CN106457670A - 用于借助快速成型法制造三维物体的有效方法 - Google Patents

用于借助快速成型法制造三维物体的有效方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造三维物体(10)、特别是假牙供应品的至少一部分的装置和方法，对此剥除装置(20)将超出容器(8)上方一定高度的塑料(6)刮除至接收容器(16)中并且形成投影面(21b)。特别是剥除装置(20)和光源(1)以限定的间距同时在液态的可光固化的塑料(6)上方移动，其中剥除装置(20)以限定的距离紧邻在光源(1)的前方移动并且为光源(1)的照射场(5)形成投影面(21b)。

Description

用于借助快速成型法制造三维物体的有效方法
技术领域
本发明涉及用于制造三维物体、特别是假牙供应品的至少一部分的装置和方法，对此剥除装置将超出容器上方一定高度的塑料刮除至接收容器中并且构成投影面。特别是剥除装置和光源以限定的间距同时在液态的可光固化塑料上方移动，其中剥除装置以限定的距离紧邻在光源和/或照射场的前方移动并且为光源的照射场形成投影面。本发明也涉及一种通过平面光调制器制造均匀化的光量分布的方法以及一种快速成型法，其中使用这样的方法。
背景技术
由现有技术已知在构建过程期间对树脂容器的液位调节。由此例如通过用于表面扫描的传感器和用于匹配槽预设高度(树脂的高度)的控制器来控制液位调节。为每个层控制树脂填充状态的高度并且必要时调节至预设的液位。随后继续构建过程。
也有这样的方法，其中不需要对过程调节填充高度。该方法从下方穿过一个透明的层而照射填充有树脂的槽。该构件逐层地向上延伸。填充的高度仅作用于实施构建过程并且在构建期间不进行修正。这种方法由EP 2337668 B1已知。
此外具有一种技术，其中树脂在盐水层上漂浮。因此该方法需要非常少量的树脂并且由此节省了材料以及配置有一个机械轴。这例如已知用于Peachy打印机。
由WO 95/31325已知一种装置，其中的容器具有溢流口用于调节可固化树脂的液位。该溢流口可以构造为V形。位于表面上方的装置用于涂层，该装置可以包括平整件。该装置涂覆新的、均匀的可固化树脂层。该方法的缺陷是，为了均匀涂覆待聚合的层而进行繁复的计量和对装置的控制。
DE4414775A1公开了一种用于制造三维物体的装置，具有削刮器和设置在容器中的入口和出口，在支架降低时材料通过该入口和出口由液体浴输送至表面上。容器具有出口，该出口的上边缘比容器的上边缘更低。该装置的缺陷在此也在于另一个定位装置，该定位装置必须降低层厚的高度，从而调节在支架上的层厚（第3栏，4至40行）。材料恰好输送到削刮器前方，该削刮器随后分散材料。另一个缺陷来自这样的情况，即，削刮器首先必须将材料分散在支架上。
快速成型法的另一个关注点在于光源。由此在快速成型法中除了紫外（UV）激光器之外也越来越多地使用紫外LED投影仪。对此的方法例如由EP 1 880 830 A1和EP 1 894705 A2已知。激光器的缺陷在于其点状的照射场。光源的紫外光成像在可光固化的塑料上作为照射场。在成像过程中使用光学器件和平面光调制器。由于光学器件而导致不均匀的光分布或强度分布。照射场的边缘区域在此通常比照射场的中间区域具有更低的强度。这种也称为桶图像（Tonnenbild）的效应造成，可光固化的塑料并非在每个位置上都获得相同的强度并且因此进行不同地、即不均匀地固化。
EP 1 982 824 A2提出，通过将紫外投影仪的较亮像素降低至在灰度分布的边缘处的像素强度水平，使强度分布均匀化。
对此的缺陷在于，灰度分布仅能够通过强度的精确控制而达到。因此本发明的目的也就在于提供一种不太复杂的方法，通过该方法能够达到类似的效果。
发明内容
本发明的目的在于，能够通过较少的结构设置而相对于可聚合材料、例如包括单体的组合物的z轴提供恒定的液位，而不需要其他的定位装置或测量装置。此外目的在于，实现持续的填充高度调整。另外应当发展一种装置，该装置允许三维物体的更快的构建过程。特别是应当提供一种不太复杂的方法，在该方法中更快地实施方法步骤并且特别是实现了令人满意的照射场的光强度的均匀化。该方法应当能够尽可能成本地实现。
本发明的目的通过根据权利要求1所述的装置以及根据权利要求7所述的方法实现，在该方法中可光固化的塑料在容器壁的上边缘处借助剥除装置沿着投影面平面地去除。在此塑料优选为可光固化的塑料，例如包括可电磁辐射聚合的单体、优选牙科的、可紫外聚合的单体的组合物。
本发明的主体是一种装置，特别是包括一个构建单元，构建单元具有：光源，优选用于制造均匀化的光量分布、用于通过照射液态的可光固化的塑料来制造三维物体；用于容纳可光固化的液态的塑料液体浴的容器；用于相对于液体浴表面(z轴)定位物体的构建平台，其中容器配置有用于输送液态的可光固化的塑料的输送装置，特别是该输送装置在液体浴的表面下方配置给容器，其中该输送装置包括在容器中的出口和管道，对此该管道与泵连接，此外该容器配置有至少一个接收容器，特别是该容器在容器侧向、特别是侧向沿着容器的纵轴线或横轴线配置有两个相对置的接收容器。液态的可光固化的塑料、优选具有拱形表面的超出的塑料能够借助沿着容器的一个轴线、优选在平面的表面中可移动的剥除装置转移到至少一个接收容器中。可移动的剥除装置优选包括刮板，其具有平面的底面。该刮板能够具有橡胶唇。
根据本发明的装置设计为，该装置首次利用了可光固化的塑料或可聚合的组合物的表面张力，由此在上一次固化的层上方或者构建平台的上方设置多余的可固化塑料。随后才使用剥除装置来调整平面的塑料表面，该剥除装置相对于容器的上边缘以限定的间距、例如固定地以0.1mm的高度差对齐。
在此特别优选，在该装置中，液态的可光固化的塑料、特别是在容器壁上方超出一定高度的塑料(这些塑料由于塑料的表面张力而具有拱形的表面)借助于沿着容器的一个轴线、特别是纵轴线或横轴线、例如纵向中轴可移动的剥除装置能够转移到至少一个接收容器中，其中特别是一个表面、优选平面的表面构造为投影面。
根据另一个优选的实施方式，光源、特别是平面发射的光源与通过光学器件成像的、成像光源的照射场一起移动经过投影面，对此光源沿着容器一个轴线借助沿着容器一个轴线、特别是容器的纵轴线或横轴线可移动的剥除装置而同时移动。根据本发明的装置由此优选包括一个整体构建装置，其包括沿着容器的一个轴线可移动的剥除装置和构建单元0，其中剥除装置位于光源和/或照射场、特别是构建单元的前方，并且其中光源借助沿着容器的一个轴线可移动的剥除装置而沿着该容器的轴线同时移动。
本发明的主体还有一种装置，其包括构建单元(0)，该构建单元包括一种构造，其中该构造包括光源、特别是平面发射的光源，平面光调制器和光学器件。在此优选透镜系统构成该光学器件。光源可以是紫外激光器或投影仪，例如紫外LED投影仪。
根据另一个实施方式，本发明的主体是一种具有输送装置的装置，该输送装置在液体浴的表面下方配置给容器，特别是该输送装置具有在容器中的出口并且包括管道，该管道连接出口和泵。出口优选位于液体浴表面的下方。
本发明的主体还有一种装置，通过该装置将来自接收容器的液态的可光固化的塑料借助抽吸管、特别是通过过滤器借助于泵、优选蠕动泵或隔膜泵经输送装置重新输送至液体浴。在此特别应注意无气泡的输送。
根据本发明的一个特别优选的实施方式，该装置包括构建单元0#(整体构建装置)，其包括沿着容器一个轴线(x、y平面)可移动的剥除装置和一个较小的构建单元，其中剥除装置位于构建单元0的光源前方。该剥除装置以限定的间距、特别是20至150mm、优选20至80mm布置在光源前方。优选可移动的剥除装置和构建单元0的光源构成一个可接合、可移动的整体构建装置/整个构建装置0#。根据一个优选的实施方式，该剥除装置具有接合装置并且借助配置给光源或构建单元0的插板在光源前方和/或光源的照射场前方移动。插板优选能够在容器上构建单元的反转点区域中在容器的前方末端和后方末端穿过接合装置，从而以这种方式在构建单元0#沿着回程重新移动经过容器时，剥除装置再次定位在光源前方。通过插板配置给光源或构建单元0以及在端点处(整体构建装置0#在容器中的反转点)穿过剥除装置的接合装置，使得插板在构建单元方向转换时推动接合装置并且由此推动在光源和/或照射场前方的剥除装置。优选接合装置是这样一种装置，其包括两个部件、特别是大致梯形的部件、优选对称地具有至少一个梯形的部件，这两个部件能够通过弹簧相互挤压。这两个部件优选这样构造和相互对准，即，在这两个部件之间的一个水平面中构成一个沟槽，插板通过将两个弹性设置的部件相互推开而能够将该沟槽扩张成缝隙。插板能够通过该缝隙在反转点的区域中转向，从而在整体构建装置0#返回的过程中接合装置能够再次在插板的前方移动经过塑料的表面。在反转点处布置有缓冲器，该缓冲器使刮板(刮水器、滑板)停住并且构成压力，直至插板移动穿过接合装置的前述沟槽和构成该沟槽的缝隙。一旦插板位于接合装置的相对立一侧上，则构建单元0能够沿着相反方向重新推动刮板经过容器。
剥除装置的底边调整为与容器侧壁的平面的上边缘具有限定的间距，优选例如可以预设0.1mm的间距。替换性地，剥除装置能够在容器侧壁的平面的上边缘上移动。
构建单元0，即小的构建单元，包括这样一种构造，其包括平面发射的光源、平面光调制器以及光学器件，该光学器件优选为透镜系统。光源可以包括紫外激光器或投影仪。投影仪例如可以是具有Visitech AS公司的DLP(数字光处理)技术的投影仪。优选使用在DLP技术中的微镜反应器。紫外光源的光学功率优选在0.5至100瓦特的范围内。光源的优选发射波长为340nm至500nm。
根据本发明的一个特别优选的实施方式，剥除装置在光源的照射场前方与光源一起同时沿着容器一个轴线(x、y平面)移动，从而使得塑料的待聚合的层(x1、y1)构成为投影面，照射场在该投影面上成像并且塑料通过在照射场中的照射而聚合。在本发明的意义中将同时理解为剥除装置和光源沿着容器的一个轴线相同时间地移动。步骤a)，液体浴的液位调整和拱形表面的生成，根据本发明优选在照射过程的反转点或者在构建单元具有其反转点的方法步骤中进行。
本发明的主体还有一种用于制造三维物体、特别是假牙部件的至少一部分的方法，以及根据该方法获得的假牙部件，其中逐层地生成三维物体、例如假牙部件，其方式为分别有一个层(x1、y1)制造成为液态的可光固化的塑料的投影面，并且在照射场中借助光源、优选平面发射的光源的光至少部分地聚合，其中
a)在构建平台或者说支架或者已聚合的层上生成液态的可光固化的塑料的层(x1、y1)，其方式为，在液态的可光固化的塑料的液体浴中这样调节塑料的量，即
i)由于塑料的表面张力而使塑料以一定高度(z轴)超出容器壁的上边缘并且流入至少一个设置在容器侧面的接收容器中以及形成超出塑料的拱形表面，或者
ii)由于塑料的表面张力而使塑料以一定高度(z轴)超出容器壁的上边缘并且构成拱形的表面，并且可选地使塑料流入至少一个设置在容器侧面的接收容器中，随后
b)拱形表面的超出的、液态的可光固化的塑料借助沿着容器的一个轴线、特别是容器的纵向中轴线或横向中轴线(x平面，y平面)可移动的剥除装置而去除，并且获得一个待聚合的层(x1，y1)，特别是一个平面的表面，并且可选地
c)在b)中生成的、作为液态可光固化塑料的投影面的、待聚合的层(x1，y1)通过借助光源、特别是平面发射的光源的光而产生的照射场进行聚合，并且可选地
d)使构建平台降低一个层厚(z1)并且可选地
e)将步骤a)至d)重复至少一次至多次。
构建平台的作用在于调整用于逐层构建物体的z轴。
该方法能够静态地实施。在静态的方法中可移动的削刮器沿着容器一个轴线移动。借助于静态的光源进行照射。但是根据本发明一个特别优选的替换方案，光源能够沿着容器一个轴线移动并且另外优选能够与削刮器或者说剥除装置接合。根据一个特别优选的实施变体，步骤b)和c)同时进行。通过根据本发明使可移动的剥除装置和光源构成一个可接合、可移动的整体构建装置0#，即剥除装置和光源或构建单元0(小的构建单元)能够特别以机械、磁性和/或电气的方式彼此接合和脱离并且构成整体构建装置0#，作为投影面的平面表面的形成和随后紧接的照射可以同时进行。
本发明的主体还有一种方法，其中构建单元0#(整体构建装置)具有可移动的剥除装置和构建单元0(小的构建单元)，其中构建单元0具有这样一种构造，其包括平面发射的光源、平面光调制器和光学器件，特别是透镜系统构成光学器件。
根据本发明的方法的另一个优势在于，来自接收容器的液态可光固化的塑料能够重新输送至液体浴。根据本发明优选的是，保护该装置不受到电磁辐射或者放置在暗室中。
另外优选，该方法以这样的步骤实施，其中i)在步骤d)实施之后实施步骤a)，或者ii)在步骤c)和优选d)实施之后实施步骤a)，或者iii)在可移动的剥除装置、光源或整体构建装置0#移动经过照射场并且位于照射场外部之后实施步骤a)，或者iv)在可移动的剥除装置、光源或整体构建装置0#位于容器的前方末端或后方末端、特别是位于反转点区域中之后实施步骤a)。作为前方和后方是容器侧壁的这样的区域，在该区域中削刮器和光源具有其反转点。根据本发明优选例如在步骤a)中在照射过程的反转点中进行填充液位的调整。
根据一个优选的实施变体，容器壁的上边缘和剥除装置的底边位于投影面的平面中。
另外优选，构建单元为了均匀化光量分布而具有平面光调制器，该平面光调制器具有许多以行和列布置的可操控的能翻转的微型反射镜，在这些微型反射镜中平面发射的光源的光在光学器件上成像并且成像的光源的照射场移动经过投影面，投影面优选为层(x1、y1)，其中朝照射场的中间有不断增加数量的像素没有受到照射，由此在时间上整合地实现了照射在投影面上的所有像素的强度的均匀化。
本发明的主体同样还有一种方法，其中整体构建装置0#或构建单元0和照射场以及剥除装置同时周期性地在投影面上移动，其中优选使用液态可光固化的塑料的表面、特别是层(x1、y1)作为投影面。
根据本发明的另一个主体要求保护一种快速成型法，其中根据一种前述的方法照射液态可光固化的塑料，优选以紫外光照射，其中剥除装置与照射场一起同时地在照射场前方沿着容器的一个轴线(x平面、y平面)移动，特别是在容器上移动，从而使塑料的待聚合的层(x1、y1)构成为投影面，照射场在该投影面上成像并且塑料通过照射场中的照射而聚合。
本发明的主体还有根据本发明的装置用于制造假牙供应品的至少一部分的应用。
该方法也可以进行调整，其方式是，为了制造均匀化的光量分布而使用平面光调制器，该平面光调制器具有许多以行和列布置的可调控的能够翻转的微型反射镜，在这些微型反射镜中平面发射的光源的光在光学器件上成像并且成像的光源的照射场通过平面光调制器而移动经过投影面，其中朝照射场的中间有不断增大数量的像素没有受到照射，从而在时间上整合地实现了照射在投影面上的所有像素的光强度的均匀化。
在本发明的范围中，最小可调整的光源理解为像素，由这些最小可调整的光源组成投影仪的图像。
作为平面光调制器例如可以使用Texas仪器公司或Visitech公司的特别适合的芯片。
根据本发明可以设置成，使用投影仪、优选LED投影仪、特别优选紫外LED投影仪作为平面发射的光源。替换性地可以使用激光系统。
不管是投影仪还是激光系统都优选发射出波长选自180至600nm、优选230至500nm、特别优选340至500nm的光。一般可以使用多色的光源作为投影仪，但是对此单色的光源或者基本上单色的光源是特别优选的。通过使用单色的光源可以使光强度或辐射强度统一并且由此实现均匀的聚合。特别优选的是波长为385nm的LED紫外投影仪或者具有波长为285nm的激光的激光系统。优选的是分辨率大于等于1024*800、优选大于等于1920*1080像素、特别是具有直至100000或更多像素的高分辨率的投影仪。特别优选的是使用具有连贯的光辐射的平面发射的光源。空间连贯性也通过光源1和/或构建单元0相对于照射场5的非常小的间距而实现。
作为平面光源、装置和/或构建单元相对于照射场的较小的间距适用的是3mm至500mm，特别是3mm至250mm，特别优选3mm至150mm，优选3mm至50mm，替换性地该间距也可以为1mm至50mm。根据本发明平面发射的光源、平面光调制器和光学器件、特别是透镜系统构成一个装置。平面发射的光源、平面光调制器和光学器件、特别是透镜系统另外作为装置存在于构建单元中。
在此能够设置成，通过设置用于控制投影仪的面罩、特别是可设定程序的面罩来限定不受照射的像素，其方式为，投影仪的特定发光点保持始终切断。根据本发明的面罩对应于光源的切断的发光点的内容，对此该内容在照射场中作为未照射的像素展示，特别是作为未照射的像素的静态内容展示。
通过设置的面罩而以最简单的方式实现了，降低在照射场的特定区域中的光强度。通过该面罩于是能够实现照射场的均匀化，特别是照射场的光强度的均匀化，特别优选在时间上整合的照射场光强度的均匀化。
替换使用面罩也能够设置成，通过涂黑微型反射镜或者通过在设置微型反射镜中具有空缺的平面光调制器或者通过发光点经由微型反射镜的偏转而限定未照射的像素。
通过取消单个微型反射镜能够减少用于平面光调制器的成本或者必要连接的数量。在利用涂黑的情况下可以使用商业上通用的全平面设置的平面光调制器。
通过根据本发明的方法的一个扩展也可以设置成，未照射的像素的数量朝中间按照函数的比例增大，优选线性地或者按照抛物线的比例、特别优选按照考虑到产生的干扰的函数、优选按照改善在照射场上的相关性、优选改善待照射或待印刷的内容的函数。
由此特别好地均衡了由于光学器件而通常产生的、在照射场强度中的差异。这种函数特别好地补偿了在照射场中间的强度增加。
在此能够设置成，根据通过光学器件、特别是透镜系统引起的照射场不均匀性来确定、优选计算函数。
优选根据通过平面的光源，包括平面光源、平面光调制器和/或光学器件的装置引起的照射场不均匀性来确定、优选计算该函数。替换性地根据通过包括光源的构建单元引起的不均匀性来计算该函数。
未照射像素的数量据此朝照射场的中间增大的函数确定为参照1的函数，其给出在投影面(平面)上的照射场中光源的最初光强度，并且与参照2相关联，参照2给出投影面的均匀的、平面的光强度(在平面中的能量密度，通过x像素计算)，特别是对于12*13至1920*1080像素。投影面能够包括更大分辨率的像素。
该措施也用于尽可能准确地均衡由结构造成的在强度分布中的错误并且由此形成尽可能均匀的照射场。
根据本发明方法的一个特别优选的实施方式也能够设置成，在通过光源和平面光调制器进行最大照射的情况下测量或计算照射场的强度分布并且由此获得在各个行和/或列中未照射的像素的数量。
由此提供一种特别适合的方法，通过该方法也能够以简单的方式均衡特定光源、例如投影仪类型或单个投影仪的特殊的强度差异。
根据本发明的一个优选设计能够设置成，平面发射的光源，优选包括平面发射的光源的装置，和/或包括平面发射的光源的构建单元移动经过投影面，从而成像的光源的照射场移动经过投影面，其中照射场能够在投影面上来回移动。这能够连续地或不连续地进行。优选构建单元周期性地移动经过投影面。
由此提供一种特别容易实施的手段，由此在快速成型中实施该方法。相比于其他手段，特别是其中只有照射场移动经过投影面，该手段较少产生错误。
通过根据本发明的方法的一个扩展提出，照射场周期性地移动经过投影面。通过周期性地扫过投影面实现沿照射场运动方向的较均匀的强度。
通过a)摘选出的内容单张图像(即在滚动过程中或者包括光源的装置在投影面上移动的过程中由待印刷的内容导出，作为单个内容示出)与b)切断的发光点的内容或面罩内容的叠加而获得待照射的内容单张图像。待照射的内容单张图像的光强度相比于不含平面光调制器或面罩的照射而均匀化。
根据一个特别优选的实施变体，在该方法中由此生成在照射场中照射的内容单张图像，即，进行a)经摘选的内容单张图像与b)切断的发光点的内容的叠加。摘选出的内容单张图像对应于待印刷的内容，其为了滚动过程分解为内容单张图像(图7b)。
切断的发光点的内容(图7c)示出了未照射的像素、未照射像素的静态内容。待照射的内容单张图像(图7d)通过各个内容单张图像(摘选出的内容单张图像，图7b)与切断的发光点的静态内容(作为具有未示出像素的静态内容示出)的叠加而获得。
待印刷的内容通过具有照射的内容单张图像的照射场移动经过投影面而获得。
也可以设置成，使用液态可光固化的塑料的表面作为投影面。特别是使用可光固化的牙科材料作为可光固化的塑料。根据本发明，可光固化的塑料的引发剂体系和光源的波长理想地相互协调。
适合作为可光固化的塑料是一种树脂或者优选一种包括可选的光引发剂或光引发剂体系的、可光固化单体的混合物。特别优选在根据本发明的方法中使用牙科的、可光固化的塑料。牙科的、可光固化的塑料另外可以包括填料并且通常包含烷基(甲基)丙烯酸酯。在使用液态可光固化的塑料作为投影面的情况下，该方法适合用于制造三维的模制品(同义词：物体)(作为所谓的快速成型法)。本发明的目的也通过一种快速成型法实现，其中通过这种方法照射液态的可光固化的塑料，优选通过紫外光照射，对此照射场在塑料的表面上成像并且塑料通过在照射场中的照射而固化。
根据本发明的用于均匀化照射场光强度的方法特别作用在快速成型法中，因为由此能够均匀地构建生成的物体或塑料件。
本发明基于令人惊讶的认识，即，通过使用死像素或者说始终黑色的像素、即未受到照射的像素而实现紫外光强度的均匀化，为此不需要通过平面光源调节灰度值。在此能够使用单次限定的面罩，该面罩设置在投影仪中、优选设置在紫外投影仪中。在各行或列中限定为黑色的像素、这里为未受到照射的像素的数量朝照射场的中间增加，从而使由于光学器件造成的朝边缘的照射场强度减弱得到均衡。这是需要的，因为中间的行(或列)由结构造成(由于光学器件)照射得更亮。
通过根据本发明的方法实现了下述效果。通过投影仪或由投影仪发出的光束的移动，在照射过程中控制照射场的所有行。由此在经过时产生最大的光量(紫外光量)。在具有例如1920*1080像素的照射场中产生具有1080像素的最大光量。如果要调控更少像素，则减小功率或者减小在时间上整合的光强度。根据本发明以这种方式均衡光学器件的不均匀照射。
附图说明
接下来根据示意性示出的附图说明本发明的各个实施例,但是在此并没有限制本发明。图中示出了：
图1：具有可聚合塑料的拱形的表面21a的本发明的装置。
图2：具有可聚合塑料的平面的表面21b的本发明的装置。
图3a、3b和4：接合装置和接合部件
图5：用于实施根据本发明的方法的示意性构造的横截面图；以及
图6：根据现有技术的完全照射的紫外投影芯片(图6A)与根据本发明运行的紫外投影芯片(图6B)的示意性比较。
图7a：待印刷的内容(13)，其中的发光点作为黑色像素示出，
图7b：在光源经投影面(无面罩)运动的过程中由投影仪的光源(1)单个展示的、用于形成待印刷内容(13)的图像(摘选出的内容单张图像(13a、13b、13c、13d、13e、13f))，其中的发光点作为黑色像素示出。
图7c：通过面罩生成的切断的发光点(14)的内容，或者通过平面光调制器生成的切断的发光点用于均衡照射差异，其中切断的发光点作为灰色像素示出，
图7d：通过平面光调制器和/或面罩生成的切断的发光点(14)的内容与摘选出的内容单张图像13a至13f的相加或叠加，其中具有切断的发光点(14)的面罩作为灰色像素示出并且发光点作为黑色像素示出。由灰色像素示出的切断的发光点的内容(14，阴性内容)在所有内容单张图像中静态地作为叠加或者消减(即持久隐没或切断的发光点(14)的内容从待印刷的内容13的内容单张图像(13a至13f)中扣除)示出并且作为叠加在待照射的内容单张图像(14a、14b、14c、14d、14e、14f)中示出。
图8：包括能够在构建单元(0)上接合以及脱离的剥除装置(20)的整体构建装置(0#)。
具体实施方式
在根据本发明的“立体光刻方法中的照射方法和过程”中在照射过程的反转点进行填充液位的调控。在照射单元(构建单元0，0#)制动和再次起动的时间间隔中，蠕动泵19(图1、2)将足够量的树脂(可聚合的塑料，包含单体的组合物)泵入到容器8中。这个量必须这样选择，即，使得在容器8的壁8a上布置足够量的树脂。该树脂构成拱形的表面21a(图1)。通过树脂或塑料的表面张力使得该表面保持获得增大的材料量，直至刮板(剥除装置20)刮除该表面并且使表面平整。构成具有投影面的层(x1、y1)(图2)，该层同时对应于表面21b。由此照射单元(构建单元0、0#)沿着容器的一个轴线移动并且刮板移动经过该表面以及通过剥除多余的材料而使表面21b平整。表面21b同时构成平面的投影面。漫过壁8a流出的材料(图2)接收在接收容器中(图2)并且通过具有抽吸管17a的抽吸孔回到泵循环中(图1和2)。以这种方式确保在构建过程或照射期间始终保持相同的液位。
构建平台12(图1和2)下降一个层厚并且重新开始过程。
在构建期间或方法过程中容器8和刮板20的液位位置不变化。该位置单次调整并且保持不变。容器和刮板彼此在高度上的间距通过限定的值(该值在第一个测试中为0.1mm)调整并且对齐。该间距主要作用于获得两个系统(涂层系统(构建单元、剥除装置)＝处于运动/容器系统＝静止)以机械方式且无振动地分离。该间距应当不大于液体通过表面张力所能够产生的高度。优选该间距等于所述高度或者略小。
剥除的可光固化的塑料借助于抽吸管17a和蠕动泵19(图2)而抽吸到循环回路中并且优选进行过滤(过滤器18)以及重新输送至容器8(槽)。该系统是密封的，从而避免空气进入到循环回路中。空气夹杂物会干扰聚合过程或构建过程并且降低模制品/物体的品质。
图3a(非立体的，示意性的)和4示意性地示出了在构建单元0或光源1与剥除装置(刮板)20之间的接合装置22。根据图3a、3b和4，光源1或构建单元0配置有插板11，通过该插板能够借助接合装置22将剥除装置20向前推动。剥除装置设置在光源1的照射场5之前并且在该方法中在照射场5的前方、优选液位地移动。接合装置22设置在剥除装置的上方并且包括至少一个部件20a，该部件通过弹性部件、例如弹簧件20c和固定件20b与剥除装置的上端连接，该上端也能够构造为部件20a。插板11此时能够在容器的反转点区域中配置有缓冲器23，该缓冲器制动住剥除装置20。构建单元0或光源1的插板由此移入两个部件20a之间的沟槽A中。在特定的压力以上该插板将两个部件20a相互推开并且在两个部件中间滑行穿过。部件20a通过弹性部件20c而重新相互挤压。在随后的方向转换(反转点)的过程中插板则重新将剥除装置在容器上方移动到前面。当在根据本发明的方法中具有紫外投影仪1(紫外LED投影仪；在构建单元0、0#中)的照射单元0、0#相对于容器8对称地且以限定的间距在表面21a、21b上方移动并且照射场5优选液位地在形成的投影面上移动时，刮板20(剥除装置)自动地在光源1前方或者在照射场5前方一同移动(牵引法)从而使表面平整。图3b示出了在容器8中的塑料上方的照射场5。该照射场5能够借助透镜2投影到投影面或表面21b上。
图5示出了用于实施根据本发明的方法的构造的横截面示意图。发射紫外光(UV光)的紫外LED投影仪1照射到平面光调制器4上。紫外LED投影仪1具有1920*1080像素的分辨率，该分辨率作为矩形面照射到紫外LED投影仪1的芯片的表面上。平面光调制器4包括许多可调控的微型反射镜，通过这些微型反射镜使来自紫外LED投影仪1的光发生反射并且借助于透镜系统2在液态的可光固化的塑料6的表面上成像。微型反射镜在图1中作为在平面光调制器4表面上不同朝向的小长方形示出。液态的塑料6设置在容器8中，该容器向上朝平面光调制器4或透镜系统2敞开。
在图5中仅作为简化透镜示意性示出的透镜系统2将紫外LED投影仪1的像素的面成像在可光固化的塑料6的表面上。通过合适的发动机(未示出)使紫外LED投影仪1移动经过容器8并且由此以照射场扫过可光固化的塑料6的表面，由此紫外LED投影仪1的芯片的每一行都完全驶过或者说能够驶过每个待照射的点。
由此在可光固化的塑料6的表面上产生的照射场使液态的组分固化，从而形成固体的塑料件10。固体的塑料件10放置在支架12上，该支架缓慢地向下降低，从而塑料件10的上表面由液态的可光固化的塑料6润湿并且能够借助照射场在塑料件10上生成新的固体层。对于实施的细节可参照EP 1 880 830 A1或者EP 1 894 705 A2。
光场的均匀化以及因此生成的塑料件10的均匀化由此实现，即，不使用位于紫外LED投影仪1的芯片中间的像素，这意味着，这些像素保持为黑色。为了更好地理解，在图6B中示出了这些芯片根据本发明的使用以及根据本发明的控制并且在接下来进行说明。
图6示出了根据现有技术完全照射的紫外投影仪芯片(图2A)与根据本发明运行的紫外投影仪芯片(图6B)的示意性比较。示例示出的紫外LED芯片仅具有12*13像素，由此能够简单地说明本发明的原理。在实际的设计中使用具有明显更高分辨率、例如1920*1080像素的紫外LED投影仪。
每个紫外LED芯片含有12列和13行。在根据现有技术完全照射的紫外LED芯片(图6A)中，相对于外部区域以更高的紫外强度照射照射场的内部区域。在中间的列中由此产生最高的强度，强度朝外减弱。由于散射效应和其他通过光学器件产生的特性，紫外LED投影仪的各个像素不能够以任意精细度展示。即各个像素也照射到照射场的实际必须通过其相邻像素照射的区域。由此照射场的通过内部像素照射的区域比照射场的通过外部像素照射的区域获得更高的强度。
这在列中(图6中从上向下)由此均衡，即，紫外LED投影仪沿着运动方向X移动经过照射场。紫外LED投影仪或照射场的运动方向X在图6A和6B中通过箭头展示。即由紫外LED芯片发射的图像沿着行的方向(图6中从左向右，也就是沿着箭头X)移动经过照射场。为了成像可以使用Texas仪器公司的芯片。
通过在图6B中示出的黑色像素，在根据本发明运行的紫外LED投影仪的不同列中的光强度朝中间总是更剧烈地降低，这些黑色像素保持切断或者通过平面光调制器没有反射到液态的可光固化的塑料的表面上。由此实现了，沿着运动方向X扫过的照射场的中间区域与外部区域(行)获得相同的紫外照射强度。
用于根据本发明方法的最简单的实施由此实现，即，为投影仪布置面罩，该面罩限定了哪些像素不接通或不应被使用并因此保持黑色。但是替换性地也可以使用平面光调制器，其在中间的区域中具有较少的或涂黑的反射镜。
在图6B中仅照射最外的两个各自共含12像素的行，而对于更靠近中间行的各个行分别少一个像素受到照射或成像。在中间的行中于是仅剩下六个像素是有效的或者说仅剩下六个像素成像。在沿运动方向X扫过照射面的过程中在照射场的照射位置上形成平均的照射强度，该照射强度直接与使用的或成像的紫外LED投影仪像素的数量成正比。合适的投影仪可以具有直至100000或直至150万像素的分辨率。也可以使用在XGA和超级XGA(SXGA)中展示的具有1280*1024个像点的投影仪。
为了在可光固化的塑料的表面或者说投影面、特别是平面的投影面上实现整齐均匀的光量分布，照射场以恒定的速度移动经过构建平台。构建平台在此大小为1920*20000像素(像素尺寸在此为50*50μm)。在运动过程中在照射场上持续地反复给出图像细节。
设置在紫外投影仪中的、单次限定的面罩在各个行中生成死像素(一直为黑色)。在这种情况下在这些行中限定为黑色的像素的数量朝中间增大，因为(通过光学器件)由结构导致更亮地照射中间的行。
该效应如下：通过紫外投影仪的运动，在照射过程中控制照射场的全部行。由此在移动过程中形成1080的最大紫外光量。如果调节较少像素，则功率减小并且由此能够均衡光学器件的不一致照射。
图7a示出了待印刷的内容13，在该内容中发光点作为黑色像素示出。在图7b中示出了一系列通过光源单个展示的图像(摘选出的内容单张图像13a、13b、13c、13d、13e、13f)用于在光源或装置移动经过投影面时生成待印刷的内容13(不含切断的发光点的内容和/或不含面罩)。发光点作为黑色像素示出。在图7c中再次给出了切断的发光点14的内容。切断的发光点的内容通过平面光调制器和/或面罩生成。切断的发光点作为灰色像素示出。由此能够通过平面光调制器切断或偏转发光点，从而实现照射差异的均衡。
在图7d中示出了通过平面光调制器和/或面罩生成的切断的发光点14的内容、尤其是静态内容与摘选出的内容单张图像13a至13f的叠加。切断的发光点14的内容或面罩作为灰色像素示出。在照射场中照射的像素作为黑色像素示出并且形成待照射的内容单张图像(14a、14b、14c、14d、14e、14f)。
图8示出了包括在构建单元0上能够结合以及能够脱离的剥除装置20的整体构建装置0#。光源1或者至少光源1的照射场5为了使塑料6聚合而在整体构建装置0#或构建单元0的前方在剥除装置20的后面移动。剥除装置20特别通过接合装置22而能够与光源1或者光源1的照射场5接合并且在光源1或照射场5的前方移动。
在前面的描述、以及权利要求书、附图和实施例中公开的本发明的特征不管是单个还是任意组合对于以不同实施方式实现本发明来说都是重要的。
附图标记列表
0 构建单元，包括光源(1)或(A)、例如紫外LED投影仪(1)或激光系统，光学器件、特别是透镜系统(2)，平面光调制器(4)，
0# 整体构建装置或整个构建装置，包括：剥除装置(20)和构建单元(0)，该构建单元包括光源(1)、例如紫外LED投影仪(1)或激光系统，光学器件、特别是透镜系统(2)，平面光调制器(4)，其中剥除装置能够在构建单元(0)上接合或脱离
1 紫外LED投影仪
2 透镜系统
3 包括平面的光源(1)、平面光调制器(4)和/或透镜系统/光学器件(2)的构造
4 平面光调制器
5 照射场
6 可光固化的液态的塑料，特别是包括单体的混合物、包括牙科单体的组合物
7 液体浴
8 容器
10 经固化的可光固化塑料/塑料件
11 插板，该插板优选具有匹配接合装置或沟槽A的几何结构
12 支架，构建平台
13 待印刷的内容
13a至13f 用于生成待印刷内容的单张示出的图像
14 切断的发光点的内容/未照射像素的内容
14a至14f 具有均匀光量分布的待照射的内容单张图像。用于生成待印刷内容13的单张示出的图像(14a、14b、14c、14d、14e、14f)在滚动中与切断的发光点(14)的内容的静态叠加，待印刷的内容作为用于生成待印刷的内容、单张示出的图像(13a、13b、13c、13d、13e、13f)示出
15 输送装置
16 接收容器
17 管道，17a抽吸管，17b输送管
18 过滤器
19 泵，特别是蠕动泵
20 剥除装置，刮板(C)
20a 部件，特别是板件
20b 固定件，特别是螺钉(E)
20c 弹性部件，特别是弹簧
21a 在塑料溢出到接收容器中时的液体浴的表面
21b 对应于用于照射或者在借助剥除装置、刮板调整表面之后的液体浴的表面(平面的表面)。该表面21b至少部分地对应于投影面或者是待聚合的层(x1、y1)的表面
22 接合装置，A'沟槽，特别包括20a、20b、20c和20或者在刮板20上的上部部件
23 缓冲器
A'沟槽；A#运动方向；D牵引法，E借助螺钉固定的压力弹簧，
z1：层厚；x、y；x1、y1：作为平面的层

Claims (16)

1.一种装置，所述装置包括一个构建单元(0)，所述构建单元具有：光源(1)，用于通过照射液态的可光固化的塑料(6)来制造三维的物体(10)；用于容纳所述液态的可光固化的塑料(6)的液体浴(7)的容器(8)；用于相对于所述液体浴(7)的表面(21a、21b)定位所述物体(10)的构建平台(12)，其特征在于，所述容器(8)配置有用于输送所述液态的可光固化的塑料(6)的输送装置(15)，另外所述容器(8)配置有至少一个接收容器(16)，所述液态的可光固化的塑料(6)能够借助沿着所述容器的一个轴线可移动的剥除装置(20)转移到所述接收容器中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述构建单元(0)作用于形成均匀化的光量分布并且具有包括平面发射的光源(1)、平面光调制器(4)和光学器件(2)的构造(3)，特别是透镜系统构成所述光学器件(2)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输送装置(15)在所述液体浴(7)的表面(21)下方配置给所述容器。
4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述液态的可光固化的塑料(6)、特别是拱形表面(21a)的超出的塑料能够借助沿着所述容器的一个轴线可移动的剥除装置(20)转移到至少一个接收容器(16)中，其中特别是形成一个作为投影面的表面(21b)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，来自所述接收容器(16)的所述液态的可光固化的塑料(6)借助抽吸管(17a)、特别是通过过滤器(18)借助泵(19)经由所述输送装置(15)重新输送至所述液体浴(7)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，整体构建装置(0#)包括沿着所述容器的一个轴线可移动的剥除装置(20)和构建单元(0)，其中所述剥除装置(20)位于所述光源(1)和/或所述照射场(5)、特别是所述构建单元(0)的前方。
7.用于制造三维的物体(10)的方法，所述物体逐层地生成，其方式为分别有一个层(x1、y1)制造成为液态的可光固化的塑料(6)的投影面，并且在照射场(5)中借助光源(1)的光至少部分地聚合，其特征在于，
a)在构建平台(12)或者已聚合的层上生成所述液态的可光固化的塑料(6)的层(x、y)，其方式为，在所述液态的可光固化的塑料(6)的液体浴(7)中这样调节塑料的量，即由于塑料的表面张力使塑料以一定高度超出所述容器(8)的壁(8a)的上边缘并且形成拱形的表面(21a)，而且可选地使塑料流入至少一个设置在所述容器(8)的侧面的接收容器(16)中，随后
b)所述拱形的表面(21a)的超出的、液态的可光固化的塑料(6)借助沿着所述容器的一个轴线可移动的剥除装置(20)而去除，并且获得一个待聚合的层(x1，y1)作为投影面(21b)，并且可选地
c)在b)中生成的、作为所述液态的可光固化的塑料(6)的投影面的、待聚合的层(x1，y1)通过借助光源(1)的光而产生的照射场进行聚合，并且可选地
d)所述构建平台(12)降低一个层厚(x1，y1)并且可选地
e)将步骤a)至d)重复至少一次至多次。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤b)和c)同时进行。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，可移动的所述剥除装置(20)和所述光源(1)、特别是所述构建单元(0)的光源构成能够接合和脱离的、可移动的整体构建装置(0#)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述整体构建装置(0#)具有可移动的剥除装置(20)和构建单元(0)，其中所述构建单元(0)具有一个包括平面发射的光源(1)、平面光调制器(4)和光学器件(2)的构造(3)，特别是透镜系统构成所述光学器件(2)。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，来自所述接收容器(16)的所述液态的可光固化的塑料(6)重新输送至所述液体浴(7)。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，
i)在步骤d)实施之后实施步骤a)，或者
ii)在步骤c)和优选d)实施之后实施步骤a)，或者
iii)在可移动的所述剥除装置(20)、所述光源(1)或所述整体构建装置(0#)移动经过照射场并且位于所述照射场外部之后实施步骤a)，或者
iv)在可移动的所述剥除装置(20)、所述光源(1)或所述整体构建装置(0#)位于所述容器(8)的前方末端或后方末端、特别是位于反转点区域中之后实施步骤a)。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述整体构建装置(0#)或所述构建单元(0)为了均匀化光量分布而具有平面光调制器(4)，所述平面光调制器具有许多以行和列布置的、可操控的、能翻转的微型反射镜，其中平面发射的光源(1)的光通过光学器件(2)成像并且成像的光源(1)的照射场移动经过投影面，其中朝照射场的中间有不断增加数量的像素没有受到照射，从而在时间上整合地实现了照射在所述投影面上的所有像素的强度的均匀化。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述整体构建装置(0#)或构建单元(0)和照射场以及剥除装置(20)同时周期性地在投影面上移动，其中优选使用液态的可光固化的塑料(10)的表面(21b)作为投影面。
15.一种快速成型法，其中通过根据前述权利要求7至14中任一项所述的方法照射液态的可光固化的塑料(10)，优选以紫外光照射，对此剥除装置(20)在照射场前方与照射场(5)一起同时地沿着容器一个轴线移动，从而所述塑料(10)的待聚合的层(x1、y1)形成作为投影面(21b)，所述照射场在所述投影面上成像并且所述塑料(10)通过照射场中的照射而聚合。
16.根据权利要求1至6中任一项所述的装置用于制造假牙供应品的至少一部分的应用。
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