CN117222514A - 立体光刻系统的校准方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于产生产品的系统。该系统一般包括大面积微立体光刻系统、光学成像系统以及与大面积微立体光刻系统和光学成像系统通信的控制器。大面积微立体光刻系统能够通过在构建平面处以光学方式聚合可固化树脂的连续层来生成产品。控制器能够基于所捕捉图像分析参考目标的聚焦水平；以及基于该分析，调整立体光刻系统的投射图像光束的聚焦特性。

Description

立体光刻系统的校准方法

相关申请的交叉参考

本申请为根据35 U.S.C.119(e)要求2021年4月26日提交的第63/179,876号美国临时申请的优先权的非临时申请，该美国临时申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。

关于联邦资助研究的声明

本发明是在政府支持下根据由美国能源部授予的第DE-AC52-07NA27344号合同完成的。政府对本发明具有一定权利。

技术领域

本文所描述的主题涉及一种用于产生产品的经光学校准的大面积微立体光刻系统，以及相关设备和方法。此微立体光刻系统对于零件的3D打印具有特定但非排他性的效用。

背景技术

微立体光刻的概念用于塑料组件和其它复杂3D物体的快速成型和小规模生产。在流体介质内通过以聚焦于位于介质表面处或附近的构建平面或打印平面中的辐射光束选择性地固化介质来产生物体。3D模型(例如，使用CAD软件、3D扫描或通过其它方式产生)可被细分成2D切片，且每一切片可被细分成若干区。投影设备可接着将每一区的图像曝光于构建平面的等效区中。这准许极高分辨率的曝光，其中体素的大小仅为数十微米，跨越数百毫米或更大的区。随后用升降机系统将曝光层降低到介质中，使得新的层可曝光于现在空着的构建平面中。以此方式，可快速、可靠且可重复地构建大型形状，直到产生完成的3D物体。此类原理描述于例如莫兰(Moran)的第2016/0303797号美国专利公开案中，该专利公开案特此以引用的方式包含在内，如同在本文中完全阐述。

然而，此类微立体光刻系统具有许多缺点，包括跨越构建平面的光束聚焦和强度的不期望的变化，以及另外其可降低系统的分辨率和/或光束配准，从而产生低质量零件。因此，长期以来存在对解决前述和其它问题的改进的微立体光刻系统的需求。

本说明书的此背景技术部分中包含的信息(包含本文引用的任何参考及其任何描述或论述)仅出于技术参考目的而被包含，且不应视为借以限定本公开的范围的主题。

发明内容

公开一种经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)系统，其包括光学系统、空间光调制器(SLM)、光束传递系统、可固化树脂槽、槽内的升降机系统以及光学成像系统。将物体的3D模型(例如，CAD模型或3D图像)细分成切片和切片区。将每一切片区投射到可固化树脂槽的表面附近的构建平面或打印平面的对应区上，由此将曝光区交联为固体聚合物，直到曝光整个构建平面的所需体素。然后，升降机降低，将新制树脂带入构建平面，使得可曝光新层。制造新层直到创建完成的3D物体。因为构建平面或打印平面被细分成多个区，所以每次曝光的分辨率可以非常高(例如，体素大小为数十微米或更小)，而构建平面可以潜在地相当大(例如，数百毫米或更大)。光学成像系统用于对构建平面成像并校准微立体光刻系统的光学件，因此确保跨越整个构建平面的一致的配准、曝光和图像分辨率。此过程不限于从上到下的打印。投影还可通过窗口、向上进入缸内，且针对每一后续层升高构建平台。

本文所公开的经光学校准的微立体光刻系统对于有用物体的3D打印具有特定但非排它性的效用。

提供本发明内容是为了以简化形式引入在下文的具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本发明内容并不预期识别所要求保护主题的关键特征或基本特征，也并不预期限制所要求保护主题的范围。如权利要求书中所定义的经光学校准的微立体光刻系统的特征、细节、效用和优点的更广泛呈现提供于本公开的各种实施例的以下书面描述中且在附图中示出。

附图说明

将参考附图描述本公开的说明性实施例，在附图中：

图1为根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)系统的至少一部分的示意性表示。

图2为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统的至少一部分的示意性表示。

图3展示根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL方法的流程图。

图4为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统的构建平面的至少一部分的示意性表示。

图5为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统的构建平面的至少一部分的示意性表示。

图6为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统的至少一部分的示意性侧视横截面图。

图7a为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统的构建平面的至少一部分的透视图。

图7b为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统的可固化树脂槽的至少一部分的透视图。

图8为根据本公开的实施例的处理器电路的示意图。

图9示出根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)方法的流程图。

图10示出根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)聚焦校准方法的流程图。

图11示出根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)聚焦校准方法的流程图。

图12示出根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)对准映射校准方法的流程图。

图13示出根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)亮度校准方法的流程图。

具体实施方式

根据本公开的至少一个实施例，提供一种经光学校准的大面积微立体光刻系统，其可用于快速制造具有微观特征的复杂的宏观三维组件。该系统使用与扫描光学投影系统协调的空间光调制器(SLM)，例如液晶显示器(LCD)屏幕或数字微镜显示器(DMD)，以通过微立体光刻产生大型、详细的物体。3D计算机模型被细分成切片，每一切片被细分成区，并且每一区被传送到SLM以形成图像。SLM图像随后被投射到由于辐射曝光而交联或以其它方式硬化的感光液体(例如，树脂)上。此投影通过扫描光学系统实现，该扫描光学系统可将SLM图像引导到比SLM图像自身大得多的构建平面或打印平面的不同构建区。SLM上的新模型区的成像与光学系统协调，使得每一图像被引导到构建平面的适当部分，其中成像模型区和构建平面投影位置离散地(例如，闪光移动成像)或连续地改变。通过使用光束引导光学件，当SLM图案更新时，将投影移动到构建平面上的新位置，以在感光流体中创建比单个SLM图像大得多的大的连续图像。这使得能够制造非常大的零件或产品，尽管其具有较小特征大小。以此方式，单个微立体光刻系统覆盖相当大的区域。然而，多个微立体光刻系统也可以组合在一起，使得其构建平面覆盖甚至更大的区域，以制造甚至更大的物品。通过协调两个或更多个微立体光刻系统的扫描光学件和SLM图像，单个处理器或控制器可跨越组合构建平面生成所需图案，组合构建平面可通过包含额外微立体光刻系统而增加到任何任意大小。

OCLAuSL系统还包含光学成像系统。光学成像系统可用于对构建平面成像。更具体地说，光学成像系统可对构建平面内的物品，例如参考组件或测试图案，或具有已知光学特性的镜或其它参考目标成像。CPU、处理器或控制器可随后分析构建平面的一个或多个图像，且调整光学系统的参数(例如，亮度或焦点)或SLM的参数(例如，SLM图像的灰度特性)或光束传递系统的参数(例如焦点、图像定位等)。以此方式，光学成像系统可用于在制造新产品之前或在制造产品期间实时或近实时地校准微立体光刻系统。

如同其它立体光刻系统，聚合的体积速率(每单位时间从液体变成固体的体积)可至少部分地由树脂的临界能量和聚合光的总功率确定。举例来说，本文所描述的系统的一些实施例可能够以约每小时若干升的速率聚合树脂，但也涵盖更快和更慢的速率。

OCLAuSL系统、设备和方法可快速制造具有高分辨率特征(例如，体素大小为数十微米或更小——与人类细胞的规模相当)的大物品(例如，大小为数十、数百或数千毫米，或更大和更小的其它大小)，该高分辨率特征跨越产品的面积或体积保持一致。在一些情况下，制造的物品可按原样作为完成的产品使用。在其它情况下，制造的物品可接着用作用于浇铸、吹塑、注塑、热成型和用于聚合物、金属或陶瓷物件的其它制造工艺的模具或母模。

因为所制造的物体或产品最终由体素(例如，三维像素)构成，所以当在足够精细的尺度上观察时，其结构可呈现“像素化”。然而，本公开的优势在于此类像素化可以太精细而无法被人眼察觉的尺度发生。

这种能够制造具有大体积或横截面积的一致精细特征的物品的能力使OCLAuSL系统、设备和方法与其他技术区分开来，并且不仅有助于原型的快速制造，还有助于为个体客户快速制造成品、定制的小批量生产产品。光可固化介质还可包含金属、陶瓷或其它材料(例如，木材)的粒子，从而允许生产复合零件和/或去除聚合物以及(例如)烧结金属或陶瓷组件，由此实现纯金属或陶瓷零件的生产。

为了促进对本公开的原理的理解，现将参考附图中所示的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，应理解，无意限制本公开的范围。如本公开所涉及的领域的技术人员通常将想到的，对所描述的装置、系统、方法进行的任何更改和进一步修改以及对本公开的原理的任何进一步应用均被充分预期且包含在本公开内。具体地，完全预期相对于一个实施例描述的特征、组件和/或步骤可与相对于本公开的其它实施例描述的特征组件和/或步骤组合。然而，为简洁起见，将不单独地描述这些组合的大量迭代。

仅出于例示性目的提供这些描述，且不应被视为限制经光学校准的大面积微立体光刻系统的范围。可在不脱离所要求保护的主题的精神的情况下添加、去除或修改某些特征。

图1为根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)系统100的至少一部分的示意性表示。OCLAuSL系统100包含将图像光束185投射到构建平面190上的OCLAuSL光束单元110。

OCLAuSL光束单元110包含光学系统112，其生成光束113，光束随后穿过或到达生成图像的空间光调制器(SLM)系统114。SLM系统可例如为光束113从中穿过的液晶显示器(LCD)屏幕，或光束113从其反射的数字微镜显示器(DMD)，或具有孔径的一个或多个旋盘(如在旋盘共聚焦显微镜中)，或用于从光束113生成调制图像光115的另一类型的空间光调制器114。SLM系统可例如具有640x480像素、1024x768像素、1920x1080像素的分辨率或更大和更小的其它分辨率。在一些实施例中，光学系统112和SLM系统114可组合到单个系统中。举例来说，可直接对光源阵列(例如微LED阵列)成像，以产生调制图像光115。不管如何产生调制图像光115，其随后都穿过光束传递系统116，光束传递系统116将图像光束185投射到构建平面190上。

OCLAuSL系统100还包含能够控制或发送指令到光学系统112、SLM系统114和光束传递系统116的控制器、中央处理单元(CPU)或处理器170。在一些实施例中，光学系统112、SLM系统114或光束传递系统116中的一者或多者可包含其自身的控制器170，且在这些实施例中的一些中，这些控制器170彼此和/或与独立的控制器170通信。

控制器170包含或接收期望产品的3D模型120。控制器随后将3D模型120划分成多个2D切片130，或从另一源接收多个2D切片130。举例来说，3D模型可被划分成2个、10个、100个、1000个、10,000个、100,000个、1百万个或更多个切片。每一切片限定穿过待构造的物体或产品的平面横截面，且可个体地存储(例如，作为一系列BMP、JPEG或其它图像文件)。对于个体切片140，控制器接着将2D切片140细分成多个区150或从另一源接收多个区150。在示例中，一些切片可仅具有一个区，而如果区不重叠，那么可存在数百个区，并且如果区重叠，那么每一切片中可能存在数百万个区。其它布置也是可能的且落入本公开的范围内。

这些区还可以任何期望的格式存储为个体图像文件。控制器随后从多个区150选择当前区160，且将关于当前区160的信息发送到SLM系统114，SLM系统114从光束113生成调制图像光115，调制图像光其可为所期望物体或产品的3D模型120的当前2D切片140的当前所选区160的图像。调制图像光115接着穿过光束传递系统116，光束传递系统116可例如将调制图像光115扩展聚焦或收缩聚焦成投射图像光束185，投射图像光束185包含3D模型120的对应部分的图像且因此包含所期望产品的对应部分的图像。投射图像光束185与构建平面190相交，使得由SLM 114产生的图像聚焦到构建平面190上。投射图像光束185可包含单色(例如，黑色和白色)图像或灰度图像或其组合。灰度像素的亮度或白度水平可影响构建平面中体素的固化量或完全固化体素所需的曝光时间。但在一些情况下，还可使用彩色图像，颜色可能不会影响感光树脂的固化。在其它情况下，图像的给定像素的颜色(例如，波长)可影响构建平面中体素的固化量或完全固化体素所需的曝光时间，包含其中一种颜色根本不固化树脂的情况，且可例如用于将在构造下并不影响物体的引导标记投射到构建平面上。投射图像光束185的此调制在一些情况下可被称为“动态掩蔽”。

将构建平面190细分成多个构建区195，每一构建区对应于当前所选2D切片140的多个区150中的一区160。当前照明构建区197通过投射图像光束185暴露，使得在构建平面的该部分中的光可固化树脂可以通过投射图像光束185的明亮部分曝光和固化，同时保持投射图像光束185的黑暗部分中的液体，如下文所描述。图像区160和构建平面区197的选择和曝光可以是离散的(例如，闪光移动曝光)，或可以是连续的。在一些示例中，可在空间光调制器的调制速率(例如，10-20kHz)下或在60Hz的视频帧速率下曝光，但可替代地或另外使用更大和更小的其它速率。

当依序选择当前2D切片的多个区150中的不同区160时，控制器170利用SLM 114生成对应图像并且引导光束传递系统116将对应图像曝光于构建平面190的多个构建区195中的不同所选构建区197上。以此方式，可在构建平面190中产生所期望产品的完成2D切片。可通过以下方式产生完成的3D产品：用升降机系统将产品降低到光可固化树脂槽(resinbath)中，并依序曝光多个2D切片130中的每一2D切片140，如下文所描述。

OCLAuSL系统100的OCLAuSL光束单元110还包含在控制器170的控制下的光学成像系统118。光学成像系统能够对构建平面190的至少一部分成像。在一些实施例中，光学成像系统118能够以单个图像或连续图像(无论是离散扫描还是连续扫描)对整个构建平面190成像。具体地说，光学成像系统118可用于对构建平面内的物品成像，例如正构造的测试产品，或参考组件或测试图案，或具有已知光学特性的镜或其它参考目标。控制器170可随后分析构建平面、测试产品或参考物体的一个或多个图像，并且可调整光学系统112的参数(例如，亮度、焦点、准直、对准等)或SLM 114的参数(例如，图像的对比度、亮度、灰度特性等)或光束传递系统116的参数(例如，焦点、对准、图像定位等)。以此方式，光学成像系统118可用于在制造新产品之前或在制造产品期间实时或近实时地校准OCLAuSL系统100。

在继续之前，应注意，出于说明的目的提供上述实例，而并不预期为限制性的。可利用其它装置和/或装置配置来执行本文中所描述的操作。

图2为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统100的至少一部分的示意性表示。OCLAuSL系统100包含光学系统112、空间光调制器(SLM)系统114、光束传递系统116和光学成像系统118。

光束传递系统116将图像光束185投射到所选构建区197上。在示例中，投射图像光束185含有由光学系统112生成的所有波长的光。在其它示例中，投射图像光束仅含有由光学系统112生成的所选波长(例如，最适合于固化构建平面中的感光树脂的那些光化波长)的光。

光学成像系统能够对所选构建区成像。在一些实施例中，光学成像系统使用来自投射图像光束的反射光来对所选构建区197成像。在其它实施例中，光学成像系统用由光学系统生成的光的不同部分(例如，适合于固化感光树脂或最适合于对构建平面中的所选特征成像的那些非光化波长)来照明所选构建区197。

光学系统112可例如包含波束发生器210和调节光学件220。波束发生器210可例如为或包含发光二极管(LED)、超发光二极管(SLD)、激光器、卤素灯泡或其它白炽光源、氙气闪光灯或其它电弧源、聚光灯或其它烛光发光源，或所属领域中已知的其它发光组件，包含其组合。在一些实施例中，光可调节以使得其包括科勒照明。光束发生器210可生成单一波长或窄波长范围或宽波长范围或多个波长范围的光。所发射波长可包含红外、可见和紫外波长。光学系统112还可包含调节光学件220。调节光学件220可例如包含准直器(例如，用以收紧光束)、光束均匀器、扩束器(用以使光束的大小与SLM 114的大小相匹配)、一个或多个滤光器(用以传输某些波长的光，例如能够引发光化学反应的光化波长，同时反射或吸收其他波长，例如非光化波长)、一个或多个反射镜、一个或多个透镜、一个或多个分束器、一个或多个光瞳、一个或多个光阀、一个或多个扩束器或缩束器和/或所属领域中已知的根据需要将生成的光引导到SLM系统114上和/或照明用于光学成像系统的所选构建区197的其他光学件。调节光学件220还可包含能够监测光束状态(例如，亮度、对准等)的一个或多个传感器。

光束传递系统116可例如包含光束转向系统230和光束传递光学件240。光束转向系统230可例如为或包含可转向镜，例如旋转多边形镜。在示例中，光束转向系统为具有10微米或更好精度的微致动镜，微致动镜配置成在控制器170(参见图1)的控制下将SLM图像传递到树脂槽中的适当位置。在一些实施例中，光束转向系统包括一个或多个电流计镜，其可在两个维度上离散地或连续地转向且可由一个或多个步进式电机或伺服电机操作。在一些实施例中，光束转向系统可为可在两个维度上转向的单个镜。

光束传递系统116还可包含光束传递光学件240。光束传递光学件240可例如包含一个或多个反射镜、一个或多个扩束器或缩束器(例如，用以使投射图像光束185的大小与所选构建区197的大小相匹配)、一个或多个聚焦透镜(例如，用以确保投射图像光束185的焦平面与所选构建区197共面)、一个或多个孔径、一个或多个扫描透镜(例如，平场扫描透镜)和/或所属领域中已知的根据需要将投射图像光束185从光束转向系统230传递到所选构建区197的其他光学件。构建平面处于光可固化材料槽的顶层，且使所期望图案曝光或固化到材料中，如下文所描述，或其可通过透明介质(例如，窗口)从下方暴露，从而从下方固化所期望图案。

光学成像系统118可例如包含例如电荷耦合装置(CCD)阵列或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机的成像元件250以及成像光学件260。成像光学件260可包含透镜、反射镜、分束器、光阀、光瞳和如所属领域的普通技术人员将理解的其它光学组件，其起到将构建平面190或当前构建区197的准确图像传递到成像元件250的作用，使得准确图像可由成像元件250捕捉并(例如，由图1的控制器170)分析。

在一些实施例中，光学成像系统118和光束传递系统116可包含共同透镜或孔径180。在其它实施例中，光学成像系统118和光束传递系统116各自包含其自身的独立透镜或孔径180。

OCLAuSL系统100还可根据需要或如所属领域的普通技术人员可能想到的包含在其它位置中(例如，SLM 114与光束转向系统230之间等)的其它光学组件，以引导和对准光束。举例来说，调节光学件220、光束传递光学件240和/或成像光学件260可为或可包含分束器，分束器能够：(i)接受来自SLM系统114的调制照明光并将调制照明光引导到构建平面190的所选构建区197；以及(ii)接受来自构建平面的成像光，并将成像光引导到光学成像系统118。此类配置和其它配置均落入本公开的范围内。

图3示出根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)方法300的流程图。由计算机、控制器或处理器控制和同步升降机运动、光束开/关和成像显示。

在步骤310中，方法300包含创建期望的物体或产品的3D模型。这可例如使用计算机辅助设计(CAD)、通过3D扫描期望的物体或产品的实例或通过所属领域中已知的其它方式进行。

在步骤320中，方法300包含将3D模型划分成多个切片。切片的数目可例如确定将由OCLAuSL系统用以产生期望的物体或产品的Z分辨率或Z体素大小。举例来说，如果期望的物体或产品高100毫米，那么将其细分成1,000个切片将产生沿Z轴的100微米的最小特征大小。

在步骤330中，方法300包含将当前选择的切片细分成切片区。切片可例如被细分成一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、二十个、三十个、四十个、五十个、六十个、七十个、八十个、九十个、一百个、一千个、一万个或更多个切片区。切片区可具有相同或相似大小，或可具有不同大小。切片区可邻接、可重叠或可包含相邻切片区之间的间隙。

在步骤340中，方法300包含将所选切片区发送到空间光调制器(SLM)，使得SLM在由光学系统产生的光束内生成所选切片区的图像。在一些示例中，SLM图像的每一像素的亮度可仅具有两个可能值-亮(on)或暗(off)。在其它示例中，SLM图像的每一像素的亮度可处于例如8、16、128、256、512、1024或更多可能值的灰度，其中较大值表示较亮像素且较小值表示较暗像素，或反之亦然。

在步骤350中，方法300包含将SLM图像发送到可调式光束传递系统。

在步骤360中，方法300包含指示可调式光束传递系统将SLM图像引导到构建平面的所选构建区上，该所选构建区在构建平面内的位置对应于所选切片区在所选2D切片内的位置。所投射图像聚焦于含有光可固化树脂或液体的构建平面处，使得光化性光在材料内形成某些形状或图案。这将使SLM图像此位置处曝光于感光液体树脂中，从而固化树脂中SLM图像较亮的部分(例如体素或体素群组)，并且使液体树脂中SLM图像较暗的部分不变。更亮的像素将导致树脂更多的曝光，并因而在构建平面内的特定体素处更多的交联。较多的交联可与固化树脂的较致密和/或较硬体素相关联，而较少的交联可与固化树脂的较不致密和/或较柔体素相关联。当交联完成或至少足以使曝光区中的图案保持其完整性时，执行行进到步骤370。

在步骤370中，方法300包含在所选切片内选择下一切片区。随后执行返回步骤340。然而，如果当前切片的所有切片区已经在构建平面上成像，那么不存在下一切片区，执行继续行进到步骤380。

在步骤380中，方法300包含降低树脂槽中的升降机平台。升降机平台和树脂槽例如在图6中示出。降低升降机平台还将当前切片降低到树脂槽的更深水平中，并且准许新制树脂流入构建平面。在一些情况下，将升降机平台降低等于当前切片的厚度的Z距离。在其它示例中，有时被称作“浸泡”，将升降机平台降低较大量，接着升高到等于当前切片的厚度的Z距离。浸泡准许未被交联副产物污染的干净树脂流入构建平面。

在步骤390中，方法300包含选择3D模型中的下一切片。随后执行返回步骤330。然而，如果先前已选择3D模型中的所有切片，那么不存在下一切片，执行行进到步骤395。

在步骤395中，完成期望的物体或产品的制造。换句话说，上文所定义的逐层过程一直持续到制造完成的3D物体为止。

应理解，可以与图3中所展示的次序不同的次序执行方法300的步骤，在其它实施例中，可在步骤之前、期间和之后提供额外步骤和/或可替换或除去所描述的步骤中的一些。方法300的步骤中的一个或多个可由本文中所描述的一个或多个装置和/或系统执行，例如控制器170(参见图1)的组件和/或处理器电路850(参见图8)。

图4为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统的构建平面190的至少一部分的示意性表示。在图4所示的示例中，构建平面190被细分成八个构建区195a-195g。所有八个构建区的横跨部分为由OCLAuSL系统制造的产品420的产品切片410。产品切片410可例如包括曝光的、交联的、固化树脂的多个区或体素，使得多个堆叠产品切片410组成成品420。

在图4所示的示例中，构建平面190还包含可由光学成像系统118(参见图1)成像的四个参考组件、目标、测试基板或测试图案430，以促进由控制器170(参见图1)对OCLAuSL系统进行的校准。在一些实施例中，参考组件、目标或测试图案430可连同产品切片410一起构造于构建平面内，例如通过使用能够曝光或交联树脂的光化波长的光将其投射到构建平面上。在其它实施例中，参考组件、目标或测试图案430可放置于构建平面内，或可使用不能曝光或交联树脂的波长的光投射到构建平面上。参考目标或测试图案可例如具有径向对称性(例如，圆点)，可具有变化空间频率的特征(例如，不同宽度的线对)，可具有在不同定向变化空间频率的特征(例如，辐条目标)，或可包含所属领域中已知的可辨识文本、符号或其它特征，包含其组合。在不脱离本公开的精神的情况下，参考组件、目标或测试图案430的数目、大小、形状、位置、定向和其它特性可不同于本文中所示或描述。

在示例中，如果区195(如图4中所示)按字母顺序195a、195b、195c、195d、195e、195f、195g，最后是195h曝光，那么光束移动最小化。取决于实施方案，可能发现其它顺序更高效，例如a-d-e-h-g-f-c-b或任何其它可能顺序。其它连续或离散曝光图案也可能是合意的，包含使完成层所需的总曝光时间和/或所需的光束移动最小化的环形或螺旋形。更一般来说，可以选择曝光图案以最小化移动在后续曝光之间再聚焦投影的光学元件所需的时间。螺旋图案为此情况的示例，因为再聚焦元件不必移动那么远。替代地，可以选择曝光图案以最小化任何给定拼片的曝光与其邻近或重叠相邻者的曝光之间的平均或最大时间。光栅扫描在此方面表现良好。在一些情况下，这可减少邻近或重叠拼片之间的缝隙的出现。可替代地或另外使用其它布置和优化，包含其组合。

完成的物体或产品420的分辨率和体素大小取决于SLM 114的分辨率(参见图1和2)以及构建平面190内的每一构建区195的大小。类似地，完成的物体或产品420的最大大小取决于构建区的数目和布置及其大小。举例来说，如果图4所示的八个构建区195中的每一个的大小为1024×768毫米，且SLM 114的分辨率为1024×768像素，那么构建平面中的体素大小将为1×1mm，且构建平面的总面积将为2048×3072mm，且可通过添加新构建区增加。类似地，在不减小SLM的分辨率的情况下将构建平面的尺寸减小100倍将使最大产品大小为20.48mm×30.72mm，其中最小特征大小为0.01mm或10微米。构建平面的大小与构建区的大小无关，因此原则上可用任何大小的构建区覆盖任何大小的构建平面。因此，通过控制图像光束的放大率和构建平面190中的构建区195的大小和数目，用户可构建具有任何期望大小和分辨率的产品，仅受限于光学衍射限制、振动容限、光束对准限制和所属领域的普通技术人员将理解的其它实际约束。

图5为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统的构建平面190的至少一部分的示意性表示。可见的是构建区195a、195b、195c和195d。在图5所示的示例中，这些构建区重叠，使得存在：重叠区510a，其包含构建区195a和构建区195b两者的部分；重叠区510b，其包含构建区195b和195c的部分；重叠区510c，其包含构建区195c和195d的部分；重叠区510d，其包含构建区195d和195a的部分；以及重叠部分510e，其包含构建区195a、195b、195c和195d的部分。当构建区邻接时，或当两个构建区之间存在间隙时，成品中可能出现缝隙(无论是无意还是有意)。相反，当构建区重叠时，假设构建区之间恰当地配准，则可以最小化或消除缝隙，因此产品的整体质量可(或可视为)高于存在缝隙时的质量。

图6为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统100的至少一部分的示意性侧视横截面图。可见的是OCLAuSL光束单元110、投射图像光束185、升降机系统620和放置于槽壳体640内的光可固化树脂槽640。树脂槽640内的是连接到升降机系统620的构建平台650、安置于构建平台顶部的基板以及期望的物体或产品420的完成层670。其它布置也是可能的且落入本公开的范围内。

可通过将多个OCLAuSL光束单元110合并在一起以产生超大面积的投影微立体光刻系统来改进OCLAuSL系统100。此类合并使得能够基本上无限地增加可由系统制造的物体的大小。由两个或更多个光束单元110曝光到构建平面的图像被协调在一起以利用更大的总体区域。在两个光束单元110的情况下，覆盖的区域为2倍减去重叠区域。类似地，如果三个光束单元110组合，那么其可覆盖的区域为3倍减去重叠区域，以此类推。以此方式，可制造越来越大的产品。

在图6中所示的非限制性实施例中，已经以这样的一种方式将四个OCLAuSL光束单元110合并在一起，该方式使得其投射图像光束185在构建平面190内稍微重叠。在一些实施例中，OCLAuSL光束单元110可由单个控制器170(参见图1)控制，使得其动作协调以在构建平面190内形成期望的产品420的2D切片410。在其它实施例中，每一OCLAuSL光束单元110可由其自身的控制器170控制，其中控制器170协调其活动以实现相当协调水平。其它布置也是可能的且落入本公开的范围内。

如可在图6中看出，构建平面190定位于光可固化树脂槽640的顶部。光可固化树脂槽可为数十或数百厘米长、宽或深，或可为更大和更小的其它大小。

在非限制性示例中，主要树脂组分可以包括：单体或聚合物，如聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA，分子量超过575，具体为575-6000)和/或甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA)；光引发剂，如苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基次膦酸锂(LAP)、艳佳固(Irgacure)2959和/或钌；吸收剂，如酒石黄；以及稀释剂，如PBS和/或水。典型配制可包括10-50重量％的PEGDA(或分子量为700-6000的单一PEGDA的混合物)或10-25重量％的GelMA、2-68毫摩尔(mM)的LAP、2-20mM的酒石黄，其余重量％包含水。已展示良好工作的一种示例性配制为40重量％的PEGDA6000、34mM的LAP、9mM的酒石黄、15重量％的GelMA、17mM的LAP和2.255mM的酒石黄。术语“树脂”应被广泛地解释为包括塑料、基于单体的光固化材料和/或更软的基于亲水性聚合物的材料的液体、凝胶、溶液、悬浮液和胶体，或其组合。

所公开的设备和方法还提供用于产生陶瓷和/或金属零件的经光学校准的大面积微立体光刻系统。在示例中，光束传递系统将层图像投射并扫描到可固化树脂，可固化树脂包含无论是以粒子形式悬浮、以化学方式键结为特定分子或以其它形式存在的金属或陶瓷。系统接着用含有分散在整个物体中的金属或陶瓷的基质聚合物制造期望的物体或产品。在一些情况下，这可产生具有混合特性的材料，例如导电聚合物或具有高于常见拉伸或压缩强度的聚合物。在其它情况下，随后通过热分解去除基质聚合物，留下由胶态金属或陶瓷粒子组成的产物。在一些情况下，这些胶态粒子可被烧结以形成固体材料。

在示例中，构建平面的厚度(在所属领域的技术人员预期的合理机械容限内)等于3D模型120的切片140的厚度(参见图1)。在产品制造开始时，构建平面190可定位于基板660与光可固化树脂槽640的顶表面之间，且可包括厚度与期望的产品切片140相等的液态光可固化树脂层。

每当完成新层670时(例如，完全固化或至少部分固化，以足以使层中新产生的结构维持其完整性)，升降机系统620在树脂槽中将构建平台650和基板660向下移动等于下一切片140的厚度的距离。在一些实施例中，所有切片140具有相等厚度，但在其它实施例中，切片140可具有不同厚度。在一些实施例中，升降机系统620通过在z方向上将构建平台650、基板660和完成层670降低大于所期望切片厚度的距离(例如，切片厚度的10倍、100倍、1000倍或10,000倍，或更大和更小的其它值)，且接着将其升高到所期望切片厚度的高度来对其进行“浸泡”。在一些情况下，产品层670的光固化产生可能干扰下一层的光固化的化学副产物或杂质(包含但不限于氧化剂、自由基、部分交联树脂的微观粒子和副反应)。此浸泡过程可帮助将此类副产物或杂质分散于树脂槽中，且确保构建平面190由干净的未反应树脂层占据。以上描述从上到下的系统。应理解，本公开还包含具有适当地定向的升降机系统的从下到上以及侧向的实施例。

在一些实施例中，升降机可通过悬挂于缸的边缘上方的臂或通过穿过缸的底部的柱或轴组联接到构建平台。在一些示例中，轴可穿过O形环或其它密封件以防止树脂在其周围泄漏。在一些实施例中，升降机系统包含可在处理器(例如，图1的控制器170)的控制下使用伺服或步进式电机在Z轴上移动的载台。

图7a为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统100的构建平面190的至少一部分的透视图。在构建平面190内可见所期望的物体或产品420的切片410。产品切片410的结构模拟3D模型120的特定模型切片140的结构(参见图1)。产品切片410可为连续实心片块，或可由离散固化体素或不一定连接在构建平面内的其它结构形成。以此方式，随着新图案逐层曝光，可形成三维晶格、网状结构、泡沫和其它复杂3D形状，包含具有微观结构特征的宏观形状。

图7b为根据本公开的至少一个实施例的示例性OCLAuSL系统100的可固化树脂槽640的至少一部分的透视图。可见的是所期望的物体或产品420的完成层670连同当前正在生产的层或切片410，当前正在生产的层或切片410定位于完成层670的顶部。同样在图7b中可见所期望的物体或产品420的规划层770。这些规划层可表示3D模型120的多个切片130的内容，如图1中所示。所期望的物体或产品420的3D模型120可包含宏观和微观特征的混合，无论彼此相似还是不相似。

图8为根据本公开的实施例的处理器电路850的示意图。根据实施方法的需要，处理器电路850可例如实施于OCLAuSL光束单元110的控制器170(参见图1)中，或其它装置或工作站(例如，第三方工作站、网络路由器等)中，或云处理器或其它远程处理单元上。如图所示，处理器电路850可包含处理器860、存储器864和通信模块868。这些元件可例如经由一个或多个总线彼此直接或间接通信。

处理器860可包含中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、ASIC、控制器或通用计算装置的任何组合、精简指令集计算(RISC)装置、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它相关逻辑装置，包含机械和量子计算机。处理器860还可包括配置成执行本文中所描述的操作的另一硬件装置、固件装置或其任何组合。处理器860还可实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器，或任何其它此配置。

存储器864可包含高速缓存存储器(例如，处理器860的高速缓存存储器)、随机存取存储器(RAM)、磁阻式RAM(MRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器、固态存储器装置、硬盘驱动器、其它形式的易失性和非易失性存储器，或不同类型的存储器的组合。在实施例中，存储器864包含非暂时性计算机可读介质。存储器864可存储指令866。指令866可包含由处理器860执行时使处理器860执行本文中所描述的操作的指令。指令866还可被称作代码。术语“指令”和“代码”应在广义上解释为包含任何类型的计算机可读语句。例如，术语“指令”和“代码”可指代一个或多个程序、例程、子例程、函数、过程等。“指令”和“代码”可包含单个计算机可读语句或多个计算机可读语句。

通信模块868可包含任何电子电路系统和/或逻辑电路系统以促进处理器电路850与其它处理器或装置之间的数据的直接或间接通信。就此而言，通信模块868可为输入/输出(I/O)装置。在一些情况下，通信模块868促进处理器电路850和/或控制器170(参见图1)的各种元件之间的直接或间接通信。通信模块868可通过许多方法或协议在处理器电路850内通信。串行通信协议可包含但不限于US SPI、I2C、RS-232、RS-485、CAN、以太网、ARINC429、MODBUS、MIL-STD-1553或任何其它合适的方法或协议。并行协议包含但不限于ISA、ATA、SCSI、PCI、IEEE-488、IEEE-1284和其它合适的协议。适当时，串行和并行通信可由UART、USART或其它适当子系统桥接。

外部通信(包含但不限于软件更新、固件更新、处理器与中央服务器之间的预设共享，或来自超声装置的读数)可使用任何合适的无线或有线通信技术实现，例如USB、微型USB、闪电(Lightning)或火线接口等电缆接口、蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、Li-Fi，或2G/GSM、3G/UMTS、4G/LTE/WiMax或5G等蜂窝数据连接。举例来说，蓝牙低功耗(BLE)无线电可用于建立与云服务的连接、用于数据的传输和用于软件补丁的接收。控制器可配置成与远程服务器或本地装置，例如膝上型计算机、平板计算机或手持式装置通信，或可包含能够展示状态变量和其它信息的显示器。还可在USB快闪驱动器或记忆棒等物理媒体上传送信息。

图9示出根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)方法900的流程图。由计算机、控制器或处理器控制并同步升降机运动、光束开/关和成像显示。

在步骤910中，方法900包含创建期望的物体或产品的3D模型。这可例如使用计算机辅助设计(CAD)或通过3D扫描所期望的物体或产品的实例进行。

在步骤920中，方法900包含将3D模型划分成多个切片。切片的数目可例如确定将由OCLAuSL系统用以产生所期望的物体或产品的Z分辨率或Z体素大小。举例来说，如果所期望的物体或产品高100毫米，那么将其细分成1,000个切片将产生沿Z轴的100微米的最小特征大小。

在步骤924中，方法900包含可选地执行针对光学系统、SLM系统和/或光束传递系统的聚焦校准过程。聚焦校准过程确保投射图像光束185正确地聚焦于构建平面上，且还可确保投射图像光束在构建平面的所有位置中都同样良好地聚焦。

在步骤926中，方法900包含可选地执行针对SLM系统和/或光束传递系统的对准映射校准926。对准映射过程确保当投射图像光束被引导到构建平面内的特定X-Y位置时，光束的对准使得其准确地移动到所命令的位置。

在步骤930中，方法900包含将当前选择的切片细分成切片区。切片可例如被细分成一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、二十个、三十个、四十个、五十个、六十个、七十个、八十个、九十个、一百个或更多个切片区。切片区可具有相同或类似大小，或可具有不同大小。切片区可邻接、可重叠或可包含相邻切片区之间的间隙。

在步骤940中，方法900包含将所选切片区发送到空间光调制器(SLM)，使得SLM在由光学系统产生的光束内生成所选切片区的图像。在一些示例中，SLM图像的每一像素的亮度可仅具有两个可能值-亮或暗。在其它示例中，SLM图像的每一像素的亮度可处于例如8、16、32、64、128、256、512、1024或更多可能值的灰度，其中较大值表示较亮像素且较小值表示较暗像素。

在步骤950中，方法900包含将SLM图像发送到可调式光束传递系统。

在步骤960中，方法900包含指示可调式光束传递系统将SLM图像引导到构建平面的所选构建区上，该所选构建区在构建平面内的位置对应于所选切片区在所选2D切片内的位置。所投射图像聚焦于含有光可固化树脂或液体的构建平面处，使得光化性光在材料内形成某些形状或图案。这将使SLM图像曝光于此位置处的感光液体树脂中，从而固化树脂中SLM图像亮处的部分，且使液体树脂中SLM图像暗处的部分不变。更亮的像素将导致树脂更多的曝光，因此在构建平面内的特定体素处更多的交联。较多的交联可与固化树脂的较致密和/或较硬的体素相关联，而较少的交联可与固化树脂的较不致密和/或较柔的体素相关联。当交联完成或至少足以使曝光区中的图案保持其完整性时，执行行进到步骤970。

在步骤970中，方法900包含选择所选切片内的下一切片区。随后执行返回步骤940。然而，如果当前切片的所有切片区已经在构建平面上成像，那么不存在下一切片区，执行行进到步骤980。

在步骤980中，方法900包含降低树脂槽中的升降机平台。升降机平台和树脂槽例如在图6中所示。降低升降机平台还将当前切片降低到树脂槽的更深水平中，并且准许新制树脂流入构建平面。在一些情况下，将升降机平台降低等于当前切片的厚度的Z距离。在其它示例中，有时被称作“浸泡”，将升降机平台降低较大量，接着升高到等于当前切片的厚度的Z距离。浸泡准许未被交联副产物污染的干净树脂流入构建平面。

在步骤990中，方法900包含选择3D模型中的下一切片。执行随后返回步骤930。然而，如果先前已选择3D模型中的所有切片，那么不存在下一切片，执行行进到步骤995。

在步骤995中，完成所期望的物体或产品的制造。换句话说，上文所定义的逐层过程一直持续到制造完成的3D物体为止。

应理解，可以与图9中所展示的次序不同的次序执行方法900的步骤，在其它实施例中，可在步骤之前、期间和之后提供额外步骤和/或可替换或除去所描述的步骤中的一些。方法900的步骤中的一个或多个可由本文中所描述的一个或多个装置和/或系统执行，例如控制器170(参见图1)的组件和/或处理器电路850(参见图8)。

图10示出根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)聚焦校准方法1000的流程图。

在步骤1005中，方法1000包含将参考目标放置于打印平面中。参考目标可例如为由OCLAuSL系统在所期望的位置产生的发光、荧光或反射特征或测试目标。

在步骤1010中，方法1000包含将光学成像系统瞄准参考目标。

在步骤1020中，方法1000包含使用光学成像系统捕捉参考目标的图像。

在步骤1030中，方法1000包含分析参考目标的聚焦。如果投射图像光束正确地聚焦于构建平面，那么参考目标的体素可在形状上大致为矩形，具有边界分明的边缘，且具有基于OCLAuSL系统的当前配置的分辨率和预期最小特征大小的特定预期大小。相反，如果投射图像光束并未聚焦于构建平面，那么参考目标的体素的形状可更接近圆形或圆柱形，具有边界不清的边缘且具有大于预期最小特征大小的大小。

在步骤1040中，方法1000包含调节光学系统、SLM系统和/或光束传递系统的光束聚焦传递参数，以确保投射图像光束正确地聚焦于参考目标的位置。

在步骤1050中，系统检查这是否是最后一个参考目标。如果不是，则执行行进到步骤1060。如果是，则执行行进到步骤1070。

在步骤1060中，方法包含选择下一参考目标。随后执行返回步骤1010。

在步骤1070中，聚焦校准方法1070完成。

应理解，可以与图10中所展示的次序不同的次序执行方法1000的步骤，在其它实施例中，可在步骤之前、期间和之后提供额外步骤和/或可替换或除去所描述的步骤中的一些。方法1000的步骤中的一个或多个可由本文中所描述的一个或多个装置和/或系统执行，例如控制器170(参见图1)的组件和/或处理器电路850(参见图8)。

图11示出根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)聚焦校准方法1100的流程图。

在步骤1110中，方法包含使用OCLAuSL系统的光学系统、SLM系统和光束传递系统将测试图案投射到构建平面上。测试图案可例如包含已知大小和形状的特征。

在步骤1120中，方法1100包含利用光学成像系统捕捉构建平面的图像，包含所投射测试图案的至少一部分。

在步骤1130中，方法1100包含调整光束传递焦点参数以便锐化OCLAuSL系统投射的测试图案的焦点。取决于实施方案，此聚焦过程可手动或自动进行。如果投射图像光束正确地聚焦于构建平面，那么测试图案的体素可在形状上大致为矩形，具有边界分明的边缘，且具有基于OCLAuSL系统的当前配置的分辨率和预期最小特征大小的特定预期大小。相反，如果投射图像光束并未聚焦于构建平面，那么测试图案的体素的形状可更接近圆形或圆柱形，具有边界不清的边缘且具有大于预期最小特征大小的大小。在一些情况下，最佳焦点将仍不会产生尖锐边缘。在此情况下，可使用用于“最佳焦点”的另一度量，例如图像的最大对比度或最大标准偏差。可调整的投射图像光束的焦点参数包含例如景深(通过使孔径变窄或变宽来调整)；数值孔径(其有助于确定最大锐度，也通过改变孔径大小来调整)；沿着Z的焦平面位置(通过移动一个或多个光学元件来调整)；或焦平面倾斜(通过相对于膜或树脂表面倾斜光轴来调整，或通过倾斜DMD或其它空间光调制器来调整)。

在步骤1140中，方法1100包含利用光学成像系统捕捉构建平面的第二图像，以用于与先前图像比较，第二图像包含所投射测试图案的至少一部分。在一些实施例中，连续地而非以离散间隔获取这些图像。

在步骤1150中，方法1100包含确定由OCLAuSL系统投射的测试图案的焦点是否最佳地(或至少可接受地)聚焦到构建平面上，如光学成像系统所观测到的。如果否，则执行返回到步骤1130。如果是，则执行行进到步骤1160。

在步骤1160中，方法1100完成，并且OCLAuSL光束的投射图像光束被视为正确地聚焦到构建平面上。

应理解，可以与图11中所展示的次序不同的次序执行方法1100的步骤，在其它实施例中，可在步骤之前、期间和之后提供额外步骤和/或可替换或除去所描述的步骤中的一些。方法1100的步骤中的一个或多个可由本文中所描述的一个或多个装置和/或系统执行，例如控制器170(参见图1)的组件和/或处理器电路850(参见图8)。

方法的准确细节可随着用以实施的硬件变化。一些实施例包含使用总辐照度低的投影照明来聚焦，使得照明不会引起聚合。其它实施例包含使用也通过SLM投射的另一种颜色的照明来聚焦。举例来说，当反射镜处于“关闭”位置时，这种其它颜色可通过从不同于初始聚合照明的角度照射反射镜而投射。在其它实施例中，这种其它颜色可通过沿着同一轴线用不同颜色照射而投射，例如使用分束器或二向色镜组合两种不同颜色的光束。另外其它实施例包含集中通过OCLAuSL光学件投射的点(spot)或其它形状或图案的对比度，其中点或其它形状或图案具有使得其不会聚合树脂的光谱。如果已知从透镜到表面的精确距离，那么可在不直接测量的情况下优化焦点。可使用一个或多个接触或非接触传感器测量树脂或膜表面的精确位置。并且，可通过投影光学件或其它以宽带照明进行照射并分析收集到的波长的相对强度来确定距离。如所属领域的普通技术人员将想到的其它变化也是可能的，且落入本公开的范围内。

图12展示根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)对准映射校准方法1200的流程图。

在步骤1210中，方法1200包含将XY载台放置于OCLAuSL系统的构建平面中或附近，且与构建平面对准。XY载台可提供在给定平面内的两个方向上的准确移动，使得可在平面内准确地得知且准确地改变载台的任何部分的X和Y位置。

在步骤1220中，方法1200包含将参考目标放置到XY载台上，使得参考目标的顶部能检视的表面在构建平面内并与构建平面对准。参考目标可以例如是具有已知特征大小和位置的光掩模。

在步骤1230中，方法1200包含将XY载台移动到特定测试位置。

在步骤1240中，方法1200包含重新定向光束传递系统，使得其与XY载台的位置对准。举例来说，OCLAuSL系统可将单个照明像素瞄准位于参考目标的中心中的标记，或将四个照明像素瞄准位于参考目标的拐角处或附近的标记，或可将掩模的图像投射到掩模自身上，使得可对照位于XY载台上的物理掩模清楚地看到所投射掩模的任何错误定位或其它未对准。

在步骤1250中，方法包含利用光学成像系统捕捉构建平面的图像。此图像可例如包含位于构建平面内的XY载台上的参考目标(例如，光掩模)，以及由OCLAuSL系统投射的任何照明像素。

在步骤1260中，方法1200包含利用所捕捉图像，检查来自OCLAuSL系统的照明像素相对于位于XY载台上的参考标记上的标记的已知位置的对准。如果照明像素的位置与参考目标上的参考标记的位置相匹配(在可接受的工程容限内)，那么认为图像光束正确地对准，且执行行进到步骤1280。如果不匹配，那么执行行进到步骤1270。

在步骤1270中，OCLAuSL系统调整光束传递系统的XY映射以补偿来自OCLAuSL系统的所投射像素与参考目标上的参考标记之间任何观测到的未对准。

在其它实施例中，光学成像系统被包括在XY载台自身上。XY载台可在一些情况下放置于构建平面上方或下方，且可对OCLAuSL系统投射到构建平面上的掩模成像以达到上文所描述的相同结果。因此，方法采用电流计镜映射，使用其上具有摄像机的XY载台将发送到电流计镜的位置命令映射到投影和图像的位置，并且例如使用同轴光学件和具有已知尺寸的特征的光掩模映射XY载台自身。在此配置中，电流计镜保持在一个位置中。将掩模放置在载台上且在摄像机下方平移。其它布置也可能达到相同的效果，且落入本申请的范围内。举例来说，取决于实施方案，XY载台可替换为XZ载台、YZ载台、XYZ载台或其它能移动的载台。

应理解，可以与图12中所展示的次序不同的次序执行方法1200的步骤，在其它实施例中，可在步骤之前、期间和之后提供额外步骤和/或可替换或除去所描述的步骤中的一些。方法1200的步骤中的一个或多个可由本文中所描述的一个或多个装置和/或系统执行，例如控制器170(参见图1)的组件和/或处理器电路850(参见图8)。

图13示出根据本公开的至少一个实施例的示例性经光学校准的大面积微立体光刻(OCLAuSL)亮度校准方法1300的流程图。

在步骤1310中，方法1300包含将均匀反射性参考目标放置到构建平面上。参考目标可例如覆盖整个构建平面，或构建平面的特定构建区，或可小于构建区。

在步骤1320中，方法1300包含用均匀亮度光束照射参考目标。均匀亮度光束可例如通过从SLM发送图像产生，其中每一像素被设置成灰度范围的中间。

在步骤1330中，方法1300包含利用光学成像系统捕捉构建平面的图像，使得参考目标的至少一部分包含于该图像中。

在步骤1340中，方法1300包含检查所捕捉图像的亮或暗像素，例如其亮度偏离照射均匀反射性目标的均匀亮度光束的预期水平的像素。如果发现此类亮或暗点，那么执行行进到步骤1350。如果未发现，那么执行行进到步骤1360。

在步骤1350中，方法1300包含调整受影响像素的灰度偏差，以使得例如其默认为高于或低于中间的设定数目的增量，而非默认为灰度范围的中间。因此，从该像素命令的任何特定亮度将被偏差所抵消，使得(例如)如果控制器命令均匀亮度的光束，那么偏差的像素将在表面上传递与图像中的其它像素相同的亮度，因此光束上每一像素的亮度将大致相等。随后执行返回步骤1320。

在步骤1360中，随后完成方法1300，且假设OCLAuSL系统的亮度被正确计算。

在一些实施例中，目标的反射性和/或投射图像光束的亮度可以不均匀，只要已知每一所投射和/或所反射像素的预期亮度即可。应理解，可以与图13中所展示的次序不同的次序执行方法1300的步骤，在其它实施例中，可在步骤之前、期间和之后提供额外步骤和/或可替换或除去所描述的步骤中的一些。方法1200的步骤中的一者或多者可由本文中所描述的一个或多个装置和/或系统执行，例如控制器170(参见图1)的组件和/或处理器电路850(参见图8)。

如所属领域的普通技术人员在熟悉本文中的教示之后将容易地了解到，经光学校准的大面积微立体光刻系统有利地准许快速、可靠、可重复地制造具有微观特征(例如，大小为数十微米或更小)、具有很少或不具有可检测缝隙，并且像素纹理规模十分细小不足以被人眼察觉的大物体(例如，大小为数百微米或更大)。因此，可以看出，经光学校准的大面积微立体光刻系统通过提供校准所投射图像的构件和产生所投射图像的光学件以便确保整个构建平面(无论多大或多小)上的体素的大小和固化水平恒定来满足本领域中的需要。

上文所描述的实例和实施例可能具有多种变化。举例来说，构建平面和/或树脂槽可大于或小于本文所描绘的。分辨率可大于(或体素大小可小于)本文中所论述的，仅受限于经典衍射限制。相反，本文中所论述的技术可同样应用于具有极大构建体积和/或体素大小的系统，以用于生产工业规模组件。树脂槽的组成和能够交联树脂的相应光化波长可以不同于本文所公开的。固化树脂可对红外光、可见光或紫外光透明，或可为半透明或不透明的，或其组合。树脂可以是或可包含染料分子或染料粒子(包含荧光分子或粒子)以向成品零件赋予任何所期望的颜色或颜色组合，包含人眼不可察觉的颜色。本文中所描述的技术可用于产生几乎任何行业的原型或成品(例如，工具、外壳、模型或组件)，包含但不限于医药、艺术、科学、制造、农业、汽车、航空和消费型电子装置。非限制性实例包含牙冠和植入物、生物支架、可植入组织和器官、超级电容器和食物。

构成本文所描述的技术的实施例的逻辑操作被不同地称为操作、步骤、物体、元件、组件或模块。此外，应理解，除非另外明确地要求保护或者权利要求语言固有地需要特定次序，否则可以任何次序执行这些逻辑操作。

所有方向性参考，例如上、下、内、外、向上、向下、左、右、橫向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、近侧和远侧仅用于识别目的以辅助读者对所主张的主题的理解，并且不产生限制，尤其不形成对位置、定向或经光学校准的微立体光刻系统的使用的限制。除非另有指示，否则连接参考，例如附接、联接、连接以及接合应广泛地解释，且可包含一系列元件之间的中间部件以及元件之间的相对移动。因而，连接参考不一定暗示两个元件直接连接且彼此成固定关系。术语“或”应解释为意味着“和/或”而非“异或”。词“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一(a或an)”并不排除多个。除非在权利要求书中另外指出，否则所陈述的值应仅解释为说明性的，且不应被视为限制性的。

上述说明书、实例和数据提供对如在权利要求书中定义的经光学校准的微立体光刻系统的示例性实施例的结构和使用的完整描述。虽然上文已经以一定程度的特定性或参考一个或多个个体实施例描述所主张的主题的各种实施例，但所属领域的技术人员可在不脱离所主张的主题的精神或范围的情况下对所公开的实施例做出众多更改。

涵盖另外其它实施例。含于以上描述中并在附图中示出的所有主题应仅解释为对特定实施例的说明而非限制。可在不脱离如在所附权利要求书中定义的主题的基础元素的情况下做出细节或结构改变。

本公开的各个实施例的复述

实施例1：一种用于校准立体光刻系统的方法，所述方法包括：将参考目标放置到立体光刻系统的构建平面中；利用立体光刻系统的光学成像系统，捕捉参考目标的图像；利用立体光刻系统的处理器，基于所捕捉图像分析参考目标的聚焦水平；以及基于分析，调整立体光刻系统的投射图像光束的聚焦特性。

实施例2：根据实施例1所述的方法，其中分析参考目标的聚焦水平包括分析从所捕捉图像中的像素的相对强度导出的大小、形状、边缘清晰度、对比度、标准偏差、空间频谱或其它度量。

实施例3：根据实施例1或2所述的方法，其中调整投射图像光束的聚焦特性包括调整景深、数值孔径、锐度、焦平面位置或焦平面倾斜中的至少一者。

实施例4：根据实施例1-3中任一项所述的方法，其中参考目标具有反射性。

实施例5：一种用于校准立体光刻系统的方法，所述方法包括：利用立体光刻系统的投射图像光束，将测试图案投射到立体光刻系统的构建平面上；利用立体光刻系统的光学成像系统，捕捉测试图案的图像；利用立体光刻系统的处理器，基于所捕捉图像分析测试图案的聚焦水平；以及基于分析，调整投射图像光束的聚焦特性。

实施例6：根据实施例5所述的方法，其中分析测试图案的聚焦水平包括分析从所捕捉图像中的像素的相对强度导出的大小、形状、边缘清晰度、对比度、标准偏差、空间频谱或其它度量。

实施例7：根据实施例5或6所述的方法，其中调整投射图像光束的聚焦特性包括调整景深、数值孔径、锐度、焦平面位置或焦平面倾斜中的至少一者。

实施例8：根据实施例5-7中任一项所述的方法，其中投射图像光束包括经选择以使得投射图像光束不会引起定位于构建平面处的感光树脂的聚合的波长、辐照度和曝光时间。

实施例9：根据实施例5-8所述的方法，其中测试图案为点。

实施例10：一种用于校准立体光刻系统的方法，所述方法包括：将能移动的载台放置于接近立体光刻系统的构建平面的位置；将参考目标放置于能移动的载台上，使得参考目标的能检视的表面在构建平面内且与构建平面对准，其中参考目标包括标记；利用立体光刻系统的投射图像光束，将照明像素投射到构建平面上；利用立体光刻系统的光学成像系统，捕捉照明像素和标记的图像；利用立体光刻系统的处理器，分析照明像素和标记的相对位置；以及基于分析，调整投射图像光束的对准特性。

实施例11：根据实施例10所述的方法，其中参考目标为光掩模。

实施例12：一种用于校准立体光刻系统的方法，所述方法包括：将参考目标放置到立体光刻系统的构建平面中；利用立体光刻系统的投射图像光束，将已知强度的像素投射到立体光刻系统的构建平面上；利用立体光刻系统的光学成像系统，捕捉像素的图像；利用立体光刻系统的处理器，分析图像中的像素的亮度；以及基于分析，调整投射图像光束的灰度偏差特性。

实施例13：根据实施例12所述的方法，其中参考目标具有反射性。

实施例14：根据实施例12或13所述的方法，其中参考目标为发光或荧光的。

实施例15：一种用于校准立体光刻系统的方法，所述方法包括：利用立体光刻系统的投射图像光束，在立体光刻系统的构建平面中创建参考目标；利用立体光刻系统的光学成像系统，捕捉参考目标的图像；利用立体光刻系统的处理器，基于所捕捉图像分析参考目标的聚焦水平；以及基于分析，调整立体光刻系统的投射图像光束的聚焦特性。

实施例16：根据实施例15所述的方法，其中分析参考目标的聚焦水平包括分析从所捕捉图像中的像素的相对强度导出的大小、形状、边缘清晰度、对比度、标准偏差、空间频谱或其它度量。

实施例17：根据实施例15或16所述的方法，其中调整投射图像光束的聚焦特性包括调整景深、数值孔径、锐度、焦平面位置或焦平面倾斜中的至少一者。

实施例18：根据实施例1-17中任一项所述的方法，其中光学成像系统包含定位于与构建平面对准的能移动的载台平面上的摄像机。

Claims (20)

1.一种用于校准立体光刻系统的方法，所述方法包括：

将参考目标放置到所述立体光刻系统的构建平面中；

利用所述立体光刻系统的光学成像系统，捕捉所述参考目标的图像；

利用所述立体光刻系统的处理器，基于所捕捉图像分析所述参考目标的聚焦水平；以及

基于分析，调整所述立体光刻系统的投射图像光束的聚焦特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，分析所述参考目标的所述聚焦水平包括分析从所述所捕捉图像中的像素的相对强度导出的大小、形状、边缘清晰度、对比度、标准偏差、空间频谱或其它度量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，调整所述投射图像光束的所述聚焦特性包括调整景深、数值孔径、锐度、焦平面位置或焦平面倾斜中的至少一者。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考目标具有反射性。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光学成像系统包含定位于与所述构建平面对准的能移动的载台平面上的摄像机。

6.一种用于校准立体光刻系统的方法，所述方法包括：

利用所述立体光刻系统的投射图像光束，将测试图案投射到所述立体光刻系统的构建平面上；

利用所述立体光刻系统的光学成像系统，捕捉所述测试图案的图像；

利用所述立体光刻系统的处理器，基于所捕捉图像分析所述测试图案的聚焦水平；以及

基于分析，调整所述投射图像光束的聚焦特性。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，分析所述测试图案的所述聚焦水平包括分析从所述所捕捉图像中的像素的相对强度导出的大小、形状、边缘清晰度、对比度、标准偏差、空间频谱或其它度量。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，调整所述投射图像光束的所述聚焦特性包括调整景深、数值孔径、锐度、焦平面位置或焦平面倾斜中的至少一者。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述投射图像光束包括经选择以使得所述投射图像光束不会引起定位于所述构建平面处的感光树脂的聚合的波长、辐照度和曝光时间。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述测试图案为点。

11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述光学成像系统包含定位于与所述构建平面对准的能移动的载台平面上的摄像机。

12.一种用于校准立体光刻系统的方法，所述方法包括：

将能移动的载台放置于接近所述立体光刻系统的构建平面的位置；

将参考目标放置于所述能移动的载台上，使得所述参考目标的能检视的表面在所述构建平面内且与所述构建平面对准，其中，所述参考目标包括标记；

利用所述立体光刻系统的投射图像光束，将照明像素投射到所述构建平面上；

利用所述立体光刻系统的光学成像系统，捕捉所述标记和所述照明像素的图像；

利用所述立体光刻系统的处理器，分析所述照明像素和所述标记的相对位置；以及

基于分析，调整所述投射图像光束的对准特性。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述参考目标为光掩模。

14.一种用于校准立体光刻系统的方法，所述方法包括：

将参考目标放置到所述立体光刻系统的构建平面中；

利用所述立体光刻系统的投射图像光束，将具有已知强度的像素投射到所述立体光刻系统的所述构建平面上；

利用所述立体光刻系统的光学成像系统，捕捉所述像素的图像；

利用所述立体光刻系统的处理器，分析所述图像中的所述像素的亮度；以及

基于分析，调整所述投射图像光束的灰度偏差特性。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述参考目标具有反射性。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述参考目标为发光或荧光的。

17.一种用于校准立体光刻系统的方法，所述方法包括：

利用所述立体光刻系统的投射图像光束，在所述立体光刻系统的构建平面中创建参考目标；

利用所述立体光刻系统的光学成像系统，捕捉所述参考目标的图像；

利用所述立体光刻系统的处理器，基于所捕捉图像分析所述参考目标的聚焦水平；以及

基于分析，调整所述立体光刻系统的所述投射图像光束的聚焦特性。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，分析所述参考目标的所述聚焦水平包括分析从所述所捕捉图像中的像素的相对强度导出的大小、形状、边缘清晰度、对比度、标准偏差、空间频谱或其它度量。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，调整所述投射图像光束的所述聚焦特性包括调整景深、数值孔径、锐度、焦平面位置或焦平面倾斜中的至少一者。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述光学成像系统包含定位于与所述构建平面对准的能移动的载台平面上的摄像机。