DE60014470T2

DE60014470T2 - Stereolithografische Verfahren und Vorrichtung mit Kontrolle zum Verändern der vorgeschriebenen Anregung

Info

Publication number: DE60014470T2
Application number: DE60014470T
Authority: DE
Inventors: D.Ross Beers; P. Jouni Partanen; Nansheng Tang
Original assignee: 3D Systems Inc
Current assignee: 3D Systems Inc
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: JP2006082559A; EP1033229A3; DE60014470D1; EP1033229A2; US6325961B1; EP1033229B1; JP2000296560A; JP4503522B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts aus einer Mehrzahl von haftenden Schichten in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts aus einer Mehrzahl von haftenden Schichten in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Verwandter Stand der Technik
Rapid Prototyping and Manufacturing (RP&M) ist der Name der einem Technologiegebiet gegeben wird, welches verwendet werden kann, um dreidimensionale Objekte schnell und automatisch aus dreidimensionalen Computerdaten zu bilden, welche die Objekte darstellen. RP&M kann so betrachtet werden, dass es drei Klassen von Technologien umfasst: (1) Stereolithographie, (2) selektive Ablagerungsmodellierung und (3) Herstellung von laminierten Objekten.
Die Klasse der Stereolithographietechnologien erzeugt dreidimensionale Objekte, welche basieren auf der sukzessiven Bildung von Schichten eines fluidähnlichen Materials neben den vorher gebildeten Schichten von Material und der selektiven Aushärtung dieser Schichten in Übereinstimmung mit Querschnittsdaten, welche die sukzessiven Scheiben des dreidimensionalen Objekts darstellen, um Schichten (d.h. ausgehärtete Schichten) zu bilden und anzuhaften. Die spezifische Stereolithographietechnik ist ganz einfach bekannt als Stereolithographie und verwendet ein flüssiges Material, welches selektiv aushärtet wird, indem es einer vorge schriebenen Anregung (Stimulation) ausgesetzt wird. Das flüssige Material ist typischerweise ein Fotopolymer und die vorgeschriebene Stimulation ist typischerweise eine sichtbare oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung und die Strahlung wird typischerweise durch einen Laser produziert, obwohl andere Strahlungsquellen möglich sind, wie beispielsweise Bogenlampen, resistive Lampen und ähnliches.
Das Aussetzen kann erfolgen durch Scannen eines Strahls oder durch Steuern einer Flutbelichtung unter Verwendung eines Lichtventils, welches selektiv die Strahlung überträgt oder reflektiert. Auf Flüssigkeit basierende Stereolithographie ist in verschiedenen Patenten, Anmeldungen und Veröffentlichungen, von denen eine Anzahl kurz beschrieben wird, im nachfolgenden Bereich der verwandten Anmeldungen, offenbart.
Eine andere Stereolithographietechnologie ist bekannt als selektives Lasersintern (SLS). SLS basiert auf der selektiven Aushärtung von Schichten eines pulverisierten Materials, indem die Schichten einer elektromagnetischen Infrarotstrahlung ausgesetzt werden, um die Puderpartikel zu sintern oder zu verschmelzen. SLS ist beschrieben im US-Patent Nr. 4,863,538, veröffentlicht am 5. September 1989 von Deckard. Eine dritte Technologie ist bekannt als dreidimensionales Drucken (three-dimensional printing, 3DP). 3DP basiert auf der selektiven Aushärtung von Schichten eines pulverisierten Materials, welche ausgehärtet werden durch die selektive Ablagerung eines Bindematerials auf ihnen. 3DP wird beschrieben im US-Patent Nr. 5,204,055, erteilt am 20. April 1993 an Sachs.
Eine weitere selektive Laser-Sintervorrichtung ist offenbart in US-A-5530221. Gemäß dieser Offenbarung wird die Temperatur des Pulvers überwacht und die Stärke des Laserstrahls wird angepasst, um die Temperatur des Pulvers aufrechtzuerhalten.
Die vorliegende Erfindung ist primär gerichtet auf Stereolithographie, welche auf Flüssigkeit basierende Aufbaumaterialien (d.h. Medien) verwenden. Es wird jedoch angenommen, dass die Techniken der vorliegenden Erfindung in anderen Stereolithographietechnologien Anwendung finden können.
Das selektive Ablagerungsmodellieren (selective deposition modeling, SDM) beinhaltet den Aufbau von dreidimensionalen Objekten, indem selektiv aushärtbares Material abgelagert wird auf Laminatbasis gemäß der Querschnittsdaten, welche die Scheiben des dreidimensionalen Objekts darstellen. Das ausgegebene Material kann ausgehärtet werden durch Kühlung, durch Heizen, Strahlungsbelichtung oder durch Anwendung eines zweiten physikalischen Materials. Es kann ein einzelnes Material ausgegeben werden oder es können mehrere Materialien ausgegeben werden, wobei jedes unterschiedliche Eigenschaften aufweist. Eine solche Technik wird als geschmolzenes Ablagerungsmodellieren (fused deposition modeling, FDM) bezeichnet und beinhaltet die Extrusion von Strömen von aufgeheiztem fließfähigem Material, welche aushärten, wenn sie ausgegeben werden auf die vorher gebildeten Schichten des Objekts. FDM wird beschrieben in US-Patent Nr. 5,121,329, erteilt am 9. Juli 1992 an Crump. Eine andere Technik wird als ballistische Partikelherstellung (ballistic particle manufacturing, BPM) bezeichnet, die einen fünfachsigen Tintenstrahlausgeber verwendet, um die Partikel eines Materials auf vorher ausgehärtete Schichten des Materials zu richten. BPM wird beschrieben in den PCT-Veröffentlichungen mit den Nummern WO 96-12607, veröffentlicht am 2. Mai 1996 von Brown, WO 96-12608, veröffentlicht am 2. Mai 1996 von Brown, WO 96-12609, veröffentlicht am 2. Mai 1996 von Menhennett, und WO 96-12610, veröffentlicht am 2. Mai 1996 von Menhennett Eine dritte Technik wird als Mehrfachstrahlmodellieren (multijet modeling, MJM) bezeichnet und beinhaltet das selektive Ablagern von Materialtropfen von mehreren Tintenstrahlmündungen, um das Aufbauverfahren zu beschleunigen. MJM wird beschrieben in US-Patent Nr. 5,943,235, eingereicht am 27. September 1996, von Earl u.a (zugewiesen an 3D Systems, Inc., wie die derzeitige Anmeldung).
Laminierte Objektherstellung (laminated object manufacturing, LOM)-Techniken umfassen die Bildung eines dreidimensionalen Objekts durch das Aufeinanderstapeln, Anhaften und selektive Schneiden von Bögen von Material, in einer ausgewählten Reihenfolge, gemäß den Querschnittsdaten, welche das zu bildende dreidimensionale Objekt darstellen. LOM wird beschrieben in den US-Patenten mit den Nummern 4,752,352, erteilt am 21. Juli 1988, an Feygin, 5,015,312, erteilt am 14. Mai 1991 an Kinzie und 5,192,559, erteilt am 9. März 1993 an Hull u.a.; und in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 95-18009, veröffentlicht am 6. Juli 1995, von Morita.
Obwohl, wie oben beschrieben, die Techniken der vorliegenden Erfindung in erster Linie auf flüssigkeitsbasierende Stereolithogaphieobjektbildung gerichtet sind, wird angenommen, dass einige der Techniken Anwendung finden können in den LOM oder SDM-Technologien, wo die Anwendung eines Strahls oder anderer Schicht bildender Elemente präzise gesteuert sein muss.
In der stereolithographischen Wissenschaft bestehen Bedürfnisse für verbesserte Strahlerzeugungstechniken und Positionierungstechniken. Ein erstes Bedürfnis besteht für ein verbessertes effektives Leben von Lasern, ultraviolettes Licht erzeugenden Festkörperlasern in einem stereolithographischen System. Ein zweites Bedürfnis besteht für die Einhaltung einer wesentlichen einheitlichen Belichtung über die Länge jedes Vektors, während gleichzeitig so schnell wie möglich gescannt wird, die Einhaltung adäquater Positionssteuerung und Minimierung der gesamten Belichtungszeit. Ein drittes Bedürfnis besteht für eine verbesserte Steuerung der Laserleistung, welche produziert wird und auf das Aufbaumaterial in einem stereolithographischen System angewendet wird. Ein viertes Bedürfnis besteht für eine verbesserte Effizienz bei der Belichtung des Aufbaumaterials in einem stereolithographischen System, wenn die Belichtung gesteuert wird von einer Mehrzahl von verschiedenen Vektortypen. Ein fünftes Bedürfnis besteht für vereinfachte Techniken zur Bestimmung der maximalen nützlichen Laserleistung zur Belichtung eines gegebenen Satzes von Vektoren.
2. Andere verwandte Patente und Anmeldungen
Die Tabelle 1 stellt eine Auflistung von Patenten und Anmeldungen bereit, von denen der Rechtsnachfolger der derzeitigen Anmeldung Mitinhaber ist. Eine kurze Beschreibung des Gegenstands, der in jedem Patent und in jeder Anmeldung aufgefunden wurde, ist enthalten in der Tabelle, um dem Leser dabei behilflich zu sein, spezifische Typen von Lehren ausfindig zu machen. Es ist nicht beabsichtigt, dass die Aufnahmen von Gegenständen begrenzt sind auf diese speziell angezeigten Themen; anstatt dessen dient die Aufnahme dazu, jeglichen Erfindungsgegenstand, der in diesen Anmeldungen und Patenten aufgefunden wurde, zu umfassen. Die Lehren dieser aufgenommenen Schriften können kombiniert werden mit den Lehren der derzeitigen Anmeldung in vielfacher Hinsicht. Beispielsweise können die Schriften, welche gerichtet sind auf verschiedene Datenbearbeitungstechniken kombiniert werden mit den Techniken hier, um sogar noch nützlichere, modifizierte Objektdaten zu bekommen, welche verwendet werden können, um Objekte noch genauer und/oder effizienter bilden zu können. Als weiteres Beispiel können die verschiedenen Vorrichtungskonfigurationen, die in diesen Schriften offenbart werden, verwendet werden in Verbindung mit den neuen Merkmalen der vorliegenden Erfindung.
Tabelle 1: Verwandte Patente und Anmeldungen
Zusätzlich wird Bezug genommen auf (1) Rapid Prototyping and Manufacturing: Fundamentals of Stereolithographie, von Paul F. Jacobs, veröffentlicht durch die Society of Manufacturing Engineers, Dearborn MI, 1992, (2) Stereolithography and other RP&M Technologies From rapid prototpying to rapid tooling; von Paul F. Jacobs, veröffentlicht durch die Society of Manufacturing Engineers, Dearborn MI, 1996.
WO 96-09200, auf der der Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 12 basiert, offenbart ein stereolithographisches System, in dem Licht verschiedener Wellenlängen verwendet wird, um Material zu verschiedenen Tiefen auszuhärten. Eine ähnliche Anordnung wird beschrieben in JP-10-119136.
JP-10-268367 offenbart ein System zum Einhalten einer hohen Wellenlängenkonvertierungseffizienz von Laserlicht.
JP-09-099490 offenbart eine Anordnung zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts, bei der die Intensität des optischen Strahls gesteuert wird, basierend auf der Bewegungsgeschwindigkeit des Strahls.
EP-A-0416124 bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts, welches einen verzweigten Abschnitt aufweist und lehrt, dass ein Dummy-gehärteter Kunststoffabschnitt gebildet werden sollte, unterhalb des sich verzweigenden Abschnitts.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Vektorbelichtungseffizienz in einem stereolithographischen System zu verbessern.
Ein erster Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Bilden eines dreidimensionaler. Objekts aus einer Mehrzahl von aneinander haftenden Schichten gemäß Anspruch 1 bereit.
Die Quelle der vorbestimmten Stimulation wird gesteuert, um die Menge der vorgeschriebenen Stimulation in einem Strahl ausgewählter Dimension zu variieren, wenn das Material gemäß einem ersten Satz von Vektoren belichtet wird und wenn da s Material gemäß einem zweiten Satz belichtet wird.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts bereit aus einer Mehrzahl von aneinander haftenden Schichten gemäß Anspruch 12. Die Quelle der vorgeschriebenen Stimulation wird gesteuert, um die Menge der vorgeschriebenen Stimulation in dem Strahl zu variieren, wenn das Material gemäß einem ersten Satz von Vektoren belichtet wird und wenn das Material gemäß einem zweiten Satz von Vektoren belichtet wird.
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend beschrieben in Zusammenhang mit den damit verbundenen Figuren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1a und 1b stellen Seitenansichten einer stereolithographischen Vorrichtung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung dar.
1c stellt ein Blockdiagramm dar, welches einige Hauptkomponenten des stereolithographischen Systems darstellt.
1d stellt ein schematisches Diagramm dar, welches die Hauptkomponenten in dem Laserkopf darstellt und den Strahlenpfad (Lichtweg) durch den Laserkopf.
2a stellt eine Seitenansicht eines Objekts dar, welches unter Verwendung von Stereolithographie gebildet wird;
2b stellt eine Seitenansicht des Objekts gemäß 2a dar, welches unter Verwendung von Stereolithographie gebildet wurde.
2c stellt eine Seitenansicht des Objekts von 2b dar, wo die verschiedenen Belichtungsregionen in Verbindung mit jeder Schicht dargestellt sind.
3 stellt ein Flussdiagramm dar, des Verfahrens einer bevorzugten Ausführungsform.
4 ist eine graphische Darstellung der Scangeschwindigkeit für verschiedene Vektortypen, der Infrarot- und UV-Leistungen, die durch den Lasergenerator produziert werden über verschiedene repräsentative Aufbaustufen, wie sie in einer bevorzugten Ausführungsform verwendet werden.
5 stellt ein Fließdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform dar.
6 stellt eine Gruppe von hypothetischen Vektoren dar, welche verwendet werden sollen beim Belichten einer Schicht von Material.
7 stellt zwei der Vektoren aus 4 dar, zusammen mit einer Anzahl von Nicht-Belichtungsvektoren, welche verwendet werden in einer bevorzugten Ausführungsform zum Übergang zwischen den zwei Belichtungsvektoren.
8 ist eine graphische Darstellung der UV- und Infrarot-Leistung, welche durch den Lasergenerator produziert wird, während des Abbildens der Vektoren, die in 8 gezeigt werden.
9 stellt ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform dar.
10 stellt ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform dar.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die 1a und 1b zeigen schematische Darstellungen einer bevorzugten stereolithographischen Vorrichtung 1 (SLA) zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung. Die grundlegenden Komponenten einer SLA werden beschrieben in den US-Patenten 4,575,330; 5,184,307; und 5,182,715, auf die oben Bezug genommen wurde. Die bevorzugte SLA umfasst einen Behälter 3 zum Aufnehmen des Aufbaumaterials 5 (beispielsweise Photopolymer), aus dem das Objekt 15 gebildet werden wird, einen Aufzug (elevator) 7 und Antriebsmittel, nicht gezeigt, die Aufzugplattform 9, das Belichtungssystem 11, die Wiederbeschichtungsschiene 13 und Antriebsmittel (nicht gezeigt), zumindest einen Computer (nicht gezeigt), zur Bearbeitung von Objektdaten (wie erforderlich) und zur Steuerung des Belichtungssystems, des Aufzugs und der Wiederbeschichtungsvorrichtung.
1a stellt das teilweise gebildete Objekt dar, wobei seine als letztes gebildete Schicht abgesenkt wird auf eine Position ungefähr eine Schichtdicke unterhalb des gewünschten Niveaus der oberen Oberfläche des Aufbaumaterials 5 (d.h. der gewünschten Arbeitsoberfläche). Da die Schichtdicke sehr klein ist und das Aufbaumaterial sehr viskos ist, deutet 1a an, dass das Material nicht signifikant über die zuletzt geformte Schicht geflossen ist, sogar nach dem Absenken der Plattform 9. 1b stellt die Beschichtungsschiene 13 dar, wobei sie teilweise über die zuvor geformte Schicht gestrichen ist und wobei die nächste Schicht des Aufbaumaterials teilweise gebildet wurde.
Ein bevorzugtes Belichtungssystem wird beschrieben in einigen der Patente und Anmeldungen, auf die oben Bezug genommen wurde, umfassend die Nummern 5,058,988; 5,059,021; 5,123,734; 5,133,987; 5,840,239; und 6,241,934. Dieses bevorzugte System umfasst einen Laser, ein Strahlenfokussierungssystem und ein Paar computergesteuerter XY-drehbare Scanspiegel von entweder dem motorgetriebenen Typ oder dem Galvanometertyp.
1c stellt ein Blockdiagramm von ausgewählten Elementen eines bevorzugten Stereolithographiesystems 1 bereit, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Nummern versehen sind. Das Belichtungssystem umfasst einen Infrarot-Laserkopf 70, welcher einen gepulsten Strahl von Strahlung produziert, die eine gewünschte Wiederholungspulswiederholungsrate (beispielsweise 22,2 bis 40 kHz) betreibt. Das Belichtungssystem umfasst des Weiteren ein AOM 72, einen ersten Frequenzumwandlungskristall 74, einen zweiten Frequenzumwandlungskristall 76, zwei Umlenkspiegel 78, eine Fokussieroptik 80, ein Paar von XY-Scanspiegeln 82 und einen Detektor 84. Eine Steuerungskomponente 95 wird bereitgestellt, um vorzugsweise unter anderem zu steuern die Scanspiegel 82, den AOM 72, den Detektor 84 und die Fokussieroptik 80. Der optische Pfad (Lichtweg) ist dargestellt mit dem Bezugszeichen 86. Der Computer steuert vorzugsweise die oben genannten Komponenten basierend auf Objektdaten, die für die stereolithographische Bildung modifiziert wurden. Es wird bevorzugt die Fokussieroptik gesteuert, um zwei oder mehrere Strahlendurchmesser zur Bildung von Objektschichten zu erzeugen. Der AOM wird vorzugsweise gesteuert, um die Strahlenkraft anzupassen basierend auf einer Mehrzahl von Kriterien, welche die Strahlengröße umfassen.
Die Scanspiegel werden verwendet, um selektiv den Strahlpfad zu den gewünschten Orten auf der Oberfläche des Aufbaumaterials 5 zu lenken oder auf andere Gegenstände wie beispielsweise den Detektor 84. Der optische Pfad jenseits der Scanspiegel wird dargestellt mit dem Bezugszeichen 86', 86'' oder 86''' als Beispiele für verschiedene Richtungen, in die der Strahl gerichtet werden kann. Der AOM wird verwendet, um die Strahlenleistung einzustellen, welche erlaubt ist, um von dem Infrarotlaserkopf 70 zu den ersten und zweiten Frequenzumwandlungskristallen zu gelangen. Der Strahl, dem es gestattet ist, zu den Frequenzumwandlungskristallen zu gelangen, wird von dem AOM entlang eines Strahlenpfads 1. Ordnung geschickt. Die anderen Strahlenpfadordnungen (beispielsweise 0ter und 2ter) werden gehemmt in ihrem Fortschreiten zu den Frequenzumwandlungskristallen. Die Fokussieroptiken werden verwendet, um einen gewünschten Fokus oder Strahlendurchmesser an der Oberfläche 20 des Materials 5 zu erhalten.
Eine detailliertere Darstellung des strahlerzeugenden Abschnitts des Belichtungssystems wird in 1d dargestellt, wobei gleiche Nummern zu denen, die in den anderen Figuren verwendet wurden, ähnliche Komponenten darstellen. Der Strahlungserzeugungsabschnitt des Belichtungssystems umfasst einen Laserkopf 68, infraroterzeugende Laserdioden 71 und ein Faseroptikkabel 69. Die Laserdioden produzieren ungefähr 808 nm Strahlung bei ungefähr 18 Watt. Das Faseroptikkabel lenkt die Ausgabe der Laserdioden 71 zu einem IR-Laser 70 innerhalb des UV-Laserkopfes, wobei die Strahlung von der Faseroptik verwendet wird, um Pumpstrahlung an dem IR-Laser 70 bereitzustellen. Der Laser 70 produziert 1064 μm Strahlung, welche gelenkt wird zu einem akusto-optischen Modulator (AOM) 72, welcher verwendet wird, um die Strahlungsleistung zu steuern durch Ablenken von variierenden Mengen der Strahlleistung entlang verschiedener optischer Pfade. Ein optischer Pfad nullter Ordnung lenkt den Strahl in eine Strahlensenke. Beispielsweise eine Falle, die gebildet wird durch zwei dreieckig geformte Elemente 73. Ein optischer Pfad erster Ordnung lenkt den Strahl durch eine Halbwellenplatte 75, welche die Polarisierung des Strahls dreht.
Von der Halbwellenplatte 75 tritt der Strahl in ein Frequenzumwandlungsmodul 93 ein, durch eine Öffnung 77. Von der Öffnung 77 gelangt der Strahl zu dem Fokussierspiegel 79'. Vom Spiegel 79' gelangt der Strahl durch einen ersten Frequenzumwandlungskristall 74. Dieser erste Kristall 74 wandelt einen Teil des ersten Strahls um in einen Strahl mit der doppelten Frequenz. Der verbleibende Teil des ursprünglichen Strahls und der Strahl mit der doppelten Frequenz gelangen zu dem zweiten Fokussierspiegel 79", dann zum dritten Fokussierspiegel 79''' und dann durch einen zweiten Frequenzumwandlungskristall 76. Der zweite Kristall 76 erzeugt einen dritten Strahl mit der dreifachen Frequenz verglichen mit dem ursprünglichen Strahl, welcher in den ersten Kristall 74 eintrat. Ein Strahl, der alle drei Frequenzen beinhaltet, gelangt dann aus dem Umwandlungsmodul 93 heraus durch die Öffnung 77. Die Spiegel 78 und die anderen optischen Elemente sind wellenlängenselektiv und veranlassen dass die verbleibenden Teile der ursprünglichen und Doppelfrequenzstrahlen gedämpft werden. Deshalb gelangt nur der Bereich des Strahls mit einer dreifachen Frequenz entlang des Rests des Strahlenpfads durch den Laserkopf 68.
Von der Öffnung 77 gelangt der Strahl zum Umlenkspiegel 78 und geht weiter durch die zylindrische Linse 81' und 81''. Die zylindrischen Linsen werden verwendet, um Astigmatismus und überschüssige Ellipsität aus dem Strahl zu entfernen. Die überschüssige Ellipsität wird bestimmt, basierend auf einem Breitenverhältnis des Strahls, welches definiert ist als das Verhältnis einer minimalen Strahlenabmessung auf einer Brennebene und der maximalen Strahlenabmessung auf der Brennebene. Ein Breitenverhältnis von eins besagt, dass der Strahl rund ist, während ein Breitenverhältnis von 1,1 oder 0,9 besagt, dass die Breite des Strahls in einer Abmessung ungefähr 10 % größer oder kleiner ist als die Breite in der anderen Abmessung. Breitenverhältnisse oberhalb von 1,1 oder unterhalb von 0,9 werden im Allgemeinen als übermäßig betrachtet, obwohl in manchen Fällen die Strahlen nützlich sein können.
Von der zylindrischen Linse 81'' gelangt der Strahl zum Umlenkspiegel 78. Der meiste Teil des Strahls gelangt anschließend durch den Strahlenteiler 94, während ein sehr kleiner Teil (beispielsweise ungefähr 1 bis 4 %) reflektiert wird von dem Strahlenteiler zurück zu dem Detektor 85, wo eine Leistungsmessung genommen werden kann, welche anschließend verwendet werden kann zur Bestimmung der Gesamtstärke in dem Strahl. Der Hauptteil des Strahls bewegt sich durch die Linsen 83' und 83'' in dem Strahlenfokussiermodul 80. Nach dem Durchlaufen der Linse 83'' wird die Richtung des Strahls neu eingestellt durch zwei Umlenkspiegel 78.
Der Strahl tritt dann wieder in das Fokussiermodul ein und läuft durch die bewegliche Linse 83'''. Die Position der Linse 83''' wird gesteuert durch den Schrittmotor 87, die bewegliche Befestigung 88 und die Gewindespindel 89. Der Motor wird computergesteuert, so dass die Brennebene des Strahls variiert werden kann in Abhängigkeit von der gewünschten Strahlengröße auf der Oberfläche des Aufbaumaterials.
Es wird bevorzugt, dass das Fokussiersystem vorab kalibriert wird, so dass die Anpassung von einer Strahlengröße auf eine andere ohne Verzögerung erfolgen kann. In dieser Hinsicht wird es bevorzugt, dass ein Kodiergerät die Schrittmotorposition bereitstellt und dass der Computer eine Tabelle von Kodiergerätpositionen enthält, welche korrespondieren mit verschiedenen gewünschten Strahlgrößen.
Basierend auf den Werten in der Nachschlagetabelle kann der Schrittmotor angewiesen werden, sich in eine neue Position zu begeben, basierend auf einer Differenz zwischen der gegenwärtigen Position und der gewünschten Position. Ist einmal die neue Position erreicht, wie gewünscht, kann der tatsächliche Strahldurchmesser überprüft werden mittels eines Strahlprofilierungssystems, wie es in dem vorstehend genannten US-Patent Nr. 5,058,988 beschrieben wurde. Verschiedene alternative Vorgehensweisen zur Einstellung der Strahlgröße werden für die Fachleute offensichtlich sein.
Der Strahl gelangt anschließend zu dem Umlenkspiegel 78 und aus dem Ausgangsfenster 90, nachdem der Strahl auf die Scanspiegel getroffen ist oder andere optische Komponenten. Der Strahl, der im Laserkopf erzeugt wird, wird gepulst bei einer verwendbaren Frequenz (z.B. 22,2 bis 40 kHz oder mehr). Der Laserkopf wird vorzugsweise wassergekühlt, indem Wasser eingeleitet wird durch die Basisplatte, welche die in 1d dargestellten Komponenten unterstützt. Das Wasser tritt vorzugsweise durch die Mündung 91 in die Platte ein, läuft weiter entlang eines kurvigen Fließpfades und verlässt anschließend die Platte durch die Mündung 92.
Ein Laserleistungsquelle kann verwendet werden, um den Betrieb des Lasers auf verschiedene Weise zu steuern: (1) Sie liefert den gewünschten Betrag von elektrischer Leistung an die Laserdioden 71, um eine gewünschte optische Ausgabe zu produzieren (z.B. ungefähr 18 Watt), (2) sie kontrolliert die thermisch elektrischen Heizer/Kühler oder andere Heizer/Kühler, um die Temperatur der Laserdioden, der Infrarotlaser, und/oder der Umwandlungskristalle zu steuern, (3) er kann den AOM Q-Schalter steuern, (4) er kann das Fokussiersystem steuern, (5) er kann verwendet werden, um den Detektor zu kontrollieren und dessen Signale zu interpretieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozesscomputer dazu verwendet werden, eines oder mehrere der oben angeführten Elemente zu steuern. Der Prozesscomputer ist vorzugsweise funktionell verbunden mit der Stromquelle, so dass er weiter den Laserbetrieb steuern kann.
Ein bevorzugter Laserkopf, IR-Modul und Stromquelle werden vertrieben durch Spectra Physics of Moutainview, CA, als Teilnummer J30E-BL10-355Q-11 oder J30E-BL6-355Q-11.
Das Wasser, das durch die Basisplatte geleitet wird, wird auch vorzugsweise verwendet, um die IR-Laserdioden 71 zu kühlen. Es wird bevorzugt, dass das Wasser durch die Basisplatte geleitet wird, bevor es weiter geleitet wird zu den Laserdioden 71. Das Wasser kann rezirkuliert werden durch ein angeschlossenes Kühlsys tem oder andere Rezirkulier- oder Nicht-Rezirkuliersysteme. Verschiedene Alternativen zur Wasserkühlung sind möglich und werden offensichtlich sein für die Fachleute.
Bevorzugte Steuerungs- und Datenverarbeitungssysteme und Software werden beschrieben in einer Anzahl von Patenten, die oben genannt wurden, inklusive der US-Patente 5,184,307; 5,321,622; und 5,597,520.
Bezug nehmend nun auf die 1a und 1b wird eine bevorzugte Wiederbeschichtungsvorrichtung beschrieben in US-Patent 5,902,537, wie oben erwähnt und umfasst die Wiederbeschichtungsschiene 13, die regulierte Vakuumpumpe 17 und die Vakuumleitung 19, welche die Schiene 13 und die Pumpe 17 verbindet.
Andere Komponenten einer bevorzugten SLA (nicht gezeigt) können umfassen ein Flüssigkeitsniveausteuerungssystem, eine Aufbaukammer, ein Umfeldsteuerungssystem, umfassend ein Temperatursteuerungssystem, Sicherheitssperren, eine Sichtvorrichtung und ähnliches.
SLAs, auf denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, sind erhältlich von 3D Systems, Inc. aus Valencia, CA. Diese SLAs umfassen die SLA 250, welche einen CWHECD-Laser verwendet, welcher betrieben wird bei 325 nm, den SLA 3500, SLA 5000 und SLA 7000, welche Festkörperlaser verwenden, welche betrieben werden bei 355 nm mit Pulswiederholungsraten von 22,2 kHz, 40 kHz und 25 kHz. Bevorzugte Aufbaumaterialien sind Photopolymere, welche hergestellt werden von Ciba Specialty Chemicals aus Los Angeles, CA und erhältlich sind von 3D Systems, Inc. Diese Materialien umfassen SL 5170, SL 5190 und SL 5530 HT.
Der typische Betrieb eines SLA umfasst die alternierende Bildung von Materialbeschichtungen (d.h. Schichten von Material) und die selektive Aushärtung dieser Beschichtungen, um ein Objekt zu bilden aus einer Mehrzahl von haftenden Schichten. Dieses Verfahren kann konzeptionell so gesehen werden, dass es damit beginnt, dass die Aufzugsplattform 9 eingetaucht wird in eine Schichtdicke unterhalb der oberen Oberfläche 20 des Photopolymers 5. Die Beschichtung aus Photopolymer wird selektiv einer vorgeschriebenen Stimulation (beispielsweise einem Strahl UV-Strahlung) ausgesetzt, welche das Material zu einer gewünschten Tiefe aushärtet, um eine anfängliche Schicht auf dem Objekt zu bilden, welche an der Aufzugsplattform anhaftet. Diese anfängliche Schicht korrespondiert mit einem anfänglichen Querschnitt des Objekts, das geformt werden soll oder korrespondiert mit einem anfänglichen Querschnitt von Stützteilen, welche verwendet werden können, um das Objekt an die Plattform anzuhaften. Nach der Bildung dieser anfänglichen Schicht werden die Aufzugsplattform und die anhaftende anfängliche Schicht abgesenkt, um einen Nettobetrag von einer Schichtdicke in das Material hinein.
Danach können die Schichtdicke und andere Längeneinheiten ausgedrückt werden in jeder der drei Einheiten: (1) Inch, (2) Milliinch (d.h. mils) oder (3) Millimeter. Da das Material typischerweise sehr viskos ist und die Dicke jeder Schicht sehr dünn (beispielsweise 4 mils bis 10 mils) kann das Material unter Umständen nicht rechtzeitig eine Schicht bilden über der zuletzt ausgehärteten Schicht (wie gezeigt in 1a). Für den Fall, dass eine Beschichtung nicht fertig gebildet wird, kann eine Wiederbeschichtungsvorrichtung bei oder etwas oberhalb der Oberfläche des Aufbaumaterials (z.B. flüssiges Photopolymer) gestrichen werden, um bei der Bildung einer frischen Beschichtung behilflich zu sein. Der Beschichtungsbildungsprozess kann das Darüberstreichen der Wiederbeschichtungsschiene einmal oder mehrmals bei einer bestimmten Geschwindigkeit umfassen.
Nach der Bildung dieser Beschichtung wird die zweite Schicht ausgehärtet durch eine zweite Belichtung des Materials der vorgeschriebenen Stimulation gemäß den Daten, die einen zweiten Querschnitt des Objekts darstellen. Dieser Prozess der Beschichtungsbildung und Aushärtung wird mehrfach wiederholt, bis das Ob jekt aus einer Mehrzahl von anhaftenden Schichten (21, 23, 25, 27, 29, 31, 33) gebildet wurde.
In manchen Aufbautechniken kann eine unvollständige Aushärtung von einigen oder allen Objektquerschnitten auftreten. Alternativ kann in manchen Prozessen eine Objektschicht, die einer gegebenen Lage zugeordnet ist (d.h. einer Schicht, deren Position relativ zu dem Rest des Objekts positioniert werden sollte, auf dem Niveau, welches korrespondiert mit der Materiallage) nicht belichtet sein oder nur teilweise belichtet sein in Verbindung mit dieser Lage (d.h. wenn diese Lage angeordnet ist an der Oberfläche der Flüssigkeit). Anstatt dessen kann diese Schicht ganz oder teilweise gebildet werden in Verbindung mit einer nachfolgend gebildeten Lage, wobei die Belichtung, welche angewendet wird auf diese nachfolgende Lage dergestalt ist, dass sie eine Materialumformung bewirkt, bis zu einem solchen Ausmaß, dass sie Aushärtung erzeugt in dem Material auf dem Niveau des zugehörigen Querschnitts. In anderen Worten kann die Lage, welche einer gegebenen Schicht zugeordnet ist nicht die Lage sein in Verbindung mit der die Schicht ausgehärtet wird. Es kann gesagt werden, dass die Lage in Verbindung mit der eine Schicht oder ein Teil der Schicht gebildet wird, diejenige Lage ist, welche angeordnet ist an der Oberfläche des Materials zu der Zeit, wo die Schicht ausgehärtet wird. Die Lage, der eine Schicht zugeordnet ist, ist die Lage, welche korrespondiert mit dem abmessungsmäßig korrekten Ort der Schicht relativ zu dem Rest des Objekts.
2a stellt eine Seitenansicht eines Objekts 41 dar, welches stereolithographisch hergestellt werden soll. Bezüglich der Bildung von horizontalen Schichten stellt diese Figur die vertikale Achse (Z) und eine der horizontalen Achsen (X) dar. Dieses Objekt wird verwendet werden, um manche Aspekte einer bevorzugten Ausführungsform und alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Dieses Objekt umfasst zwei horizontale (d.h. flache) nach unten gerichtete Merkmale: eines am Boden 43 des Objekts und das andere an der oberen Kante 45 des Lochs 47 durch die Mitte des Objekts. Auf ähnliche Weise umfasst dieses Objekt zwei horizontale (d.h. flache) nach oben gerichtete Merkmale: eines auf dem Oberteil 49 des Objekts und das andere an der unteren Kante 51 des Lochs 47 durch die Mitte des Objekts. Dieses Objekt umfasst zwei vertikale Wände 53 und 55, welche auf jeder Seite des Lochs 47 angeordnet sind. Dieses Objekt umfasst auch zwei nicht-horizontale (manchmal als beinahe flach bezeichnete) nach oben gerichtete Regionen 57 und 59, welche auf jeder Seite des Objekts angeordnet sind und zwei nicht-horizontale nach unten gerichtete Regionen 61 und 63, welche auf jeder Seite des Objekts angeordnet sind.
2b illustriert das Objekt, wie es vielleicht gebildet würde mit einer gewünschten Auflösung unter Verwendung von Stereolithographie, wobei die MSD und MRD (diskutiert in den US-Patenten 5,597,520 und 5,902,538) des Materials beide Male kleiner oder gleich der gewünschten Schichtdicke (d.h. Auflösung) sind. In diesem Beispiel ist die Dicke 220 von jeder Schicht gleich. Wie bereits angedeutet wird das Objekt gebildet von 16 anhaftenden Schichten 101 bis 116 und 16 zugeordneten Materiallagen 201 bis 216. Da die Lagen typischerweise ausgehärtet werden von ihrer oberen Oberfläche abwärts ist es typisch, die querschnittsmäßigen Daten, Schichten und Lagenbezeichnungen mit dem oberen Maß ihrer Positionen zu verbinden. Um die Haftung zwischen den Schichten sicherzustellen, werden typischerweise zumindest Teile von jeder Schicht ausgestattet mit einer Menge von Belichtung, welche eine Aushärtetiefe von mehr als einer Schichttiefe ergibt. In manchen Fällen kann die Verwendung von Aushärtetiefen, welche größer sind als eine Schichtdicke, notwendig sein, um Haftung zu erreichen. Um die Genauigkeit zu optimieren, ist es typisch, die Objektdaten so zu bearbeiten, dass sie einen MSD welcher größer ist als eine Schichtdicke, bedingen oder die Belichtung der abwärts gerichteten Regionen so zu limitieren, dass sie nicht ausgehärtet werden zu einer Tiefe von mehr als einer Schichtdicke.
Ein Vergleich von 2a und 2b deutet an, dass das Objekt, wie es in diesem Beispiel reproduziert wurde, überdimensioniert ist relativ zu seinem ursprünglichen Design. Vertikale und horizontale Merkmale sind korrekt positioniert; aber jene Merkmale, welche geneigt sind oder nahezu flach sind (weder horizontal noch vertikal) haben ausgehärtete Schichten, deren minimale Abmessung die Hülle des ursprünglichen Designs berührt und deren maximale Abmessung über das ursprüngliche Design hervorsteht. Eine weiter gehende Diskussion über die Datenzuordnungs-, Belichtungs- und Größenbestimmungsfragen kann gefunden werden in den US-Patenten 5,184,307 und 5,321,622 sowie in einer Reihe von anderen Patenten, die oben angesprochen wurden.
2c stellt das Objekt dar, wie es in 2b produziert wurde, wobei verschiedene Regionen des Objekts und der Objektschichten unterschieden werden. In einem Klassifikationsschema (wie in US-Patent 5,321,622 beschrieben) kann jede Schicht des Objekts hergestellt werden aus einer, zwei oder drei verschiedenen Regionen: (1) abwärts gerichtete Regionen; (2) aufwärts gerichtete Regionen; und (3) durchgehende Regionen (d.h. Regionen, die weder abwärts noch aufwärts gerichtet sind). In diesem Schema können die folgenden acht Vektortypen verwendet werden, obwohl auch andere definiert und benutzt werden könnten:
Abwärts gerichtete Grenzen – Grenzen, die die abwärts gerichteten Regionen des Objekts umgeben.
Aufwärts gerichtete Grenzen – Grenzen, die die aufwärts gerichteten Regionen des Objekts umgeben.
Durchgehende Grenzen – Grenzen, die die Regionen des Objekts umgeben, welche weder aufwärts noch abwärts gerichtet sind.
Abwärts gerichtete Schraffur – Belichtungslinien, welche positioniert sind, innerhalb der abwärts gerichteten Grenzen. Diese Linien können nah oder weit voneinander beabstandet sein und sie können sich erstrecken in eine oder mehrere Richtungen.
Nach oben gerichtete Schraffur – Belichtungslinien, welche positioniert werden können innerhalb der aufwärts gerichteten Grenzen. Diese Linien können nah oder weit voneinander beabstandet sein und sie können sich erstrecken in eine oder mehrere Richtungen.
Durchgehende Schraffur – Belichtungslinien, welche positioniert sind innerhalb der durchgehenden Grenzen. Diese Linien können nah oder weit voneinander beabstandet sein und sie können sich erstrecken in eine oder mehrere Richtungen.
Abwärts gerichtete Haut/Füllung – Belichtungslinien, welche positioniert sind innerhalb der abwärts gerichteten Grenzen und nah beabstandet sind, um eine durchgehende Region von ausgehärtetem Material zu bilden.
Nach oben gerichtete Haut/Füllung – Belichtungslinien, welche positioniert sind innerhalb der aufwärts gerichteten Grenzen und nahe beabstandet sind, um eine durchgehende Region von ausgehärtetem Material zu bilden.
Zusammengenommen definieren die abwärts gerichteten Grenzen, die abwärts gerichtete Schraffur und die abwärts gerichtete Füllung die abwärts gerichteten Regionen des Objekts. Die aufwärts gerichteten Grenzen, die aufwärts gerichtete Schraffur und die aufwärts gerichtete Füllung definieren die aufwärts gerichteten Regionen des Objekts. Die durchgehenden Grenzen und die durchgehende Schraffur definieren die durchgehenden Bereiche des Objekts Da die abwärts gerichteten Regionen nichts unter sich haben, zu dem eine Anhaftung wünschenswerter Weise erreicht wird (anders als eventuelle Stützen), umfasst die Menge der angewendeten Belichtung bei diesen Regionen typischerweise nicht einen Extrabetrag, welcher Anhaftung erzeugt an eine untere Schicht, obwohl eine Extrabelichtung gegeben werden könnte, um adäquat mit jeglichen existierenden MSD-Fragen umzugehen. Da die aufwärts gerichteten und durchgehenden Regionen ausgehärtetes Material unter sich haben, umfasst die Menge der auf diese Regionen ange wendeten Belichtung typischerweise einen Extrabetrag, um das Anhaften an eine untere Schicht sicherzustellen.
Tabelle 2 behandelt die verschiedenen Regionen, die auf jeder Schicht für 2c gefunden wurden.
Tabelle 2: Objektregionen, die auf jeder Schicht von Fig. 2 existieren
Andere Schemata zur Regionidentifkation und Vektortypkreation werden beschrieben in verschiedenen Patenten und Anmeldungen, die oben genannt wurden, inklusive der US-Patente 5,184,397; 5,299,878; 5,238,639; 5,597,520; und der Anmeldungen 08/722,326; 08/855,125; und 08/920,428. Manche Schemata kön nen die Verwendung von weniger Zeichnungen beinhalten, wie beispielsweise: (1) Definieren von lediglich auswärts gerichteten Regionen und durchgehenden Regionen, bei denen abwärts gerichtete und aufwärts gerichtete Regionen kombiniert werden, um die auswärts gerichteten Regionen zu kombinieren; (2) Kombinieren von allen Fülltypen in einer einzigen Bezeichnung; oder (3) Kombinieren der nach oben gerichteten und durchgehenden Schraffur zu einer einzigen Bezeichnung oder sogar aller drei Schraffurtypen zu einer einzigen Bezeichnung. Andere Schemata können die Verwendung von mehreren Bezeichnungen beinhalten, wie beispielsweise das Teilen von sowohl der aufwärts gerichteten und abwärts gerichteten Regionen in flache Regionen und fast flache Regionen.
Andere Regionidentifizierungen können beinhalten die Identifizierung, welche Teile der Grenzregionen, die mit jeder Schicht zugeordnet sind, nach außen gerichtet sind und/oder ins Innere der Schicht. Nach außen gerichtete Grenzregionen sind zugeordnet mit den anfänglichen Querschnittsgrenzen (initial cross-section boundaries, ICSB). Die ICSB können betrachtet werden als die Querschnittsgrenzregionen, die vor den Querschnitten in den verschiedenen gewünschten Regionen existieren. Die ICSBs werden beschrieben in den US-Patenten 5,321,622 und 5,597,520. Die inneren Grenzen sind begrenzt an beiden Seiten durch Objektteile der Schicht, wobei nach außen gerichtete Grenzen begrenzt sind auf einer Seite durch einen Objektteil der Schicht und auf der anderen Seite durch einen Nicht-Objektteil der Schicht.
Wir richten nun unsere Aufmerksamkeit auf spezifisch bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche beschrieben werden in Anbetracht der bereit gestellten vorläufigen Information und dem oben dargestellten Hintergrund. Die Überschriften, die mit den folgenden Ausführungsformen verbunden sind, sollen dabei behilflich sein, die Offenbarung zu lesen, sollen aber nicht die Anwendbarkeit der Lehren hierin auf diese individuellen Ausführungsformen einschränken oder begrenzen, mit denen eine ausdrückliche Offenbarung erfolgte.
Erste bevorzugte Ausführungsform:
3 stellt ein Fließdiagramm für eine erste bevorzugte Ausführungsform dar. Diese Ausführungsform verlangt eine Reduzierung der Produktion von synergistischer Stimulation während Zeitperioden, in denen der Strahl nicht gebraucht wird. In dieser Ausführungsform wird es bevorzugt, dass der Strahl nicht nur ein wenig daran gehindert ist, die Oberfläche des Aufbaumaterials zu erreichen, sondern dass die Produktion der Stimulation vermindert wird und noch bevorzugter unterbleibt während dieser Perioden.
Das Element 300 zeigt an, dass das Aufbaumaterial einem Strahl von vorgeschriebener Stimulation ausgesetzt ist. Das Element 302 zeigt an, dass eine Analyse gemacht wird, um zu bestimmen, ob die nächste Belichtung erfolgen wird innerhalb einer Zeit T1 oder nicht. Soll die Belichtung innerhalb der Zeit T1 erfolgen, geht der Prozess zurück zum Element 300, so dass die Belichtung weitergehen kann. Soll die Belichtung nicht innerhalb der Zeit T1 erfolgen, wird die Strahlleistung daran gehindert, einen Frequenzumwandlungskristall, wie durch Element 304 bezeichnet, zu erreichen. Das Element 306 zeigt an, dass eine Analyse ausgeführt wird, um zu bestimmen, ob eine nächste Belichtung erfolgen wird in einer Zeit T2 oder nicht. Soll die Belichtung nicht innerhalb der Zeit T2 erfolgen, läuft der Prozess weiter durch das Element 306. Wird bestimmt, dass die Belichtung innerhalb einer Zeit T2 erfolgen soll, wird die Leistung wieder angewendet auf den Frequenzumwandlungskristall (Element 308), so dass die vorgeschriebene Stimulationsproduktion wieder gestartet wird und eine Belichtung erneut erfolgen kann gemäß dem Element 300.
Ein Vorteil dieser Technik liegt in der Verlängerung der effektiven Lebensdauer des Lasersystems. In diesem Kontext bezieht sich die Bezeichnung effektive Lebensdauer auf die Anzahl der Stunden der Objektbildung, welche erhalten werden können von dem Laser zwischen Reparaturen. Wenn ein frequenzumgewandelter Laser verwendet wird in der Produktion von ultravioletter Strahlung, wurde Scha den an der Ausgangsoberfläche des Frequenzumwandlungskristalls beobachtet, der verantwortlich ist für die UV-Strahlungserzeugung. Dieser Schaden war verantwortlich für eine signifikant kürzere Lebensdauer der Laser. Da das Ausmaß des Schadens an den UV-Strahlung produzierenden Kristallen anscheinend direkt zusammen hängt mit der Leistung, die von dem Kristall produziert wurde und der Betriebsdauer, verlängert die vorliegende Erfindung die effektive Lebensdauer des Lasers, indem sie die Leistung, die den Kristall verlässt, vermindert. Ein bevorzugter Laser zur Verwendung mit dieser Ausführungsform ist der Laser, der in den 1c und 1d dargestellt wurde. Wie angedeutet ist ein AOM (d.h. akustooptischer Modulator) 72 angeordnet zwischen dem IR-Laserkopf 70 und zwei Frequenzumwandlungskristallen 74 und 76. Der AOM wird gesteuert durch den Systemsteuerungscomputer (z.B. Prozesscomputer), um zu verhindern, dass die Leistung die Frequenzumwandlungskristalle erreicht, wenn es nicht notwendig ist für die Belichtung des Aufbaumaterials 5 an der Oberfläche 20 oder für einige andere Zwecke. Da es nicht ungewöhnlich ist für die Wiederbeschichtungszeit und andere Perioden von Nicht-Belichtung, dass sie über 50 % der tatsächlichen Zeit für die Bildung eines Objekts ausmachen, ist es möglich für diese Technik, die Laserlebensdauer zu verdoppeln oder sogar noch weiter zu verlängern.
Das Ergebnis dieser Technik wird dargestellt in 4, wo eine grafische Darstellung der Laserausgabeleistung (Ausgabe der vorgeschriebenen Stimulation wird gezeigt als eine Funktion der Zeit). In dieser grafischen Darstellung umfasst der Zeitablauf die Belichtung von drei Schichten und die Bildung von zwei Schichten. Verschiedene Schichtbildungsereignisse werden in der Figur aufgezeigt: (1) PB = Strahlprofiling und -Analyse (Beam Profiling and Analysis), (2) Expose = Belichtung einer Lage, um eine Schicht zu bilden (Exposure of the layer to form a lamina), (3) PD = Verzögerung vor dem Eintauchen (Pre-Dip Delay), (4) Coat = Zeit zum Bilden einer Lage über eine vorher geformte Schicht, was typischerweise der Zeit entspricht, die benötigt wird, um eine Wiederbeschichtungsvorrichtung über die vorher geformte Schicht hinüber streichen zu lassen, und (5) Z Weight = Verzögerungszeit nach dem Hinüberstreichen, bevor die Belichtung beginnt.
Wie bereits angedeutet, wird während den Belichtungsperioden die vorgeschriebene Stimulation produziert auf bestimmten Niveaus für die Objektproduktion. Wie ebenfalls angedeutet, wird während der Nicht-Belichtungszeiten die Menge der Stimulation drastisch reduziert. Während Nicht-Belichtungszeiten, die länger dauern als ein paar Sekunden, wird es bevorzugt, dass die vorgeschriebene Stimulationsproduktion auf unter 50 % ihres Belichtungsniveaus reduziert wird, mehr bevorzugt unter 75%, sogar noch mehr bevorzugt unter 90% und am allermeisten bevorzugt wird sie vollständig verhindert.
Neben den in 4 aufgezeigten Verhinderungsperioden können andere Perioden existieren, wenn Verhinderung auftreten kann. Eine solche Zeit ist bekannt als Interschraffurverzögerung (Inter Hatch Delay) und wird beschrieben in dem US-Patent 6,399,010, eingereicht am B. Februar 1999.
Verhinderung oder Vermiderung können auftreten während all dieser Perioden, einem Teil von jeder Periode oder sogar nur eines Teils von einer dieser Perioden oder während einer anderen Periode.
Verschiedene Wege können verwendet werden, um die Laserleistung zu reduzieren. Je schneller die Fähigkeit ist, die Leistung zu reduzieren und dann die Leistung wieder herzustellen, desto effektiver kann die Technik dieser Ausführungsform sein. Wie bereits oben festgestellt, kann ein akusto-optischer Modulator verwendet werden, um die Leistung zu variieren, die die Frequenzumwandlungskristalle bzw. den Frequenzumwandlungskristall erreicht. Da der AOM verwendet werden kann, um die Produktion vollständig zu verhindern oder die Leistung irgendwo zwischen 0 % und 100% zu variieren innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde, ist es eine bevorzugte Vorrichtung für diese Ausführungsform sowie für andere Ausführungsformen, die nachfolgend diskutiert werden.
Andere Techniken zur Steuerung der Laserleistung umfassen: (1) einen Mechanismus zur variablen Versorgung einer Laserdiode mit elektrischer Leistung, welche Pumpenergie an die Laserquelle liefert, (2) einen Mechanismus zur variablen Steuerung des Betriebs eines Q-Schalters in der Laserquelle, (3) einen elektrooptischen Modulator, (4) einen Mechanismus zur variablen Steuerung einer Pulswiederholungsrate von der Leistung in dem Strahl, (5) einen Mechanismus zur Steuerung der Temperatur einer Laserdiodenquelle, welche Pumpenergie an die Laserquelle liefert, (6) einen Mechanismus zur Steuerung einer Temperatur eines Frequenzumwandlungskristalls durch den der Strahl von der Laserquelle hindurch geht und (7) einen computergesteuerten Verschluss.
Die Zeitperiode T1 kann auf verschiedenen Faktoren basieren. Zum Beispiel können diese Faktoren umfassen (1) Zeit zum Abschwächen oder Verhindern des Strahls und (2) Zeit zum Reaktivieren des Strahls und ihn zu stabilisieren. Die Zeitperiode T2 kann basieren auf verschiedenen Faktoren, die sowohl umfassen (2) obiges und die Periode zwischen Neubestimmung zur Nachprüfung. In einer Alternative kann die Entscheidung, einen Strahl einzuschalten, basieren auf dem Ablauf einer Countdown-Uhr im Gegensatz zum Durchlaufen einer Vergleichsroutine.
Zweite bevorzugte Ausführungsform:
Diese Ausführungsform stellt eine Technik bereit zur effektiven Steuerung der Vektorbelichtung, insbesondere, wenn hohe Scangeschwindigkeiten angewendet werden. Diese Technik verbindet ausgewählte Belichtungsvektoren (d.h. Vektoren, die vorgesehen sind, um Aufbaumaterial zu belichten) mit einem oder mehreren Nicht-Belichtungsvektoren (d.h. Vektoren, die verwendet werden, um die Strahlscanrichtung und Geschwindigkeit umzulenken, ohne das Aufbaumaterial signifikant zu belichten), so dass sichergestellt ist, dass zu Beginn eines Belichtungsvektors die Scangeschwindigkeit und die Bewegungsrichtung adäquat sind für den abzufahrenden Vektor. Genauso wird an dem Ende eines Belichtungsvektors sichergestellt, dass die Scangeschwindigkeit adäquat für den Vektor bleibt.
Ein Fließdiagramm, welches eine Implementierung dieser Ausführungsform darstellt, wird bereitgestellt als 5. 5 beginnt mit Element 400, welches eine Variable „i" vorgibt, welche 1 entspricht. Diese Variable stellt eine Bezeichnung für jeden Belichtungsvektor, der gezogen werden soll, bereit. Der nachfolgende Belichtungsvektor wird bezeichnet „i+1".
Das Element 402 verlangt nach Versorgungsdaten, welche einen ersten Belichtungsvektor darstellen, EV_i und einen zweiten Belichtungsvektor EV_i+1 Manche Parameter für jeden Vektor umfassen: (1) Anfang X-Position für jeden Vektor, Xi_b, X(i+1)_b; (2) Anfang Y-Position für jeden Vektor, Yi_b, Y(i+1)_b; (3) Ende X-Position für jeden Vektor, Xi_e, X(i+1)_e; (4) Ende Y-Position für jeden Vektor Yi_e Y(i+1)_e;(5) X-Komponente der Scangeschwindigkeit für jeden Vektor, SX_i und SX_i+1 und (6) Y-Komponente der Scangeschwindigkeit für jeden Vektor, SY_i und SY_i+1
Das Element 404 verlangt nach Versorgungswerten für vier umfassende Steuerungsparameter: (1) HSBorder: Maximales Differential pro Achsenziehgeschwindigkeit für Ränder, die keinen Auslauf benötigen = N1, (2) HSRamp: Geschwindigkeitsänderung erzielbar, wenn maximale Beschleunigung angewendet wird = N2; (3) HSRest: Geschwindigkeit, bei der Richtungsänderungswechsel auftreten dürfen = N3, und (4) FF = Zeitperiode zur Anwendung der Vorschubbefehle auf die Enden von einigen Vektoren = N4. Einige bevorzugte Werte für diese Parameter umfassen HSBorder = 70 ips (d.h. Inches pro Sekunde), HSRamp = 25 ips/tick, HSRest = 70 ips und FF = 4 ticks. In einem bevorzugten System entspricht ein tick daher 15 Mikrosekunden.
Das Element 406 verlangt die Bestimmung der Geschwindigkeitsdifferenz entlang jeder der X- (Δ SX) und Y- (Δ SY) Achsen zwischen den ersten und zweiten Vektoren. Diese Informationen werden zusammen mit den globalen Parametern 406 als Eingabe für das Element 408 genommen.
Element 408 verlangt eine Analyse, ob entweder Δ SX oder Δ SY größer ist als N1 oder nicht. Tritt diese Bedingung ein, heißt das, dass eine Umwandlung zwischen den zwei Vektoren nicht stattfinden kann ohne die Einführung von zwei oder mehr Nicht-Belichtungsvektoren. Wenn die Antwort „Ja" ist, gelangt der Prozess zu Element 410, wo der Prozess des Erzeugens von Nicht-Belichtungsvektoren beginnt. Alternativ dazu gelangt der Prozess, wenn die Antwort „Nein" ist, zu Element 424, wo eine andere Anfrage getätigt wird.
Element 410 verlangt die Anwendung einer Vorschubbeschleunigungssteuerung am Ende des „iten" Belichtungsvektors EV_i für eine Periode von N4, Blockieren des Strahls, wenn das Ende des „iten" Belichtungsvektors EV_i erreicht ist und Einfügen eines ersten Auslaufvektors RV1_i (ramp vector) parallel zu dem „iten" Belichtungsvektor EV_i am Ende von EV_i. Vorschub ist das Konzept zur Anwendung von Beschleunigungsbefehlen vor dem Zeitpunkt, zu dem eine Änderung in der Richtung oder der Geschwindigkeit zu erfolgen hat. Der Betrag der Beschleunigungskraft, welche angewendet werden soll und die Zeit, in der sie angewendet werden soll, kann empirisch bestimmt werden basierend auf der Optimierung der Positionierungs- und Scangeschwindigkeit am Ende des ersten Vektors und am Anfang des zweiten Vektors. Es kann bevorzugt sein, eine Störung zu haben an der Seite von runden Ecken, als über sie hinauszuschießen. Diese Optimierung kann basieren auf der Minimierung der Gesamtstörungen in der Position und/oder der Scangeschwindigkeit, welche resultiert, wenn die Umformung vonstatten geht. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Scanspiegelbefehle vorzugsweise alle 15 Mikrosekunden aktualisiert. Jede 15 Mikrosekunden-Periode wird als ein „Tick" betrachtet. In einem bevorzugten System würde die maximale Beschleunigung eingestellt auf ungefähr 25 Inches/Sekunde/Tick. In diesem System wurde empirisch bestimmt, dass die Verwendung einer Vorschubperiode von 4 Ticks ein gutes Ergebnis ergibt. Natürlich können auch andere Werte von N4 verwendet werden bei der Spezifizierung der Vorschubperiode in Abhängigkeit von den Systembedingungen und jeder gewünschten Positionierung und jedem Geschwindigkeitstoleranzkriterium.
Element 412 verlangt die Einstellung der Zeit und/oder der Länge des ersten Auslaufvektors RV1_i auf einen Minimumbetrag, der notwendig ist, um es sowohl dem X-Scanner als auch dem Y-Scanner zu ermöglichen, eine gewünschte Scangeschwindigkeit zu erreichen, wenn ein gewünschtes maximales Niveau von Beschleunigung N2 angewendet wird. Die Scanzeit für den ersten Auslaufvektor kann mathematisch ausgedrückt werden als der größere Teil von: (SX_i – N3 – N4 * N2)/N2 oder (SY_i – N3 – N4 * N2)/N2.
Die Länge des Auslaufvektors kann bestimmt werden durch das abgeleitete Timing und den Geschwindigkeitswert N2, welcher verwendet wird.
Das Element 414 verlangt die Erschaffung eines Umwandlungsvektors TV_i der am Ende des ersten Auslaufvektors RV1_i beginnt und sich in die gleiche Richtung, wie der erste Auslaufvektor erstreckt über eine Zeitdauer, welche einem normalen Vorschubbetrag N4 entspricht. In dieser Ausführungsform empfängt die gesamte Länge des Vektors Vorschubbeschleunigungsbefehle. Die Vorschubbefehle beschleunigen jeden Scanner adäquat durch Umwandeln in einen Übergangzu-einem-Sprung-Vektor, der in dem Element 420 geschaffen wird. Daher können an diesem Punkt des Prozesses die Vorschubkriterien nicht spezifisch eingestellt werden.
Das Element 416 verlangt die Einsetzung eines zweiten Auflaufvektors RV2_i parallel zu dem nächsten Belichtungsvektor EV_i+1, so dass der zweite Auslaufvektor RV2_i am Anfang des EV_i+1 endet. Die X- und Y-Komponenten der Scangeschwindigkeit am Ende des zweiten Auslaufvektors sind gleich den gewünschten Werten für den nächsten Belichtungsvektor.
Das Element 418 verlangt die Einstellung der Zeit/Länge des zweiten Auslaufvektors RV2_i. Die Zeit/Länge wird eingestellt auf einen Betrag größer als oder gleich dem Minimum, welches notwendig ist zur Umwandlung von einer Scangeschwindigkeit N3 des Sprungvektors zu einer Scangeschwindigkeit des nächsten Belichtungsvektors. Die Zeitperiode zum Scannen des zweiten Auslaufvektors kann spezifiziert werden als gleich zu sein wie oder größer zu sein als das Größere von (SX_i+1 – N3)/N2 oder (SY_i+1 – N3)/N2.
Die Länge des Auslaufvektors kann bestimmt werden durch das abgeleitete Timing und den Beschleunigungswert N2, welcher verwendet wird.
Das Element 420 verlangt die Einsetzung eines Sprungvektors JV_i von dem Ende des ersten Auslaufvektors RV1_i zu dem Anfang des zweiten Auslaufvektors RV2_i. Vorschubbeschleunigungsbefehle werden angewendet während der letzten N4-Ticks des Sprungvektors JV_i. An dem Ende des Sprungvektors (d.h. Anfang des nächsten Belichtungsvektors) ist die Ausbreitung des Strahls ungehindert, so dass es gestattet ist, durch das optische System zu dem Aufbaumaterial zu gelangen.
Das Element 422 verlangt die Steuerung der Scanspiegel gemäß den Belichtungsvektoren und allen erzeugten Nicht-Belichtungsvektoren.
Das Element 424 wird erreicht durch die Schlussfolgerung im Element 408, dass die Veränderung in sowohl den X- als auch den Y- Scangeschwindigkeitskomponenten kleiner ist als ein akzeptabler Betrag, der durch die HSBorder-Variable eingestellt wurde. Das Element 424 verlangt eine Analyse, ob der Endpunkt des „iten" Belichtungsvektors EV_i übereinstimmt mit dem Anfangspunkt des (i+1)ten Belichtungsvektors EV_i+1.
Wenn die Endpunkte äquivalent sind, fährt der Prozess zu Element 424 fort. Durch Verfehlen des Kriteriums von Element 408 und Einhalten des Kriteriums von Element 424 kann geschlossen werden, dass eine Umwandlung zwischen dem „iten" Belichtungsvektor und dem (i+1)ten Belichtungsvektor mit ausreichender Genauigkeit erfolgen kann unter ausschließlicher Verwendung von Vorschubbefehlen, welche angewendet werden am Ende des „iten" Belichtungsvektors.
Wird das Kriterium des Elements 424 nicht eingehalten, gelangt der Prozess zu dem Element 426, wobei ein Umwandlungsvektor JV_i eingesetzt wird zwischen den „iten" und (i+1)ten Belichtungsvektoren. Dieser Umwandlungsvektor wird verwendet, um die Lücke zu schließen zwischen den zwei Vektoren. Zusätzliche Nicht-Belichtungsvektoren werden typischerweise nicht benötigt, da es möglich ist, die gewünschten Änderungen der Richtung und der Geschwindigkeit zu erreichen auf der Basis der Verwendung von Vorschubbeschleunigungsbefehlen an dem Ende des „iten" Umwandlungsvektors und dem Ende des Sprungvektors JV_i.
Das Element 428 fragt an, ob EV_i der letzte zu bildende Vektor ist. Wenn er es nicht ist, wird die Variable „i" um 1 zunehmen (Element 432) und der Prozess geht zurück durch die Elemente 402 bis 428. Wenn der „ite" Belichtungsvektor der letzte Vektor ist, gelangt der Prozess zum Element 430, wo der Strahl gehemmt wird und der Prozess endet.
Die Anwendung der Prozedur, die in 5 dargestellt ist, wird mit Hilfe der 6 und 7 illustriert. 6 stellt eine Draufsicht einer Menge von Vektoren dar, welche für das Formen einer hypothetischen Lage benutzt wird. Diese Vektoren repräsentieren ein Schnittbild des Objektes, welches geformt werden soll und sind in der X-Y-Ebene ausgelegt. Diese Vektoren beinhalten eine Menge von 4 Grenzvektoren 440, 442, 444 und 446. Sie beinhalten ebenfalls einen Satz von Vektoren 448, 450 und 452 innerhalb der Grenze und parallel zu der Y-Achse (z. B. Y-Schraffur oder Y-Füllvektoren). Diese Querschnittsvektoren beinhalten ebenfalls eine Menge von Vektoren 454, 456 und 458 innerhalb der Grenze und parallel zu der X-Achse (z. B. X-Schraffur oder X-Füllvektoren). Jede der Bündelungen von Vektoren kann unterschiedliche Belichtungsmengen verwenden, unterschiedliche Positionstoleranzkriterien haben und mit unterschiedlichen Strahlgrößen geformt werden: beispielsweise kann die Strahlleistung, die mit jeder dieser Bündelungen benutzt wird, unterschiedlich sein.
Der Übergang zwischen 2 der Grenzvektoren 444 und 446 ist in 7 dargestellt. Obwohl die beiden Grenzvektoren einen gemeinsamen Punkt haben, resultiert die Kombination ihrer entsprechenden Scangeschwindigkeiten und ihrer Winkel in einem Übergang, der nicht mit ausreichender Präzision ausgeführt werden kann, ohne Verwendung einer Reihe von Nicht-Belichtungsvektoren. Beispielsweise zeigt 7 einen ersten Auslaufvektor 460, beginnend an dem Ende des Belichtungsvektors 444 und sich erstreckend in eine Richtung parallel zu dem von Vektor 444 und aufweisend eine benötigte Länge, um die Scangeschwindigkeit von 444 auf eine gewünschte Menge (z. B. HS-Rest) überzuleiten. Ein Überleitungsvektor beginnt an dem Ende des Auslaufvektors 460, erstreckt sich in eine Richtung parallel zu der des Auslaufvektors und hat eine Länge gleich der, der gewünschten Vorschubmenge (z. B. 4 Ticks). Dem Überleitungsvektor folgt ein Sprungvektor, der sich bis zu dem Beginn eines zweiten Auslaufvektors 466 erstreckt. Vorschubkommandos werden am Ende des Sprungvektors 464 bereitgestellt, um den Übergang in der Richtung des zweiten Auslaufvektors zu bewerkstelligen, ohne notwendigerweise die Nettoscangeschwindigkeit zu verändern. Der zweite Auslaufvektor 466 verbindet den Sprungvektor 464 mit dem nächsten Belichtungsvektor 446. Die Länge des Auslaufvektors ist ausreichend, um der Scangeschwindigkeit zu erlauben, den gewünschten Wert des nächsten Belichtungsvektors zu erreichen.
8 beschreibt drei Diagramme von Werten für Scanvariablen (z. B. IR-Leistungserzeugung, UV-Leistung, welche den Behälter erreicht und Scangeschwindigkeit) gegenüber den beiden Belichtungsvektoren, welche durch die Nicht-Belichtungsvektoren aus 7 überbrückt sind. Wie im unteren Teil der Figur angedeutet, bleibt die IR-Leistungserzeugung des Lasers vorzugsweise dieselbe. Wie im mittleren Teil der Figur dargestellt, ist es bevorzugt, dass die UV-Leistung nur während des Scannens der beiden Belichtungsvektoren 444 und 446 den Behälter erreicht. Es ist bevorzugt, dass die UV-Leistungserzeugung während des Scannens der Nicht-Belichtungsvektoren aufhört. Mit einem AOM, der als Strahlhemmer wirkt, ist es möglich, den Strahl herunterzufahren und innerhalb weniger Mikrosekunden wieder herzustellen. Der obere Teil der Figur zeigt ein Diagramm der Nettoscangeschwindigkeit, welche aus der Scangeschwindigkeit der beiden im Wesentlichen orthogonalen Spiegel-Scanner resultiert. Wie dargestellt, wird der Belichtungsvektor 444 mit einer großen Geschwindigkeit 470 gescannt, der Auslaufvektor 460 fährt die Geschwindigkeit herunter auf eine gewünschte niedrigere Menge, der Übergangsvektor 462 behält dieselbe Nettogeschwindigkeit bei und der zweite Auslaufvektor erhöht die Scangeschwindigkeit auf die gewünschte Menge 472 für den Belichtungsvektor 446.
Es existieren viele Alternativen zu dieser Ausführungsform wie für den geschulten Fachmann erkennbar ist. Beispiele solche Alternativen beinhalten die Durchführung von Koinzidenz-Checks von Element 424, vor dem Durchführen des Geschwindigkeits-Differenzchecks von Element 408. Ein Sprungvektor kann an dem Ende des ersten Belichtungsvektors EV_i initiiert werden, ohne das die Scangeschwindigkeit hochläuft. Unterschiedliche Mengen von Vorschub können benutzt werden, im Bereich von Null Ticks aufwärts.
Unterschiedliche Werte für die globalen Steuerungsparameter können benutzt werden. Unterschiedliche globale Steuerungsparameter können benutzt werden. Die Parameterwerte können unterschiedlich sein für unterschiedliche Elemente des Prozesses. Beispielsweise kann eine unterschiedliche Menge von Vorschub für unterschiedliche Vektortypen angewendet werden.
Dritte bevorzugte Ausführungsform
Die dritte bevorzugte Ausführungsform stellt eine Technik zur Verfügung, zur Einstellung der Leistung der vorgeschriebenen Stimulation. Element 500 veranlasst das Setzen einer Prozesskontrollvariablen „i" = 1. Element 502 veranlasst die Bestimmung einer gewünschten Laserleistung DLP basierend auf der gewünschten Belichtung für jeden der Vektoren, bildend einen „i"-ten Vektorsatz VS (i). Der Vektorsatz kann aus verschiedenen Vektoren gebildet sein. Beispielsweise kann VS alle Vektoren eines einzigen Typs eines gegebenen Querschnitts beinhalten. VS kann alle Vektoren von allen Typen eines einzigen Querschnitts oder einer Vielzahl von Querschnitten beinhalten. Die individuellen Vektoren VS können unterschiedliche Belichtungen haben, aber eine gemeinsame Laserleistung wird verwendet beim Zeichnen der Vektoren.
Element 504 veranlasst die Bestimmung der aktuellen Laserleistung (ALP) durch temporäres Lenken des Strahles auf einen Sensor. Es ist bevorzugt, dass dieser Sensor ein Vollflächendetektor oder ein Punkt- oder Schlitzdetektor ist, an dem die volle Laserleistung gemessen werden kann. Es ist bevorzugt, dass der Sensor entlang des optischen Pfades hinter den Scanspiegeln angebracht ist, so dass die Scan-Spiegel benutzt werden können, um den Strahl zu bestimmten Zeiten auf den Sensor zu lenken und dann den Strahl auf die Oberfläche des Aufbaumaterials zu lenken.
Element 506 veranlasst die Bestimmung der Differenz zwischen der aktuellen und der gewünschten Laserleistung. ALP – DLP = ΔLP
Element 508 veranlasst die Bestimmung, ob die Differenz der Laserleistung innerhalb eines gewünschten Toleranzbandes δ LP ist. ΔLP < δLP
Wenn ein positives Resultat durch die Analyse von Element 508 ausgegeben wird, geht der Prozess weiter zu Element 510, welches die Benutzung des Strahles zur Belichtung von VS (i) veranlasst, da keine Änderung in der Laserleistung nötig ist. Element 512 veranlasst die Anwendung eines Korrekturfaktors auf die Leistung, basierend auf der Differenz in der Leistung Δ LP. Der Prozess geht dann weiter zu Schritt 514, welcher die Belichtung die von VS (i) mit dem korrekten Strahl veranlasst.
Der Prozess fährt dann entweder von Schritt 510 oder 514 fort, wo eine Abfrage gemacht wird, ob VS (i) der letzte Vektorsatz ist oder nicht. Wenn das der Fall ist, zeigt Element 520 an, dass der Prozess vollständig ist. Wenn nicht, geht die Prozedur zu Element 518, wo „i" um 1 erhöht wird und der Prozess zurückspringt zu Element 500.
Verschiedene Alternativen zu dieser Ausführungsform sind möglich. Beispielsweise kann Element 512 die Korrektur der Laserleistung basierend auf einer bekannten Einstellung beinhalten, um eine gewünschte Leistung zu erhalten, anstatt die Korrektur auf einer Differenz der Leistung zu basieren. Element 512 kann neue Parametereinstellungen aus einer Tabelle ableiten, um die Parametereinstellung entweder mit einer Änderung der Laserleistung oder mit absoluten Werten der Laserleistung zu korrelieren. Element 512 kann eine Anpassungs- oder Rückkopplungsschleife in Kombination mit einer Leistungsabtastung benutzen, um die Laserleistung auf eine neue gewünschte Ebene einzustellen, entweder alleine oder in Kombination mit geschickten Einstellungen basierend auf den Leistungsunterschieden.
Die Einstellung der Laserleistung geschieht bevorzugt durch Verwendung eines Verhinderungsgerätes (z. B. eines AOM), welches zwischen einem Laserresonator und wenigstens einem Frequenzumwandlungselement ansässig ist, benutzt zur Erzeugung der vorgeschriebenen Stimulation. Alternativ kann die Strahlleistung durch ein Verhinderungsgerät eingestellt werden, das entlang des optischen Pfades hinter den Frequenzumwandlungskristallen angebracht ist, oder sogar innerhalb des Laserresonators selbst. Anstatt einen Sensor zu benutzen, auf den der Strahl temporär gerichtet wird, kann ein Sensor wie z. B. Sensor 85 in 1D in Kombination mit einer Vielzahl von Leistungseinstellungsgeräten, statt des AOM benutzt werden (z. B. jene, die in Verbindung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform bekannt sind).
Um die Objektbildung zu optimieren, ist es bevorzugt, dass der Vektorsatz so klein als möglich ist. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Vektorsatz nicht alle Vektoren in Verbindung mit einem bestimmten Querschnitt beinhaltet. In anderen Worten, ist es bevorzugt, dass mehr als ein Vektorsatz für jedes Querschnittsbild existiert.
Die Vektorsätze können auf den vorher bekannten Vektortypen für jede Strahlgröße, welche diese Vektoren benutzt, basieren. Es ist bevorzugt, dass die Leistungseinstellung in weniger als einer Sekunde erreicht wird, mehr bevorzugt weniger als 0,5 Sekunden, und am meisten bevorzugt in weniger als 0,1 Sekunden. Die Toleranz der Laserleistung δ LP kann nur einige mW oder bis 10 % der gewünschten Laserleistung betragen, abhängig von den genauen Kriterien, die in Betracht gezogen werden.
Die vierte Ausführungsform
Diese Ausführungsform stellt eine Technik zur Veränderung der Laserleistung zur Verfügung, basierend auf einer Abschätzung, ob die Änderung eine gewünschte minimale Einsparung an Belichtungszeit bewirken wird oder nicht, anstatt Änderungen der Laserleistung streng darauf zu basieren, ob der Leistungsgrad mit einem gewünschten Leistungsgrad übereinstimmt oder nicht. Der Wert, der Leistungsänderung wird ermittelt durch Vergleich der Differenz der Scanzeit mit einem wertbasierenden Parameter. Wenn der Wert der Änderungsleistung kleiner ist, als der durch den Wert basierenden Parameter Gegebene, bleibt die Strahlleistung unverändert.
Beispielsweise kann die Zeichnungszeit vom Scannen von VS (i) bei einer ersten Leistung eine erste Zeitperiode in Anspruch nehmen, während die Zeichnungszeit bei einer zweiten höheren Leistung eine zweite Zeitperiode in Anspruch nehmen kann. Wenn der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Zeit nicht die Zeit zum Umschalten der Leistung überschreitet oder anderenfalls einen vorgegebenen Wert basierten Parameter erfüllt, dann wird das Scannen optimalerweise durch Verwendung der ersten Strahlleistung durchgeführt. Eine entsprechende Prozedur kann benutzt werden, um zu bestimmen, ob zwischen verschiedenen Strahlgrößen umgeschaltet werden soll.
Element 600 aus 10 veranlasst das Setzen einer Prozessvariablen „i" gleich 1. Element 602 veranlasst das Bereitstellen eines „i"-ten Vektorsatzes VS (i), wobei jeder Vektor in dem Satz belichtet werden wird mit einem Strahl, der eine einzige Strahlleistung besitzt.
Element 604 veranlasst das Erreichen einer gewünschten Belichtung für ausgewählte Vektortypen in dem Vektorsatz VS (i). Element 606 veranlasst das Erreichen einer maximalen gewünschten Scangeschwindigkeit für zumindest einen Typ von Vektor in VS (i). Element 608 veranlasst die Bestimmung der höchsten verwendbaren Laserleistung (HLP) zur Benutzung der Belichtung mindestens eines Vektortyps VS (i). Der ausgewählte Vektortyp oder Typen sollten jene sein, für welche eine obere Scangeschwindigkeit nicht überschritten werden darf.
Element 610 veranlasst das Bereitstellen einer aktuellen oder gegenwärtigen Laserleistung ALP. Element 612 veranlasst die Bestimmung einer Differenz zwischen der aktuellen Laserleistung und der höchsten verwendaren Leistung. Dies kann ausgedrückt werden als ALP – HLP = ΔLP
Element 614 bestimmt, ob die Differenz der Laserleistung größer als 0 plus einem Laserleistungstoleranzwert ist oder nicht. Dies kann ausgedrückt werden als ΔLP ≥ 0 + δLP?
Wenn die Antwort der Bestimmung von Element 614 „ ja" ist, geht der Prozess weiter zu Element 616, wo die Laserleistung von ALP nach HLP vermindert wird. Sobald die Laserleistung festgesetzt ist, belichtet der Prozess den VS (i) unter Verwendung der HLP (Element 618).
Wenn die Antwort der Bestimmung von Element 614 „nein" ist, geht der Prozess weiter zu Element 620 und 622. Element 620 veranlasst die Bestimmung der Belichtungszeit ET_H(i) für den vollen Satz von Vektoren in VS (i) unter Benutzung der höchsten verwendbaren Laserleistung HLP. Element 622 veranlasst die Bestimmung der Belichtungszeit ET_A(i) für den vollen Satz von Vektoren in VS(i) unter Verwendung der aktuellen Laserleistung ALP.
Element 624 veranlasst die Bestimmung der Differenz zwischen der Belichtungszeit unter Verwendung der aktuellen Laserleistung und der Belichtungszeit unter Verwendung der höchstmöglichen Laserleistung. Dies kann ausgedrückt werden als ETA(i) – ETH(i) = ΔET
Element 622 prüft, ob die Differenz der Belichtungszeit oberhalb eines voreingestellten Wertes ist oder nicht. Der voreingestellte Wert bietet einen Hinweis darüber, wie viel Zeit gespart werden muss, um die Änderung der Laserleistung zu garantieren. Diese Prüfung kann ausgedrückt werden als Ist ΔET > δET?
Wenn die Prüfung ein negatives Resultat produziert, findet die Belichtung unter Verwendung der aktuellen Laserleistung statt (Element 628). Wenn die Prüfung ein positives Resultat produziert, wird die Laserleistung auf die höchste verwendbare Leistung erhöht (Element 630). Element 632 veranlasst daraufhin die Belichtung des Vektorsatzes VS (i) unter Verwendung der höchstmöglichen Laserleistung HLP.
Element 634 prüft, ob der „i"-te Vektorsatz VS (i) der letzte Vektorsatz ist. Wenn eine bejahende Antwort erhalten wurde, setzt der Prozess mit Element 636 fort und bestimmt. Wenn eine negative Antwort erreicht wurde, fährt der Prozess mit Element 638 fort, wo die Variable „i" um 1 erhöht wird, wonach der Prozess zurückspringt zu Element 602 und wobei die Elemente 602 bis 634 wiederholt werden, bis alle Vektorsätze bearbeitet worden sind.
Verschiedene andere Alternativen und Modifikationen dieser vierten Ausführungsform sind möglich. Beispielsweise kann die Bestimmung der Belichtungszeit auf einer Abschätzung oder einer exakten Berechnung basieren. Der voreingestellte Wert δET kann konstant sein oder eine Variable sein. Er kann einen 1-Wert annehmen, wenn die Änderung der Leistung eine Totzeit der Belichtung hervorrufen soll, oder er kann 0 sein, wenn die Änderung der Leistung keinen Einfluss auf die Aufbauzeit hat, weil die Änderung sowieso während einer Nicht- Zeichnungsperiode erfolgen wird. Einige Alternativen sind hierin diskutiert worden, während andere für den Fachmann ersichtlich sein werden.
Die fünfte Ausführungsform
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung stellt eine andere Technik zum Setzen der Strahlleistung bereit, basierend auf der Betrachtung von einer Anzahl von Parametern. Diese Ausführungsform verwendet einen Strahl bestehend aus einer Serie von Pulsen mit einer Pulswiederholrate und einem Strahldurchmesser (der Durchmesser ist dabei die Querschnittsdimension des Strahls auf der Arbeitsoberfläche des Aufbaumaterials).
In dieser Ausführungsform spezifiziert ein Systembenutzer eine maximale Zeichengeschwindigkeit mittels einer graphischen Benutzerschnittstelle. Die maximale Zeichengeschwindigkeit ist spezifiziert für ausgewählte Vektoren. Die ausgewählten Vektoren sind jene, deren Scangeschwindigkeit als kritisch für den Aufbauprozess betrachtet werden. Alternativ können die Vektoren, für welche eine maximale Scangeschwindigkeit spezifiziert ist, jene sein, deren Belichtungen bekanntlich den Prozess steuern, basierend auf ihrer Aushärtungstiefe und ähnlichem, so dass, sobald sie spezifiziert sind, die Spezifikation der maximalen Geschwindigkeit für die anderen Vektortypen den Prozess nicht ändern würde. Basierend auf den bekannten Materialeigenschaften, gewünschten Aushärtungstiefen und vielleicht Strahlprofilinformationen wird die Strahlleistung für jeden der Vektortypen berechnet, die benötigt wird, um die maximale Geschwindigkeit zu produzieren. Beispielsweise kann der Vektortyp, für den maximale Scangeschwindigkeiten spezifiziert sind, ein Typ von Grenzvektoren und ein Typ von Schraffurvektoren sein, oder alternativ nur Grenz- oder nur Schraffurvektoren sein.
Eine höchste Scangeschwindigkeit wird für jeden Vektortyp abgeleitet. Die Höchstgeschwindigkeit basiert auf dem Laserstrahldurchmesser, der Pulswiederholrate und einem Überlappungskriterium, welches für jeden Vektortyp spezifi ziert ist. Das Überlappungskriterium spezifiziert, wie nahe zwei aufeinander folgende Pulse sein müssen, so dass eine ausreichende Überlappung erzielt wird. Diese Überlappung wird üblicherweise hinsichtlich des Prozentsatzes des Strahldurchmessers betrachtet. Eine Beispielgleichung für die Höchstgeschwindigkeit ist Höchstgeschwindigkeit = Q·B·(1-OL)
Dabei ist Q die Pulswiederholrate in Hz, B ist der Strahldurchmesser auf der Arbeitsoberfläche in Inch oder Millimeter und OL ist das minimale Überlappungskriterium. Das Resultat der Berechnung ist die Scangeschwindigkeit in Inches/Sekunden oder Millimeter/Sekunden. Überlappungskriterien können empirisch bestimmt werden durch Bildung von Testobjekten mit unterschiedlichen Überlappungsbeträgen und Bestimmung, welcher Überlappungsbetrag Objekte mit ausreichender Integrität oder anderer Aufbaueigenschaft oder Aufbaueigenschaften produziert. Minimale Überlappungsbeträge in der Größenordnung von 40 % bis 60 % des Strahldurchmessers haben sich als effektiv herausgestellt.
Wenn ein Mehrfachstrahldurchmessersystem und Prozess benutzt wird, wird die Laserleistung des kleinen Spots auf den niedrigsten Wert gesetzt von:

(1) der Leistung für maximale Scangeschwindigkeit für die Grenze, die abgeleitet wird von der Menge, wie in die graphische Benutzerschnittstelle eingegeben;
(2) der Leistung wie abgeleitet von der Höchstgeschwindigkeitsberechnung basierend auf der Strahlgröße eines kleinen Spots, Grenzüberlappungskriterien und gewünschten Aushärtungstiefen etc.;
(3) einer Leistung für eine Scangeschwindigkeit ganz am Limit, welche in einer Datenbank kodiert ist zur Benutzung mit einer kleinen Spotgrenze, basierend auf gewünschten Aushärtungstiefen etc.;
(4) der Leistung für maximale Scangeschwindigkeit für die Schraffur, wie abgeleitet von der Menge, die in die graphische Benutzerschnittstelle eingegeben wurde;
(5) der Leistung wie abgeleitet von der Höchstgeschwindigkeitsberechnung basierend auf der Strahlgröße eines kleinen Spots, Schraffurüberlappungskriterien und gewünschten Aushärtungstiefen etc.;
(6) einer Leistung für eine Scangeschwindigkeit ganz am Limit, kodiert in einer Datenbank zur Benutzung mit auf Schraffur basierenden kleinen Spots auf gewünschter Aushärtungstiefe etc.

Wenn ein Strahl einer einzigen Größe benutzt wird, anstatt von zwei oder mehr Strahlen, würde der Grenzwert abgeleitet durch den obigen Prozess benutzt werden, um die Laserleistung einzustellen. Ein ähnlicher Satz von Vergleichen, wie oben benannt, würde benutzt werden, um die Laserleistung des großen Spots einzustellen.
Der obige Prozess kann durchgeführt werden basierend auf dem oben bekannten Vergleich oder anderen Vergleichen, die dasselbe oder ein ähnliches Resultat zur Verfügung stellen. Beispielsweise können die Geschwindigkeiten von (1), (2) und (3) verglichen werden und die niedrigste dieser Geschwindigkeiten benutzt werden, um die maximal verwendbare Laserleistung für Grenzen kleiner Spots zu bestimmen. Ähnlich können die Geschwindigkeiten (4), (5) und (6) verglichen werden und der niedrigere Wert benutzt werden, um die maximal verwendbare Laserleistung für Schraffuren mit kleinen Spots zu bestimmen. Die maximalen Laserleistungen für Schraffuren und Grenzen mit kleinen Spots können dann verglichen werden und der niedrigste Wert als der maximal verwendbare Spot ausgewählt werden zur Benutzung mit kleinen Spots und den Vektoren in dem Satz von betrachteten Vektoren. Der Prozess kann wiederholt werden zur Bestimmung von Leistungseinstellungen großer Spots.
Viele Alternativen existieren zu dieser Prozedur. Beispielsweise dürfen die in dem obigen Vergleich betrachteten Vektortypen nur jene sein, welche in dem betrachteten Vektorsatz beinhaltet sind. Die maximale Laserleistung kann bestimmt werden für unterschiedliche Typen von Grenzen, Schraffuren und sogar Füllungen. Die maximale Laserleistung muss in manchen Fällen nicht auf einer benutzerdefinierten maximalen Scangeschwindigkeit basieren. Die maximale Laserleistung muss nicht auf einer existierenden fest eingebauten Grenze basieren. Der Prozess ist nach wie vor anwendbar für einen einzigen Vektortyp, der in dem Vektorsatz beinhaltet ist.
Verschiedene weitere Alternativen und Modifikationen zu dieser Ausführungsform sind möglich. Einige dieser Alternativen sind oben diskutiert worden, während andere für den Fachmann offensichtlich sein werden.
Weitere Alternativen
Die Implementierung der hierin beschriebenen Verfahren zur Ausgestaltung eines Geräts zum Formen von Objekten gemäß der vorliegenden Lehre kann implementiert werden durch Progammierung eines SLA-Steuerungscomputers oder eines separaten Datenverarbeitungscomputers, durch Software oder durch hartes Codieren. Verfahren und Geräte in jeder Ausführungsform können modifiziert werden gemäß den alternativen Lehren, die explizit beschrieben wurden in Verbindung mit einer oder mehreren der anderen Ausführungsformen. Weiterhin können die Verfahren und Geräte in diesen Ausführungsformen und ihren Alternativen gemäß den Lehren in oben eingefügten Patenten und Anmeldungen modifiziert werden. Es wird angenommen, dass die Lehren hierin auf andere RP&M Technologien angewendet werden können.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen beschrieben und dargestellt wurden, sind viele vorgeschlagene Alternativen, viele zusätzliche Ausführungsformen und Alternativen für den Fachmann nach Durchsicht dieser Lehren ersichtlich. Demzufolge beabsichtigen diese Ausführungsformen nicht, den Geist der Erfindung zu beschränken, sondern sie sollen exemplarischer Natur sein.
Es wurde oben Bezug genommen auf die US-Patentanmeldung Nr. 09/246,504 eingereicht am B. Februar 1999. Diese entspricht der europäischen Patentanmeldung eingereicht mit demselben Datum mit der vorliegenden Anmeldung (Lloyd Wise Tregear & Co., Case 44409).
Bezug genommen wurde ebenfalls auf die US-Anmeldungen mit den folgenden Seriennummern, deren Offenbarung wie folgt veröffentlicht wurde:
08/722,326: US-Patent 5,943,235 (Earl et al.)
08/920,428: US-Patent 5,902,538 (Krueger et al.)
08/855,125: US-Patent 6,084,980
09/247,120: US-Patent 6,241,934

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen Objekts aus einer Mehrzahl von haftenden Schichten durch Belichten aufeinander folgender Lagen eines Materials mit einem Strahl (86) einer vorgeschriebenen Anregung, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eine Folgelage aus Material neben einer beliebigen zuletzt geformten Materiallage in Vorbereitung auf das Erzeugen einer Folgeschicht des Objekts; b) Belichten der Folgelage mit einem Strahl (86) einer vorgeschriebenen Anregung von einer steuerbaren Quelle zum Erzeugen der Folgeschicht des Objekts gemäß Vektordaten, die die Folgeschicht beschreiben; und c) Wiederholen der Schritte a) und b) mehrere Male, um das Objekt aus einer Mehrzahl von haftenden Schichten zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle einer vorgeschriebenen Anregung so gesteuert wird, dass die vorgeschriebene Anregung einer Leistung in dem Strahl beim Belichten des Materials gemäß einem ersten Satz von Belichtungsvektoren entsteht und vorgeschriebene Anregung einer zweiten Leistung entsteht, die sich von der ersten Leistung unterscheidet, wenn das Material gemäß einem zweiten Satz von Belichtungsvektoren belichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Satz von Belichtungsvektoren beim Belichten von wenigstens einem Abschnitt einer ersten Lage verwendet wird, und wobei der zweite Satz von Belichtungsvektoren beim Belichten von wenigstens einem Abschnitt einer zweiten Lage von Material verwendet wird, wobei sich die erste und die zweite Lage an verschiedenen Querschnittsniveaus in dem Objekt befinden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die steuerbare Quelle des Strahls einer vorgeschriebenen Anregung Folgendes umfasst: eine Strahlungsquelle (70) mit einer gegebenen Wellenlänge, wobei die Strahlung über einen Lichtweg gerichtet ist; wenigstens ein Frequenzwandlungselement (74, 76), das sich auf dem Lichtweg befandet, um die Strahlung der gegebenen Wellenlänge in die vorgeschriebene Anregung umzuwandeln; eine Strahlensperrvorrichtung (72), die sich auf dem Lichtweg an einer Stelle zwischen der Quelle (70) der ersten Strahlungswellenlänge und dem wenigstens einen Frequenzwandlungselement (74, 76) befindet.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Strahlensperrvorrichtung (72) zum Regeln der Menge an Strahlung verwendet wird, die auf das wenigstens eine Frequenzwandlungselement (74, 76) gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das wenigstens eine Frequenzwandlungselement (74, 76) die Strahlung der gegebenen Wellenlänge in Strahlung einer anderen Wellenlänge umwandelt, die als die vorgeschriebene Anregung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Strahlensperrvorrichtung (72) ein akustooptischer Modulator (AOM) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem sich das wenigstens eine Frequenzwandlungselement (74, 76) auf dem Pfad erster Ordnung von dem AOM befindet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Menge an vorgeschriebener Anregung so gewählt wird, dass sie sich unter den Belichtungen mit einem oder mehreren der Folgenden unterscheidet: 1) Grenzvektoren und Schraffurvektoren, 2) Schraffurvektoren und Füllvektoren; und 3) Grenzvektoren und Füllvektoren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Quelle von vorgeschriebener Anregung so gesteuert wird, dass eine Mehrzahl verschiedener Leistungen von vorgeschriebener Anregung in dem Strahl erzeugt wird, wenn das Material gemäß einer Mehrzahl von verschiedenen Sätzen von Belichtungsvektoren belichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem sich die Quelle einer vorgeschriebenen Anregung für die Bildung von Tragkonstruktionen und für die Bildung von Objektkonstruktionen unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die steuerbare Quelle (70) einer vorgeschriebenen Anregung eins oder mehrere der Folgenden umfasst: 1) einen Mechanismus zum veränderlichen Zuführen von elektrischer Leistung zu einer Laserdiodenquelle, die Pumpenergie zu einer Laserquelle speist, 2) einen Mechanismus zum variablen Steuern des Betriebs eines Q-Schalters in einer Laserquelle, 3) einen elektrooptischen Modulator, 4) einen Mechanismus zum variablen Regeln einer Impulswiederholrate der Leistung in dem Strahl, 5) einen. Mechanismus zum Regeln der Temperatur einer Laserdiodenquelle, die Pumpenergie zu einer Laserquelle speist, und 6) einen Mechanismus zum Regeln der Temperatur eines Frequenzwandlungskristalls, durch das der Strahl von einer Laserquelle passiert.
Vorrichtung zum Erzeugen eines dreidimensionalen Objekts von einer Mehrzahl von haftenden Schichten durch Belichten aufeinander folgender Lagen eines Materials mit einem Strahl einer vorgeschriebenen Anregung, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine steuerbare Quelle (70) eines Strahls (86) einer vorgeschriebenen Anregung; ein Neubeschichtungssystem (13) zum Herstellen einer Folgelage von Material neben einer beliebigen zuletzt geformten Materiallage in Vorbereitung zum Erzeugen einer Folgeschicht des Objekts; ein Scanningsystem (82) zum selektiven Belichten der Folgeschicht mit einem Strahl (86) einer vorgeschriebenen Anregung zum Erzeugen der Folgeschicht des Objekts gemäß Vektordaten, die die Folgeschicht beschreiben; und einen Computer, der so programmiert ist, dass er wiederholt das Neubeschichtungssystem, das Scanningsystem und den Strahl (86) einer vorgeschriebenen Anregung betreibt, um das Objekt aus einer Mehrzahl von haftenden Schichten zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass Software so progammiert oder die steuerbare Quelle (70) so konfiguriert ist, dass die vorgeschriebene Anregung einer Leistung in dem Strahl beim Belichten des Materials gemäß einem ersten Satz von Belichtungsvektoren entsteht und eine vorgeschriebene Anregung einer zweiten Leistung entsteht, die sich von der ersten Leistung unterscheidet, wenn das Material gemäß einem zweiten Satz von Belichtungsvektoren belichtet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Scanningsystem (82) die Aufgabe hat, den ersten Satz von Belichtungsvektoren in wenigstens einem Abschnitt einer ersten Lage zu belichten und den zweiten Satz von Belichtungsvektoren in wenigstens einem Abschnitt einer zweiten Materiallage zu belichten, wobei sich die erste und die zweite Lage auf unterschiedlichen Querschnittsniveaus in dem Objekt befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die steuerbare Quelle (70) des Strahls einer vorgeschriebenen Anregung Folgendes umfasst: eine Quelle (70) mit einer gegebenen Wellenlänge, wobei die Strahlung über einen Lichtweg gerichtet ist; wenigstens ein Frequenzwandlungselement (74, 76), das sich auf dem Lichtweg befindet, um die Strahlung der gegebenen Wellenlänge in die vorgeschriebene Anregung umzuwandeln; eine Strahlensperrvorrichtung (72), die sich auf dem Lichtweg an einer Stelle zwischen der Quelle (70) der ersten Strahlungswellenlänge und dem wenigstens einen Frequenzwandlungselement (74, 76) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Strahlensperrvorrichtung (72) zum Regeln der Menge an Strahlung verwendet wird, die auf das wenigstens eine Frequenzwandlungselement (74, 76) gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das wenigstens eine Frequenzwandlungselement (74, 76) die Strahlung der gegebenen Wellenlänge in Strahlung einer anderen Wellenlänge umwandelt, die als die vorgeschriebene Anregung verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei die Strahlensperrvorrichtung (72) ein akustooptischer Modulator (AOM) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei sich das wenigstens eine Frequenzwandlungselement (74, 76) auf dem Pfad erster Ordnung von dem AOM (72) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Software so programmiert oder die steuerbare Quelle so konfiguriert ist, dass der erste Satz von Belichtungsvektoren und der zweite Satz von Belichtungsvektoren aus einem oder mehreren der Folgenden ausgewählt werden: 1) Grenzvektoren und Schraffurvektoren, 2) Schraffurvektoren und Füllvektoren, und 3) Grenzvektoren und Füllvektoren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Quelle (70) einer vorgeschriebenen Anregung so gesteuert wird, dass eine Mehrzahl verschiedener Leistungen einer vorgeschriebenen Anregung in dem Strahl entsteht, wenn das Material gemäß einer Mehrzahl von verschiedenen Sätzen von Belichtungsvektoren belichtet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Software so programmiert oder die steuerbare Quelle so konfiguriert ist, dass der erste Satz von Belichtungsvektoren und der zweite Satz von Belichtungsvektoren aus Tragkonstruktionen und Objektkonstruktionen ausgewählt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, wobei die steuerbare Quelle einer vorgeschriebenen Anregung ein oder mehrere der Folgenden umfasst: 1) einen Mechanismus zum variablen Zuführen von elektrischer Leistung zu einer Laserdiodenquelle, die Pumpenergie zu einer Laserquelle speist, 2) einen Mechanismus zum variablen Steuern des Betriebs eines Q-Schalters in einer Laserquelle, 3) einen elektrooptischen Modulator, 4) einen Mechanismus zum variablen Regeln einer Impulswiederholrate der Leistung in dem Strahl, 5) einen Mechanismus zum Regeln der Temperatur einer Laserdiodenquelle, die Pumpenergie zu einer Laserquelle speist, und 6) einen Mechanismus zum Regeln der Temperatur eines Frequenzwandlungskristalls, durch das der Strahl von einer Laserquelle passiert.