CN115551698A - 用于打印具有真实层切片的光学部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于打印三维光学结构、特别是眼科镜片的方法，其中，该三维光学结构由打印油墨层构建，这些打印油墨层通过在连贯的打印步骤中至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴而沉积，其中，对要打印的三维结构进行的切片(3)取决于预定真实层形状(2)来配适，使得在至少一个打印步骤期间取决于预定真实层形状(2)来打印至少一个层，其中，预定真实层形状(2)包括典型打印层的形状和/或体积特征。

Description

用于打印具有真实层切片的光学部件的方法
背景技术
本发明涉及一种用于打印三维光学结构、特别是眼科镜片的方法，其中三维光学结构由打印油墨层构建，这些打印油墨层通过在连贯的打印步骤中至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴而沉积。
从现有技术已知打印比如眼科镜片等三维光学结构。在三维打印中，三维结构是由打印油墨层构建的。对这些层的形状和大小进行编码的打印数据是通过将要打印的三维结构虚拟地切片成二维切片而获得的。通常，切片包括彼此平行的顶表面和底表面以及限定的且通常固定高度的周边边缘。例如，切片是圆柱形的并且具有变化的直径。对于每个切片，通过打印头的喷射喷嘴至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴来沉积一层。这些层至少部分地在彼此上方打印，以形成预期的三维结构。
由于沉积的打印油墨的表面张力，打印层的实际形状不同于该层的预期形状，即相应切片的形状。例如，在沉积层的顶表面上、特别是沿着沉积层的顶边缘可能形成弯月面。尽管这些偏差对于单个沉积层可能很小，但它们确实叠加起来并导致打印结构的形状与预期形状不同。由于光学应用所需的高精度，相关联误差对于打印的光学结构、特别是眼科镜片特别有害。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于打印三维光学部件、特别是眼科镜片的方法，与根据现有技术的方法相比，具有提高的精度。
根据本发明，此目的通过一种用于打印三维光学结构、特别是眼科镜片的方法来实现，其中三维光学结构由打印油墨层构建，这些打印油墨层通过在连贯的打印步骤中至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴而沉积，其特征在于对要打印的三维结构进行的切片取决于预定真实层形状来配适，使得在至少一个打印步骤期间取决于预定真实层形状来打印至少一个层，其中预定真实层形状包括典型打印层的形状和/或体积特征。
预定真实层形状允许考虑至少一个沉积层的实际形状。因此，可以在至少一个打印步骤中考虑沉积层的实际打印形状与该层的理想形状、即相应切片的偏差。例如由于表面张力，在沉积之后沿沉积层的顶边缘形成弯月面，使得多余的打印油墨沿该顶边缘形成边沿，并且由于缺乏打印油墨而在该沉积层的中心形成凹陷。通过在至少一个打印步骤n后的打印步骤中配适要打印的该三维结构的切片，可以考虑在该沉积层的实际形状与该层的理想形状之间的类似偏差。通过取决于该预定真实层形状配适切片来考虑该预定真实层形状，因此允许打印精度更高的三维光学结构。
在本发明的意义上，光学结构包括镜片、特别是眼科镜片。眼科镜片包括凹、凸、双凹、双凸和弯月形镜片。在本发明的意义上，眼科镜片还包括多焦点镜片以及梯度折射率镜片。眼科镜片特别地包括眼镜镜片或未插入眼睛中的其他镜片。
在本发明的意义上，光学部件的打印包括由打印油墨层构建该部件。这些是通过至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴来获得的。打印油墨液滴从打印头的喷嘴喷射，典型地朝向基材喷射。构成第二层和后续层的层的液滴至少部分地朝向先前沉积的层喷射，使得逐层构建该三维结构。
该打印油墨优选地包括半透明或透明组分。优选地，打印油墨包括至少一种光聚合组分。该至少一种光聚合组分优选是在暴露于辐射(例如紫外线(UV)光)时聚合的单体。沉积的液滴优选地在沉积之后针固化，即部分固化。优选地，增加该打印油墨的至少一种组分的粘度。针固化优选地在相应液滴沉积之后或在整个层或仅部分层沉积之后进行。替代地，针固化以一定的时间间隔进行，例如在每第二层打印之后。
层的形状和体积是通过要打印的该三维结构的虚拟切片来定义的。虚拟切片包括将预期形状近似为一堆二维切片。切片具有定义的高度h。优选地，所有切片的高度h相等，例如由使用中的该打印头喷射的液滴量定义。替代地或附加地，高度h由期望的打印时间和/或期望的精度定义。优选地，切片具有平坦的顶表面和底表面，它们彼此相同。特别优选地，切片彼此平行并且不相交。例如，切片是圆柱形的并且具有不同的直径。
在本发明的意义上，典型打印层是由特定打印机沉积的平均层，这取决于该打印头和所使用的打印油墨。典型打印层还取决于该打印头的喷射喷嘴、喷射液滴的体积、打印速度和其他打印机设定。体积特性描述了典型打印层的体积分布。它包含有关打印油墨沉积体积的信息。形状特征描述了形状，例如典型打印层的高度分布。例如，它包含有关该沉积的打印油墨的高度分布的信息。体积和/或形状特征是例如二维打印平面的函数。
根据本发明的优选实施例，在该至少一个打印步骤之前的校准步骤中确定该预定真实层形状。因此，可以为特定打印机和/或打印油墨和/或打印机设定确定一次该预定真实层形状。然后，此信息可以用于改进使用此打印机、打印油墨和/或打印机设定而执行的每次打印。
根据优选实施例，确定该预定真实层形状包括打印至少一个校准层并且在该校准步骤期间至少一次测量该至少一个校准层的形状和/或体积。优选地，确定该预定真实层形状包括在该校准步骤期间将多个测量的形状拟合到预定形状函数和/或将多个测量的体积拟合到预定体积函数。通过重复测量，可以减少测量误差，提高统计数据。典型打印层的形状和/或体积特征、即使用特定打印机、打印油墨和/或打印机设定而打印的平均层，可以轻松可靠地确定、捕获和存储。
在优选实施例中，该至少一个校准层的形状和/或体积通过在该校准步骤期间的面测量来确定。因此，获得该校准层的完整表面轮廓。通过重复测量和平均，可以确定典型打印层的平均表面轮廓。替代地或附加地，该至少一个校准层的形状和/或体积通过在该校准步骤期间的线测量来确定。这对于在打印平面中具有对称轴的层特别有用，例如打印眼科镜片时使用的圆形层。还可想象，在定义的角度处进行多线测量。例如，第一线测量与第二线测量正交。
根据优选实施例，在该至少一个打印步骤期间取决于该预定真实层形状的前馈来打印该至少一个层。该预定真实层形状有利地提供关于在该至少一个打印步骤之前的打印步骤中沉积的层的信息。根据替代实施例，在该至少一个打印步骤期间取决于该预定真实层形状的反馈来打印该至少一个层。该预定真实层形状有利地提供关于在该至少一个打印步骤期间沉积的至少一个层的信息。该预定真实层形状的前馈或反馈允许考虑该沉积层的实际形状，尽管是以近似的方式。
在优选实施例中，对应于该至少一个层的该切片的高度和/或形状取决于该预定层形状来配适。优选地，对应于该至少一个层的该切片的高度和/或形状在该至少一个打印步骤期间来配适。
根据优选实施例，取决于要打印的该剩余结构的虚拟切片来打印该至少一个层，其中要打印的该剩余结构由全三维光学结构与在该至少一个打印步骤之前的打印步骤期间打印的该结构的差异确定。根据优选实施例，在该至少一个打印步骤之前的打印步骤期间打印的该结构是使用该预定真实层形状来确定的。因此，不是由切片定义的理想层，而是以该预定真实层形状的形式考虑该沉积层的实际形状。因此，要打印的剩余结构考虑到在该至少一个打印步骤之前的打印步骤期间沉积的打印油墨的实际形状和/或体积分布来确定。
优选地，该至少一个打印步骤是第n打印步骤，要打印的该剩余结构被确定为在第(n-1)打印步骤的要打印的该剩余结构与该预定真实层形状之间的差异，其中n>1。特别优选地，此过程重复进行，例如对于在第一打印步骤后的所有打印步骤。由于在该至少一个打印步骤之前的打印步骤期间打印的结构是由该预定真实层形状确定的，因此其形状和/或体积是在之前的打印步骤期间沉积的实际形状和/或体积。定义该至少一个层的该切片是从要打印的真实剩余结构的切片中获得的。因此，防止了来自沉积层变形(例如通过表面张力和粘度效应)的误差累积。不仅如此，在对要打印的剩余结构进行切片时，还要考虑这些变形。如此增强的切片因此补偿了沉积层的变形。
附图说明
图1示意性地展示了根据本发明示例性实施例的打印方法。
图2示意性地展示了根据本发明示例性实施例的校准步骤。
图3示意性地展示了根据本发明示例性实施例的打印方法。
具体实施方式
本发明将针对特定实施例并针对某些附图进行描述，但本发明不限于此，而仅由权利要求书限制。所描述的附图仅是示意性的并且是非限制性的。在附图中，一些元件的大小可能被夸大并且出于说明目的可能未按比例绘制。
在使用不定冠词或定冠词的情况下，当提及单数名词例如“一(a)”、“一个(an)”、“该(the)”时，这包括多个该名词，除非另外特别指出。
另外，在说明书和权利要求中使用的术语第一、第二、第三等用于区分相似的元件，而不一定用于描述连续的或者按时间先后的顺序。应当理解的是，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或所示出的顺序来操作。
在图1中，示意性地展示了根据本发明示例性实施例的打印方法。
根据现有技术，三维结构1被虚拟地切片成二维切片。对于这些切片中的每一个，从喷墨打印机的打印头的喷射喷嘴来沉积打印油墨层。由于沉积的打印油墨的表面张力，沉积层的形状与相应切片定义的预期形状不同。例如，在打印眼科镜片时，切片是圆柱形的，其顶表面和底表面是平坦的并且彼此平行。然而，由于表面张力和粘度效应，相应沉积层的顶表面并不平坦。通常，弯月面沿沉积层的顶表面边缘形成。因此，多余的打印油墨沿层的顶边缘累积，在顶表面形成环形突起。只有在不足量的打印油墨的情况下，此突起伴随着环形凹陷。如果不加以考虑，这些偏差会累积，从而导致容易出错的三维光学结构。
为了考虑这些偏差，根据本发明的方法在至少一个打印步骤期间考虑真实层形状，即在打印过程期间沉积层的实际形状。真实层形状以包括典型打印层的形状和/或体积特征的预定真实层形状的形式提供。典型打印层特定于特定打印机、打印油墨和/或打印机设定。它包括使用具有特定打印机设定的特定打印机沉积的特定打印油墨的平均层的形状和/或体积特征。优选地，在至少一个打印步骤之前的校准步骤期间获得预定真实层形状，参见图2。在校准步骤期间，校准层被沉积并且校准层的形状和/或体积被确定为至少一次。优选地，沉积多个校准层并且分别测量并平均它们的体积和/或形状。特别优选地，测量的体积，或者在多次测量的情况下，平均体积被拟合到预定体积函数。替代地或附加地，测量的形状，或者在多次测量的情况下，平均形状被拟合到预定形状函数。形状和/或体积通过二维测量来确定。替代地，形状和/或体积通过一个或多个一维(即线)测量来确定。线测量节省时间和成本，特别适用于在打印平面中具有至少一个对称轴的切片。对于用于打印眼科镜片的圆柱形切片，一维线测量足以捕获典型打印层的体积和/或形状特征。在图2中描绘的示例中，形状是通过至少一个校准层的高度测量来确定的。例如，高度轮廓可以通过共焦高度测量来确定。这里，对十个校准层进行共焦高度测量并对其进行平均，以获得典型打印层的高度轮廓。如从平均相对层高(虚线)可以推断的，典型打印层不是平坦的。特别是，典型打印层的顶表面是不平坦的。由于表面张力和粘性效应，形成了突起和相邻的凹陷。由高度轮廓给出的平均形状被拟合到预定形状函数(实线)。例如，预定形状函数是
Figure BDA0003791116400000061
这里，定义了要拟合的参数。变量描述了沿校准层直径的长度。预定形状和/或体积函数允许以紧凑和有效的方式确定、捕获和存储典型打印层的形状和/或体积特征。然后，例如以拟合的预定形状函数的形式和/或以拟合的预定体积函数的形式提供预定真实层形状。替代地，以查找表的形式提供形状和/或体积特征。
根据本发明，三维光学结构由打印油墨层构建，这些打印油墨层通过在连贯的打印步骤中至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴而沉积。取决于如上所述在校准步骤期间确定的预定真实层形状，在对应的至少一个打印步骤期间打印至少一个层。预定真实层形状是例如在至少一个打印步骤中通过相应形状和/或体积函数的前馈或反馈来提供的。优选地，在至少一个打印步骤期间对要打印的结构进行的切片取决于预定真实层形状来配适。例如，对应于至少一个的切片的高度和/或形状在至少一个打印步骤期间来配适。
优选地，预定真实层形状用于在各个打印步骤期间配适对多个层进行的切片。例如，在打印初始层的初始化步骤I之后，通过前馈FF在至少一个打印步骤期间提供预定真实层形状。至少一个打印步骤是第n打印步骤，例如n＝2。
在至少一个打印步骤期间，执行三个子步骤S1、S2和S3。首先，在子步骤S1中确定要打印的剩余结构R。在第n打印步骤中要打印的剩余结构Rn是作为在第(n-1)打印步骤中要打印的剩余结构Rn-1与先前沉积层的差异而获得的。以预定真实层形状2的形式考虑先前沉积的层，如图3所示。从剩余结构Rn-1中减去预定真实层形状2。因此，获得了剩余结构Rn。剩余的结构Rn被虚拟地切片成二维切片3，从而为第n打印步骤提供打印数据。这是在至少一个打印步骤的真实层切片子步骤S2期间完成的。在至少一个打印步骤的子步骤S3期间执行至少一个层的实际打印。在子步骤S3期间沉积对应于从真实层切片3获得的最低切片的层。优选地，针对多个层重复子步骤S1-S3。特别优选地，重复子步骤S1-S3，直到完成三维光学结构1。子步骤S1-S3之后可选地是最终确定步骤F。最终确定步骤F包括，例如，在并非所有层都使用真实层切片3和预定真实层形状2打印的情况下，需要对要打印的剩余层进行常规打印以完成三维光学结构1。最终确定步骤F还可以包括磨边、表面处理、涂覆和完成打印的三维光学结构1所需的其他方法。
附图标记
1 三维光学结构
2 预定真实层形状
3 真实层切片
I 初始步骤
S1 要打印的剩余结构的确定
S2 真实层切片
S3 打印步骤
FF 真实层形状的前反馈
F 完成步骤
Rn 要打印的剩余结构(第n打印步骤)
n 打印步骤数。

Claims (13)

1.一种用于打印三维光学结构(1)的方法，
其中，所述三维光学结构(1)由打印油墨层构建，所述打印油墨层通过在连贯的打印步骤中至少部分并排地有针对性放置打印油墨液滴而沉积，
其特征在于，对要打印的所述三维结构(1)进行的切片(3)取决于预定真实层形状来配适，使得在至少一个打印步骤n期间取决于所述预定真实层形状(2)来打印至少一个层，其中所述预定真实层形状(2)包括典型打印层的形状和/或体积特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述至少一个打印步骤n之前的校准步骤中确定所述预定真实层形状(2)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述预定真实层形状(2)包括打印至少一个校准层并且在所述校准步骤期间至少一次测量所述至少一个校准层的形状和/或体积。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述预定真实层形状(2)包括在所述校准步骤期间将多个测量的形状拟合到预定形状和/或将多个测量的体积拟合到预定体积函数。
5.根据权利要求2至4所述的方法，其特征在于，所述至少一个校准层的形状和/或体积通过在所述校准步骤期间的面测量来确定。
6.根据权利要求2至4所述的方法，其特征在于，所述至少一个校准层的形状和/或体积通过在所述校准步骤期间的线测量来确定。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述至少一个打印步骤n期间取决于所述预定真实层形状的前馈来打印所述至少一个层。
8.根据权利要求1至6所述的方法，其特征在于，在所述至少一个打印步骤n期间取决于所述预定真实层形状的反馈来打印所述至少一个层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对应于所述至少一个层的所述切片的高度和/或形状取决于所述预定真实层形状(2)来配适。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对应于所述至少一个层的所述切片的高度和/或形状在所述至少一个打印步骤n期间来配适。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，取决于对要打印的所述剩余结构Rn进行的虚拟切片(3)来打印所述至少一个层，其中要打印的所述剩余结构Rn由全三维光学结构(1)与在所述至少一个打印步骤之前的打印步骤期间打印的所述结构的差异确定。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述至少一个打印步骤n之前的打印步骤期间打印的所述结构是使用所述预定真实层形状(2)来确定的。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个打印步骤n是第n打印步骤，要打印的所述剩余结构Rn被确定为在第(n-1)打印步骤的要打印的所述剩余结构Rn-1与所述预定真实层形状(2)之间的差异，其中n>1。
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