单独的光束结合成为单一的光束。据信单独的光束在柱面透镜322前方结合，其后固化能量被旋转能量偏转器92所接收，并最终以与前述参考图5C所描述的相同的方式传递至可固化材料。
如上文所述的，图5C和5D的线性固化装置88还包括固化能量传感器324，其可以是光学传感器。合适的光学传感器包括发光二极管。一种可以使用的示例性的发光二极管是404nm、500mW的发光二极管，由Opnext供应，部件编号为HL40023MG。
固化能量传感器324在接收到固化能量时产生信号。提供镜体332并将其与旋转能量偏转器92光通信，使得当旋转能量偏转器92的每个面虽然在y-z平面内的特定旋转位置(或者位置范围)接收固化能量源90的固化能量时，该能量也将会朝向镜体332偏转(由虚线示出)。类似地，当在线性固化装置88内使用的扫描装置是线性扫描微镜时，特定的倾角或者倾角范围将导致所接收的固化能量朝向镜体332偏转。随后固化能量会沿着基本上平行于第一F-θ透镜328和第二F-θ透镜330之间的扫描轴(y轴)的路径反射出镜体332，到达传感器324。传感器324可操作地连接至计算机，其将传递在接收到固化能量时产生的信号。该信号可被存储为与固化能量源控制器(未示出)相关的数据和/或用于与之相关的程序中。使用所产生的传感器信号的行扫描同步方法的例子在下文描述。
在特定的实施例中，传感器324被用于确定行扫描操作沿着扫描轴(y轴)方向的开始。然而，在使用在这里所描述的固化能量源的特定情况中，由固化能量源90所传递的固化能量的强度可以高于所期望的，由此至少部分地由于散射光和环境光的存在而降低传感器324的敏感度。结果，在某些实施方式中，在传感器324和镜体332之间沿着固化能量从镜体332至传感器324的行进路径提供滤光片326。滤光片326优选降低由传感器324接收的电磁辐射的强度，而不明显改变其波长。由此，在一种实施例中，滤光片326是中性密度滤光片。一种这样的合适的中性密度滤光片是16x中性密度滤光片，由加利福尼亚、洛杉矶的Samy′s Camera供应，部件编号为HDVND58。在特定的实施方式中，传感器324被用于同步用作为线性扫描操作参考的计时器。在这样的情况中，传感器324至散射光或者环境光的暴露会导致同步误差。由此，滤光片326优选被配置成确保仅固化能量源90的直接固化能量被传感器324接收。
再次参见图16(b)，在特定的实施方式中，线性固化装置88被置于构造外壳342内，使得镜体332直接位于扫描轴构造外壳边界344附近。在这样的实施方式中，由传感器324(图5C)接收的固化能量指示行扫描操作可以在其后立即开始，因为如果固化能量源90保持为激活的并且如果旋转能量偏转器92继续旋转，固化能量将在扫描轴构造外壳边界344在其被传递至镜体332之后而被立即传递至可固化材料。因此，传感器324可被用于指示每个面94(a)-94(f)的行扫描操作的开始。如前所述的，当固化能量源90保持被激活，同时旋转能量偏转器92完成单个循环时，会在扫描轴方向上完成数个线性扫描操作，其数量等于旋转能量偏转器92的面94(a)-(f)的数量。
在传感器324被用于指示行扫描操作开始的那些情况中，在所传递的固化能量将被镜体332接收的特定时刻暂时地激活固化能量源90是有用的。固化能量源的暂时激活可以与发送至在线性固化装置88内使用的扫描装置的作用信号协同或同步。举例来说并且如前所述的，在马达118由恒定频率脉冲通电的情况中，其计时相应于与固化能量源90光通信的特定面94(a)-(f)的固定旋转位置。因此，通过反复试验过程，可以确定在马达脉冲的前缘或后缘与传感器324接收固化能量之间的延迟时间。更特别地，固化能量源90可以相对于脉冲的前缘或后缘而被选择性地激活数次，从而确定导致由传感器324产生固化能量传感器信号的延迟时间。在一种优选的实施方式中，在用于驱动马达118的能量脉冲的后缘之后的特定时间或特定时间内激活固化能量源90。
在特定的实施例中，优选动态调节或者校准同步能量脉冲的计时。根据这样的实施例，同步能量脉冲以相对于内部微处理器时钟(即在微控制器内)的动态校准时间而被激活，而不会将同步能量脉冲关联至发送至马达118以旋转旋转能量偏转器92的启动脉冲。动态校准同步能量脉冲计时的一种实施方式如下：当旋转能量偏转器马达118在部件构造过程期间被首先启动时，一个或多个试验同步脉冲通过存在于微控制器内的程序而执行，其在相对于微处理器时钟的一个或多个试验时间激活固化能量源90。将基于相对于发送至马达118的被认为是导致所传递的固化能量冲击传感器324的作用脉冲的延迟时间而选择初始试验时间。试验时间被逐步地调节，直至完成同步能量脉冲的动态校准。存在于微控制器内的程序会比较微控制器发送输出信号以激活固化能量源90的时间以及传感器324指示固化能量已被接收的时间。该程序将发送至固化能量源90的输出信号(相对于CPU时钟)的计时调整到导致传递同步传感器324的信号的最早可能时间，因为该时间指示已被传递的固化能量尽可能靠近固化能量接触传感器324的时间。由该调节过程确定的同步能量脉冲的最终计时随后被存储并用于随后的同步操作中。如前所示的，相对于微处理器内CPU时钟的循环定义脉冲的计时，从而确保它们为可重复的。在特定的情况中，使用该动态调节过程达到同步能量脉冲计时，比基于相对于马达118脉冲的固定时间计时同步能量脉冲更加精确，因为在特定的情况中，马达118脉冲和旋转能量偏转器92的旋转位置之间的关系可能会变动或变化，尽管旋转能量偏转器92以基本上恒定的频率旋转。
根据一种实施方式，固化能量源90相对于发送至马达118的脉冲的激活在图24中描述。波形1100表示发送至马达118以旋转镜体92的微控制器输出信号。波形1102表示发送至固化能量源90以保持固化能量源通电状态的微控制器输出信号。每个循环的上升沿指示固化能量源被激活。下降沿指示其失活。马达脉冲波形1100的每个下降沿和固化能量源激活信号波形1102的上升沿之间的时间差被表示为Δ1。在优选的实施方式中，Δ1被保持为马达118的脉冲至脉冲的基本上恒定的值，从而更好地确保每个面94a-f(图5B)的旋转位置和固化能量源90的固化能量的同步脉冲的激活之间的关系为基本上一致的。然而，在其它的实施例中，Δ1为初始试验时间，其仅被用作为动态校准由源90发送的同步能量脉冲相对于微控制器CPU时钟的计时的起点。在这样的实施例中，一旦动态校准时间被确定，其就被用于随后的同步能量脉冲，在该点，系统不再使用马达118作用脉冲的计时来确定何时发送同步固化能量脉冲。
在特定的情况中，传感器324可以是不必须的，因为相对于驱动马达118的通电脉冲的特定延迟时间将可靠地指示行扫描操作何时开始(假定固化能量源90保持为激活的)。然而，在某些实施例中，脉冲不能被用于在所期望的精度范围内可靠地指示行扫描操作何时开始。例如，旋转能量偏转器92的面94(a)至94(f)不能完全或一致平坦的。在这种情况中，固化能量的扫描轴(y)位置就不能很好地相关于旋转能量偏转器92的旋转位置或者旋转马达118的脉冲波形1100(图24)。比外，由固化能量源90产生的热可以导致固化能量朝向可固化材料路径和冲击可固化材料的入射角度的轻微变化。由此，传感器324有助于更好地确定行扫描操作可以开始的时间(或者将要开始的时间，如果固化能量源90保持为激活的)。当物体数据被存储为时间值时这是特别有帮助的，因为时间值可以可靠地相关于沿着扫描轴方向相对于构造外壳342的扫描轴边界344的特定位置(图16(b))。在特定的实施例中，当传感器324产生同步信号时计时器被设定为零，并且物体数据被指定为时间值，固化能量源90的通电状态在相对于零时间值的该时间值处被改变。
再次参见图24，在特定的实施例中，当传感器324首次指示其接收到固化能量时，计时器被设定为零(初始化)。波形1104表示信号由传感器324产生并传递至微控制器。在特定的实施例中，计时器在微控制器接收的传感器信号的上升沿被初始化为零。对于图24中的第一个传感器信号脉冲，上升沿被标识为1104a。滤光片326(图3)意图移除除了由旋转能量偏转器92反射的固化能量之外的环境光或者其它来源的光。否则，微控制器会永久地初始化CPU，导致微控制器永久地开始施加固化能量以固化可固化材料。在特定的实施例中，选择和/或调节滤光片326以确保传感器324持续一时间周期来产生输出信号，所述时间周期不长于当旋转能量偏转器92以其操作旋转频率旋转时由旋转能量偏转器92反射的光穿过传感器324的感应长度所需的时间。例如，如果传感器324的感应长度为2mm，那么构造外壳距离在扫描(y)轴方向为九(9)英寸(228.6mm)，并且旋转能量偏转器92的旋转频率和面数会产生2000线/秒的扫描速率，固化能量穿过传感器的感应长度所需要的时间将是2mm/((2000线/秒)(228.6mm))或4.4微秒。由此，在执行物体构造过程之前，传感器324可被暴露至固化能量源90和旋转能量偏转器92的固化能量。由传感器324产生的输出信号可在示波镜上观察到以确定固化能量穿过传感器324所需的时间为4.4微秒。如果不是如此，可以调节或者置换滤光片326直至观察到正确的感应时间。
如前所述的，在基本上刚性或者半刚性的基底68的下方提供可固化材料，例如光可硬化树脂，以接收透射穿过基底68的固化能量。固化基底68通常为刚性的或者半刚性的，并且对于由线性固化装置88供给的能量为基本上可透过的。在特定的实施例中，优选源自线性固化装置88的能量穿过固化基底68，透射能量不存在显著的降低，或者相对于入射至固化基底68上表面的能谱来说，透射至固化材料的能谱不存在显著的改变。在固化能量源90的能量为光(包括非可见光、例如UV光)的情况中，固化基底68优选为对于由固化能量源90供给的光的波长为基本上半透明的。
刚性或半刚性的固化基底68的一个实施例为半透明浮法玻璃。另一个实施例为半透明塑料。可以使用多种不同的浮法玻璃和塑料。可以使用的示例性的塑料包括透明的丙烯酸塑料，由Evonik供应，名称为术语“半透明的”是指基底68能够透射必须用以固化可固化材料的光波长(包括非可见光、例如UV光)，并且这种波长的强度并不会随着光通过基底68而显著地改变。在光聚合物的情况中，通常会提供光引发剂以引发聚合/交联过程。光引发剂将具有基于它们在光聚合物中的浓度的吸收能谱。该能谱相应于必须穿过固化基底68的波长，并且其必须由引发剂吸收从而引发固化。在固化能量源90为蓝色激光二极管的一种实施例中，优选使用Irgacure819和Irgacure714光引发剂。
随着固化能量被施加至其上，可固化材料的暴露表面将大体上、并且优选基本上根据在宽度(y轴)方向上的线性图样而固化，产生附着至固化基底68的薄层线性材料区域。如前所述的，如果其保持粘着至固化基底68，构造平台43(图1和2)的向下运动会使物体断裂或变形。在特定的实施例中，接触可固化材料的刚性或半刚性的固化基底68的表面涂覆有用于降低固化材料至基底68的粘着的材料。合适的粘着降低础剂包括涂层。也可使用非粘性涂层，例如纳米涂层。
为了最小化由于粘着的固化材料而导致的部件变形的可能性，在特定的实施例中，固化材料被周期性地从固化基底组件62剥离。根据这样的实施例，当固化能量源(其可被实施为任意的线性固化装置，例如LED阵列308(图17)或者线性固化装置88(图3-5C))在x轴方向上移动时，其会被选择性地激活以固化可固化材料沿着扫描(y)轴方向延伸的基本上呈线性的部分。此外，随着固化能量源90在x轴方向上的移动，固化基底组件62从可固化材料的固化部分剥离。可固化材料的剥离的固化部分包括可固化材料由固化能量源固化的基本上线性的部分。在特定的实施例中，固化材料从固化基底68剥离。在其它情况中，固化材料从位于固化基底68和可固化材料之间的膜剥离。
在特定的实施例中，该剥离操作包含相对于部分构造的三维物体摇摆刚性的或者半刚性的固化基底68。在图3-4的实施方式中，固化基底68沿着其长度弯曲(即当沿着y轴方向观察时，固化基底68在x轴方向上稍微弯曲)。在特定的实施例中，固化基底68的长度基本上平行于线性固化装置88的行进方向。一种示例性的固化基底68的弯曲轮廓描述于图6中，其描述了处于摇摆位置的固化基底组件62。在图3-4的实施方式中，固化基底68被置于摆动框架66内。摆动框架66包括第一和第二摆动框架侧70a和70b，其沿着固化基底组件62的宽度(y轴)方向间隔开。第一和第二摆动框架侧70a和70b分别具有固定框架接合表面72a和72b，表面72a和72b优选也沿着它们的长度(x轴方向)弯曲。
如在图3和4中所示的，固定框架64包括第一和第二摆动框架接合表面74a和74b，其接合摆动框架66的固定框架接合表面72a和72b。在一种示例性的实施方式中，固化基底68的曲率半径和每个固定框架接合表面72a和72b的曲率半径基本上相同。在另一种实施例中，第一和第二摆动框架侧70a和70b的面向上的表面为弯曲的，并且可具有基本上与刚性的或半刚性的固化基底68的曲率半径相同的曲率半径。固定框架接合表面72a/72b与相应的摆动框架接合表面74a和74b的接合，允许摆动框架66随着凸轮从动件106a和106b横跨第一和第二摆动框架侧70a和70b的长度而相对于固定框架64摆动，。
如前所述的，凸轮从动件组件104a和104b将正时皮带86a和86b的运动转化为线性固化装置88在固化基底组件62的长度(x轴)方向上的线性运动。参见图3和4，凸轮从动件组件104a和104b包括凸轮从动件106a和106b，其中的每一个均被描述为一对辊。凸轮从动件106a和106b在线性固化装置88在x轴方向上平移时接合摆动框架侧70a和70b的上表面。凸轮从动件106a和106b与摆动框架侧70a和70b上表面的接合将向下的力施加至侧70a和70b，使它们摆动。这进而使固化基底68摆动，将其从粘着至其的固化材料上剥离，正如在图6(其还描述了在图3-4中未示出的可固化材料容器48)中所最佳示出的。应当注意到，在使用在构造外壳方向(x和y)上同时投射固化能量的图形发生器的三维物体制造系统中，通常不期望在固化基底内存在任何弯曲，因为这样的弯曲会导致图像失真。然而，在这里所描述的特定的线性固化过程中，这中图像失真被最小化或消除，因为固化能量沿着小厚度的基本上平坦的线性路径入射。例如，在沿着其长度(x轴)的特定位置处，在宽度(y轴)方向上横穿固化基底68时，其为基本上平坦的。
参见图7-13，描述了用于制造三维线性固化装置的替换实施方式。相同的附图标记涉及前述实施方式中相同的部件。该装置包括固化基底组件62和线性固化装置88。线性固化装置88是线性扫描装置，其包括与上文关于图3-6所描述的相同的部件并以相同的方式操作。然而，固化基底组件62被不同地配置。在这种实施方式中，固化基底68被提供作为移动基底组件212的一部分，移动基底组件212在固化基底组件62的长度(x轴)方向上移过可固化材料，同时线性固化装置88在相同的方向上移动。与之相比，固化基底68在图3-6的实施方式中保持为固定的。此外，图7-13的实施方式包括膜组件205。膜组件205在固化基底68移动时保持为固定的。膜组件205包括膜224(在图7和8中不可见)，其在高度(z轴)方向上被置于固化基底68的下方。可固化材料位于膜224的下方并与之接触固化，而不是如在图3-6中的直接与固化基底68接触固化。
正如在图1-6的实施方式中所示的，在图7-13的实施方式中，可提供具有可被选择性地制成为透明的或者不透明的可变透明成像元件(例如LCD或透明的OLED)基体的弹性膜掩体，来代替线性扫描装置，由此允许固化能量在y轴方向上被选择性地提供至可固化材料，同时固化能量源90的固化能量被连续供给至旋转能量偏转器92。在一种实施例中，在刚性或半刚性的固化基底68的上部提供弹性膜，并随着基底68沿着固化基底组件62的长度(x轴)方向上移动而与之一起移动。
如在图9A-C中所最佳地示出的，膜组件205包含一个或多个框架，其在图9A-9C的实施方式中包括内框架206和外框架220。如在图10中所示的(其中支架238b被移除)，膜224具有置于内框架206内部的中央部分(图9C)。膜224还具有内边缘部分，其置于内框架206的下边缘238和外框架220的下边缘236之间。膜224的外边缘部分被夹在形成在内框架206上的外凸唇230和形成在外框架220上的上表面234之间。膜224优选被绷紧地拉伸，并且其中央部分被置于刚性或半刚性的固化基底68的下方。当在物体构造操作过程中使用时，刚性或半刚性的固化基底68会随着基底68在长度(x轴)方向上的移动而将向下的力施加在膜224上，有助于平展可固化材料的暴露表面。
膜224优选为由烯属不饱和卤代单体形成的均聚物或共聚物。氟代聚合物为优选的。适用于保护膜224的材料的例子包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯基三氟氯乙烯(ECTFE)、乙烯基四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)、以及改性的氟代烷氧基(四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚的共聚物，还被称为MFA)。合适的膜224材料的例子包括由Arkema以名为销售的PVDF膜，由SolvaySolexis以名为销售的ECTFE膜，由DuPont以名为销售的ETFE膜，由DuPont以名为销售的PFA膜，以及以名为Nowofol销售的MFA膜。MFA和膜为优选的。
如在图7中所最佳地示出的，马达76被再次提供并被可操作地连接至线性固化装置88。然而，马达76还被可操作地连接至固化基底68使得当马达76被通电时，轴78旋转导致线性固化装置88和固化基底68在长度(x轴)方向上平移。
图11是移动基底组件212的透视图。如在图7、8和11中所示的，一对支架238a和238b将刚性或半刚性的固化基底68连接至正时皮带86a和86b。支架238a和238b在固化基底68的宽度(y轴)或扫描轴方向上彼此间隔。每个支架238a和238b包括各自的竖直面板250a和250b，以及各自的水平面板214a和214b(图11)。竖直面板250a和250b分别被连接至各自的刚性或半刚性的固化基底68的末端以及各自的水平面板214a和214b。竖直面板250a和250b可被单独地形成并随后连接至它们各自的水平面板214a和214b，或者可以整体地形成。刚性或半刚性的固化基底68优选由玻璃或硬质塑料构成。在一种实施例中，基底68由刚性或半刚性的透明丙烯酸聚合物构成。刚性或半刚性的固化基底68包括面向线性固化装置88的第一上表面268以及面向膜224和可固化材料的第二下表面272。
相对于固定框架64、膜组件205和位于膜组件205下方的可固化材料的构造外壳(全部可暴露的区域)，正时皮带86a和86b被用于在长度(x轴)方向上将刚性或半刚性的固化基底68从第一位置移动至第二位置。正时皮带86a和86b在一端被分别连接至滑轮82a和82b，并且在另一端被分别连接至马达驱动轴78的末端80a和80b(图7)。
如在图7和8中所最佳地示出的，移动基底组件支架238a和238b分别在水平面板214a和214b的上表面上被连接至它们各自的正时皮带86a和86b，并且在水平面板214a和214b的下表面上被连接至各自的线性轴承110a和110b(在图8中示出)。线性轴承110a和110b滑动啮合相应的线性导轨112a和112b，从而有助于刚性或半刚性的固化基底68沿着固化基底组件62的长度(x轴方向)滑动移动。由此，随着马达76的运行，每个支架238a和238b沿着其各自的线性导轨112a和112b滑动，致使刚性或半刚性的固化基底68沿着固化基底组件62的长度L(x轴方向)移动。
如在图9A-C中所最佳地示出的，在一种实施例中，膜组件205的外框架220通常为刚性和矩形的结构，其被成型以协同接合外框架206。内框架206通常为刚性和矩形结构，其包括围绕内框架206的边界外凸的上唇230(图10和13)。外框架220适配于上唇230的下方。在特定的实施例中，唇230的外边缘和外框架220的外边界基本上彼此齐平，并限定了基本上连续的外表面，如在图10中所示的。
参见图10，外框架220和内框架206优选被紧固以最小化树脂由内框架间隙G2以及内框架206的唇230和外框架220的最上侧表面234之间的区域渗漏的可能性。可以提供大量的最小化或消除这样的渗漏的方法。在一种实施例中，如在图10中所示的，膜224在内框架206和外框架220之间被拉伸，使得膜224的内边缘部分位于间隙G2内，并且使得膜224的外边缘部分被夹在内框架唇230和外框架220的最上侧表面之间。此外，在上唇230的上表面上形成的通孔216(图9A)可与在外框架220的上表面上形成的互补孔222(图9A)相对齐，允许例如为螺钉、螺栓等的紧固件将外框架220紧固至内框架206。由此，在特定的实施例中，紧固件被选择以最小化在内框架唇230和外框架220的最上侧表面之间的区域内渗漏的量。在其它的实施例中，间隙G2的部分可被填充合适的树脂阻断剂，例如固化树脂。合适的固化树脂包括硅树脂和环氧树脂。
膜224、外框架220和内框架206一起限定了可被紧固至固定框架64的膜组件205。在特定的实施例中，预期膜组件205将由于膜224上的应力而被周期性地置换。由此，膜组件205优选可释放地紧固至固定框架64从而有助于膜组件205的置换。
在特定的实施方式中，膜224被构造成提供缓解区域，所述缓解区域降低或最小化在膜224和刚性或半刚性的固化基底68之间形成真空的可能性。在这种实施方式中，膜224的一部分包括在其上表面(面向刚性或半刚性的固化基底68)的微结构或沟槽所限定的缓解区域(未示出)。该缓解区域位于刚性或半刚性的固化基底68的下方，同时还优选在宽度(y轴)方向上延伸超过刚性或半刚性的固化基底68的边界。在特定的实施例中，膜组件205在y轴方向(图7)上具有的宽度长于刚性或半刚性的固化基底68(在y轴方向上)的宽度。如在图10中所示的，宽度的变化会产生刚性或半刚性的固化基底68的边缘和内框架206的内表面之间的间隙G1，产生由环境至膜224的缓解区域部分的位于刚性或半刚性的固化基底68下方并与之相对地面对的渗漏路径232，由此最小化在膜224和刚性或半刚性的固化基底68之间形成真空的可能性。在图10的实施方式中，间隙G1通常在z方向(即基本上平行于构造平台43的移动方向和膜224的表面区域)上产生由环境至膜缓解区域的渗漏路径。然而，例如通常在x-y平面内的其它的渗漏路径方向也是可能的。膜组件205通过连接至框架64的紧固件和内框架206的外凸唇230而被附连至固定框架64的下侧(参见图10)。
参见图7、8、12和13，固化基底组件62包括具有至少一个膜剥离元件的剥离元件组件208(图8、12)，其在所描述的实施方式中为两个膜剥离元件204a和204b。膜剥离元件204a和204b通常为伸长的刚性元件，其沿着固化基底组件62的长度(x轴)方向彼此间隔并位于刚性或半刚性的固化基底68的相对侧上。
在一种优选的实施方式中，膜剥离元件204a和204b被可操作地连接至刚性或半刚性的固化基底68，从而以协同的方式与刚性或半刚性的固化基底68一起移动。用于有助于这种移动的一种示例性的装置描述于图8和12中。每个膜剥离元件204a和204b被连接至两个支架210a和210b的相对侧。支架210a和210b沿着固化基底组件62的宽度(y轴)方向彼此间隔，同时剥离元件204a和204b沿着固化基底组件62的长度(x轴)方向彼此间隔。
支架201a具有带有连接器252a和254a的上表面(图12)，其被构造成连接至在固化基底组件支架238a的水平面板214a内形成的互补连接器240a和248a(图11)。相应地，支架210b具有带有连接器252b和254b的上表面(图12)，其被构造成连接至在固化基底组件支架210b的水平面板214b内形成的互补连接器240b和248b(图11)。连接器252a/b和254a/b可以是凸的或凹的，螺纹的或非螺纹的。类似地，互补连接器240a/248a和240b/248b可以是凸的或凹的，螺纹的或非螺纹的。在图12中，连接器252a/b和254a/b为凸连接器，其适用于插入至相应的凹连接器(即螺纹的或非螺纹的孔)240a/248a和240b/248b内。
支架210a/b和238a/b之间的连接允许膜剥离元件204a和204b协调刚性或半刚性的固化基底68在其沿着固化基底组件62的长度(x轴)方向移动时一起移动。剥离元件204a和204b优选地相对于刚性或半刚性的固化基底68保持固定的距离。如在图13中所最佳地示出的，刚性或半刚性的固化基底组件62优选被构造成保持刚性或半刚性的固化基底68的上表面268位于膜组件205的内框架206和外框架220的下方。刚性或半刚性基底68的下表面272与膜224邻接接合，其有助于固化能量被供给至其的可固化材料的基本上平坦的表面的形成。如在图13中所示的，膜224的内边缘部分在刚性或半刚性的固化基底68的最下侧表面272高度之上的高度处被连接至膜组件205。由此，膜224与刚性或半刚性的固化基底68的最下侧表面272相接合的部分保持低于由内膜框架206和外膜框架220所限定的膜框架组件205。如在图13中所最佳地示出的，膜组件205通过连接至固定框架64和内框架206的外凸唇230的紧固件280(仅其中的一个在图13中可视)而被附连至固定框架64的下侧。
再次参见图13，刚性或半刚性的固化基底68还优选具有斜切边缘266。上基底表面268被设置为邻近内膜框架206和外膜框架220，并被置于下基底表面272以及内膜框架206和外膜框架220之间。如在附图中所示的，在特定的实施例中，上基底表面268的表面面积大于下基底表面272的表面面积。使用斜切边缘266并使上表面268的表面面积大于下表面272的表面面积改善了在基底68相对于膜224以及框架206和220移动时基底68沿着膜224滑动的能力。如在图13中所示的，当以截面示出时，下表面272具有设置在斜切边缘266以内的基本上平坦的区域264。
在包括例如边缘266的斜切边缘的特定实施方式中，采取步骤来降低弯曲的基底几何构型可能会导致的图像失真的可能性。在图13的实施方式中，线性固化装置优选被置于斜切边缘266的内侧以避免这样的失真。由此，在图13的实施例中，固化能量由基本上平坦的表面270所接收并由基本上平坦的下表面272传递。在特定的优选实施例中，没有固化能量会由斜切边缘266传递至膜224下方的可固化材料。
在图1-4中，三维物体在竖直向上(z轴)的方向上通过将构造平台43逐渐向下移动至树脂容器48中而被逐渐地构造(图2)。然而，可以使用其它的构造取向和方向。图19-20描述了由可固化材料302制造三维物体316的另一种系统350。图2描述了在相对于刚性或半刚性的固化基底68的一个位置处具有构造平台354的系统350。在图19中，刚刚固化的材料被粘附至刚性或半刚性的固化基底68。可固化材料352为上文图1-4的实施方式中所描述的类型。在系统350中，构造平台354悬挂在附连至升降器358的支撑356上。在物体构造操作过程中，升降器358在竖直向上的方向上逐步地移动构造平台354。
线性固化装置88被置于刚性或半刚性的固化基底68下方并在长度(x轴)方向上移动以固化可固化材料352。如在图20A中所最佳地示出的，线性固化装置88以与前述实施方式基本上相同的方式而被构造。然而，其在与前述实施方式相对的竖直方向(z轴)上取向，并也可实施为具有激光扫描微镜的LED阵列或激光二极管。由此，透镜98竖直地(z轴)位于旋转能量偏转器92之上，并竖直地(z轴)位于光线开口100之下(图5a和5b)。在图20A中，优选为激光二极管的固化能量源90是不可视的。然而，在旋转能量偏转器92旋转时，其被定位以将固化能量在y-z平面内导向至旋转能量偏转器92。由此，随着线性固化装置88在x方向上的平移，固化能量在y轴方向上被逐步地扫描以大体上、并且优选基本上沿着线性扫描路径选择性地固化特定的位置(如三维物体在给定的x轴位置处的形状所指示的)。可固化材料上的给定y轴位置是否将接收固化能量取决于，随着与固化能量光源光通信的面94a-94f到达相应于y轴位置的旋转位置，固化能量源90是否供给固化能量。
用于移动线性固化装置88的装置类似于在前述实施方式中所描述的。在一种实施例中，一对线性滑轨悬挂在壳体360的上水平表面的下侧。线性固化装置88内光线开口100每一侧上的连接器将线性固化装置88连接至在轨道上滑动的线性轴承。例如为马达76的马达被提供有轴、正时皮带和滑轮组件，从而在长度(x轴)方向上滑动线性固化装置88。
不像图1-4的实施方式，不存在构造平台356可在物体构造过程中浸入其中的可固化材料容器。取而代之的是，可固化材料被周期性地分配至由上文描述的膜组件205限定的构造托盘内。在图20A中，膜224(未示出)被设置在刚性或半刚性的固化基底68之上并位于构造平台356之下。膜224、内框架206和外框架220共同限定了保持可固化材料的浅盆。刚性或半刚性的固化基底68支撑并被置于膜224下方，使得刚性或半刚性的固化基底的边缘部分靠在壳体360内(图19)。壳体360的上表面内的开口362提供线性固化装置88和可固化材料352之间的光路。随着物体的构造，可固化材料352被固化并被粘着至物体366(图19)，由此减少了可固化材料352在盆内的量。液面检测器361投射光并感应返回的光以确定盆内液体的液面。当液面降至低于所选定的阈值时，额外的可固化材料就被分配至盆内(使用末被描述的装置)。
参见图20B-20D，描述了用于制造三维物体的系统350的替换形式的一部分。图20B和20C描述了可用于图20A的系统350内的工作台组件369。系统350还包括在上文所描述形式的线性固化装置88。还可提供盖400来密闭线性固化装置88内的光源和固化能量源。
根据所描述的实施例，系统350包含随着固化能量在第二方向(y轴)上的传递而在第一(x轴)方向上行进的线性固化能量装置88。此外，固化基底388随着线性固化装置在第一(x轴)方向上行进而在第一(x轴)方向上行进。在物体构造操作过程中，三维物体在竖直(z轴)方向上被逐步地颠倒构造。
图20B的工作台组件369包含工作台370和固化基底组件371，固化基底组件371包含膜组件205和固化基底388。系统350还包括架体372以及剥离元件374a和374b。架体372被用于支撑和在x轴方向上平移线性固化装置88。剥离元件374a和374b被用于从固化的三维物体分离膜组件205的膜224。膜组件205作用为用于保持可固化材料的盆或者贮存器。提供液面传感器361以检测在膜组件205内保持的可固化材料的液面，使得可固化材料可以根据需要而被添加以保持所期望的液面。
工作台370包括膜组件205被置于其中的开口376。膜组件205还可以包括把手378a和378b，其在x轴方向上彼此间隔以有助于从工作台组件移除和/或替换膜组件205。凸轮锁386a和386b在y轴方向上彼此间隔以可释放地将膜组件205锁紧至工作台开口376内的位置。
图20B-20D的固化基底388为刚性或半刚性的，并优选形成为部分圆柱体的(完全圆柱体周围上下的半圆柱体)，其长度轴方向为固化能量扫描轴(y轴)的方向。在特定的优选实施例中，固化能量在基本上固定的圆周位置沿着基底388横跨固化基底388的长度。在图20D中示出膜组件205、线性固化装置88和基底388的一部分的闭合截面视图。如在附图中所示的，固化基底388被置于架体372的开口内，使得基底388相对于线性固化装置88凹入。基底388具有限定内半径的内表面以及限定外半径的外表面，其中外半径大于内半径。线性固化装置88被定位使得基底388的内表面介于线性固化装置88和基底388外表面之间。
固化基底388被定位使得其至少一部分在竖直(z轴)方向上从架体372的上表面凸出。固化基底388具有顶点389，其为基底388的圆周位置，与架体372以最远距离间隔开(与其它的圆周位置相比)。在特定的优选实施例中，线性固化装置88被定位，使得固化能量沿着基底388的长度被选择性地基本上投射在顶点389。在特定的实施例中，壳体开口100(图5B)平行于固化基底388的长度并在与顶点389的x轴位置基本上相同的x轴位置处取向。
固化基底388优选由半透明的和/或透明的玻璃或塑料形成。在特定的优选实施例中，基底388具有的曲率半径范围为约0.2英寸(5.1mm)至约0.8英寸(20.3mm)，优选约0.4英寸(10.2mm)至约0.6英寸(15.2mm)，并且甚至更优选约0.5英寸(12.7mm)。在相同的或其它的优选实施例中，固化基底388的厚度范围为约0.5mm至约3.5mm，优选约0.6mm至3.0mm，并且更优选约1.5mm至约2.5mm。在一种实施例中，厚度为约2.0mm。
再次参见图20D，膜组件205(被构造为如上文所描述的)在竖直(z轴)方向上位于架体372和固化基底388的上方。弯曲的固化基底388的使用降低了基底388和膜224之间接触的表面积，由此在基底388在x轴方向上相对于膜224行进时，降低了基底388和膜224之间的摩擦。
在特定的实施例中，在物体构造操作过程中，构造平台356(图20A)或物体的最为接近固化的面向下的表面被浸没在保持在膜组件205(作用为可固化材料盆或贮存器)中的大量可固化材料中，直至获得物体的最为接近固化的面向下的表面和固化基底之间所期望的间隔。在浸没过程中，压力会聚集并从物体横向挤出或排出一定量的可固化材料。在平坦的固化基底的情况中，压力不期望地高并将使三维物体失真。弯曲的固化基底388降低了这样的压力。
线性固化装置88以与上文实施方式相类似地操作。马达382a和任选的马达382b被可操作地连接至线性固化装置88以在x轴方向上平移装置88。在特定的实施例中，马达382a和382b为步进马达，如在下文所讨论的，其以马达“节距”为单位而被启动，其可相关于在x轴方向上的线性距离并被用于定义物体条带数据。
架体372被可操作地连接至在扫描(y轴)方向上彼此间隔的两个外螺纹轴380a和380b。轴380a和380b通过支架396a和397a(轴380a)以及支架396b和397b(轴380b)而被支撑并附连至工作台370。架体372通过相应的内螺纹螺母384a和384b而被连接至螺纹轴380a和380b。马达382a(以及任选地马达382b)的启动使该轴围绕它们的纵轴(其在x轴方向上取向)旋转。随着轴380a和380b旋转，外轴螺纹与内螺母螺纹的啮合使架体372在x轴方向上平移。系统350还可以包括行进传感器的末端，例如在图16(b)中所示的行进传感器346的末端，从而允许线性固化装置88的x轴位置被可靠地初始化。
架体372在竖直(z轴)方向上由内螺纹螺母384a、384b以及轴380a和380b支撑。线性轴承402a和402b被附连至架体372的竖直向上(z轴)面向的表面，并可滑动地啮合在工作台370下侧(z轴方向上面向下的表面)上形成的导轨404a和404b。
如在上文所指出的，马达382b为任选的。在特定的情况中，仅单个马达382a是所需要的。滑轮390a和390b被提供在外螺纹轴380a和380b的远端。正时皮带394啮合滑轮390a和390b使得当外螺纹轴380a围绕其纵轴旋转时，滑轮390a围绕其中心轴旋转，导致正时皮带394开始循环。正时皮带394的循环进而导致滑轮390b围绕其中心轴旋转，其进而导致外螺纹轴380b围绕其纵轴旋转。外螺纹轴380b的旋转导致架体372的相应侧由于外螺纹轴380b和内螺纹螺母384b的啮合而在x轴方向上平移。也可提供张紧器393以保持正时皮带394所期望的张力。在提供任选的马达324b的某些情况中，正时皮带394可被消除。
如在图20D中所最佳地示出的，固化基底388的位置促使膜组件205的膜224的一部分在竖直向上(z轴)的方向上远离架体372的上表面并远离线性固化装置88。剥离元件374a和374b可操作地连接至架体372并沿着x轴方向在固化基底388的各自侧彼此间隔。膜224被置于剥离元件374a、374b和架体372的上表面之间。随着可固化材料在基底顶点389位置处的固化，其将趋于与膜224接触固化并附着至其上。在架体372在x轴方向上移动时，膜剥离元件374a和374b会在相同的方向上移动，并在向下竖直(z轴)方向上牵拉膜224远离固化的物体。支架399a(未示出)和399b被连接至剥离元件374a和374b，并被置于膜组件205内部。支架399a和399b还被连接至架体372从而当架体372在x轴方向上平移时与架体372一起平移。由此，系统350选择性地在扫描(y轴)方向上固化材料，同时在x轴方向上平移线性固化装置88和膜剥离元件374a和374b。
代替使用膜组件205，用于制造图19和20A-D的三维物体的系统350可以使用由聚合材料形成的盆。在一种实实例中，所使用的盆包含透明的弹性底部和弹性测壁。在特定的实施方式中，透明的弹性底部和非弹性侧壁均由相同的或不同的硅树脂聚合物形成。在另一种实施方式中，所使用的盆包含非弹性丙烯酸侧壁和弹性硅树脂底部。在另一种实施例中，盆的底部由刚性的或者半刚性的透明的固化基底68限定，其被连接至由弹性的或者塑性可变形的聚合材料形成的侧壁。在一种其它的实施例中，基底68可被涂覆弹性透明材料，例如硅树脂，其仅以一部分的方式延伸至侧壁，遗留围绕涂层并位于涂层和侧壁之间的外围间隙。还在另一种实施例中，基底68可被涂覆弹性透明材料，其以完全的方式延伸至侧壁。在特定的实施例中，可以提供摆动机构以相对于构造平台356摆动该盆，从而从盆的底部剥离固化的可固化材料。非弹性材料，例如透明的非弹性膜还可被提供为在弹性底部和构造平台356之间的弹性底部上的层。
正如在先的实施方式，在物体构造期间，可固化材料352与膜224接触固化，致使在物体366被向上(z轴方向)并远离壳体360牵拉时膜224被拉伸。由此，优选经控制构造平台354的移动，以防止损坏膜224和/或物体366。
在图19和20A-D的实施方式中，可提供具有可被选择性地制成为透明的或不透明的可变透明成像元件(例如LCD或透明的OLED)的基体的弹性膜掩体，由此允许固化能量在y轴方向被选择性地提供，同时将固化能量从固化能量源90连续地供给至旋转能量偏转器92。在一种实施例中，弹性膜掩体被提供在刚性或半刚性的固化基底68上。固化能量装置88可被实施为如在图5A-C中所示的。此外，旋转能量偏转器92可以被激光扫描微镜所替代。
根据在这里所描述的三维物体制造方法和装置的特定实施方式，表示在控制线性固化装置88的行为时使用的物体数据的方法被描述于图14-16(g)中。用于产生物体数据的典型的文件类型包括STL(立体平面印刷术)文件或其它的CAD(计算机辅助制图)文件，其对于快速成型系统来说常被转化为例如SLC、CLI片段数据文件或原始数据文件的格式，其可以包括例如为BMP、PNG等的数据格式。然而，任何数据输入类型均可被使用并在内部转化以产生线性固化装置88所使用的图形数据。物体数据相应于由线性固化装置88所提供的能量图形，并可通过控制单元或者通过外部源或装置(例如网络或存储设备)产生。
作为示例性的三维物体，在图14中示出简单的圆柱体300。圆柱体上或内部的位置可被表征为所示的x、y和z轴。在特定的线性固化装置实施方式中，在特定的x、y位置处所提供的固化能量的强度和持续时间不会改变。结果，在x、y平面内接收固化能量的那些位置将固化至基本上相同的深度。在这样的实施方式中，执行数据“切片”操作是有用的，其中三维物体的计算机表示被切片以产生在构造轴(z轴)方向上的多个部分，每个均表示在横贯x-y平面的所有点处均匀的深度。每个这样的部分可以数字地相应于物体层数据集或者由其表示。这样的切片的一种示例性的说明在图15中图形化地示出。如在图15中所示的，物体300的数据表示可被进一步表示为多个构造轴(z轴)切片302i，其中，切片的总数n基本上等于构造物体的高度除以线性固化装置88所提供的固化深度。切片302i可以精确地表示物体层数据集，其中每个层均由表示其周线的x、y坐标以及表示其沿着构造轴位置的z轴值而限定，相邻切片之间的Δz值表示层的厚度。
每个物体层数据集可被图形化地表示为多个条带，其具有沿着扫描轴(y轴)方向的长度以及沿着x轴方向的宽度，条带沿着x轴方向被设置为横向的。参见图16(a)，提供了沿着图形表示的单独物体数据切片302i的竖直(z轴)方向的视图。单独切片302i可被表示为多个相邻的条带304j，其被表示为m个条带。虚线并不是数据表示的一部分，但是其被提供以示出由条带304j所限定的通常为圆形的形状。在图16的实施例中，条带具有相应于线性固化装置88的移动方向(x轴)的宽度以及相应于非线性固化装置88移动方向的方向(y轴)的长度。在图16(a)的特定实施例中，条带长度方向基本上垂直于x轴方向。
每个条带304j图形化描述了对于给定的x轴位置将在y轴方向上固化的可固化材料的那些位置的数据表示(优选以计算机处理器可读的形式而提供)。该位置还可以相对于构造外壳边界来定义，例如图16(b)的扫描轴边界344以及x轴边界343和345。控制单元(未示出)接收指示固化能量在x轴方向上位置的数据，例如通过线性固化装置88在x轴方向上的位置所指示的。控制单元还接收数据表示(条带304j)，并直接或间接地将每个条带304j与在可固化材料的暴露表面内限定的构造外壳342内的x轴位置相关联。由此，条带内的位置在数据表示上相应于可固化材料暴露表面上的位置。
在图16(a)中，x0相应于线性固化装置88在固化开始时的位置。增量x1-x0表示由线性固化装置88所提供的在x轴方向上的固化宽度。由此，当线性固化装置处于位置x0时，固化能量源90将供应固化能量，当与其光通信的面94a-f具有相应于构造外壳342内y轴位置的旋转位置时，在构造外壳342内存在x0和x1之间限定的条带。在图5A-C所示的实施方式中，旋转能量偏转器92的一个面94(a)-(f)的长度相应于构造外壳342的最大可扫描y轴尺寸，即在y轴方向的最大固化长度。然而，任何单独的条带304j可相应于小于最大可扫描y轴构造外壳尺寸的y轴固化长度。
随着线性固化装置88沿着固化基底组件62的长度(x轴)方向移动，其将固化可固化材料相应于每个条带304j的区域。每个x轴位置相应于特定的条带304j。在特定的实施方式中，线性编码器被可操作地连接至马达76和/或马达轴78，以确定线性固化装置88的x轴位置。
在图16(a)中图形化描述的物体层数据可以如图16(c)所示的映射到构造外壳342上。每个条带304j可由x坐标(或者x坐标对)以及在特定的x轴位置限定固化区域的一个或多个y坐标限定。
在特定的实施例中，每个条带304j可以由相应的串数据集来表示。在优选的实施方式中，串数据集包含时间值集合。在另一种优选的实施方式中，串数据集包含串数n和时间值集合。在特定的情况中，串数n相应于线性扫描数。例如，使用上文描述的公式(1)，线性扫描的最大数(Nmax)可针对构造外壳长度L而被计算，并且每个线性扫描将具有与之相关的相应的串索引编号。对于任意特定的物体层，构造外壳342沿着x轴方向的区域不会被固化并且不会被扫描。然而，可以在x轴方向上发生独有的线性扫描的所有区域均被指定串编号。由此，对于给定的马达76速度、给定的旋转能量偏转器92的面F的数量以及给定的旋转能量偏转器92的旋转速度，将存在构造外壳342内最大的线性扫描数Nmax以及相应数量的数据串集，取决于任意的扫描是否发生在相应的x轴位置，每一个在其中可以具有或者不具有实际扫描数据(物体数据)。在图16(c)的实施例中，十三个线性扫描被用于形成由条带304j表示的物体层，并且每个线性扫描相应于n至n+12的线性扫描索引，并且每个串数据集具有范围n至n+12的串索引。
包括微控制器的典型控制系统将具有当固化数据被读取时以及当固化能量源90被切换为开启或停用状态时的内置的延迟时间。该延迟时间可以是可变的并且可导致被构造的三维物体尺寸上的误差。在一种实施例中，微控制器被提供有用于制造在这里所公开的三维物体的系统，其具有不大于约80纳秒的延迟时间，优选不大于约60纳秒，并且甚至更优选不大于约50纳秒。该部件误差可与切换延迟时间相关，如下所示：
(3a)误差＝(LBE)(RPM)(F)(t切换延迟)/(60秒/分)(0.001mm微米)
其中，误差为取决于切换延迟时间的部件尺寸(微米)中的最大偏离；
LBE为在扫描(y)轴方向上的构造外壳距离(mm)；
RPM为旋转能量偏转器92的旋转频率(转/分)；
F为旋转能量偏转器92上的面数；以及
t切换延迟为微处理器切换固化能量源状态所需要的时间。
在特定的优选实施方式中，误差优选不大于90微米，更优选不大于约90微米，还优选不大于约70微米，并且甚至更优选不大于约50微米。
图16(d)提供了描述示例性串数据集的表格，其相应于在图16(c)中所示的物体条带。串索引开始于在构造外壳342的左侧边界(x0)处的n＝0，并终止于构造外壳342的右侧边界处的最大串数Nmax。由此，特定的串数据集将不具有与他们相关的任何物体数据，因为它们并不相应于固化发生的x轴位置。在图16(d)中，固化不会发生在串索引n＝20之前，并且固化不会发生在串索引n+12之后。由此，在图16(d)的表中，对于在构造外壳342内没有发生固化的x轴位置，不存在条目。
在图16(d)中描述的每个串数据集均具有起始编码，其以十六进制表示法由一系列从左到右的八个F表示，其后为串数据集的串索引n。串索引之后，提供了一系列的时间值。每个时间值表示固化源通电状态事件。在一种实施例中，通电状态为ON或OFF。时间值可以采取多种不同的形式。然而，在一种实施方式中，它们可被定义成用于操作制造三维物体的系统的微控制器单元内CPU时钟的流逝时间。在一种实施例中，CPU具有66MHz的时钟速度并且时间单位为CPU滴答数。在行扫描速度为1000行每秒的实施例中，每行在扫描轴(y轴方向)的最大扫描长度相应于66,000滴答数。由此，n＝20的串数据集表示固化能量源90将在22000滴答数被启动并且在44000滴答数被关闭。n＝21的串数据集表示固化能量源90将在20000滴答数被启动并且在46000滴答数被关闭。在优选的实施方式中，提供有计时器(例如编程至微控制器单元内的软件计时器)，其在每个线性扫描开始时被复位，并且以上文所描述的方式使用图5C的传感器324使每个线性扫描在开始时同步于构造外壳扫描轴边界344。由此，当计时器在行扫描操作处于扫描轴边界344的点时而被复位时，滴答数相对于零起始时间而被定义(图16(b))。
在特定的实施例中，主机将串数据集传递至微控制器单元，其对于每个可能的线性扫描(即对于每个范围从0至Nmax-1的串)均操作用于制造三维物体的系统，尽管某些串数据集因为固化不会发生在与它们相应的x轴位置而可能不具有与它们相关的物体数据(例如不存在CPU滴答数值)。虽然这种技术可被使用，但是其会消耗过量的微控制器单元处理器容量来读取与固化不会发生的x轴位置处相应的串数据集。据此，在特定的实施例中，仅包含物体固化数据的串数据集(例如CPU滴答数值)被传递至微控制器单元。在这样的情况中，定义计算机存储器索引m就是便利的，其具有范围从0至小于所传递的数据串集的最大数Mmax的值，其中m唯一地确定每个传递至微控制器单元的串数据集。在图16(d)的实施例中，存在由主机对于整个构造外壳342定义的的全部Nmax个串数据集。然而，仅13个串数据集包括任意的物体固化数据。因此，假定线性固化装置88从图16(c)中的左侧移动至右侧，由主机传递至微控制器单元的第一串数据集将具有m＝0的计算机存储器索引以及20的串索引n。串索引n的值将相应于构造外壳342内沿着x轴的特定位置。然而，计算机存储器索引m将不必须如此对应。由此，微控制器单元仅需要读取13个数据串集，而不是Nmax-1个数据串集。
在特定的情况中，利用旋转能量偏转器92的线性固化装置88在扫描(y轴)方向上的线性扫描速度是可以变化的。每个面94a-f将具有相应于沿着扫描轴位置(即“中心点”)的旋转位置，在该位置处固化能量将被垂直地偏转至可固化材料并至线性固化装置88的壳体内的开口100。在中心点，固化能量从旋转能量偏转器92行行至可固化材料的距离相对于远离中心点的位置将会是最小的。在扫描(y轴)方向远离中心点定位的旋转位置处，y轴方向上的扫描速度将比中心点附近更快。此外，随着距离中心点的距离的增加，该速度将会增加。在旋转能量偏转器92的恒定旋转频率下，该速度增加正比于距离中心点的距离。该作为扫描轴(y轴)位置函数的可变扫描速度会制造不准确的三维物体。
在特定的实施例中，用于确定何时在ON和OFF之间切换固化能量源90通电状态的串数据被调节为适用于扫描轴速度变化。在一种实施方式中，表示通电状态变化的串数据值(例如在图16(d)、(f)和(g)中示例性的CPU滴答数值)基于它们距离中心点的相应距离而被调节。在一种实施方式中，在任意串索引值n下的串数据被如下地调节：
3(b)新的CPU滴答数＝旧的CPU滴答数+ΔCPU滴答数*C
其中，ΔCPU滴答数计算为中心点CPU滴答数减去旧的CPU滴答数，并且C为无量纲常数。变量“中心点CPU滴答数”指在固化能量将冲击中心点时CPU滴答数的数量。总的来说，其将相应于沿着扫描轴方向的全部扫描线的中点。
等式3(b)还可被修改以在它们被转化为CPU滴答数之前与线性距离联合使用。例如，参见图15，三维物体可被切割成多个切片，例如302i，其中i的范围为1至切片n的最大数。给定切片可被投射在如在图16(c)中所示的构造区域上。每个扫描线304j将具有这样的位置，其定义相对于沿着扫描轴方向的固化能量源90的通电状态改变的参考位置的距离(例如边界344，其中y＝y0)。中心点也可以相对于相同的参考位置来定义。对于沿着x轴的每个位置，将存在通电状态在该处改变的多个y轴值(相对于y0边界344)。对于在图16(c)中所示的每个条带，通电状态将改变两次。由此，对于沿着x轴的给定位置，固化能量源通电状态改变的每个扫描(y)轴值可被校正以考虑扫描(y)轴随着固化能量扫描速度如下地变化：
3(c)y新的＝y旧的+(y中心点-y旧的)*C
其中，y旧的为相对于y轴参考位置(例如图16(c)中的边界344)的能量状态在该处发生变化的y轴位置，其通过将三维物体的切片302i(数字地或者图形地)放置在构造外壳上而确定；
y中心点为中心点相对于y轴参考位置(例如图16(c)中的边界344)的位置；
y新的为新的、校正的y轴值，通电状态在其处改变；并且
C为无量纲常数。
y新的的值随后可被转化为CPU滴答数以定义用于固化的串数据。
无量纲常数C的值可以通过反复试验来确定。在一种实施例中，多个线性部分沿着基本上垂直于扫描(y)轴方向的方向、例如沿着x轴方向而被固化。线性部分基于其的串数据使得每个线均以相等的距离与其相邻的相间隔。在读取串(n)＝(FFFFFF，n，10000，10500，11500，12000，22000，22500，32500，33000，43000，43500)的数据串情况中，每个线性部分将被期望具有相应于1000CPU滴答数的扫描轴厚度，以及等于10000CPU滴答数的线性部分之间的相等间隔。如果扫描速度沿着扫描(y)轴方向改变，那么实际固化的线性部件将不会被等间距间隔。例如，在扫描速度在扫描线的末端比中心点更快的情况下，相邻线性部分之间的间隔将会随着在y轴远离中心点的移动而有所增加(无论是在正向y轴方向还是在负向y轴方向)。C可以通过求出任意两个相邻的串之间距离的比值(和/或通过平均相邻二者的比值)或者通过做出对于C的调节并重复固化过程直至线性部分之间的间隔基本上相同来计算。
由此，在制造三维物体的一种方法中，三维物体被切割成沿着构造轴相邻的切片(例如，如在图15中所示的)。每个切片随后被细分为一系列线性条带，每个均沿着扫描方向(例如y轴)延伸。通过沿着扫描轴方向确定由旋转能量偏转器92偏转的固化能量和可固化材料之间的距离为最小的的位置，确定中心点。在一种变形中，每个条带随后被转化为一系列扫描轴值(其例如可以是相对于构造外壳边界的线性距离或CPU滴答数值)，在该处，固化能量源90通电状态会改变。每个扫描轴值随后被校正以考虑扫描速度沿着扫描轴的变化，优选被校正随扫描轴值沿着扫描轴的位置和中心点之间的距离而变化的量，例如通过使用等式3(b)。校正的扫描轴值随后被微控制器用于执行固化过程。在另一种变形中，该组线性条带被转化为CPU滴答数并随后被校正，例如通过使用等式3(b)。
在多个三维物体构造过程中，将存在数个相邻的层，其为相同的并因此可以通过相同的物体层数据来表示。参见图16(e)，物体层数据以可被用于形成数层的图形形式而被描述。在特定的情况中，优选执行行扫描操作，无论是当线性固化装置88沿着x轴从左侧移至右侧还是从右侧移至左侧时。当物体关于x轴方向的中心线对称时，这种表示是无问题的。然而，当形成多个相同的非对称层时，当线性固化装置88在相反的方向上移动时，微控制器单元必须以相反的次序读取串数据集。例如，图16(f)的表描述了相应于图16(e)的物体层数据的多个串数据集。当从左侧至右侧移动线性固化装置88时，发生固化的第一串数据集具有的串索引为n＝20并且计算机存储器索引值m为零。发生固化的最终串数据集具有的串索引为n＝60。当线性固化装置88反转方向以从右侧至左侧时，其无法执行开始于计算机存储器索引m＝0并且数据串索引n＝20的固化，因为该数据被定义用于图16(e)的左手侧，而不是右手侧。由此，基于这样的数据来执行行扫描操作将固化与所需图形相反的图形。微控制器单元或主机可以基于由左侧至右侧的操作所产生的数据来计算并存储由右侧至左侧方向全部的数据串集。然而，这种操作将耗费过量的存储和处理器容量。
在一种操作方法中，相邻的相同层的数据由主机转化并传递至微控制器单元。根据该方法，提供相应于用于形成三维物体的可固化材料的第一(偶数)和第二(奇数)相邻层的相同三维物体层数据。物体层数据被分为各自的第一和第二多个物体截面条带，其中在第一多个物体截面条带中的每个物体截面条带具有条带数据集，并且条带索引值n(偶数)范围为0至第一多个物体截面条带中的最大索引值Nmax-1。在第二多个物体截面条带中的每个条带均具有条带数据集以及相应的条带索引值n(奇数)，并且相应于第二多个物体截面条带的每个各自值n(奇数)的条带数据等于第一多个物体截面条带的条带数据，其相应于等于Nmax-1减去各自值n(奇数)的串索引值n(偶数)。随着每个奇数层被固化，主机可以简单地确定相应于每个奇数层数据串的正确的偶数层数据串，并将偶数层数据串传递至微控制器，由此避免存储奇数层数据串集的需求。本发明技术的使用允许在相反的方向上固化的多个层的数据通过仅对一层产生物体层数据而被确定，并且对所有后续的具有相同截面形状的层均可以反转其(对于在相反的x轴方向上固化的层)或使用其(对于在相同的x轴方向上固化的层)。
用于减少存储相应于多个物体层的三维物体数据所需的计算机可读介质的存储容量的一种示例性的转换描述如下：第一物体层数据集被存储在计算机可读介质上。第一物体层数据集包含第一数据串集，例如那些在图16(d)、(f)和(g)中描述的。第一集中的每个数据串可被表示为d(0，m)，其中0表示该串属于第一集，并且m为该串唯一的计算机存储器索引值。对于第一数据串来说，索引值m的范围为0至Mmax(或M全部)。最高的索引值将会是Mmax-1(因为第一值为零)。
程序被存储在计算机可读介质上(其可以是与存储第一物体层数据集的那个相同的或不同的)，含有用于计算第二物体层数据集的第二数据串集的指令。与第一和第二物体数据集相应的层优选为彼此相邻的并定义交替的层序列(第一集、第二集、第一集、第二集等)。用于第二物体层数据集的串数据可以使用如下的等式、或者使用任意等式集合来计算，使得第二物体层数据集的串数据根据下述的等式相应于第一层的物体数据的串数据：
(4)d(1，m)＝d(0，Mmax-1-m)
其中，d(1，m)为在给定的计算机存储器索引值m下的层1的串数据。
使用等式(4)，主机可以简单地确定相应于第一层的每个数据串的第零层数据串，并将其传递至微控制器。无论是主机还是微控制器都不需要在存储器中存储d(1，m)串。如上所述的，沿着构造外壳342的x轴方向的每个位置均可唯一地(直接地或间接地)相应于串索引n。计算机存储器索引被用于避免存储由于与之相应的位置将不会发生固化而为空的数据串。然而，用于整个构造外壳的数据串可以使用类似于等式3a的等式通过使用串索引n来替代m、并且使用构造外壳的数据串的最大值N全部来替代Mmax而彼此关联。
前述的数据转换技术被描述于图16(f)和(g)中。在该实施例中，Nmax(可以通过等式(1)来计算)为101并且串索引范围为0至Nmax-1(即0至100)。由此，当沿着x轴由右侧至左侧固化时(图16(g))，串索引为40的奇数层的串数据集(在图16(b)的右手侧构造外壳边界345处开始于n＝0)与用于串索引n＝100-40＝60的偶数层串的串数据集相同。由此，串索引通常开始于零，无论是在左手侧边界还是在右手侧边界，但是如在图16(f)和16(g)中所反映的由主机反转该串数据集避免了由物体数据再次计算用于奇数层的新的串数据的需要。取而代之的是，偶数层数据可以简单地转换并供给至微控制器单元。在另一种实施例中，反转过程可以基于计算机存储器索引值m使用等式(4)而不是串索引值n来操控。由此，例如当固化奇数层(由右侧至左侧)时，m＝1的串数据就可以通过采用m＝Mmax-1-m(奇数)＝39的偶数层数据来计算(Mmax为全部的计算机索引值，其为41，而非值为40的最大索引值)。后者的技术避免了对于无固化发生的串来说读取串数据的需求，并且取而代之的是，仅需要读取存在固化的那些串，其明显地为被分配有计算机存储器索引值m的那些。
如前所述的，在这里所描述的系统的特定实施方式中，例如为马达节距数的马达运动参数被用于直接指示线性固化装置88何时处于相应于特定的线性扫描或串数据索引n的x轴位置。对于所需要的索引值n，距相关的构造外壳x轴边界343或345的节距数可以使用如下的公式来计算：
(5)节距＝W(S)(n)(RPM)(F)/60
其中，节距为构造外壳x轴边界至具有索引值n的行扫描被执行的位置处的马达节距的数目；
W为马达76在x轴方向上每单位长度的马达节距的比值，以节距/mm表示；
S为马达76的速度，以mm/秒表示；
RPM为旋转能量偏转器的旋转频率，以转每分表示；并且
F为旋转能量偏转器上的面数。
变量W自身可被认为是“马达运动参数”，因为其依赖于马达节距的数目。如上所述的，W可以根据已知的马达76的旋转速度和齿轮比与滑轮直径82a和82b之间的机械关系而被评价。一种评价W的方法在于基于这样的已知机械关系确定已评价的横跨构造外壳342的x轴长度L所需要的节距数。然而，由于热效应和其它非理想因素，所评价的W值可能是不精确的。在固化相对于x轴而被双向执行的情况中(开始于构造外壳边界343和345)，W的误差可能会导致奇数层和偶数层之间未对准，因为所计算的节距数将不会相应于所期望的被认为是相应于在等式(5)中使用的值n的x轴位置。例如，如果构造过程开始于沿着x轴方向从左侧至右侧的方向，并且W过高，那么给定的n值将导致固化会在比所期望的右侧更远处发生。结果，部件的最右侧边界将比所期望的右侧要远。如果固化随后被反转(从右侧至左侧)，那么相应于给定n值的节距数将被移动至比所期望的左侧更远。由此，当所获得的部件以与在其中所构造的相同的方向上观察时(即在成型过程中为左侧的一侧被置于在成型过程中为右侧的一侧的左方)，那么在从左侧至右侧的方向上被固化的部件的各部分将具有相对于在从左侧至右侧方向上固化的部件的各部分而被转移至右侧的右手边界。在右侧至左侧方向上固化的部件的各部分的左手边界将相对于从左侧至右侧方向固化的那些而被转移至左侧。相反地，如果固化开始于从左侧至右侧并且W过低，那么当所获得的部件以与在其中所构造的相同的方向上观察时，在左侧至右侧方向上固化的各部分的右手边界将相对于在右侧至左侧方向上固化的各部分而被转移至左侧，并且当从右侧开始固化时，在左侧至右侧方向上固化的一部分的左手边界将被转移。
结果，在特定的实施方式中，期望基于试验部件测试数据来调节马达运动参数(即W)。试验部件测试数据可以包含在测试部件的两个或更多个部分之间的偏移尺寸或间隙的长度。在使用图16(f)和(g)中所描述的数据反转方法的特定情况中，在沿着x轴相反方向固化的相同层的那些部分之间产生偏移。该偏移随后被用于调节W值。
制备用于在确定马达运动调节中使用的试验部件的一种方法包含：通过在沿着x轴的第一方向(例如左侧至右侧)移动线性固化装置88来形成第一系列的试验部件的层并在扫描轴(y轴)方向上执行线性扫描操作。随后通过在相反于用于形成第一集合的层的x轴方向上(例如右侧至左侧)移动线性固化装置88并在扫描轴(y轴)方向上执行线性扫描操作形成第二系列的层。试验部件可以具有多种不同的形状，但是在特定的实施例中，使用简单的矩形块状形状。在其它的实施例中，如在图25(a)和25(b)中所描述的，使用半球形的试验部件形状。在成型试验部件时，马达运动参数的初始值被指定，其据信用以在x轴方向上产生正确的构造外壳342长度。在一种优选的实施例中，马达运动参数为马达76的马达节距数，其相应于构造外壳342的已知长度L而被评价。根据该数据，可计算W的预测值。
如通过等式(5)所指示的，如果马达运动参数是错误的，那么W的预测值也将是错误的，其进而将导致由等式(5)计算得出的马达节距的数目(节距数)是错误的。这种W的错误的作用可通过再次参考图16(f)的数据而被示例。如果试验部件使用该数据来构造，那么第一系列的层将使用图16(f)的数据并将沿着x轴在从左侧至右侧的方向上形成。第二系列的层将在从右侧至左侧的方向上沿着x轴形成。如该数据所指出的，对于从左侧至右侧的层来说，从左侧至右侧方向执行的第一线性扫描将在串索引值n为20下执行。如果W的预测值大于实际值，那么第一线行扫描将比所期望的更远地偏移至距左手侧构造外壳边界343的右侧，所有后续的线性扫描也是如此。结果，所有的从左侧至右侧(偶数)的层将被移动至相对于所期望位置的右侧。当反转固化方向并且使用图16(g)的数据时，m＝0、n＝40的第一串将比所期望的更远地偏移至距右手侧构造外壳边界345的左侧。由此，当试验部件被完成并以与其构造方向相同的方向来观察时，相对于在从右侧至左侧方向上形成的第二集合的层来说，在从左侧至右侧方向上形成的第一集合的层将被移动至右侧。该移动将产生可测量的偏移尺寸。
试验部件所测量的偏移尺寸随后可被使用以根据等式(6)-(8)校正微控制器使用的W值：
(6)节距偏移＝ΔL*W
(7)以节距数表示的校正的构造外壳长度＝节距数(预测的)+节距偏移
(8)W校正的＝校正的构造外壳长度，以节距数/L表示
其中，ΔL为测量的第一集合和第二集合的试验部件的层之间的偏移尺寸(mm)，并且正的ΔL值表示从左侧至右侧的层偏移至相对于从右侧至左侧的层的左侧，同时负的ΔL值表示从右侧至左侧的层偏移至相对于从右侧至左侧的层的右侧；
W为原始的、W的预测值(节距数/mm)；
L为构造外壳长度(mm)；
节距数(预测的)为基于马达旋转频率、齿轮比和滑轮直径相应于构造外壳长度L而预测的原始节距数，其等于W*L，其中L为以mm表示的构造外壳长度；并且
W校正的为W的校正值。
W校正的值随后可在后续的部件构造过程中与等式(6)联合使用。前述的关系可以关于构造方向而被概括如下：如果固化在第一方向上发生在第一系列的层中并且在第二方向(相反于第一方向)上发生在第二系列的层中，那么当部件以与其被构造的方向(成型方向)相同的方向(观察方向)来观察时，过低的W值将导致第一集合的层在第二方向上相对于第一集合的层偏移，并且在等式(7)中使用的ΔL值将会是正的。相反地，如果W值过高，第一集合的层将在第一方向上相对于第二集合的层偏移，并且等式(7)中的ΔL值将会是负的。
“观察方向”和“成型方向”之间的关系可以通过实施例而被最佳地理解。每个层将通过成型一系列线性固化的部分而固化，其始于构造外壳原点并终于构造外壳终点。成型方向可以通过选择随后将定义从原点至终点的方向的任意坐标系而被选择，例如“正的x轴方向”或“左侧至右侧”。用于测量偏移ΔL的“观察方向”随后应当与成型方向相同，例如当观察物体时，在固化开始(原点)处的固化物体的部分与在固化终止(终点)处的固化物体的部分具有相同的方向关系。
在特定的实施例中，ΔL使用具有最小测量能力为50微米的卡尺来测量。在这样的情况中，小于50微米的偏移值ΔL不会被测到，并且在一个方向上形成的层会与在另一个方向上形成的那些偏移最高至50微米。在某些情况中，需要通过测量更小的偏移值ΔL并据此调节马达运动参数(例如W)来提高部件构造过程的准确度。适用于该目的的一种方法现在将参照图25(a)和25(b)来描述。根据该技术，通常呈半球形的试验部件被构造。第一集合的层504通过仅当固化能量装置88在沿着x轴的第一(正的)方向上移动时(图16(b))固化树脂而形成。第二集合的层502随后通过仅当固化能量装置88在与用来形成第一集合的层504方向相反的第二(负的)方向上移动时固化树脂而形成。在图25(a)中，层502和504通过在垂直于x-z平面的方向上而被观察(即沿着扫描或y轴)。
根据该方法，完成的试验部件随后被放置在显微镜的下方并沿着z(高度)轴观察，使得层的原点处于与在成型过程中沿着x轴的相同相对位置上(即部分502的原点在正x轴方向上比部分504的原点更远)。两个圆形部分502和504将可见。如果马达运动参数W是错误的，内圆502与外圆504将不是同心的，尽管它们的平行于x轴的直径应当是基本上为共线性的。在这样的情况中，两个偏移量Δr1和Δr2可以在每个圆形部分502和504的x轴极值之间被测量。如在图25(b)中所示的，可以从距离扫描(y)轴最远的部分504的x轴位置减去距离扫描(y)轴最远的部分502的x轴位置以产生Δr1。可以从距离y轴最近的部分502的x轴位置减去距离y轴最近的部分504的x轴位置以产生Δr2。如果马达运动参数被正确地设置，那么Δr1-Δr2的值将会是零或者基本上为零)。然而，如果马达运动参数不被正确地设置，那么Δr1-Δr2的值将不为零。如上所述的，在图25(a)和25(b)的实施例中，部分504仅当固化能量装置88在正x轴方向上移动时而形成，并且部分502仅当固化能量装置88在负x轴方向上移动时而形成。负的Δr1-Δr2值表示马达运动参数(例如W)被设定得过低。由此，通过构造具有增加的W值的额外的试验部件，对于实际的(非试验的)部件构造来说正确的值(产生Δr1＝Δr2的值)就可被确定并输入至微控制器中。通过用ΔL替代Δr1-Δr2，等式(6)-(8)可被用于计算马达运动参数的校正值(W校正的)。
再次参见图5C，现在将描述用于同步计时器和构造外壳342内的扫描线位置的方法的实施方式。该方法包含启动例如源90的固化能量源，其与扫描装置光通信，例如旋转能量偏转器92或线性扫描微镜。扫描装置偏转由固化能量源90接收的固化能量，并且该偏转的固化能量由固化能量传感器例如传感器324接收。在特定的实施例中，例如为镜体332的镜体被提供以有助于所偏转的固化能量从扫描装置传递至传感器324。
根据该方法，固化能量传感器感应收到的固化能量并产生被传递至系统微控制器的感应信号。传感器的固化能量的接收相应于行扫描操作的开始。计时器随后基于由传感器接收的固化能量而被初始化至特定的值(例如零)。
将参照图5C描述前述同步方法的一个例子。如在附图中所描述的，在特定的实施例中，固化能量传感器324、例如光传感器可被用于确定由线性固化能量装置88所供应的固化能量的y轴位置。在一种实施例中，固化能量传感器324与旋转能量偏转器92光通信以接收由其偏转的固化能量。在另一种实施例中，固化能量传感器324位于壳体96的一端以指示在y轴方向上投射的固化能量何时到达其末端或者在y轴方向上何时开始行进。根据该实施例，固化能量传感器324被设置在相应于第二方向上最大固化能量位置(即在相应于y轴方向上行进末端的位置)的位置。然而，传感器324可被定位在其它的位置，但是优选在这样的位置，在该处，固化能量在所感知的事件之间行进的长度是已知的。在图5C中，镜体332和传感器324的位置以及所描述的旋转能量偏转器92的顺时针旋转方向致使由传感器324感应的固化能量相应于线性扫描操作的开始。
根据这样的实施例，可操作地连接至时钟(即CPU时钟)的处理器接收源自传感器324的固化能量传感器信号，并且在时钟单元上运行的计时器与它们同步，允许计算所感应的固化能量脉冲之间消逝的时间。y轴最大扫描长度(例如开口100的长度或者所测得的固化能量在y轴方向上行进的长度)被确定，并且固化能量束在y轴方向上行进的速度通过使最大y轴行进长度除以脉冲之间的消逝时间而计算出：
(9)s＝1/Δtmax
其中，s＝固化能量束在y轴方向上行进的速度(例如cm/秒)；
1＝最大行进动长度(例如cm)；并且
Δtmax＝由固化能量传感器产生的相继感知的固化能量信号之间的消逝时间(例如秒)。
通过同步时钟和传感器的固化能量的接收，并使用最后的速度值(或者合适的平均值)，就可以计算出固化能量束在y轴方向上的位置：
(10)y＝sΔt
其中，y＝固化能量束沿着可固化材料相对于y轴起点的y轴位置(例如cm)；
s＝固化能量束根据公式(1)行进的速度；并且
Δt＝源自传感器的最后的固化能量信号的消逝时间。
可操作地连接至固化能量源90的线性固化控制器(例如，在微控制器单元中实施的)可以选择性地启动和停用固化能量源90，致使固化能量仅当线性固化装置88处于可固化材料上相应于在图16中所示的一个条带304j上的点的x、y位置时而被供应。使用公式(9)和(10)，线性固化控制器可以接收指示固化能量y轴位置的数据。线性编码器可以提供具有x轴位置信息的线性固化控制器(对于线性固化能量装置88来说)，允许控制器根据例如在图16(a)中的物体数据在所确定的x轴位置处确定所需要的y轴轮廓。如上所述的，物体层数据还可被转化为多个数据串集，使得每个均相应于给定的层和沿着构造轴(z轴)的位置。根据这样的实施例，每个数据串集包括多个时间值，每个均定义固化能量源90通电状态被改变的时间。优选地，该时间值相对于零值时间而被定义，还如上所讨论的，零值时间基于当传感器324接收固化能量而产生的同步固化能量的接收而被重新设定。如上所提及的，在特定的实施例中，CPU计数器的零值时间被设定在由传感器324接收的同步传感器信号的前缘1104a(图24)。
再次参见图16(a)，每个条带304j相应于在y轴方向上连续的固化区域。然而，依赖于所构造的物体，这可能并非如此。特定的条带304j可能是不连续的，由此对于给定的x轴位置，沿着y轴定义了不连接的部分。在特定的实施例中，固化能量调节器(例如在激光二极管固化能量源90的情况中为激光二极管调节器)被提供以选择生地启动固化能量源90。在其它的实施例中，固化能量源90保持为被永久启动的，并且在弹性掩体上所选择位置的透明性被操控以允许固化能量穿至可固化材料上需要固化的位置。
参见图21，现在将描述使用例如线性固化装置88的线性固化装置来形成三维物体的方法。在优选的实施方式中，该方法由可由计算机处理器执行的计算机可读介质上的计算机可读指令集合而实施。
根据该实施方式，在物体构造过程的开始，x、y和z位置被初始化为它们的起始位置，它们的索引i、j和k被设定为0，即x0、y0和z0(步骤1002)。在步骤1004中，z轴索引(k)以1递增并且位于z(1)的第一物体切片的物体数据被读取(步骤1006)。x轴索引(i)随后在步骤1008中以1递增，并且y轴索引(j)以1递增(步骤1008和1010)。在步骤1012中，确定可固化材料暴露表面上的x(i)、y(j)位置是否相应于物体的区域(即基于物体数据需要固化的位置)。如果确实是这样的，那么在步骤1014中固化能量被提供至该位置。如上所解释的，在特定的实施方式中，步骤1014涉及选择性地启动或停用固化能量源90。在其它的实施方式中，步骤1014涉及选择性地激活弹性掩体上的位置x(i)、y(j)，从而允许或防止固化能量在固化能量源90保持连续被启动时穿过其。
如果在步骤1012做出的确定指示固化不会发生在可固化材料表面上的x(i)、y(j)位置，那么控制转至确定是否达到最大y轴位置(即构造外壳在y轴方向上的边界)的步骤1016。如果尚未达到，那么y轴位置索引(j)以1递增，并且控制返回至步骤1010。如果已达到最大y轴位置，那么控制转移至步骤1017，y轴索引(j)在该处被重设为0。在步骤1018中，确定是否达到最大x轴位置(即构造外壳在x轴方向上的边界)。如果尚未达到，那么控制转移至步骤1008，其中x轴索引以1递增。如果已达到最大x轴位置，控制转移至步骤1019，x轴位置索引(i)在该处被重设为0。在特定的实施例中，一旦达到最大x轴位置，线性固化装置88就将在相反的方向上沿着x轴行进以固化物体的另一个切片(双向固化)，同时在其它的实施例中，线性固化装置88将在相反的方向上行进而不执行任何的固化，并且随后将固化下一个切片(单向固化)。
在步骤1020中，确定中否已达到最终物体数据切片(zmax)。如果达到，那么该方法结束。如果尚未达到最终切片，那么控制返回至步骤1004，并且z轴索引(k)以1递增，使得另一个切片的物体数据可被处理。该处理重复直至最后的切片被固化。
参见图22和23，公开了使用例如为线性固化装置88(或者前述的装置88的变形)的线性固化装置来制造三维物体的另一种方法。根据该方法，在步骤1042中提供三维物体数据。数据可以采用多种不同的形式，例如CAD/CAM数据、STL数据或者定义物体在三维空间中的形状的其它数据。在步骤1044中，数据被切割为数个物体层数据集Zmax，其中每个物体层数据集相应于由层索引z的值指定的特定的层，z的范围为0至Zmax-1的值。这样切割的图形化描述由图14和15示例。然而，实际的切割方法包含沿着特定的轴细分三维物体数据。在优选的实施例中，沿着其而执行细分的轴相应于固化过程中使用的构造轴。这样的数据切割技术为本领域技术人员已知的并且通常涉及确定具有由构造轴坐标来定义的切割平面的三维物体数据(例如由STL文件所定义的)的交叉。该交叉将定义切片的物体轮廓。
在步骤1046中，对于每个物体层数据集，产生Mmax个线性扫描数据集。每个层具有其自身的Mmax值，其涉及用以产生部件所必须的线性扫描总数。Mmax还将是用于层的计算机存储器索引值m的最大值，因为其表示需要用以存储数个包括特定层的物体固化数据的数据串集的数个数据存数位置。与之相比，整个的构造外壳342(图16(b))可以具有与之相关的不同的数据串最大数(Nmax)，其表示可在构造外壳342内执行的线性扫描的最大可能数。
在步骤1048中，线性固化装置88被移动至x、y平面内的原位置，其可以由传感器346(图16(b))的行进末端(EOT)位置来定义。该原位置优选由构造外壳342的左手边界343偏移特定的偏移距离δL。在特定的实施例中，左手边界343定义了x轴原点x0。偏移距离δL可被规定为马达运动参数，例如马达节距数，在这种情况中，马达节距可被用于确定线性固化装置何时到达左手边界343。
在步骤1050中，马达118(图5A和5C)被启动以开始旋转旋转能量偏转器92。层索引(z)随后被设定为零以指示物体构造过程将要开始。
在步骤1054中，相应于层索引(z)的当前值的用于层的线性扫描数据被装载至用于操作马达118和马达76的微控制器单元内，并且其还被用于改变固化能量源90的通电状态。线性固化装置88移过偏移距离δ(取决于x轴移动方向，其将会是δL或δR)，从而到达构造外壳的边界343或345。在线性固化装置88移过偏移距离δ的过程中，线性固化装置88的速度将优选达到基本上恒定的值。在特定的实施方式中，线性扫描数据例如通过使用如上所讨论的等式3(b)或3(c)校正以考虑扫描速度沿着扫描轴的变化。
在步骤1058中，计算机存储器索引m的值被设定为零。如上所述的，计算机存储器索引m为用于存储其中具有物体固化数据的那些串数据集的索引。在步骤1060中，串索引n也被设定为零。
在步骤1061中，微控制器读取存储在计算机存储器索引m的当前值处的串数据集。串数据集优选包括串索引(n)值(参见图16(d)、(f)和(g))，并且在步骤1062中，对于当前值m将在串数据集内提供的串索引值与当前值n相比。当值相同时，其表示固化将发生在相应于当前的串索引值(n)的x轴位置。当值不相同时，其表示固化将不会发生在相应于当前的串索引值(n)的x轴位置，从而对于该串来说没有数据需要被读取。
当在步骤1062中n＝m时，控制推进至步骤1064。在步骤1064中，扫描轴同步操作在开始行扫描操作之前被执行。在一种实施例中，固化能量源90被短暂地脉冲以使传感器324(图5C)产生同步固化能量传感器信号，其指示旋转能量偏转器92的旋转位置相应于构造外壳的扫描轴边界。计时器(例如以软件编程的)随后被初始化(即重设为零)并启动(步骤1066)。微控制器单元比较计时器值和存储在当前串数据集内的时间值(由当前的计算机存储器索引m的值定义)，以确定何时改变固化能量源90的通电状态(步骤1068)。如上所讨论的，在图24的实施例中，固化能量源90相对于被用于驱动旋转能量偏转器92的马达118脉冲以固定的延迟时间(Δ1)而被脉动，从而执行同步。该同步脉冲可以发生在无需考虑固化是否在该位置发生的每个串索引(n)位置。可替换地，其可以仅在固化将会发生的那些位置执行。还如上所述的，固化能量源90可以以相对于CPU时钟周期来说固定的时间而不是相对于马达118的脉冲而被脉动来执行同步。在一种实施例中，使用如上所述类型的动态校准过程，其中固定的时间通过相对于CPU时钟动态调节同步能量脉冲计时直至传感器324指示能量脉冲已被接收来确定。在这样的情况中，相对于马达118脉冲的延迟时间Δ1可被用作为动态调节过程的起点。
计时器与旋转能量偏转器92的旋转位置的同步将进一步参照图24来描述。一旦计时器被初始化，固化能量源90就被关闭直至当前的物体数据串指示其应当被切换。由于系统延迟，例如涉及接收和处理同步传感器324信号并产生固化能量源输出信号，在微控制器的同步传感器324信号的上升沿1104a的接收和固化能量源90的关闭之间会存在延迟。
传感器324(图5C)具有可以来回移动的感应长度，如果固化能量源在其与镜体332光通信的过程中被保持的话。随着固化能量束从顶部至底部横贯镜体332，其将从底部至顶部横贯传感器324。然而，一旦固化能量达到镜体332的底部，那么其将开始与可固化材料接触并使其固化。优选地，在同步运行期间，在其以其他方式将要离开传感器324的感应区域或镜体332区域之前，固化能量源90被停用。否则，固化能量将在由串数据指示之前与可固化树脂接触并使其固化。在特定的实施例中，固化传感器324输入信号的上升沿的接收和固化能量源90的停用之间的延迟发生在延迟时间Δ2之内，延迟时间Δ2不大于约400纳秒，优选不大于约300纳秒，更优选不大于约250纳秒，并且还更优选不大于约200纳秒。
在优选的实施例中，延迟时间Δ2小于固化能量横贯传感器324的整个感应长度所需要的时间。固化能量横贯传感器324的整个长度所需要的时间可以如下计算：
(11)时间＝(60秒/分)(LS/(LBExRPMxF))
其中，LS＝传感器感应区域的线性距离；
LBE＝构造外壳在扫描(y)轴方向上的长度(即全扫描的线性长度)；
RPM＝旋转能量偏转器92的旋转速度(转/分)；并且
F＝旋转能量偏转器92上的面的数量。
再次参见图22，当行扫描操作完成时，将当前的计算机存储器索引m的值与当前层的最大索引值(Mmax-1)相比较(步骤1070)。如果m小于Mmax-1，那么该层未完成。在这种情况中，控制推进至步骤1072，并且计算机存储器索引m的值以1递增。在在步骤1076中，读取新的m值的串数据集。在步骤1078中，串索引n的值以1递增，并且旋转能量偏转器92旋转至下一个面94(a)-(f)。控制随后返回至步骤1062。
在步骤1062中，如果对于当前的值m存储在串数据集内的串索引值n不等于串索引值n的当前值，那么在相应于串索引n的当前值的x轴位置就不会发生固化。在这种情况中，控制转移至步骤1074以确定是否已经达到最后的串Nmax-1。如果已经达到，那么控制转移至步骤1080(图23)。否则，控制转移至步骤1078，串索引n的值在该处被再次以1递增。在步骤1070中，如果存储器索引m的当前值已经达到层的最大值Mmax-1，那么在当前的层就不会有进一步的固化发生，并且控制推进至步骤1074。
如上所述的，在特定的实施例中，微控制器被用于基于物体形状数据而控制固化能量源90的运行，并且还可以控制构造平台(例如在图1-2中的构造平台43或者在图19中的构造平台354)的移动。许多可商业上可用的微控制器使用被称为“中断”的来执行例如USB通信、存储刷新和读取外围设备的任务。在中断期间，当前执行的任务被停止，使得这些其它的任务之一可被执行。然而，在使用用于表示三维物体的包含时间值的串数据的那些实施例中，中断将扰乱CPU计时器和旋转能量偏转器位置(或者激光扫描微镜的倾角)之间的同步，并潜在地使三维物体变形。在这样的实施例中，优选在行扫描操作中取消软件和/或硬件中断。在一种实施例中，程序被存储在微控制器中，当图22-23的方法位于步骤1062和1082之间时其导致中断失效。当该方法到达步骤1084时中断随后可被启用。
在步骤1074中，当串索引值n达到最大串索引值Nmax-1时，当前层的处理完成。控制随后推进至步骤1080以使线性固化装置88移过偏移距离δ。如果线性固化装置88通过从左至右移动处理当前的层(当构造外壳342根据上述的来观察时)，那么步骤1080内的偏移距离δ将会是δR。否则，其为δL。
在步骤1082中，使层索引(Z)的当前值与最大层索引值(Zmax-1)相比较。如果最后的层已被完成，那么构造终止。否则，层索引以1递增(步骤1084)。在步骤1086中，新的未固化的可固化材料被提供在前述的固化层和刚性或半刚性的固化基底68之间。在图1-4和6-8所示的系统的情况中，这例如可以通过将构造平台43向下移动至所供给的可固化材料内而完成，其将产生新的未固化的材料可以流至其中的最后的固化层和基底68之间的间隙。在例如在图19和20中所示的那些系统的情况中，构造平台356可以向上移动，并且新的未固化的可固化材料可被添加至盆膜组件205或在先描述的其它盆结构之一。
在步骤1088中，相应于新的层索引值z的线性扫描数据(即串数据集)被装载至微控制器单元内。在步骤1090中，线性固化装置88沿着x轴方向的行进方向被反转。线性固化装置移过可适用的偏移距离δL或δR，直至到达可适用的构造外壳边界343或345。控制随后返回至图22中的步骤1058以开始固化新层的过程。
参见图17-18，描述了用于制造三维物体的系统的替换实施方式。该系统包含基本上类似于图7-13的固化基底组件62的固化基底组件62。然而在这种实施方式中，线性固化装置88被线性固化装置308所替代。尽管图17-18描述的线性固化装置308具有图7-13的固化基底组件62，但是其还可使用关于图3和7所示并描述的实施方式的使用弯曲的、固定的、刚性或半刚性的固化基底68的固化基底组件62。在图17-18中，膜组件205被再次提供(在图17和18中膜224是不可见的)。
在图17-18的实施例中，线性固化装置308包含光投射元件阵列，例如激光元件或者发光二极管元件3100-310max阵列。在一种优选的实施方式中，每个这样的元件为“灰度可变的”，使得在x、y平面内的给定位置处每个元件的激活持续时间是相同的，尽管每个元件投射单独可控的光强度。线性固化装置308可以包含单一排的光投射元件3100-310max，并且还可以包括在固化基底组件62的长度(x轴)方向上设置的数排光投射元件。在特定的实施例中，至少两排光投射元件被提供有在长度(x轴)方向上设置的排，并且他们各自的光投射元件在宽度(y轴)方向上被错列以产生曲折图形。
不像线性固化装置88，在沿着固化基底组件62的长度(x轴)方向的给定位置处，线性固化装置308可以选择性地并且同时地固化沿着整个y轴构造外壳方向的位置。每个发光元件3100-310max的元件会投射相应像素的固化能量至可固化材料的相应的y位置上(x轴位置取决于可变的线性固化装置308的位置，)。由此，能量不会在y轴方向上利用线性固化装置88来“扫描”。此外，物体数据可被提供为体积像素(“体素”)，每个均具有其自己的x和y位置以及在z轴方向上相关的固化深度，因为灰度等级特征允许单独可控的强度，其进而可以提供单独可控的固化深度。灰度等级值表示全像素总曝光，其中像素的总曝光表示如下：
(12)总曝光＝∫Idt
其中，I为所供给的固化能量的强度(例如瓦/像素)，并且在曝光时间期间Δt内执行积分。
在特定的实施例中，灰度等级输出值可被用于控制线性固化装置的输出从而提供全强度，其间不存在输出或变化。在使用固定的曝光时间每像素的处理中，对于每个像素指定的曝光时间，线性固化装置可以降低可固化材料被曝光至电磁辐射(例如强度I)的量。
在一种优选的实施方式中，线性固化装置308在x轴方向上连续地移动，随着固化能量在y轴方向上作为大体上、或者优选基本上线性的图形而被提供。依赖于被构造的物体的轮廓，由线性固化装置308所定义的固化能量图形可以随着在长度(x轴)方向上达到不同的位置而变化。
使用灰度可变的发光元件3100-310max允许使用体素化的物体数据来表示被构造的三维物体。体素数据可被认为是表示体积像素的数据集合或数据集。体素数据可被组织成为体素位图图形，其包括每个像素的灰度等级值和/或曝光时间。体素位图可被认为是单独体素的组织集合，每个体素具有独立于其它体素的自身深度。尽管体素可被组织成位图，但是每个体素通常会被单独处理并具有其自身的固化深度(其可由被指定给每个体素的曝光时间和/或强度值来确定)，从而确定每个体素独立于其它任何体素数据的几何构型。物体可以使用体素数据来形成，其中每个体素可以在可固化材料内通过可固化材料的暴露表面而产生，从而获得特定的固化深度(典型地通过灰度等级值和/或曝光时间来确定)，并由此在可固化材料内产生三维体素。每个体素均可被单独地、成群地或者以子集(例如多于一个体素)产生，或者作为整个的体素数据(例如一次产生所有的体素)产生。
当使用体素化的构造过程时，每个体素可以具有其自身的厚度(例如固化深度)，其由灰度等级值来控制。然而，例如在参考图15中所描述的切片物体数据可被用于驱动包含线性固化装置308的线性发光装置阵列的运行。控制单元(未示出)以所需要的格式来接收物体数据，并导引每个发光元件3100-310max的激活。
虽然灰度等级强度可被表示为参考尺度(即0...255)上的整数，但是强度值还可在被发送至线性固化装置308之前而被补偿或调节，或者可在线性固化装置308处被补偿或调节，或者二者均有。例如，在可固化材料具有需要用于聚合或部分聚合的最小强度阈值时，“停用”或零(0)值强度(例如亮度和/或“开启”时间)可以基于指定给特定的固化材料的最小强度阈值而被确定。零值强度并不必须意味着由线性固化装置308所供给的能量实际上为零。在典型的情况中，低水平的亮度可以相应于零(0)强度。
0至255的强度范围在例如当8位系统被用于确定强度时是便利的。然而，可使用具有更多或更少强度分辨率的系统。实施例可以包括4位系统或16位系统。此外，电磁辐射的曝光时间可以具有广泛的范围，例如1毫秒至100秒。注意到时间范围仅为示例性的，并且不限制为“实时的”，电磁辐射可以依赖于其它的变量，例如图形发生器的最小转换时间，电磁辐射的强度，可固化材料的最小有效时间以及用于固化的辐射强度，构造平台43的运动速度，以及其它的因素。
利用线性固化装置308或线性固化装置88来固化可固化材料的过程可以发生在形成不连续物体层或者不使用分层成型工艺的不连续步骤中。特别地，可使用在整个构造过程中构造平台43移动的连续构造方法。取决于可能的电磁辐射中断，甚至是在利用连续构造方法时，某些微小的界面层成型仍可以发生。然而，这样的界面层成型可被最小化或者甚至被完全地消除。
当使用连续的构造过程时，使用层方法构造的有时会出现在物体外轮廓上的结构“台阶”可被最小化。在连续构造方法中，三维物体被允许在主构造方向上(典型地在z方向上)固化或生长，而不中断在辐射阶段期间以及任选地在整个构造过程期间电磁辐射的供给。可固化材料在主构造(Z)方向上在辐射阶段期间的相应的连续生长由此可推进至超出传统逐层固化典型的正常固化深度的程度，并且该程度可通过使用所供给的电磁辐射和/或通过使用可聚合材料而被预设定。
通过独立层的连续操作，其甚至能够特别地影响并控制可固化材料当前的固化深度。支撑远离构造表面移动产生的物体的支撑板的速度调节，以及像素辐射强度(灰度值或者颜色值)的调节，分别地或者相结合地，特别地意味着对于固化深度的控制。
本发明已经参照特定的示例性实施方式而被描述。然而，对于本领域技术人员来说容易理解的是其能够以除了如上所述的示例性实施方式之外的特定的形式来实施本发明。这可以在不背离本发明精神的情况下而实现。该示例性的实施方式仅为说明性的并且不应当以任何方式被认为是限制性的。本发明的范围由所附加的权利要求以及它们的等价形式、而不是前述的说明来限定。

Claims (115)

1.一种用于由可固化材料制造三维物体的装置，包含：
可在第一方向上移动的固化能量源，其中，随着所述固化能量源在第一方向上移动，其选择性地在第二方向上投射固化能量；
可在第一方向上移动并可在基本上垂直于所述第一方向的旋转平面内旋转的旋转能量偏转器，其中，所述旋转能量偏转器与所述固化能量源光通信，并且当所述固化能量源在第二方向上投射固化能量时，所述旋转能量偏转器朝向所述可固化材料偏转固化能量，并且所偏转的固化能量固化所述可固化材料。
2.按照权利要求1所述的装置，其中，当所述固化能量源在第二方向上投射固化能量时，所偏转的光在扫描方向上扫描所述可固化材料。
3.按照权利要求1所述的装置，其中，所述固化能量源在第一方向上以第一速度移动，所偏转的固化能量在扫描方向上以扫描速度扫描所述可固化材料，并且所述扫描速度为所述第一速度的至少1000倍。
4.按照权利要求1所述的装置，其中，所述旋转能量偏转器为具有一个或多个面的镜体，并且每个面具有旋转位置，在所述旋转位置处其与激光二极管光通信。
5.按照权利要求1所述的装置，进一步包含位于所述旋转能量偏转器和可固化材料源之间的至少一个透镜，其中，所述透镜涂覆有抗反射涂层，使得所述透镜透射至少95％的波长范围为约380nm至约420nm的入射光。
6.按照权利要求5所述的装置，其中，所述抗反射涂层为MgF2涂层。
7.按照权利要求5所述的装置，其中，所述至少一个透镜为第一F-θ透镜和第二F-θ透镜，所述第一F-θ透镜位于所述旋转光偏转器和所述第二F-θ透镜之间，所述第一F-θ透镜具有入射面和透射面，所述第二F-θ透镜具有入射面和透射面，并且所述第一F-θ透镜的透射面的曲率半径小于所述第二F-θ透镜的透射面的曲率半径。
8.按照权利要求1所述的装置，进一步包含位于所述固化能量源和所述旋转能量偏转器之间的准直透镜。
9.按照权利要求8所述的装置，其中，所述准直透镜由BK-7光学玻璃形成。
10.按照权利要求8所述的装置，其中，所述准直透镜具有约4.0mm至约4.1mm的有效焦距。
11.按照权利要求1所述的装置，进一步包含与所述旋转能量偏转器光通信的固化能量传感器。
12.按照权利要求11所述的装置，进一步包含与所述旋转能量偏转器和所述固化能量传感器光通信的镜体，其中，在同步操作期间当所述固化能量源在第二方向上投射固化能量时，所偏转的光由镜体反射并由镜体透射至传感器。
13.按照权利要求11所述的装置，进一步包含被布置成接收并过滤透射至所述固化能量传感器的光的中性密度滤光片。
14.按照权利要求11所述的装置，其中，所述装置包括构造外壳，所述构造外壳为所投射的固化能量可以由旋转能量偏转器偏转至其中的可固化材料的一部分，所述旋转光偏转器在旋转平面内的旋转位置限定所偏转的固化能量在所述构造外壳内沿着扫描方向轴的位置，并且当所述固化能量传感器接收偏转的固化能量时，所述旋转能量偏转器的旋转位置相应于所述构造外壳的边界。
15.按照权利要求11所述的装置，其中，所投射的固化能量由旋转能量偏转器偏转以产生在可固化材料上沿着扫描方向轴的固化能量扫描线，并且由所述固化能量传感器接收的偏转的传感器能量相应于沿着扫描轴方向的扫描线边界位置。
16.按照权利要求1所述的装置，进一步包含基于关于三维物体的形状信息而选择性地启动所述固化能量源的固化能量源控制器。
17.按照权利要求16所述的装置，其中，所述形状信息包含相应于多个物体截面条带的物体数据，每个物体截面条带具有定义长度方向的长度以及定义宽度方向的宽度，并且所述多个条带沿着宽度方向被设置为横向的。
18.按照权利要求17所述的装置，其中，所述固化能量源具有通电状态，所述固化能量源控制器根据多个数据串集而选择性地改变固化能量源的通电状态，所述多个数据串集中的每一个相应于三维物体的一层，并且每个数据串集内的每一数据串集相应于物体截面条带并且包括定义时间的多个数字，所述固化能量源的通电状态在所述时间被改变。
19.按照权利要求1所述的装置，其中，所述固化能量源为投射波长为约380nm-420nm的光的激光二极管。
20.按照权利要求19所述的装置，其中，所述激光二极管具有至少约300mW的能量输出。
21.按照权利要求19所述的装置，其中，所述激光二极管具有至少约5毫弧度的光束发散度。
22.按照权利要求1所述的装置，其中所述固化能量源为第一固化能量源，并且所述装置进一步包含可在第一方向上移动的第二固化能量源，其中，随着所述第二固化能量源在第一方向上移动，其选择性地在第二方向上投射固化能量。
23.按照权利要求22所述的装置，进一步包含第一棱镜和第二棱镜，其中，当第一棱镜接收由第一固化能量源传递的固化能量并且第二棱镜接收由第二固化能量源传递的固化能量时，第一棱镜位于第一固化能量源和旋转能量偏转器之间，并且第二棱镜位于第二固化能量源和旋转能量偏转器之间。
24.按照权利要求23所述的装置，进一步包含位于第一固化能量源和第一棱镜之间的第一准直器，以及位于第二固化能量源和第二棱镜之间的第二准直器。
25.按照权利要求1所述的装置，其中，所述旋转能量偏转器以约1,000RPM至约10,000RPM的旋转速度旋转。
26.按照权利要求1所述的装置，进一步包含：
限定构造外壳、第一偏移区域和第二偏移区域的可固化材料源，其中，在三维物体构造操作过程中，所述三维物体在构造外壳内而不是在第一偏移区域或第二偏移区域内被构造；
在第一偏移区域内的行进传感器末端，用于检测固化能量源在远离构造外壳的方向上的行进位置的末端。
27.按照权利要求26所述的装置，其中，固化能量源根据多个线性扫描数据集来选择性地投射固化能量，其中，每个线性扫描数据集相应于三维物体的一层并且包括多个数据串集，每个数据串集具有范围从最小值至最大值的串索引，以及多个时间值，每个时间值相应于固化能量通电状态变化事件，并且每个最小的串索引值相应于第一偏移区域和构造外壳之间的边界。
28.按照权利要求27所述的装置，其中，每个线性扫描数据集具有相应于第二偏移区域和构造外壳之间的边界的串最大索引值。
29.按照权利要求27所述的装置，进一步包含主机和微机，其中，主机将相应于每个线性扫描数据集的所述多个串数据集传递至所述微机，并且所述微机包括中央处理单元，其被编程以根据所述多个串数据集在第二方向上选择性地投射固化能量并在第一方向上移动固化能量源。
30.按照权利要求29所述的装置，其中，所述微机被编程以禁止在层固化操作过程中的中断。
31.一种由可固化材料制造三维物体的方法，包含：
在第一方向上移动固化能量源；
随着固化能量源在第一方向上移动，沿着可固化材料的暴露表面在第二方向上逐步地将可固化材料的部分暴露至固化能量。
32.按照权利要求31所述的方法，其中，所述第一方向基本上垂直于所述第二方向。
33.按照权利要求31所述的方法，其中，随着固化能量源在第一方向上移动，沿着可固化材料的暴露表面在第二方向上逐步地将可固化材料的部分暴露至固化能量的步骤包含执行一系列的行扫描操作，并且所述方法进一步将计时器同步到每个行扫描操作的开始。
34.按照权利要求33所述的方法，进一步包含提供与固化能量源光通信的固化能量传感器，其中，所述将计时器同步到行扫描操作的开始的步骤包含响应于固化能量传感器所感应的固化能量给计时器设定规定的时间值。
35.按照权利要求33所述的方法，其中，沿着第二方向逐步地将可固化材料的部分暴露至固化能量的步骤包含：根据包含多个串数据集的物体数据沿着第二方向选择性地将可固化材料的部分暴露至固化能量，其中，每个串数据集包含定义固化源通电状态转换事件的多个时间值，并且每个时间值等于在行扫描操作开始之后的流逝时间。
36.按照权利要求35所述的方法，其中，每个串数据集进一步包含串编号，并且每个串编号相应于可固化材料源的构造外壳部分内的位置。
37.按照权利要求33所述的方法，其中，所述将计时器同步到行扫描操作的开始的步骤包含朝向由马达驱动的旋转能量偏转器投射固化能量，所述马达通过恒定的频率能量脉冲以相对于每个脉冲发生时规定的时间而被通电。
38.按照权利要求37所述的方法，其中，所述将计时器同步到行扫描操作的开始的步骤包含：朝向旋转能量偏转器投射固化能量达约2至约6毫秒的检测脉冲。
39.按照权利要求38所述的方法，其中，所述将计时器同步到行扫描操作的开始的步骤包含：在同步传感器检测到固化能量之后的延迟时间内停止朝向旋转能量偏转器投射固化能量。
40.按照权利要求39所述的方法，其中，所述延迟时间不大于约400纳秒。
41.按照权利要求33所述的方法，其中，所述将计时器同步到行扫描操作的开始的步骤进一步包含动态校准至处理器时钟的同步能量脉冲。
42.按照权利要求41所述的方法，其中所述动态校准至处理器时钟的同步能量脉冲的步骤包含：以相对于处理器时钟的多个试验时间传递能量脉冲，并确定所传递的能量脉冲产生固化能量传感器信号的处理器时钟时间。
43.按照权利要求31所述的方法，进一步包含：
提供用于形成三维物体的相应于可固化材料相邻层的第一和第二相同的三维物体层数据；
将所述第一和第二相同的三维物体层数据细分为各自的第一和第二多个物体截面条带，其中，第一多个物体截面条带中的每个物体截面条带具有条带数据集和相应的计算机存储器索引值n(0)，其范围为0至小于第一多个物体截面条带的总条带数(N总)的值，第二多个物体截面条带中的每个条带具有条带数据集和相应的计算机存储器索引值n(1)，并且相应于第二多个物体截面条带的每个各自的n(1)值的条带数据等于第一多个物体截面条带中相应于等于小于N总的值减去各自的n(1)值的计算机存储器索引值n(0)的条带数据。
44.按照权利要求31所述的方法，进一步包含：
提供表示三维物体的三维物体数据；
切分三维物体数据以定义多个三维物体层数据集；
提供在第一方向上的构造外壳距离，其中，所述在第一方向上的构造外壳距离相应于被通电以在第一方向上移动固化能量源的马达的马达运动参数的值；
基于试验部件测试数据调节与构造外壳距离相应的马达运动参数的值。
45.按照权利要求44所述的方法，进一步包含：
形成第一系列的试验部件的层，其中，第一系列的层中的每个层通过在第一试验方向上移动固化能量源，并随着固化能量源在第一方向上移动，沿着可固化材料的暴露表面在第二方向上逐步地将可固化材料的部分暴露至固化能量而形成；
形成第二系列的试验部件的层，其中，第二系列的层中的每个层通过在与第一试验方向相反的第三方向上移动固化能量源，并随着固化能量源在第三方向上移动，沿着可固化材料的暴露表面在第二方向上逐步地将可固化材料的部分暴露至固化能量而形成；
测量第一系列的层和第二系列的层之间的偏移距离；以及
基于所测量的第一系列的层和第二系列的层之间的偏移距离调节与构造外壳距离相应的马达运动参数的值。
46.按照权利要求31所述的方法，其中：
所述随着固化能量源在第一方向上移动，沿着可固化材料的暴露表面在第二方向上逐步地将可固化材料的部分暴露至固化能量的步骤包含：由具有数量为F个面的旋转能量偏转器朝向可固化材料偏转固化能量，
三维物体沿着第一方向在规定的构造轴位置具有所期望的长度L，
所述随着固化能量源在第一方向上移动，沿着可固化材料的暴露表面在第二方向上逐步地将可固化材料的部分暴露至固化能量的步骤包含：相应于规定的构造轴位置执行数个行扫描操作，并且每个行扫描操作相应于沿着第一方向的一个位置，并且行扫描操作的次数由下述公式表示：
n＝(L/S)*(RPM/60)*F
其中，n＝行扫描操作的次数；
L＝物体在规定的构造轴位置处所期望的长度(mm)；
S＝固化能量源在第一方向上的运动速度(mm/sec)；
RPM＝旋转能量偏转器的旋转频率(转数/分钟)；以及
F＝旋转能量偏转器的面的数量。
47.按照权利要求46所述的方法，其中每个行扫描操作包含根据包含一个或多个时间值的串数据集选择性地改变固化能量源的通电状态，每个时间值定义固化能量源通电状态转换事件，并且每个时间值等于在固化能量传感器接收同步信号之后的流逝时间。
48.按照权利要求31所述的方法，其中，所述随着固化能量源在第一方向上移动，沿着可固化材料的暴露表面在第二方向上逐步地将可固化材料的部分暴露至固化能量的步骤由具有中断特征的微控制器来控制，并且所述中断特征在逐步暴露步骤期间被禁止。
49.一种沿着第一方向校准构造外壳长度的方法，包含：
规定马达运动参数相应于所述长度的值；
通过沿着第一长度方向将可固化材料固化成第一系列的试验部件的层，以及通过沿着与第一长度方向相反的第二长度方向将可固化材料固化成第二系列的试验部件的层来构造试验部件，其中，所述试验部件具有沿着第一长度方向由第一系列的层和第二系列的层定义的至少一个偏移尺寸；
测量所述至少一个偏移尺寸的长度；以及
基于所述至少一个偏移尺寸长度来调节马达运动参数的值。
50.按照权利要求49所述的方法，其中，所述试验部件为半球形的，第一系列的层定义当从上方观察试验部件时具有第一直径的第一部分，第二系列的层定义当从上方观察试验部件时具有第二直径的第二部分，第二直径大于第一直径，并且至少一个偏移尺寸为第一部分和第二部分之间的两个偏移尺寸。
51.按照权利要求50所述的方法，其中所述测量两个偏移尺寸的步骤包含使用显微镜从上方观察试验部件。
52.按照权利要求49所述的方法，其中，所述沿着第一长度方向将可固化材料固化成第一系列的层的步骤包含在沿着第一长度方向移动固化能量源的同时沿着第三方向逐步地固化可固化材料。
53.按照权利要求49所述的方法，其中，所述沿着与第一方向相反的第二方向将可固化材料固化成第二系列的试验部件的层的步骤包含在沿着第二长度方向移动固化能量源的同时沿着第三方向逐步地固化可固化材料。
54.一种用于由可固化材料制造三维物体的装置，包含：
可在第一方向上移动的固化能量源，其中，固化能量源在第一方向上移动的同时可被选择性地启动以沿着第二方向固化可固化材料的基本上线性的部分；
包含透明的、刚性或半刚性的固化基底的固化基底组件，其中，当固化能量源在第一方向上移动时，从可固化材料的固化部分上剥离所述固化基底组件。
55.按照权利要求54所述的装置，其中，可固化材料的固化部分包括可固化材料的基本上线性的部分。
56.按照权利要求54所述的装置，其中，当固化能量源在第一方向上移动时，固化基底摆动以从可固化材料的基本上线性的部分剥离所述固化基底。
57.按照权利要求54所述的装置，其中，当固化能量源在第一方向上移动时，所述固化基底在第一方向上移动。
58.按照权利要求57所述的装置，其中，所述固化基底包括包含膜的膜组件，并且当固化基底在第一方向上移动时，所述膜从固化的可固化材料上剥离。
59.按照权利要求57所述的装置，其中，所述膜被布置在框架内，所述框架是固定的，并且当固化基底在第一方向上移动时，所述固化基底相对于膜在第一方向上移动。
60.按照权利要求57所述的装置，其中，所述膜被布置在框架内，所述框架相对于所述装置是固定的，并且当固化基底在第一方向上移动时，所述固化基底相对于膜在第一方向上移动。
61.按照权利要求54所述的装置，其中，所述固化能量源包含发光二极管阵列，所述发光二极管阵列包含沿着第二方向延伸的多个发光二极管。
62.按照权利要求54所述的装置，包含线性固化装置，其中，所述线性固化装置包含固化能量源和旋转能量偏转器，所述线性固化装置可在第一方向上移动，所述旋转能量偏转器在基本上垂直于所述第一方向的平面内旋转，并且当固化能量源将固化能量投射至旋转能量偏转器时，所述旋转能量偏转器将固化能量朝着可固化材料偏转，从而固化沿着第二方向延伸的可固化材料的基本上线性的部分。
63.按照权利要求54所述的装置，包含线性固化装置，其中，所述线性固化装置包含固化能量源和激光扫描微镜，所述线性固化装置可在第一方向上移动，并且当固化能量源将固化能量投射至激光扫描微镜时，所述激光扫描微镜沿着可固化材料扫描固化能量，从而固化沿着第二方向延伸的可固化材料的基本上线性的部分。
64.按照权利要求54所述的装置，其中，所述固化基底为部分圆柱体的，并且具有沿着第二方向延伸的长度轴。
65.按照权利要求64所述的装置，其中，所述固化基底组件进一步包含固定膜，并且所述固化基底被布置在固定膜和固化能量源之间。
66.按照权利要求65所述的装置，进一步包含膜组件，所述膜组件包括固定膜和至少一个框架，其中，所述膜组件限定用于容纳可固化材料的贮存器。
67.按照权利要求66所述的装置，进一步包含至少一个膜剥离元件，其中，当固化能量源在第一方向上移动时，所述膜剥离元件在第一方向上移动，并且所述固定膜的一部分被布置在所述至少一个膜剥离元件的下方。
68.按照权利要求66所述的装置，进一步包含构造平台，其中，所述构造平台可以从固定膜附近的位置在竖直向上的方向上移动至与所述固定膜间隔开的竖直更高的位置，并且所述固定膜位于所述构造平台和所述固化能量源之间。
69.一种用于由可固化材料形成三维物体的装置，包含：
线性固化装置，可在第一方向上移动并包含与扫描装置光通信的固化能量源；
其中，随着固化能量源在第一方向上移动，固化能量源在第二方向上投射固化能量，当线性固化装置将固化能量投射至扫描装置时，所述扫描装置在扫描方向上扫描固化能量。
70.按照权利要求69所述的装置，其中，所述扫描装置为激光扫描微镜。
71.按照权利要求69所述的装置，其中，所述扫描装置为旋转能量偏转器。
72.按照权利要求71所述的装置，其中，所述旋转能量偏转器为多面镜。
73.按照权利要求69所述的装置，其中，所述第一方向基本上垂直于所述扫描方向。
74.按照权利要求69所述的装置，其中，所述固化能量源在第一方向上以第一速度移动，所述固化能量在扫描方向上以扫描速度扫描所述可固化材料，并且所述扫描速度为所述第一速度的至少1000倍。
75.按照权利要求69所述的装置，进一步包含位于所述扫描装置和可固化材料源之间的至少一个透镜，其中，所述透镜涂覆有抗反射涂层，使得所述透镜透射至少95％的波长范围为约380nm至约420nm的入射光。
76.按照权利要求75所述的装置，其中，所述抗反射涂层为MgF2涂层。
77.按照权利要求75所述的装置，其中，所述至少一个透镜为第一F-θ透镜和第二F-θ透镜，所述第一F-θ透镜位于所述激光扫描微镜和所述第二F-θ透镜之间，所述第一F-θ透镜具有入射面和透射面，所述第二F-θ透镜具有入射面和透射面，并且所述第一F-θ透镜的透射面的曲率半径大于所述第二F-θ透镜的透射面的曲率半径。
78.按照权利要求69所述的装置，进一步包含位于所述固化能量源和所述扫描装置之间的准直透镜。
79.按照权利要求78所述的装置，其中，所述准直透镜由BK-7光学玻璃形成。
80.按照权利要求78所述的装置，其中，所述准直透镜具有约4.0mm至约4.1mm的有效焦距。
81.按照权利要求69所述的装置，进一步包含与所述激光扫描微镜光通信的固化能量传感器。
82.按照权利要求81所述的装置，进一步包含与所述扫描装置和所述固化能量传感器光通信的镜体，其中，在同步操作期间当所述固化能量源在第二方向上投射固化能量时，所述固化能量由扫描装置偏转至镜体，并且所偏转的固化能量由镜体反射并由镜体传递至传感器。
83.按照权利要求81所述的装置，进一步包含被布置成接收并过滤传递至所述固化能量传感器的光的中性密度滤光片。
84.按照权利要求70所述的装置，其中，所述装置包括构造外壳，所述构造外壳为所投射的固化能量可以由扫描装置偏转至其中的可固化材料的一部分，所述激光扫描微镜的倾角限定所偏转的固化能量在构造外壳内沿着扫描方向轴的位置，并且当所述固化能量传感器接收偏转的固化能量时，所述线性扫描装置的倾角相应于所述构造外壳的边界。
85.按照权利要求71所述的装置，其中，所述装置包括构造外壳，所述构造外壳为所投射的固化能量可以由扫描装置偏转至其中的可固化材料的一部分，所述旋转能量偏转器在旋转平面内的旋转位置限定偏转的固化能量在构造外壳内沿着扫描方向轴的位置，并且当所述固化能量传感器接收偏转的固化能量时，所述旋转能量偏转器的旋转位置相应于所述构造外壳的边界。
86.按照权利要求69所述的装置，进一步包含基于关于三维物体的形状信息而选择性地启动固化能量源的固化能量源控制器。
87.按照权利要求86所述的装置，其中，所述形状信息包含相应于多个物体截面条带的物体数据，每个物体截面条带具有定义长度方向的长度以及定义宽度方向的宽度，并且所述多个条带沿着宽度方向被设置为横向的。
88.按照权利要求87所述的装置，其中，所述固化能量源具有通电状态，所述固化能量源控制器根据多个数据串集选择性地改变固化能量源的通电状态，所述多个数据串集中的每一个相应于三维物体的一层，并且每个数据串集内的每一数据串集相应于物体截面条带并且包括定义时间的多个数字，所述固化能量源的通电状态在所述时间被改变。
89.按照权利要求69所述的装置，其中，所述固化能量源为投射波长为约380nm-420nm的光的激光二极管。
90.按照权利要求89所述的装置，其中，所述激光二极管具有至少约300mW的能量输出。
91.按照权利要求89所述的装置，其中，所述激光二极管具有至少约5毫弧度的光束发散度。
92.按照权利要求69所述的装置，进一步包含：
限定构造外壳、第一偏移区域和第二偏移区域的可固化材料源，其中，在三维物体构造操作过程中，所述三维物体在构造外壳内而不是在第一偏移区域或者第二偏移区域内被构造；
在第一偏移区域内的行进传感器末端，用于检测固化能量源在远离构造外壳的方向上的行进位置的末端。
93.一种沿着可固化材料将计时器同步到固化能量的行扫描位置的方法，包含：
启动固化能量源，其中，所述固化能量源与扫描装置光通信，并且所述扫描装置偏转从固化能量源接收的固化能量，并且偏转的固化能量由固化能量传感器接收；
由固化能量传感器感应接收的固化能量，其中，由固化能量传感器进行的固化能量的接收相应于行扫描操作的开始；
基于由固化能量传感器感应接收的固化能量来将计时器初始化至规定的值。
94.按照权利要求93所述的方法，其中，在由固化能量传感器接收之前，由固化能量装置偏转的固化能量被中性密度滤光片过滤。
95.按照权利要求93所述的方法，进一步包含在从固化能量传感器接收感应信号之后的失活时间内停用所述固化能量源。
96.按照权利要求95所述的方法，其中，失活时间小于约400纳秒。
97.按照权利要求95所述的方法，其中，所述固化能量传感器具有的检测脉冲相应于偏转的固化能量穿过固化能量传感器的感应长度所需要的时间，并且所述失活时间小于检测脉冲。
98.按照权利要求97所述的方法，其中，所述感应长度范围为约1.0mm至约4mm。
99.按照权利要求93所述的方法，其中，所述扫描装置为旋转能量偏转器。
100.按照权利要求93所述的方法，其中，所述扫描装置为激光扫描微镜。
101.按照权利要求93所述的方法，其中，所述启动固化能量源的步骤包含在相对于扫描装置驱动信号的规定时间启动固化能量源。
102.按照权利要求101所述的方法，其中，所述扫描装置驱动信号为供给至激光扫描微镜的驱动信号。
103.按照权利要求101所述的方法，其中，所述扫描装置驱动信号为供给至可操作地连接至旋转能量偏转器的旋转马达的驱动信号。
104.一种用于降低存储与多个相同的物体层相应的三维物体数据所需的计算机可读介质的存储容量的方法，所述方法包含：
在计算机可读介质上存储第一物体层数据集，其中，所述物体层数据包含第一数据串集，每个数据串表示为d(0，m)，m为计算机存储器索引值，其范围为0至小于第一数据串集内的数据串的总数Mmax的值；
在处理器上执行存储在计算机可读介质上的指令，以根据第一物体层数据集计算第二物体层数据集，其中，所述第二物体层数据集包含第二数据串集，每个数据串表示为d(1，m)，m为计算机存储器索引值，其范围为0至小于第一数据串集内的数据串的总数Mmax的值，其中，每个d(1，m)的值以如下的等式来表示：
d(1，m)＝d(0，Mmax-1-m)。
105.按照权利要求104所述的方法，其中，每个数据串d(0，m)和d(1，m)包含多个时间值，并且每个时间值相应于固化能量源通电事件。
106.按照权利要求104所述的方法，其中，每个数据串d(0，m)和d(1，m)进一步包括串索引值，并且每个串索引值相应于沿着物体构造外壳内方向的位置。
107.按照权利要求104所述的方法，其中，所述第一物体层数据集和所述第二物体层数据集相应于三维物体的相邻层。
108.按照权利要求104所述的方法，其中，所述第一物体层数据集相应于通过在第一方向上固化可固化材料而形成的第一物体层集，并且所述第二物体层数据集相应于通过在与第一方向相反的第二方向上固化可固化材料而形成的第二物体层集。
109.一种制造三维物体的方法，包含：
提供串数据集，其中，每个串定义沿着扫描轴方向的物体层的区域；
提供线性固化装置，其中，所述线性固化装置沿着扫描轴方向以沿着扫描轴位置变化的扫描速率供给固化能量；
基于沿着扫描轴的位置变化的扫描速率来校正串数据。
110.按照权利要求109所述的方法，其中，串数据包含相应于固化能量源通电状态的多个原始串数据值，并且所述基于沿着扫描轴的位置变化的扫描速率来校正串数据的步骤包含：对所述多个原始串数据值内的每个相应的原始串数据值计算新的串数据值，其中，基于相应的原始串数据值和沿着扫描轴的中心点之间的距离计算每个新的串数据值。
111.按照权利要求110所述的方法，其中，所述多个原始串数据值包含多个CPU滴答数。
112.按照权利要求110所述的方法，其中，所述多个原始串数据值包含相对于扫描轴参考位置的多个扫描轴距离。
113.按照权利要求110所述的方法，其中，每个新的串数据值与相应的原始数据值的关系如下：
新的CPU滴答数＝原始CPU滴答数+ΔCPU滴答数＊C
其中，新的CPU滴答数为相应于给定数据串的原始CPU滴答数的值的新的CPU滴答数的值；并且
ΔCPU滴答数由原始CPU滴答数的值减去相应于中心点的CPU滴答数的值来确定；以及
C为无量纲常数。
114.按照权利要求110所述的方法，进一步包含构造包含多个线性部分的试验部件，每个具有沿着垂直于扫描轴的轴的长度，并且基于试验部件中相邻的线性部分之间的至少一个距离计算每个新的串数据值。
115.按照权利要求114所述的方法，其中，所述构造试验部件的步骤包含提供相应于多个等间距线性部分的串数据，并根据所述串数据固化可固化材料。
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