CN106660272A - 用于控制属于立体光刻机的至少两个光辐射源的活性的改进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是用于控制属于立体光刻机(1)的两个光辐射源(2，3)的活性以通过立体光刻来生产三维物体(200)的方法，所述两个光辐射源(2，3)适于在立体光刻机(1)的工作表面(100)上限定的叠加区域(101)的部分(104)的水平处起作用。针对在所述部分(104)内的限定三维物体(200)的每个层(201)的具有总长度L的线(210)中的每一条线，所述方法提供：针对线(210)的具有长度X的第一段(211)激活第一光辐射源(2)；针对线(210)的具有长度Y的剩下的第二段(212)激活第二光辐射源(3)，其中第一段(211)的值X是在区间0<＝X<＝L内选择的，以及其中V被计算为等于L‑X。

Description

用于控制属于立体光刻机的至少两个光辐射源的活性的改进 方法
说明书
本发明涉及用于控制属于立体光刻机的至少两个光辐射源的活性以通过立刻光刻来制造三维物体的方法，所述至少两个光辐射源适于在立体光刻机的工作表面上限定的叠加区域的水平处起作用。
本发明还涉及被配置成执行本发明的所述方法的步骤的设备和计算机程序产品。众所周知，立体光刻工艺包括通过按顺序地叠加物体自身的多个层来制造三维物体。
通过使液态或浆态的材料选择性地暴露于光辐射而发生固化来获得物体的每个层。
通常，所述材料是当所述光辐射达到时聚合的基于塑料的化合物。
通过与用作连续层的支持件的先前固化层接触来获得物体的每个连续层的固化。
该工艺由计算装置控制，其中表示待制造的物体的三维几何结构的第一数据集合被提供至计算装置。
计算装置确定物体的不同层的几何结构，并且因此控制立体光刻装置。
特别地，计算装置依次将每个层细分为多个相邻的扫描线，从现在起将扫描线更简单地称为“线”，其中需要在所述线的水平处激活光辐射源以获得所述材料的固化。出于这个目的，线通常被定义为使得线的厚度等于在工作表面的水平处光辐射束的宽度。换言之，所述线的宽度等于所述工作表面上的相同光束的分辨率。还已知，立体光刻机可以生产的物体的尺寸取决于光辐射束可作用于其上的工作表面的尺寸，并且尤其是取决于所述光辐射源与工作表面自身之间的距离。
明显地，所述距离越长，入射到所述工作表面上的光辐射束的发散程度越大，而在所述表面的水平处的相同光束的分辨率程度因此降低。因此，利用立体光刻工艺可获得的物体的质量与光辐射源和立体光刻机的工作表面之间的距离成比例。
因此，为了获得物体的高分辨率，需要尽可能地减少所述距离。然而，该需要限制了光辐射束在所述工作表面上的作用区域。
此外，已知的是，通常借助于光学单元将由所述源生成的光辐射束定向至所述工作表面上。
特别地，众所周知，所述光学单元本质上有助于进一步减少光辐射束在所述工作表面上的作用场。
因此，如上所述，这一系列因素强烈地限制了通过使用设置有单个光辐射源的立体光刻机可获得的三维物体的尺寸。
为了克服所述限制并且因此使得可以生产更大的三维物体，而同时保持三维物体的高分辨率，已经设计了设置有彼此相邻的至少两个光辐射源2和3的立体光刻机1，如示出已知技术的图1a和1b示意性所示，两个光辐射源2和3中的每一个光辐射源适于在公共工作表面100的特定部分102和103上起作用。
从示出已知技术的所述附图明显的是以及对本领域技术人员而言清楚的是，工作表面100的所述两个(或更多个)部分102和103需要彼此部分地叠加，以限定所谓的叠加区域101，其中光辐射源2和3二者可以在叠加区域101的水平处起作用。事实上，为了获得不同层中的每一个层的两个(或更多个)相邻部分之间的连接，该配置是不可或缺的，所述相邻部分由所述相邻光辐射源2和3通过固化来限定。
一般通过在所述叠加区域101内在待固化的材料的相同点的水平处激活相邻的光辐射源2和3二者来获得所述连接。
然而，不利的是，所述方法带来的第一缺点在于：在所述点的邻域中在正被产生的层的x方向和/或y方向上可能产生不期望的膨胀效应。不利的是，所述膨胀效应继而可能在层自身的边缘的水平处延伸，使得层自身以既不精确又不正确的方式被限定。而再次不利的是，如果两个光辐射源2和3没有被正确设置，则在层的各种点中，两个光辐射源可能无法执行所述连接，因此产生未固化材料的间隙，这继而使得正被生产的物体的整个结构变弱。
本发明的目的是克服以上参照已知技术的用于激活两个相邻光辐射源以获得所述连接的方法所描述的所有缺点。
特别地，本发明的一个目的是定义一种用于激活属于同一立体光刻机的两个相邻光辐射源以通过立体光刻来生产三维物体的方法，所述方法使得可以实现借助于若干个相邻光辐射源制成的每个层的厚度的均匀性优于利用已知技术可获得的均匀性。
此外，本发明的另一目的是定义一种用于激活所述光辐射源的方法，所述方法使得可以获得由所述相邻光辐射源制成的相同层的各部分之间的更坚固且更稳定的连接。
所述目的借助于根据权利要求1的用于控制两个相邻光辐射源的作用的方法来实现。
所述目的还通过根据权利要求8的用于控制所述相邻光辐射源的设备以及通过根据权利要求9的计算机程序产品来实现。
有利地，执行由两个相邻光辐射源来限定单个层的各部分之间的连接而无需叠加所述部分的可能性使得可以减少通过立体光刻工艺制造三维物体所需要的总时间。
在参照附图通过非限制性示例提供的本发明的一些优选实施方式的描述中突出了所述目的和优点以及以下将详细说明的其他目的和优点，在附图中：
-示出已知技术的图1a和图1b分别示出了设置有两个相邻光辐射源的立体光刻机的工作表面的细分的示意性顶视图和示意性侧视图；
-图2示出了要通过立体光刻制造的三维物体的示例的轴测视图；
-图3示出了根据本发明的优选实施方式将本发明的方法应用于的被布置在图1a和图1b示出的工作表面的水平处的图2的三维物体的层的顶视图；
-图4示出了图3的层的叠加区域的水平处的两条相邻线的细节；
-图5示出了根据第一可替选实施方式将本发明的方法应用于的被布置在图1a和图1b示出的工作表面的水平处的图2的三维物体的层的顶视图；以及
-图6示出了根据第二可替选实施方式将本发明的方法应用于的被布置在图1a和图1b示出的工作表面的水平处的图2的三维物体的层的顶视图。
参照图2示出的且其中由200指示的三维物体来描述本发明的用于控制属于立体光刻机1的两个光辐射源2和3的活性的方法，两个光辐射源2和3适于在所述立体光刻机1的工作表面100上限定的叠加区域101的水平处起作用。
特别地，优选地，如图3所示，在所述叠加区域101内在具有预先限定的宽度且比叠加区域101窄的部分104上应用用于控制两个光辐射源2和3的所述方法。
然而，不能排除的是，在本发明的可替选实施方式中，所述部分104的宽度可以基本上与所述叠加区域101的宽度一致。
从现在开始应当强调，已经特意示出了与一般通过立体光刻生产的物体相比具有高度简化的几何结构的三维物体200以使附图更清楚。
然而，明显的是，以下所描述的处理可以以类似的方式应用于具有任何几何结构的三维物体。
为了根据本文中描述的本发明的优选实施方式来限定在本发明的方法中包括的步骤，应当参照图3，图3示出了三维物体200的层201中的在工作表面100的水平处的一个层的顶视图。
根据作为本发明主题的方法，针对在叠加区域101的部分104内限定三维物体200的每个单层201的具有总长度L的线210中的每一条线，其中针对线210的具有长度X的第一段211激活第一源2，并且针对同一线210的具有长度Y＝L-X的剩下的第二段212激活第二光辐射源3。
在图3中，线210的厚度相对于其实际尺寸而增加以使得更容易理解本发明的方法所基于的构思。
根据本发明，第一段211的长度X的值是在区间0<＝X<＝L内选择的。明显地，为了实现上述目的，如以下将阐明的，重要的是对于属于同一层201的各个线210尤其是在相邻的线210之间，长度X的值是不同的，如图4所示。
优选地，但并非必然地，针对每条线210随机地选择长度X的值。
在图3中可以观察到，用于激活光辐射源2和3的所述方法使得可以在每个层201的两个(或更多个)部分202和203之间创建折线型连接线220。
特别地，总是可以在图3中观察到，所述连接线220产生梳状图案，其中，两个部分的齿部和凹部具有不同的长度，但是齿部和凹部总是以完美互补的方式被限定。该特征使得可以实现上述目的，并且更特别地，该特征使得可以获得同一层201的各个部分202和203之间的与利用已知技术的方法获得的连接相比更坚固且更稳定的连接。
此外，所述连接使得可以避免如在已知技术中发生的两个光辐射源2和3在叠加区域101的部分104中的作用的叠加，并且，因此避免了如以上所描述的层201中的每一个层的厚度的均一性的任何不足。
更具体地，本发明的方法包括以下所描述的步骤。首先，根据该方法，获取表示三维物体200的几何结构的第一数据集合。接着，根据该方法，将所述三维物体200细分为多个层201。此外，根据该方法，需要限定在所述工作区域100的水平处所述层201中的每一个层需要呈现的位置。特别地，该方法确定每个层201中的哪个部分需要由所述光辐射源中的第一光辐射源2排他地限定，哪个部分由第二光辐射源3排他地限定，以及最后层201中的哪个部分需要落入叠加区域101的部分104内，其中，如上所述，所述部分104的宽度优选地短于叠加区域101自身的宽度。
因此，根据本发明的方法，对于每个层201中的落入叠加区域101的部分104内的那部分，限定具有总长度L的所述线210中的每一条线。清楚地，根据图3的示例可以理解，各个线210可以具有不同的长度L。
根据本发明的方法，如上所述，在这时针对具有总长度L的所述线210中的每一条线，在区间0<＝X<＝L内限定第一段211的长度X的值。如上所述，优选地在所述区间内随机地选择所述值。根据本发明，针对具有总长度L的每条线210，接着计算第二段212的长度Y，使得长度Y为Y＝L-X。
最后，本发明的方法包括以下步骤：生成与两个光辐射源2和3的激活有关的数据，以使得两个光辐射源2和3中的第一光辐射源沿着线210中的每一条线的所述第一段211被激活，而所述两个光辐射源2和3中的第二光辐射源沿着剩下的第二段212被激活。
根据本发明的方法的优选实施方式，在生成用于激活两个光辐射源2和3的所述数据之前，还限定叠加区域101的部分104的中间线300，在图3中可以观察到，中间线300基本上与在同一部分104内的层201的所述部分中的所述线210垂直。
所述中间线300使得可以在具有总长度L的所有线210之中排他地选择入射在所述中间线300上的相同线210的子集213。
此外，总是根据本发明的优选实施方式，该方法还包括以下步骤：在入射线的子集213内仅选择在叠加区域101的部分104的整个宽度上延伸的线210的子集214。仅在所述选择结束时，根据该方法，以上述方式在属于后一子集214的线210的水平处排他地激活两个光辐射源2和3。关于所述部分104中存在的以及从所述选择中排除的剩下的线210，根据本发明的方法，针对剩下的线210的限定来排他地激活两个光辐射源2和3中的一个或另一个。特别地，优选地，需要使用两个光辐射源2和3中的哪一个光辐射源来限定这些排除的线210中的每一条线的选择取决于所讨论的线210相对于所述中间线300落入的位置。在图3所示的示例中，针对所述排除的线210的限定，将方便地选择在左边布置的光辐射源2。
在图5所示的本发明的不同实施方式中，然而不能排除的是，根据该方法，针对属于入射线的子集213的所有线210以上面刚描述的方式来激活光辐射源2和3二者，而无需进一步选择在所述部分104的整个宽度上延伸的线210。
在这种情况下，从入射线子集213排除的线210将是要通过激活光辐射源2和3中的仅一个光辐射源而限定的那些线。同样在这种情况下，优选地根据所述排除的线中的每一条线相对于所述中间线的位置来选择是激活光辐射源2还是激活光辐射源3。
此外，根据图6示出的本发明的方法的又一可替选实施方式，针对落入叠加区域101的所述部分104内的层201中的每一个层的所有线210，可以以上述方式来激活所述光辐射源2和3二者，而无需执行上述的任何进一步选择。
返回至本发明的优选实施方式，在图4示出的详细视图中可以观察到，根据该方法，针对属于在所述部分104的整个宽度上延伸的线的子集214的每对相邻线210a和210b，选择与所述两条线210a和210b的第一段211的长度X对应的值，使得第一条线210a的第一段211和第二条线210b的第二段212入射在中间线300上，第一光辐射源2适于沿着第一条线210a的第一段211起作用，第二光辐射源3适于沿着第二条线210b的第二段212起作用。作为本发明主题的方法的该又一细节使得可以确保跨相邻线210a和210b的中间线300进行第一光辐射源2的作用与第二光辐射源3的作用之间的完美交替。因此，所述特性使得可以进一步改进通过所述光辐射源2和3获得的同一层201的两个部分之间的连接的结果。
在本发明的不同实施方式中，然而不能排除的是，根据该方法，随机排他地选择长度X的值，而也无需确保跨所述中间线300进行两个光辐射源2和3的作用的交替。
为了简化起见，到现在为止已经参照包括两个光辐射源2和3的立体光刻机1描述了作为本发明主题的方法的步骤。然而，不能排除的是，本发明的相同方法可以用于控制属于同一立体光刻机1的成对相邻的两个以上光辐射源的激活。
明显地，需要将所述方法用于以受控方式激活每对相邻的光辐射源。
优选地，借助于包括附图中没有示出但本身已知的计算装置的设备来实现以上所描述的方法，计算装置设置有处理单元和可以由所述处理单元访问的存储器支持。
所述设备包括适于获取表示三维物体200的几何结构的第一数据集合并且将第一数据集合上传到所述存储器支持中的装置。
所述设备还包括适于将三维物体200细分为多个层201的装置。
所述设备还包括适于限定所述层201中的每一个层在所述工作表面100上的位置的装置。
所述设备还包括适于在属于所述工作表面100的叠加区域101的部分104内对限定不同层201中的每一个层的具有总长度L的线210中的每一条线进行识别的装置。
根据本发明，所述设备包括适于针对具有总长度L的线210中的每一条线来在区间0<＝X<＝L内限定所述线210的第一段211的长度X的值的装置。
优选地随机选择长度X的值。
此外，根据本发明的设备包括用于针对具有总长度L的线210中的每条线将所述线210的第二段212的长度Y计算为等于Y＝L–X的装置。最后，本发明的设备包括以下装置，所述装置用于生成与属于立体光刻机1的至少两个光辐射源2和3的激活有关的数据以使得所述两个光辐射源2和3中的第一光辐射源沿着线210中的每一条线的第一段211被激活而两个光辐射源2和3中的第二光辐射源沿着同一条线210的剩下的第二段212被激活。
优选地，借助于包括设置有程序部分的数据支持的计算机程序产品来配置所述设备，所述程序部分被配置成使得：当所述程序部分在所述计算装置上被执行时所述程序部分以如上所述的方式限定所述设备的装置。
根据以上内容，可以理解，先前描述的方法、设备以及计算机程序产品实现了所有设定的目的。
特别地，本发明实现了提供用于激活属于同一立体光刻机的至少两个相邻光辐射源以通过立体光刻生产三维物体的方法的目的，其中，所述方法使得可以实现借助于若干个光辐射源获得的每个层的厚度的均匀性优于利用已知技术可获得的均匀性。
本发明还实现了提供用于激活所述相邻光辐射源的方法的目的，所述方法使得可以获得借助于所述光辐射源获得的同一层的各部分之间的更坚固且更稳定的连接。

Claims (12)

1.一种用于控制属于立体光刻机(1)的至少两个光辐射源(2，3)的活性以通过立体光刻来制造三维物体(200)的方法，所述至少两个光辐射源(2，3)适于在所述立体光刻机(1)的工作表面(100)上限定的叠加区域(101)的部分(104)的水平处起作用，所述方法的特征在于，针对在所述部分(104)内的限定所述三维物体(200)的每个层(201)的具有总长度L的线(210)中的每一条线来激活以下元件：
-针对所述线(210)的具有长度X的第一段(211)激活所述两个光辐射源中的第一光辐射源(2)；
-针对所述线(210)的具有长度Y的剩下的第二段(212)激活所述两个光辐射源中的第二光辐射源(3)；
所述第一段(211)的长度X的值是在区间0<＝X<＝L内选择的，并且Y被计算为等于L-X。
2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：
-获取表示所述三维物体(200)的几何结构的第一数据集合；
-将所述三维物体(200)细分为多个层(201)；
-限定所述层(201)中的每一个层在所述工作表面(100)上的位置；
-在所述叠加区域(101)的所述部分(104)内对限定所述层(201)中的每一个层的具有总长度L的所述线(210)中的每一条线进行识别；
所述方法的特征在于，还包括以下步骤：
-针对具有总长度L的所述线(210)中的每一条线，在所述区间0<＝X<＝L内限定所述第一段(211)的长度X的值；
-针对具有总长度L的所述线(210)中的每一条线，将所述第二段(212)的长度计算为等于Y＝L–X；
-生成与所述两个光辐射源(2，3)的所述激活有关的数据，以使得所述两个光辐射源中的第一光辐射源(2)沿着所述线(210)中的每一条线的所述第一段(211)被激活并且所述两个光辐射源中的第二光辐射源(3)沿着所述剩下的第二段(212)被激活。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一段(211)的长度X的值是在所述区间0<＝X<＝L内随机选择的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述两个光辐射源(2，3)的所述激活之前包括以下步骤：
-在相对于所述线(210)的基本垂直方向上限定所述叠加区域(101)的所述部分(104)的中间线(300)；
-在具有总长度L的所有所述线(210)之中排他地选择下述子集(213)，所述子集(213)包含所述线(210)中的入射在所述中间线(300)上的线。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在不属于入射线的所述子集(213)的线(210)的水平处排他地激活所述两个光辐射源(2，3)中的一个光辐射源。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述两个光辐射源(2，3)的所述激活之前包括以下步骤：
-在入射线的所述子集(213)中排他地选择在所述叠加区域(101)的所述部分(104)的整个宽度上延伸的线(210)的子集(214)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在不属于在所述叠加区域(101)的所述部分(104)的整个宽度上延伸的线的所述子集(214)的线(210)的水平处排他地激活所述两个光辐射源(2，3)中的一个光辐射源。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其特征在于，针对属于所述两个子集(213，214)中的一个子集的彼此相邻的每对线(210，210a，201b)，所述方法包括以下步骤：选择与所述第一段(211)的长度X有关的值，以使得所述一对线(210a，201b)中的第一条线(210a)的第一段(211)和所述一对线(210a，201b)中的第二条线(210b)的第二段(212)入射在所述中间线(300)上，所述第一光辐射源(2)适于沿着所述第一段(211)起作用，所述第二光辐射源(3)适于沿着所述第二段(212)起作用。
9.一种用于控制属于立体光刻机(1)的两个光辐射源(2，3)的活性以通过立体光刻来制造三维物体(200)的设备，所述两个光辐射源(2，3)适于在所述立体光刻机(1)的工作表面(100)上限定的叠加区域(101)的部分(104)的水平处起作用，所述设备包括：
-计算装置，所述计算装置包括处理单元和适于由所述处理单元访问的存储器支持；
-适于获取第一数据集合并且将所述第一数据集合上传到所述存储器支持中的装置，所述第一数据集合表示所述三维物体(200)的几何结构；
-适于将所述三维物体(200)细分为多个层(201)的装置；
-适于限定所述层(201)中的每一个层在所述工作表面(100)上的位置的装置；
-适于在所述叠加区域(101)的所述部分(104)内对限定所述层(201)中的每一个层的具有总长度L的线(210)中的每一条线进行识别的装置；
所述设备的特征在于包括：
-适于针对具有总长度L的所述线(210)中的每一条线来在区间0<＝X<＝L内限定第一段(211)的长度X的值的装置；
-适于针对具有总长度L的所述线(210)中的每一条线来计算第二段(212)的长度的装置；
-适于生成与所述两个光辐射源(2，3)的激活有关的数据以使得所述两个光辐射源中的第一光辐射源(2)沿着所述线(210)中的每一条线的所述第一段(211)被激活并且所述两个光辐射源中的第二光辐射源(3)沿着剩下的第二段(212)被激活的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，适于限定第一段(211)的长度X的值的所述装置是用于生成所述区间0<＝X<＝L内的随机数的装置。
11.一种计算机程序产品，包括设置有程序部分的数据支持，所述程序部分被配置成使得：当在包括处理单元和能够由所述处理单元访问的存储器支持的计算装置上被执行时，所述程序部分限定：
-计算装置，所述计算装置包括处理单元和能够由所述处理单元访问的存储器支持；
-适于获取第一数据集合并且将所述第一数据集合上传至所述存储器支持的装置，所述第一数据集合表示所述三维物体(200)的几何结构；
-适于将所述三维物体(200)细分为多个层(201)的装置；
-适于限定所述层(201)中的每一个层在所述工作表面(100)上的位置的装置；
-适于在所述叠加区域(101)的所述部分(104)内对限定所述层(201)中的每一个层的具有总长度L的线(210)中的每一条线进行识别的装置；
所述程序部分的特征在于包括：
-适于针对具有总长度L的所述线(210)中的每一条线来在区间0<＝X<＝L内限定第一段(211)的长度X的值的装置；
-适于针对具有总长度L的所述线(210)中的每一条线来计算第二段(212)的长度的装置；
-适于生成与所述两个光辐射源(2，3)的激活有关的数据以使得所述两个光辐射源中的第一光辐射源(2)沿着所述线(210)中的每一条线的所述第一段(211)被激活并且所述两个光辐射源中的第二光辐射源(3)沿着剩下的第二段(212)被激活的装置。
12.根据权利要求11所述的计算机程序产品，其特征在于，适于限定第一段(211)的长度X的值的所述装置是适于生成所述区间0<＝X<＝L内的随机数的装置。
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