CN113632002A - 用于多投射器三维打印的设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于三维打印例如增材制造的设备、系统和/或方法，其中能量图案化(例如光图案化)模块阵列与自动位置控制系统结合使用以协调阵列式图案化模块的实现。阵列的实现可以通过传感反馈来控制。

Description

用于多投射器三维打印的设备、系统和方法
交叉引用
本发明专利申请要求于2019年3月29日提交的题为METHOD AND SYSTEM FORMETHODOLOGIES AND HARDWARE FOR MULTI-PROJECTOR THREE DIMENSIONAL PRINTING的美国临时专利申请No.62/826,361的优先权，其内容通过引用全部并入本文。
发明内容
公开的实施方式涉及用于三维打印的设备、系统和方法，例如，增材制造，其可以包括用于三维打印的立体光刻方法(SLA)和/或数字光图案化(DLP)。
根据至少一些公开的实施方式，可以在3D打印方法中使用能量图案化(例如，光图案化)模块阵列。
根据至少一些公开的实施方式，每个图案化模块可以包括多轴微型定位系统，其与包括投射器的能量图案化系统结合来操作。
根据至少一些公开的实施方式，投射系统和/或微型定位器可以参与反馈控制回路，其用于能量图案化系统的自动对准以生成连续显示区域。
根据至少一些公开的实施方式，每个图案化模块可以包含板载微型计算机，其负责从本地或远程主机接收和分发命令给能量图案化系统和/或微型定位系统。微型计算机与主机之间的通信可以是：(i)有线或无线的；(ii)加密的；以及(iii)双向的。
根据至少一些公开的实施方式，微型计算机可以接收发送到图案化模块的命令/数据，以控制能量图案化系统的投射的能量输出(包括图案和强度二者)。微型定位器可以接收命令/数据，这些命令/数据用于与图案化模块内的投射器一起调整图案化模块的位置。
附图说明
在附图中示出了示例性实施方式，并且下面参考附图进行详细解释。
在附图中：
图1-图4提供了根据公开的实施方式设计的图案化模块的例示性示例的不同视图。
图5-图6提供了安装到光学板的单个图案化模块以及安装在光学板上的3×3图案化模块阵列(总共九个)的例示性示例的不同视图，以比较和例示根据公开的实施方式可以使用的模块的示例性组合。
图7-图8例示了对准操作的示例，其在安装不会使得两个单独的投射器之间完美对准的情况下使来自该两个单独的投射器的视场对准。
图9和图10例示了根据公开的实施方式的呈3×3阵列的图案化模块的对准操作的示例。
图11例示了根据至少一个公开实施方式的具有对准视场的光学模块的自顶向下描绘，用于打印大直径垫片。
图12例示了根据至少一个公开实施方式的具有对准视场的光学模块的另一自顶向下描绘，用于打印大直径垫片。
图13-图17例示了根据本公开内容的另一光学模块的视图。
图18例示了包括基部安装件的增材制造系统的立体图，该基部安装件具有安装在其上的图13-图17的光学模块。
图19例示了图18的增材制造系统的立体图，其示出了具有安装在其上的图13-图17的多个光学模块的基部安装件。
具体实施方式
常规地，用于增材制造的立体光刻方法(SLA)与竞争技术相比具有独特的性能和技术机会。这是因为SLA可以提供高打印速度，同时从鲁棒材料库生成对象。
SLA打印配置的核心是“光引擎”、或投射器，其负责将光/能量图案化，以在制造过程中驱动光敏液体树脂的聚合反应。投射光的光谱、投射光的功率密度、以及光的图案化速率都影响利用光引擎的增材制造设备或打印机的能力。
出于本公开内容的目的，术语“能量”用于指以不同形式测量的能量，包括但不限于辐射能量，例如光，包括可见和不可见二者。因此，应当理解的是，“能量”的应用包括但不限于热(热量)、光(辐射)、电能、磁能等的应用。
在增材制造设备中存在两种常见的光/能量图案化途径。第一种利用了激光束，使用一系列机动式反射镜(例如，反射镜检流计，也称为“电流计”或共振扫描仪)在二维(2D)平面上引导激光束，以描出要打印的网状的2D截面图像。A
可替代地，数字光处理(DLP)芯片可用于经典投射器配置，以在2D平面上图案化微观像素，其中每个像素都以内部时钟频率更新。
最终，这两种光/能量图案化技术在其扩展到较大的2D打印台的能力方面具有局限性。
在扫描激光束的情况下，随着光束跨度的距离增大，光束截面的侧向分辨率中存在对应的损失。这造成了打印对象中对应的分辨率损失。此外，由于使用固定的扫描速度，增大的大小使得2D显示频率变得很慢；这限制了被配置成使用扫描激光束的任何3D打印机的竖向打印速率。
在基于图案化技术的DLP的情况下，可以使用投射透镜来覆盖较大的2D区域。然而，市场上常规可用的DLP芯片的有限像素密度同样限制了这种配置的技术效果。更具体地，在像素密度有限的情况下，在较大区域上的投射只会产生较大的投射像素和较粗糙的3D打印对象。
DLP方法的另一限制是，当扩展到较大的区域时，使得投射功率密度受到限制。这是因为，由于单位面积上递送的光子较少，负责打印机制的化学反应运行较慢，并成为打印过程中的瓶颈。解决此问题的常规方法包括使用多个投射器来覆盖较大的区域.这种方法已经被娱乐行业的照明专家利用DLP和激光扫描系统两者使用了几十年。以此方式，每个独立光引擎的投射区域就可以拼接在一起，以生成大的图像。事实上，常规地，光引擎阵列已被证明成功地进行3D打印(例如，如PCT出版物WO 2015200173中公开的)。
然而，在实现方案中，结合每个独立光引擎的效果需要能够以无限的方式铺设这些投射器的方法和装备。尽管可以使用反射镜轻松地将两到四个投射器铺设成阵列，但超出某个程度后，使用常规已知的反射镜来扩展变得不切实际，尽管不是不可能。
因此，需要新的设计来将较多数量的光图案化模块铺设在一起。当前公开的实施方式提供了硬件和软件实现的系统，其能够以高侧向精度将微图案化模块(即，像素尺寸低于500μm)自动对准和拼接在一起。
应当理解的是，虽然公开的实施方式使得技术效用能够铺设基于DLP的微型投射器以用于SLA打印应用(在本文中统称为“DLP-SLA”打印应用)，但在此描述的硬件和技术也具有应用于其他形式的3D打印的技术效用，其中可以使用多个能量图案化模块。
例如，本文公开的创新在应用于选择性激光(SL)SLA(通常称为SL-SLA)或选择性激光烧结(SLS)的方面具有特殊效用，其中可以铺设多个激光模块从而以增强的分辨率覆盖较大的区域。
还应该理解的是，本文描述的硬件和对应的软件在技术结构和功能二者上不同于常规娱乐应用中使用的那些，在常规娱乐应用中，2D投射平面往往比硬件占地面积大一数量级(例如，戏剧表演舞台、电影观看屏幕、建筑立面等)。
相反，在3D打印的技术和工业制造环境中，2D投射平面通常小于投射/图案化硬件的覆盖区。因此，公开的实施方式利用小型化的投射硬件和用于这种硬件的对应对准系统以使系统符合小于期望投射域的覆盖区。
这种实现方案能够较有效地扩展到较大的2D打印台。如上所述，光学系统中图案化模块的数量增长，这些模块的精确对准变得更具挑战性。更具体地，在具有少量投射器的投射系统中使用的常规手动对准系统立即变得不切实际。例如，在双投射器系统中，通过手动微型操控器对单个投射器进行调整不太可能干扰到相邻的投射器。这是因为除了一个方向外，操控器在其他所有方向上都没有障碍。
然而，当有由10-100个微型投射系统组成的阵列时，精确对准成为巨大的技术挑战和有效实现方案的障碍，因为没有切实可行的实现方案来手动调整阵列内的一个微型投射系统而不会对周围的微投射系统造成显著的妨碍。
为了消除这种障碍，公开的实施方式提供了一种具有微型投射图案化模块的系统，该模块利用无线通信来传输与位置控制数据和投射数据二者相关的数据。位置和投射数据两者的这种传输的技术效果可以在一示例中得到确认，在该示例中为大型阵列，例如10-100个投射器；来自集中式控制器的无线传输大大减少了实现位置协调和提供用于图案化的投射数据所需的线材/连接线的数量。尽管未示出，但是可以使用一个或更多个计算机处理器和相关联的硬件来实现这样的集中式控制器，以用于与多个投射模块中的每个投射模块进行无线通信。
根据公开的实施方式，每个图案化模块可以仅设置有单个固定线材来为操作供电。因此，所有其他控制、内容和操作信息可以从集中式控制器无线地传送到图案化模块。
根据所公开的实施方式提供的系统的高度模块化性质使得灵活性增加、使用方便以及维护时间减少。如果10×10投射器阵列中的单个图案化模块中的投射器(即100个投射器中之一)出现故障，则该图案化模块可以被移除并取代为可运行的图案化模块，而不会干扰到投射系统的其余部分。
此外，这种模块化使得能够根据给定应用的需要，将投射器定位为不同纵横比的阵列，甚至是非连续域。例如，代替组成10×10阵列的100个投射器，阵列可以是1×100阵列、2×50阵列、4×25阵列、5×20阵列等。
如上所述，根据至少一些公开的实施方式，可以在3D打印方法中使用能量图案化(例如，光图案化)模块阵列。在SLA 3D打印中，x-y平面的分辨率往往受到向构建接口递送光/能量的光学投射系统的限制。将多个投射系统铺设成大的高分辨率阵列的能力往往受限于侧向对准多个微投射系统的能力。
为了实现这一点，公开的实施方式利用了包含下述的投射模块封装体积：(i)光学投射部件；(ii)数据接收器；和(iii)电子控制的微型定位器；所有这些都必须适配于投射图像的覆盖区内。例如，出于例示性目的，考虑到在100μm的“粗略”分辨率与1080p分辨率DLP投射模块相结合的情况下，该投射器/操控器模块的截面可能在侧向上被限制成4.25”×7.5”。如果期望较高分辨率的系统，诸如50μm的通用标准，该区域可能会减少到～2.2”×3.8”。鉴于这些小的限制，公开的实施方式被导向为提供满足这种所需分辨率的定制模块。
图1-图4例示了根据公开的实施方式提供的图案化模块的示例。这些附图提供了图案化模块100及其构成部件的不同视图。如图1-图4所示，图案化模块100可以包括微型投射器110，其被配置和操作以图案化能量(例如，经由DLP的UV光)。然而，应当理解的是，微型投射器110可以用一个或更多个激光器与电流计反射镜或其他常规已知的和商业上可获得的或定制的图案化/能量系统相结合地操作来实现。
根据至少一个公开的实施方式，本文公开的图案化模块100可以包括微型投射器，该微型投射器是现成模型(即，常规地能够在非定制状态下获得)，然后被修改为投射紫外线(UV)光(SLA打印过程中使用的光引发剂所需)。图案化模块100还可以包括微型计算机120，其无线地耦合到主计算机并从该主计算机接收命令(包括例如位置和投射数据)以控制投射器100的能量的定位和输出，从而使得能够将3D打印过程图案化。因此，根据至少一些公开的实施方式，微型计算机120可以接收由主计算机发送到图案化模块100的命令/数据，以控制投射器110的投射的能量输出(包括图案和强度二者)。
微型计算机120可以包括任何合适的微型计算设备，例如，微型计算设备被限定为由处理器/微处理器、CPU、RAM构成的电子电路，配备用于外部通信(例如，通过有线以太网连接、wifi模块、NFC、蓝牙、NIR、光学和/或任何其他合适的有线或无线通信装备等)。示例性微型计算设备可以低于标准膝上型或台式计算设备的大小范围。合适的微型计算设备的示例可以包括Raspberry Pi、Arduino板、英特尔‘Stick’或‘NUC’计算机、或具有与所列设备体积相当或较小的任何计算设备。
微型计算机120和/或主计算机可以包括合适的存储器和/或通信电路，用于实现它们公开的操作。合适的处理器的示例可以包括一个或更多个微处理器、集成电路、片上系统(SoC)等。合适的存储器的示例可以包括一个或更多个第一级存储装置和/或非第一级存储装置(例如，第二级、第三级等存储装置)；永久、半永久、和/或临时存储装置；和/或存储器存储设备，包括但不限于硬盘驱动器(例如，磁性、固态)、光盘(例如，CD-ROM、DVD-ROM)、RAM(例如，DRAM、SRAM、DRDRAM)、ROM(例如，PROM、EPROM、EEPROM、Flash EEPROM)、易失性和/或非易失性存储器；等等。通信电路可以包括用于促进处理器操作的部件，例如，合适的部件可以包括发射器、接收器、调制器、解调器、滤波器、调制解调器、模数转换器、运算放大器、和/或集成电路。
图案化模块100还可以包括由多个步进电机140例如三个步进电机的组合所驱动的微型定位器系统130。步进电机可以由其他致动设备取代，诸如气动系统、DC电机、导轨系统等。每个投射器110可以安装到修改后的XYZ定位台架。这些台架的轴可以被修改成通过多个步进电机(每个轴一个步进电机)的协调控制和操作来操控。微型定位器130可以经由微型计算机120接收命令/数据；这种命令/数据用于与图案化模块100内的投射器一起调整图案化模块的位置。
微型投射器110，板载的具有Wi-Fi功能的微型计算机120和微型定位器部件130被共同地设置尺寸、定位和功能，使得包括这些部件的整个图案化模块的截面面积小于单个微型投射器的投射场。
根据公开的实施方式，每个图案化模块100可以包括多轴微型定位系统130，其与包括投射器110的能量图案化系统结合来操作。更具体地，提供了光学机械硬件，其使包括在图案化模块100中的微型投射器110与电驱动的多轴微操控器耦合。当把这些图案化模块100和它们构成的微型投射器110铺设在一起时，可以将它们对准以在任意大的打印台上生成高分辨率光学投射系统。
同样地，每个图案化模块100可以包含板载微型计算机120，其负责从远程主机(例如，用于多投射器系统的集中式计算机实现的控制器)接收和分发命令给能量图案化系统和微型定位系统130。微型计算机120与主机之间的通信可以包括以下中的任何一种或更多种：(i)有线和/或无线通信；(ii)加密和/或安全通信；以及(iii)单向和/或双向通信。以此方式，公开的实施方式提供了一种具有微投射图案化模块100的系统，该模块利用无线通信来传输与位置控制和投射数据二者相关的数据。位置和投射数据两者的这种传输的技术效果可以在一示例中得到确认，在该示例中为大型阵列，例如10-100个投射器；无线传输大大减少了实现位置协调和提供用于图案化的投射数据所需的线材/连接线的数量。在一些实施方式中，有线和无线通信可以一起实现，例如其中，一个或更多个模块100通过有线连接与主计算机通信，以及一个或更多个其他模块100通过无线连接与主计算机通信。
板载微型计算机120具有Wi-Fi功能以接收位置命令，并将这些命令转换成电机驱动器指令，用于控制多个步进电机140的操作，从而使得投射模块100致动和重新定位。此外，板载微型计算机120可用于从公共远程主机接收投射数据，这些数据可被路由至微型投射器110以控制显示输出。
集中式主计算机和图案化模块之间的通信可以被加密，例如经由算法诸如AES(对称128位加密密码)对可扩展矢量图形(SVG)字符串进行的加密可以被发送到每个图案化模块地址，以确保适当的指令被发送到阵列中的每个图案化模块而没有篡改的风险(或减少风险)。在一些实施方式中，图形矢量字符串可以包括任何合适形式的矢量字符串定义、格式、内容等，例如，投射数据可以由以任何合适字符串格式描述的一系列矢量表示，即，非光栅化的图像。同样地，控制和/或反馈数据的加密可以使用特定于整个多投射器所实现的增材制造设备本身的密码密钥来执行(这可以例如使用MAC地址以定位库来实现)；以此方式，可以对x-y图像平面数据进行加扰。此外，加密可以基于缓冲频率/速度对z图像堆栈数据进行加扰。加扰可以包括对数据(相关轴的)进行错序以使信息去线性化。
投射数据可以被制定为使得能够自动对准(例如，用于反馈控制的位置标记的投射)或者使得能够对跨阵列显示的较大2D图像的子集进行投射以用于3D打印的目的。因此，根据至少一个实施方式，图案化模块100可以在构建接口处投射测试图案，其可以通过使用反馈控制回路来用于高分辨率对准(即，根据成像传感器的分辨率，在单个像素的分辨率上)。
图5例示了单个投射器阵列505的示例，其包括安装到光学板150的单个图案化模块100。图6例示了模块100的阵列605的示例，其被布置为3×3配置，用于安装在光学板150上的总共九个投射器。
根据至少一些公开的实施方式，投射系统和/或微型定位器可以参与反馈控制回路，其用于能量图案化系统的自动对准以生成连续显示区域。图7-图8例示了用于来自两个单独的微型投射器310、310'的视场360、360'的对准操作的示例，该两个单独的微型投射器是相对于彼此被定位在安装板即光学板上的单独的图案化模块300、300'的一部分。微型投射器310、310'的组合视场360、360'代表适用的显示区域。
从图7中可以看出，微型投射器310、310'的安装不会产生完美对准。视场360、360'的相邻边缘(360的纵向底部边缘，和360'的纵向顶部边缘)彼此间隔开。视场360、360'的对应侧向边缘(右边缘和左边缘)未对准。在一些实施方式中，相邻视场360、360'可以经历其他方面的未对准，例如倾斜使得对应的纵向和/或侧向边缘彼此不平行。相反，如图8所示，虽然微型投射器310、310'在图7所示的安装板上的定位保持在与图7所示相同的位置(即，未处于完美对准)，微型投射器310及它们产生的视场360可以通过微型定位器系统(诸如使用步进电机140的微型定位器系统130在图1-图4所示的板载部件的控制下)在一个或更多个x-y-z方向上被重新定位，以创建在视场360、360'的相邻边缘处具有连续性的对准且连续的视场360、360'。图8中的示例示出了连续显示，其通过在位置方面精确对应的纵向边缘以消除视场360、360'之间的间隙，使得视场360、360'彼此接触和或接合，并在对应的侧向边缘之间对准；然而，在一些应用中，连续显示可能不需要侧向边缘的这种对准，例如，在构建对象的适用覆盖区可能被交错的相邻视场覆盖的情况下。类似地，在一些应用中，相邻边缘的连续性可以考虑侧向边缘彼此接触和/或接合，并且纵向边缘可以具有相对定位，无论根据特定的应用是对准的还是交错的。在一些实施方式中，连续显示可能不需要相邻边缘的精确接触，但可以包括将相邻边缘之间的间隔减小到阈值间隔，例如，低于1个像素宽度；尽管阈值间隔可以是特定在例如从0.1到10个像素的任何合适的像素宽度范围内(为了描述的目的，大约0.001到大约0.10英寸)的应用。
在本公开内容中，单个模块100的视场360被布置为大于模块100的覆盖区。简要参考图7，视场360大于模块100在x-y平面中的覆盖区363。同样地，视场360'大于对应模块100在x-y平面中的覆盖区。简要地参考图9，阵列的每个单独模块100的每个视场大于对应模块的覆盖区。在例示性实施方式中，构成显示区域的阵列的集体视场大于阵列的模块100的集体覆盖区。
图9-图10例示了3D打印系统400的示例，其中，多个图案化模块410A、410B、410C、410A'、410B'、410C'和410A”、410B”、410C”的阵列405被对准(例如，模块的3×3阵列)。如图9-图10所示，观察传感器420被配置为检测与包括在图案化模块阵列405中的每个投射器的视场相关联的位置指示器标记430的未对准。
基于这些位置指示器标记430与它们相邻件的相对定位，3D打印系统400的观察传感器420可以检测到中间投射模块410B'未对准并且必须重新定位，如图9中的箭头所示。然后可以对中间投射模块410B'的位置执行平移以影响或完善对准定位。图10例示了在使用本文例示的微型定位器和步进电机进行x-y平面移动之后的结果对准。
观察传感器420还可以包括传感器以及相关联的计算和控制软件，该计算和控制软件被配置成识别单个投射器上的位置指示器标记之间的间隔(即，投射视场的左侧和右侧)过大或过小。这可以被认为是图案化模块(在这种情况下，具有固定焦距)聚焦不足或过度聚焦的指示。基于该指示及其识别，计算和控制软件可以针对该投射器在z轴上进行对应的调整。观察传感器420可以包括图像(例如，照片、视频、热、红外、UV等)、位置(例如，雷达、激光雷达、飞行时间等)和/或其他合适的传感器设备。
尽管已经描述了某些例示性实施方式，但显然的是，根据前述描述，许多替代方案、修改、排列和变化对于本领域技术人员来说将变得明显。因此，如上所述的不同实施方式意在是例示性的，而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行不同的改变。
例如，如上所述，根据公开的实施方式。模块化使得能够根据给定应用的需要，将投射器定位为不同纵横比的阵列，甚至是非连续域，例如，100个投射器呈10×10阵列。可替代地，如果期望大直径的管状结构，一种潜在的优化投射器布置可以覆盖环状的覆盖区，其中在中心有不连续区域，因此在该位置不需要图案化模块，如图11-图12所示。
图11例示了具有对准的视场(由黑色虚线表示)的光学模块的自顶向下描绘。期望的对象具有环状轮廓，由曲线阴影表示。这使得能够使用较少的光学模块单元来打印该对象，例如，在连续阵列中使用10个而不是12个。当这样的结构变得较大时，这些节省变得较大。因此，在实现方案中，这样的实施方式在期望打印3英尺外直径的垫片的场景中具有特定的技术效用。应当理解，在那种场景中，对于这样的实施方式的实现，环状物不需要在其内直径内打印光学模块。
图12例示了具有对准的视场(再次由黑色虚线表示)的光学模块的自顶向下描绘。在图12中，期望对象的2-D投射——再次由曲线阴影表示——不需要16个光学模块(即4×4)的完整阵列。同样，在实现方案中，这样的实施方式在期望打印大的非圆形垫片的场景中具有特定的技术效用。应当理解，在那种场景中，对于这样的实施方式的实现，可以使用本来将需要的投射模块中的75％；这样做，该实现方案大大降低了制造用于此特定用途的3D打印机的成本。
应当理解的是，所提出的方法和相关设备可以以不同形式的硬件、软件、固件、专用处理器或其组合来实现。本文所公开的作为投射模块的一部分的装备和远程的集中式控制器主机两者都可以相应地实现。因此，专用处理器可以包括特定应用集成电路(ASIC)、精简指令集计算机(RISC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)。因此，当前公开的多投射器实现的增材制造设备及其相关联的功能可以被实现为硬件和软件的组合。该软件可以作为应用程序安装在程序存储设备上。这通常涉及基于计算机平台的机器，其具有硬件，诸如例如一个或更多个中央单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)和一个或更多个输入/输出(I/O)接口.此外，操作系统通常安装在计算机平台上。此处描述的不同过程和功能可以行成应用程序的一部分，或通过操作系统运行的一部分。
因此，根据公开的实施方式，可以提供一种图案化模块，该图案化模块作为在通过远程于图案化模块阵列的设备控制器共同控制的图案化模块阵列的一部分用于增材制造设备，其中图案化模块包括微型投射器，该微型投射器被配置成基于从设备的远程控制器接收到的数据来投射能量以用于执行能量图案化，其中，相对于包括在图案化模块阵列内的其他图案化模块中的微型投射器并基于接收到的数据来控制微型投射器的定位。
根据这些公开的实施方式，图案化模块可以可选地包括与微型投射器耦合的微型计算机，该微型计算机从用于设备的远程控制器接收用于经由微型投射器发射能量的数据，以控制微型投射器基于接收到的指令来发射能量。
根据那些公开的实施方式，图案化模块可以可选地包括多轴微型定位系统，该多轴微型定位系统被耦合到微型计算机并且被配置成控制微型投射器相对于被包括在图案化模块阵列内的其他图案化模块中的微型投射器的定位，其中微型定位系统包括基于由微型定位系统提供的数据操作的多个致动器，其中这种数据是基于通过微型定位系统从远程设备控制器可选地通过微型计算机接收到的数据。
同样地，根据一些公开的实施方式，提供了一种图案化模块，该图案化模块作为在通过远程于图案化模块阵列的设备控制器共同控制的图案化模块阵列的一部分用于增材制造设备，其中图案化模块包括：微型投射器，被配置成投射能量以用于执行能量图案化；以及多轴微型定位系统，用于控制该微型投射器相对于被包括在图案化模块阵列内的其他图案化模块中的微型投射器的定位，其中微型定位系统包括基于远程设备控制器提供的数据来操作的多个致动器。
根据那些公开的实施方式，图案化模块可以可选地包括耦合到微型投射器和/或多轴微型定位系统的微型计算机，该微型计算机将由远程设备控制器接收到的数据中继到微型投射器或多轴微型定位系统。
此外，根据这些公开的实施方式中的每个实施方式，微型计算机和远程设备控制器之间的数据被加密。例如，这可能涉及对发送到与图案化模块相关联的地址的SVG字符串进行加密，其中加密可选地通过以下来执行：应用对称加密密码；应用特定于增材制造设备的一个或更多个密码密钥或令牌；和/或基于缓冲频率/速度对xy图像平面数据和加密数据进行加扰，从而对z图像堆栈数据进行加扰。
此外，根据那些公开的实施方式中的每个实施方式，多轴微型定位系统可以自动控制微型投射器相对于被包括在图案化模块阵列内的其他图案化模块中的微型投射器的定位，以便自动对准图案化模块阵列的微型投射器的视场，从而生成连续显示区域。
此外，根据那些公开的实施方式中的每个实施方式，传感元件收集用于确定图案化模块的相对位置的数据，以提供微型投射器的视场与阵列中至少一个其他图案化模块的微型投射器的对准。
此外，根据那些公开的实施方式中的每个实施方式，可以可选地使用包括微型投射器和/或微型定位器的反馈回路来执行对多轴微型定位系统的控制。
此外，根据这些公开的实施方式中的每个实施方式，通过微型计算机从远程控制器接收到的数据可以包括多轴微型定位器的位置命令和/或待由微型投射器投射的数据集。
现在参考图13-图18，增材制造设备和/或系统被示出为与上面已经讨论的类似，并且上面提到的设备、系统和方法的公开内容同样适用于下文讨论的设备、系统和方法。在图13中，图案化模块1100被示出为包括微型投射器、微型计算机和包括用于驱动微型投射器位置精确运动的步进电机的致动器(x、y和z)。参考图14和图15，步进电机被布置成沿着导轨平移模块的框架支撑件，该导轨沿着对应的x、y和z轴被定向以定位微型投射器。可以提供限位开关，从而通过微型计算机根据远程主计算机引导对步进电机的操作控制。现在参考图16，每个模块1000例示性地包括用于对致动器进行致动的一个或更多个控制板1112。控制板1112可以在微型计算机的引导下进行操作。
现在参考图18和图19，增材制造系统被示出为包括基部安装件1140。基部安装件1140例示性地实施为用于接收图案化模块1100的连接的安装板。基部安装件1140例示性地被形成为结构构件，该结构构件为致动器的承载操作提供支撑，同时容纳模块1100的选择性布置以便安装。如图18所示，图案化模块1100被示出为具有安装到基部安装件1140的一个(纵向)端部。模块1100的被安装到基部安装件1140的一个端部例示性地与具有微型投射器的端部相反。基部安装件1140例示性地包括引导件1142，该引导件例示性地被实施为对准销，用于插入被安装的图案化模块1100内的对准孔内以帮助准确安装。在一些实施方式中，一个或更多个对准销的布置可以形成在模块1100上以及在基部安装件1140上对应的一个或更多个对准孔上。基部安装件1140例示性地包括连接器1144。连接器1144例示性地被实施为在主计算机和图案模块1100的微型计算机之间提供有线电通信。在例示性实施方式中，连接器1144提供用于电功率和数据通信的电连接。在一些实施方式中，连接器1144可以被配置成提供有线电功率，并且数据可以与模块1100无线通信。图案化模块1100通过图案化模块1100的匹配连接器1146与对应的连接器1144连接。电源电路可以被安装在基部安装件1140上。
现在参考图19，四个图案化模块1140被示出为安装到基部安装件1140。每个图案化模块1140被布置成经由其匹配连接器1146与对应的连接器1144通信。因此，模块化阵列可以用可选择性布置的模块1140来形成，这些模块可以容易地连接和断开连接以用于安装在各种位置，从而提供适合于构建项目的显示区域。
在本公开内容中，用于增材制造系统的、作为在通过远程于图案化模块阵列的控制器共同控制的图案化模块阵列的一部分的图案化模块可以包括：微型投射器，该微型投射器被配置成投射能量以执行用于增材制造的能量图案化；以及多轴微型定位系统，用于控制该微型投射器相对于图案化模块阵列内的其他图案化模块的微型投射器的定位。微型定位系统可以包括基于由远程控制器提供的图案化数据来操作的多个致动器。
在一些实施方式中，多轴微型定位系统可以实现微型投射器相对于阵列的其他图案化模块的微型投射器的定位，以便对准阵列的微型投射器的视场，从而生成连续显示区域。多轴微型定位系统可以根据来自远程控制器的自动控制命令来实现微型投射器的定位，从而将微型投射器的视场与阵列的其他图案化模块的至少一个视场自动对准。
在一些实施方式中，远程控制器可以被布置成与用于收集数据的至少一个传感器通信，以确定一个或更多个其他图案化模块的相对位置，用于将微型投射器的视场与阵列的至少一个其他图案化模块的微型投射器对准。通过远程控制器使用考虑到微型投射器和微型定位系统中的至少一者的反馈控制信息可以生成用于多轴微型定位系统的自动控制命令。尽管在一些实施方式中，可以应用任何合适方式的控制方案，包括导数、前馈控制和/或其组合。
在一些实施方式中，图案化模块还可以包括微型计算机。微型计算机可以被布置成与微型投射器和多轴微型定位系统中的至少一者通信。微型计算机可以被布置用于从远程控制器接收包括图案化数据的控制命令，以用于控制微型投射器和多轴微型定位系统中的至少一者的操作。
在一些实施方式中，通过微型计算机从远程控制器接收到的图案化数据可以包括用于多轴微型定位器的位置命令。图案化数据可以包括待由微型投射器投射的用于增材制造的投射数据集。图案化数据可以包括同步数据，用于同步阵列的模块的时间。例如，同步数据可以包括时钟信号和/或可以由数字和/或模拟信号形成。
在一些实施方式中，微型计算机和远程控制器之间的通信可以被加密。对微型计算机和远程控制器之间的通信进行加密可以包括对发送到与图案化模块相关联的地址的矢量字符串进行加密。加密可以包括应用对称加密密码。在一些实施方式中，加密可以包括应用特定于增材制造系统的密码密钥和/或令牌。加密可以包括基于数据缓冲频率和数据传输速度中的至少一者对x-y图像平面数据和z图像堆栈中的至少一者进行加扰。
在本公开内容中，增材制造设备可以包括设备控制器；以及在设备控制器的共同控制下的图案化模块阵列，其中设备控制器相对于图案化模块阵列被远程布置。通过处于远程，设备控制器可以在模块附近但与模块有区别，以允许模块的优选物理布置，同时具有中央控制。在一些实施方式中，阵列内的每个图案化模块可以包括微型投射器，该微型投射器被配置成投射能量以执行用于增材制造的能量图案化。一个或更多个图案化模块可以包括多轴微型定位系统，以控制微型投射器相对于图案化模块阵列的其他图案化模块的微型投射器的定位。一个或更多个微型定位系统可以包括基于由设备控制器提供的图案化数据来操作的多个致动器。
在一些实施方式中，每个图案化模块还可以包括与对应的微型投射器和多轴微型定位系统中的至少一者通信的微型计算机。每个微型计算机可以被布置用于从远程控制器接收包括图案化数据的控制命令，以用于控制对应的微型投射器和多轴微型定位系统中的至少一者的操作。
在一些实施方式中，多轴微型定位系统可以实现一个或更多个微型投射器相对于阵列的其他图案化模块的至少一个微型投射器的定位，以便对准阵列的微型投射器的视场，从而生成连续显示区域。多轴微型定位系统可以根据来自远程控制器的自动控制命令来实现一个或更多个微型投射器的定位，从而自动对准阵列的微型投射器的视场。
在一些实施方式中，增材制造设备还可以包括用于收集数据的至少一个传感器。至少一个传感器可以被布置成与设备控制器通信，用于确定一个或更多个图案化模块的相对位置，以用于对准阵列的微型投射器的一个或更多个视场。
在一些实施方式中，多轴微型定位系统的自动控制命令可以由远程控制器生成。远程控制器可以使用考虑到微型投射器和微型定位系统中的至少一者的反馈控制信息来生成自动控制命令。尽管在一些实施方式中，可以实现任何合适的控制方式，包括导数、前馈和/或其组合。
在一些实施方式中，通过至少一个微型计算机从远程控制器接收到的图案化数据可以包括用于多轴微型定位器的位置命令。图案化数据可以包括待由微型投射器投射的投射数据集。图案化数据可以包括用于在阵列的不同模块之间同步投射的同步数据。
在一些实施方式中，一个或更多个微型计算机与远程设备控制器之间的通信可以被加密。加密可以包括对发送到与图案化模块相关联的地址的矢量字符串进行加密。加密可以包括应用对称加密密码。加密可以包括应用特定于增材制造系统的密码密钥和/或令牌。加密可以包括基于数据缓冲频率和数据传输速度中的至少一者对x-y图像平面数据和z图像堆栈中的至少一者进行加扰。
在一些实施方式中，增材制造设备还可以包括基部安装件，其被配置成接收阵列的一个或更多个图案化模块的安装。基部安装件可以包括若干连接端口以提供电力和/或通信。每个连接端口可以被配置为与安装在基部安装件上的图案化模块中之一通信，以提供与远程控制器的通信，从而提供电力和/或通信。
在本公开内容中，一种执行增材制造的方法可以包括通过设备控制器对由多个图案化模块的阵列发射的投射能量进行控制。设备控制可以远程于图案化模块阵列。阵列内的每个图案化模块可以包括微型投射器，该微型投射器被配置成投射能量以执行能量图案化。该方法可以包括使用多轴微型定位系统来控制微型投射器相对于被包括在图案化模块阵列内的其他图案化模块中的微型投射器的定位，其中微型定位系统包括基于通过远程设备控制器所提供的指令来操作的多个致动器。
在一些实施方式中，该方法还可以包括通过耦合到微型投射器和/或多轴微型定位系统的微型计算机将从远程设备控制器接收到的数据中继到微型投射器或多轴微型定位系统。在一些实施方式中，该方法还可以包括对在微型计算机和远程设备控制器之间发送的数据进行加密。在一些实施方式中，多轴微型定位系统可以自动控制微型投射器相对于被包括在图案化模块阵列内的其他图案化模块中的微型投射器的定位，以便自动对准图案化模块阵列的微型投射器的视场，从而生成连续显示区域。
在一些实施方式中，该方法还可以包括使用传感元件来收集数据，以确定图案化模块的相对位置，从而提供微型投射器的视场与阵列中至少一个其他图案化模块的微型投射器的对准。在一些实施方式中，可以使用包括微型投射器和/或微型定位器的反馈回路来执行对多轴微型定位系统的控制。
本公开内容不限于本文描述的示例实施方式。本领域技术人员由于其技术知识，也将认为不同的修正和修改的范围也属于本公开内容。

Claims (38)

1.一种用于增材制造系统的、作为受远程于图案化模块阵列的控制器共同控制的所述图案化模块阵列的一部分的图案化模块，所述图案化模块包括：
微型投射器，所述微型投射器被配置成投射能量以执行用于增材制造的能量图案化；以及
多轴微型定位系统，用以控制所述微型投射器相对于所述图案化模块阵列内的其他图案化模块的微型投射器的定位，
其中，所述微型定位系统包括基于由远程控制器提供的图案化数据来操作的多个致动器。
2.根据权利要求1所述的图案化模块，其中，所述多轴微型定位系统实现所述微型投射器相对于阵列的其他图案化模块的微型投射器的定位，以便对准所述阵列的微型投射器的视场，从而生成连续显示区域。
3.根据权利要求2所述的图案化模块，其中，所述多轴微型定位系统根据来自所述远程控制器的自动控制命令来实现所述微型投射器的定位，从而将所述微型投射器的视场与所述阵列的其他图案化模块的至少一个视场自动对准。
4.根据权利要求3所述的图案化模块，其中，所述远程控制器被布置成与用于收集数据的至少一个传感器通信，以确定一个或更多个其他图案化模块的相对位置，以将所述微型投射器的视场与所述阵列的至少一个其他图案化模块的微型投射器对准。
5.根据权利要求3所述的图案化模块，其中，用于所述多轴微型定位系统的自动控制命令是通过所述远程控制器使用考虑到所述微型投射器和所述微型定位系统中的至少一者的反馈控制信息来生成的。
6.根据权利要求1所述的图案化模块，还包括微型计算机，所述微型计算机被布置成与所述微型投射器和所述多轴微型定位系统中的至少一者通信，用于从所述远程控制器接收包括所述图案化数据的控制命令，以用于控制所述微型投射器和所述多轴微型定位系统中的至少一者的操作。
7.根据权利要求6所述的图案化模块，其中，通过所述微型计算机从所述远程控制器接收到的所述图案化数据包括用于所述多轴微型定位器的位置命令。
8.根据权利要求6所述的图案化模块，其中，通过微型计算机从所述远程控制器接收到的所述图案化数据包括待由所述微型投射器投射的用于增材制造的投射数据集。
9.根据权利要求6所述的图案化模块，其中，所述微型计算机与所述远程控制器之间的通信是加密的。
10.根据权利要求9所述的图案化模块，其中，对所述微型计算机和所述远程控制器之间的通信进行加密包括对发送到与所述图案化模块相关联的地址的矢量字符串进行加密。
11.根据权利要求10所述的图案化模块，其中，加密包括应用对称加密密码。
12.根据权利要求9所述的图案化模块，其中，加密包括应用特定于所述增材制造系统的一个或更多个密码密钥和令牌。
13.根据权利要求9所述的图案化模块，其中，加密包括基于数据缓冲频率和数据传输速度中的至少一者对x-y图像平面数据和z图像堆栈中的至少一者进行加扰。
14.一种增材制造设备，包括：
设备控制器；以及
在所述设备控制器的共同控制下的图案化模块阵列，其中所述设备控制器相对于所述图案化模块阵列被远程布置，
其中，阵列内的所述图案化模块中的每个图案化模块包括：
微型投射器，所述微型投射器被配置成投射能量以执行用于增材制造的能量图案化；以及
多轴微型定位系统，用以控制所述微型投射器相对于所述图案化模块阵列的其他图案化模块的微型投射器的定位，
其中，所述微型定位系统包括基于由所述设备控制器提供的图案化数据来操作的多个致动器。
15.根据权利要求12所述的增材制造设备，其中，每个图案化模块还包括与对应的微型投射器和多轴微型定位系统中的至少一者通信的微型计算机，每个微型计算机被布置为从远程控制器接收包括所述图案化数据的控制命令，以用于控制对应的微型投射器和多轴微型定位系统中的至少一者的操作。
16.根据权利要求14所述的增材制造设备，其中，所述多轴微型定位系统实现一个或更多个所述微型投射器相对于所述阵列的其他图案化模块的至少一个微型投射器的定位，以便对准所述阵列的微型投射器的视场，从而生成连续显示区域。
17.根据权利要求16所述的增材制造设备，其中，所述多轴微型定位系统根据来自所述远程控制器的自动控制命令来实现一个或更多个微型投射器的定位，从而自动对准所述阵列的微型投射器的视场。
18.根据权利要求17所述的增材制造设备，还包括用于收集数据的至少一个传感器，所述至少一个传感器被布置成与所述设备控制器通信，用于确定一个或更多个图案化模块的相对位置，以用于对准所述阵列的微型投射器的一个或更多个视场。
19.根据权利要求18所述的增材制造设备，其中，用于所述多轴微型定位系统的自动控制命令是通过所述远程控制器使用考虑到所述微型投射器和所述微型定位系统中的至少一者的反馈控制信息来生成的。
20.根据权利要求15所述的增材制造设备，其中，通过至少一个微型计算机从所述远程控制器接收到的所述图案化数据包括用于所述多轴微型定位器的位置命令。
21.根据权利要求15所述的增材制造设备，其中，通过至少一个微型计算机从所述远程控制器接收到的所述图案化数据包括待由所述微型投射器投射的投射数据集。
22.根据权利要求14所述的增材制造设备，其中，一个或更多个微型计算机和远程设备控制器之间的通信是加密的。
23.根据权利要求22所述的增材制造设备，其中加密包括对发送到与所述图案化模块相关联的地址的矢量字符串进行加密。
24.根据权利要求23所述的增材制造设备，其中，加密包括应用对称加密密码。
25.根据权利要求22所述的增材制造设备，其中，加密包括应用特定于所述增材制造系统的一个或更多个密码密钥。
26.根据权利要求22所述的增材制造设备，其中，加密包括基于数据缓冲频率和数据传输速度中的至少一者对x-y图像平面数据和z图像堆栈中的至少一者进行加扰。
27.根据权利要求14所述的增材制造设备，其中，所述图案化数据包括用于在所述阵列的不同模块之间同步投射的同步数据。
28.根据权利要求14所述的增材制造设备，还包括基部安装件，所述基部安装件被配置成接收所述阵列的一个或更多个图案化模块的安装。
29.根据权利要求28所述的增材制造设备，其中，所述基部安装件包括多个连接端口，每个连接端口用于与安装在所述基部安装件上的所述图案化模块中之一通信。
30.根据权利要求1所述的图案化模块，其中，所述图案化数据包括用于在所述阵列的不同图案化模块之间同步投射的同步数据。
31.根据权利要求1所述的图案化模块，其中，所述图案化模块的视场大于所述图案化模块的覆盖区。
32.根据权利要求14所述的增材制造设备，其中，所述阵列的至少一个图案化模块的视场大于所述至少一个图案化模块的覆盖区。
33.一种执行增材制造的方法，包括：
通过远程于多个图案化模块的阵列的设备控制器控制由该图案化模块阵列发射的投射能量，其中，所述阵列内的每个图案化模块包括微型投射器，所述微型投射器被配置为投射能量以用于执行能量图案化；以及
使用多轴微型定位系统来控制所述微型投射器相对于被包括在所述图案化模块阵列内的其他图案化模块中的微型投射器的定位，其中，所述微型定位系统包括基于通过远程设备控制器所提供的指令来操作的多个致动器。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括通过耦合到所述微型投射器和/或所述多轴微型定位系统的微型计算机将从所述远程设备控制器接收到的数据中继到所述微型投射器或所述多轴微型定位系统。
35.根据权利要求34所述的方法，还包括对在所述微型计算机和所述远程设备控制器之间发送的数据进行加密。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述多轴微型定位系统自动控制所述微型投射器相对于被包括在所述图案化模块阵列内的其他图案化模块中的微型投射器的定位，以便自动对准所述图案化模块阵列的微型投射器的视场，从而生成连续显示区域。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括使用传感元件来收集数据，以确定所述图案化模块的相对位置，从而提供所述微型投射器的视场与所述阵列中的至少一个其他图案化模块的微型投射器的对准。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，使用包括所述微型投射器和/或所述微型定位器的反馈回路来执行对所述多轴微型定位系统的控制。
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