DE60120905T2 - Optisches System mit elektronischer Punktgrössensteuerung und Fokussierungskontrolle - Google Patents

Optisches System mit elektronischer Punktgrössensteuerung und Fokussierungskontrolle Download PDF

Info

Publication number
DE60120905T2
DE60120905T2 DE60120905T DE60120905T DE60120905T2 DE 60120905 T2 DE60120905 T2 DE 60120905T2 DE 60120905 T DE60120905 T DE 60120905T DE 60120905 T DE60120905 T DE 60120905T DE 60120905 T2 DE60120905 T2 DE 60120905T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
focus
light beam
optical system
actuator
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60120905T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60120905D1 (de
Inventor
Jouni P. Santa Monica Partanen
Nansheng Valencia Tang
Xingkun Valencia Wu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3D Systems Inc
Original Assignee
3D Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3D Systems Inc filed Critical 3D Systems Inc
Publication of DE60120905D1 publication Critical patent/DE60120905D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60120905T2 publication Critical patent/DE60120905T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/40Optical focusing aids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0613Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams having a common axis
    • B23K26/0617Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams having a common axis and with spots spaced along the common axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073Shaping the laser spot
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382Removing material by boring or cutting by boring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264Arrangements for irradiation
    • B29C64/268Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264Arrangements for irradiation
    • B29C64/268Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B29C64/273Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB] pulsed; frequency modulated
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0052Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0095Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ultraviolet radiation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/12Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/127Adaptive control of the scanning light beam, e.g. using the feedback from one or more detectors
    • G02B26/128Focus control
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938Using specific optical elements
    • G02B27/095Refractive optical elements
    • G02B27/0955Lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/10Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens
    • G02B7/102Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens controlled by a microcomputer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Konditionieren von Strahlen in Beleuchtungssystemen und insbesondere auf Strahlenkonditioniersysteme, welche in stereolithographischen Systemen verwendet werden.
  • In den letzten Jahren wurden Rapid Prototyping- und Manufacturing-(RP&M)-Techniken für die industrielle Verwendung bei der schnellen Herstellung von dreidimensionalen Modellen entwickelt. Im Allgemeinen bilden RP&M-Techniken ein dreidimensionales Objekt Schicht für Schicht aus einem Arbeitsmaterial, welches einen scheibchenweisen Datensatz verwendet, der Querschnitte des zu bildenden Objekts darstellt. Typischerweise wird eine Objektdarstellung anfänglich durch ein Computer Aided Design (CAD) System bereitgestellt, und die Darstellung wird übersetzt in eine Anzahl von scheibchenweisen Datensätzen, welche anschließend übertragen werden auf die aufeinander folgenden Schichten des Arbeitsmaterials.
  • Stereolithographie, die die momentan vorherrschende RP&M-Technik ist, kann definiert werden als eine Technik für die automatisierte Herstellung von dreidimensionalen Objekten aus einem fluidähnlichen Material unter Ausnutzung einer selektiven Aushärtung von dünnen Schichten des Materials auf einer Arbeitsoberfläche, um aufeinander folgenden Schichten des Objekts (das heißt Lagen) zu bilden und aneinander zu haften. In der Stereolithographie werden Daten, die dreidimensionale Objekte darstellen, eingegeben als oder umgewandelt zu zweidimensionalen Schichtdaten, welche Querschnitte des zu bildenden Objekts darstellen. Dünne Schichten aus Material werden aufeinander folgend gebildet und selektiv transformiert (das heißt ausgehärtet) zu aufeinander folgenden Lagen in Übereinstimmung mit den zweidimensionalen Schichtdaten. Während der Transformation werden die aufeinander folgenden Lagen verbunden mit den zuvor geformten Lagen, um eine integrale Bildung des dreidimensionalen Objekts zu gestatten.
  • Ein bevorzugtes Material, welches in einem stereolithographischen Apparat (SLA) verwendet wird, ist ein flüssiges Photopolymerharz. Typische Harze werden ausgehärtet, indem ausgewählte Wellenlängen einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt werden (zum Beispiel ausgewählte Wellenlängen von ultravioletten Strahlungen (UV) oder sichtbarem Licht). Diese Strahlung von verschiedenen Wellenlängen kann als „Aushärtungsstrahlung" bezeichnet werden. Die elektromagnetische Strahlung liegt typischerweise in Form eines Laserstrahls vor, welcher gerichtet ist auf eine Zieloberfläche des Harzes durch zwei computergesteuerte Scannspiegel, welche die Zieloberfläche entlang orthogonaler Richtungen scannen. Die Scanngeschwindigkeit, die Pulswiederholungsfrequenz und die Punktgröße des Strahls auf der Flüssigkeitsoberfläche werden gesteuert, um eine gewünschte Belichtung, Aushärtetiefe und Aushärtecharakteristika bereitzustellen.
  • Eine genauere Beschreibung der Stereolithographie und der Verfahren und Vorrichtungen zum Ausführen der Photolithographie sind zu finden in den folgenden Patenten:
    U.S. Patent Nr. 4,575,330 von Hull: beschreibt fundamentale Grundlagen der Stereolithographie;
    U.S. Patent Nr. 5,058,988 von Spence et al.: beschreibt die Verwendung von Strahlprofilierungstechniken bei der Stereolithographie;
    U.S. Patent Nr. 5,059,021 von Spence et al.: beschreibt die Verwendung von Scannsystem Drift Korrektur Techniken zum Beibehalten der Ausrichtung von Belichtungspositionen auf der Zieloberfläche;
    U.S. Patent Nr. 5,104,592 von Hull et al.: beschreibt die Verwendung von verschiedenen Scanntechniken zum Reduzieren von wellenartigen Verzerrungen in den Objekten, welche stereolithographisch gebildet werden;
    U.S. Patent Nr. 5,123,734 von Spence et al.: beschreibt eine Technik zum Kalibrieren eines Scannsystems in einer stereolithographischen Vorrichtung;
    U.S. Patent Nr. 5,133,987 von Spence et al.: beschreibt die Verwendung eines großen stationären Spiegels in dem Strahlpfad zwischen dem Scannspiegeln und einer Zieloberfläche;
    U.S. Patent Nr. 5,182,056 von Spence et al.: beschreibt die gleichzeitige Verwendung von mehreren Wellenlängen, um das Harz zu belichten;
    U.S. Patent Nr. 5,184,307 von Hull et al.: beschreibt die Verwendung von Schichtaufteilungstechniken zum Umwandeln von dreidimensionalen CAD Daten in Querschnittsdaten zur Verwendung bei der Belichtung der Zieloberfläche mit einer geeigneten Stimulation;
    U.S. Patent Nr. 5,321,622 von Snead et al.: beschreibt die Verwendung von booleschen Operationen beim Ableiten von Querschnittsdaten aus den dreidimensionalen Objektdaten;
    U.S. Patent Nr. 5,965,079 von Gigl et al.: beschreibt verschiedene Scanntechniken zur Verwendung in der Stereolithographie;
    U.S. Patent Nr. 5,999,184 von Smalley et al.: beschreibt die Verwendung von Aushärtetechniken, um gleichzeitig mehrere Schichten aushärten zu können;
    U.S. Patent Nr. 6,129,884 von Beers et al.: beschreibt die Steuerung einer gepulsten Beleuchtungsquelle, um die gewünschten Aushärtecharakteristika zu erreichen.
  • Kommerziell erhältliche Photopolymere zur Verwendung in der Stereolithographie sind typischerweise aus Acrylat, Epoxyd oder aus kombinierten chemischen Zusammensetzungen. Typischerweise enthalten Harze eine Mehrzahl von Komponenten. Diese Komponenten können einen oder mehrere Photoinitiatoren, Monomere, Olygomere, inerte Absorber und andere Zusätze umfassen. Die Nützlichkeit von Harzen für die Stereolithographie wird teilweise bestimmt durch die Photogeschwindigkeit des Harzes und die Fähigkeit des Harzes, adäquate kohesive Lagen von geeigneter Dicke zu bilden. Es ist erwünscht, dass die Photogeschwindigkeit hoch genug ist, um eine rasche Aushärtung von Querschnitten mit zur Verfügung stehenden Leistungsniveaus an Aushärtestrahlung zu ermöglichen. Des Weiteren sollte, da die Tiefe der Polymerisation in dem Harz verbunden ist mit den Positionen, an denen Photonen absorbiert werden, die Absorption der Photonen durch das Harz ausreichend sein, um adäquat dünne Schichten zu bilden. Beispiele von bevorzugten Photopolymeren umfassen, sind aber nicht begrenzt auf SL 7540, SL 7520, SL 7510, SL 5530, SL 5520, SL 5510 und SL 5195 (hergestellt von Vantico, Inc. und verkauft von 3D Systems, Inc. aus Valencia, Kalifornien), SOMOS 9120, 9100, 8120, 8100, 7120 und 7120 (hergestellt von DSM Somos aus New Castle, Del.).
  • Photoinitiatoren sind die Komponenten des Harzes, die die Photoempfindlichkeit des Harzes bei einer gegebenen Wellenlänge bestimmen. Die Strahlungsabsorption durch den Photoinitiator führt zu chemischen Veränderungen in dem Photoinitiator, welche eine Polymerisation der Monomere und der Olygomere auslösen kann. Daher ist die Strahlung von geeigneten Wellenlängen, welche von dem Photoinitiator absorbiert werden sollen, als Aushärtestrahlung bekannt. Die Monomere/Olygomere können bestimmte Wellenlängen von elektromagnetischer Strahlung absorbieren. Da eine Absorption durch die Monomere/Olygomere typischerweise keine effiziente Polymerisationsreaktion ergibt, ist die Absorption von aushärtender Strahlung durch die Monomere/Olygomere typischerweise unerwünscht. Daher sind die effektivsten Wellenlängen für die Verwendung in der Stereolithographie diejenigen, welche stark absorbiert werden durch den Photoinitiator (hoher Absorptionskoeffizient) und nur schwach absorbiert werden von den Monomeren und Olygomeren (niedriger Absorptionskoeffizient). Beispiele von bevorzugten Photoinitiatoren umfassen, sind aber nicht begrenzt auf Triarylsulfoniumsalze, Mischungen von Triarylsulfoniumsalzen mit Phosphatsalzen oder Antimonatsalzen; 2,2-Dimethoxy-2-Phenyl-Acetonphenon (BDK) C16H16O16; 2,4,6-Trimethyl-Benzoyl-Diphenyl-Phosphinoxid (TPO); und 1-Hydroxycyclohexyl-Phenyl-Keton (HCPK) C13H16O2.
  • Der anwendbare Wellenlängenbereich ist begrenzt an seinem unteren Wellenlängenende durch die Absorptionseigenschaften der Monomere/Olygomere und an seinem oberen Wellenlängenende durch die Photoinitiatorabsorption. Solchermaßen kann die reaktive (d. h. aktinisch) spektrale Empfindlichkeit eines Photopolymerharzes beschrieben werden als das Produkt des Photoinitiatorabsorptionsspektrums und des Monomer-/Olygomer-Transmissionsspektrums, wie in 1 gezeigt. Es sollte festgehalten werden, dass die Abbildung gemäß 1 für ein besonderes Photopolymersystem gilt. Andere Systeme existieren und werden verschiedenartige Kurven aufweisen, welche verschiedenartige optimale Beleuchtungsquellen bereitstellen. Die 1 zeigt Kurven der Photoinitiatorabsorption 11, der Monomer-/Olygomertransmission 13 und der reaktiven Empfindlichkeit oder reaktiven Reaktion 15 des Harzes. Die Absorptions- und Transmissionskoeffizienten hängen nicht nur von der spezifischen chemischen Zusammensetzung jeder Komponente ab, sondern auch von den Konzentrationen von jeder Komponente innerhalb des Harzes. Die Absorption durch die Monomere/Olygomere, welche abhängig ist von der Strahlungswellenlänge, beeinflusst die Aktivierung der Photopolymere, da die Monomer-/Olygomerabsorption manchmal in Konkurrenz tritt mit der Photoinitiatorabsorption. Konsequenterweise können Verschiebungen in der Wellenlänge für die Spitzen der reaktiven Reaktion resultieren, aufgrund der Veränderungen von entweder der Zusammensetzung oder der Konzentration. Für eine gegebene Harzzusammensetzung kann diese Spitze von einem Fachmann schnell bestimmt werden. Die Fachleute werden es zu würdigen wissen, dass verschiedene Lichtquellen die Verwendung verschiedener Harzzusammensetzungen erfordern.
  • In dem Beispiel aus 1 tritt die Spitze der reaktiven Reaktion innerhalb eines Bereichs von ungefähr 328 nm bis 337 nm auf, und die halbmaximale Reaktion fällt in den Bereich von ungefähr 320 nm bis ungefähr 345 nm. Solchermaßen wird in diesem Beispiel eine elektromagnetische Strahlung innerhalb des Bereichs von 320 nm bis 345 nm bevorzugt, und eine elektromagnetische Strahlung innerhalb des Bereichs von 328 nm bis 337 nm wird sogar noch mehr bevorzugt. Der noch mehr bevorzugte Bereich umfasst die Wellenlängen innerhalb von 10% der Spitze der reaktiven Reaktion. Der bevorzugte Bereich umfasst Wellenlängen innerhalb von 50% der Spitze der reaktiven Reaktion. Für verschiedene Harzsysteme und Reaktionskurven können verschiedene bevorzugte Bereiche auf die gleiche Weise erstellt werden.
  • Bis vor kurzem verwendeten herkömmliche Stereolithographiesysteme Helium-Cadmium-(HeCd)-Laser, welche eine Strahlung von 325 nm aussenden oder Argon-Ionen-Laser, welche eine Strahlung von hauptsächlich 351 nm aussenden. Helium-Cadmium-Laser weisen eine Wellenlänge, eine Eingangsleistung und eine Ausgabe auf, welche geeignet sind und akzeptabel sind für die Stereolithographie. Die Ausgangsleistung von HeCd-Lasern ist unerwünschter Weise beschränkt und ungeeignet zum Aufbau von großen Objekten, oder wenn schnellere Aufbaugeschwindigkeiten erforderlich sind. Daher erfüllen HeCd-Laser, obwohl nützlich in der Stereolithographie, nicht alle Anforderungen, die die Stereolithographie stellt.
  • Argon-Ionen-Laser weisen Ausgangsleistungsniveaus und Ausgangsmoden auf, welche geeignet sind für ein schnelleres Teilebauen und/oder größere Stereolithographieteile. Andererseits ist die Eingangsleistung übermäßig und erfordert eine Wasserkühlung.
  • Gegenwärtige diodengepumpte Festkörperlaser (DPSS) weisen sowohl Eingangs- als auch Ausgangsleistungen auf, welche für die Stereolithographie geeignet sind. Diese Festkörperlaser werden gepulst, wo die vorigen Gaslaser (zum Beispiel HeCd und Ar+) einen Laserstrahl mit kontinuierlichen Wellen (CW) bereitstellen. Um diese Festkörperlaser effektiv zu nutzen, ist eine ausreichend hohe Pulswiederholungsrate nötig, um sicherzustellen, dass kontinuierlich ausgehärtete Linien des Photopolymers gebildet werden.
  • Neuere kommerzielle Stereolithographiesysteme verwenden gepulste Festkörperlaser, um das Material selektiv auszuhärten. Die Frequenz dieser kommerziellen Systeme verdreifacht die 1064 nm fundamentale Infrarotstrahlung von Nd:YVO4-gepulsten Festkörperlasern, um ein ultraviolettes Ausgangslicht zu erzeugen. Die Frequenzverdreifachung erzeugt eine Ausgangswellenlänge von 355 nm. Harze, welche geeignet sind, um mit 355 nm Lichtquellen verwendet zu werden, sind bekannt und kommerziell erhältlich.
  • Ein optisches System zur Verwendung in einem stereolithografischen System, wobei das optische System aufweist:
    eine Punktgrößen-Steuerungsoptik zum Empfangen eines Lichtstrahls, Anpassen eines seitlichen Ausmaßes des Lichtstrahls und Ausgeben des Lichtstrahls, wobei der Lichtstrahl ein erstes Ausmaß aufweist in einer ersten seitlichen Richtung und ein zweites Ausmaß in einer zweiten seitlichen Richtung rechtwinklig zu der ersten seitlichen Richtung, wobei die Punktgrößen-Steuerungsoptik gekoppelt ist mit einem Punktgrößen-Betätiger und reagiert auf elektrische Signale, um eine Elliptizität in der Punktgröße des Strahls einzustellen bzw. anzupassen, wobei eine Bewegung des Punktgrößen-Betätigers das erste seitliche Ausmaß des Lichtstrahls mehr verändert als das zweite seitliche Ausmaß; und
    eine Fokussteuerungsoptik, welche den Lichtstrahl empfängt von der Punktgrößen-Steuerungsoptik, eine Position eines Fokus des Lichtstrahls ändert und den Lichtstrahl ausgibt, wobei die Fokussteuerungsoptik gekoppelt ist mit einem Fokusbetätiger, welcher reagiert auf elektrische Signale, wobei die Fokussteuerungsoptik den Lichtstrahl von der punktgroßen Steuerungsoptik empfängt, eine Position eines Fokus des Lichtstrahls verändert, und den Lichtstrahl ausgibt, wobei der Lichtstrahl eine erste Fokusposition für eine erste seitliche Komponente des Lichtstrahls aufweist und eine zweite Fokusposition für eine zweite seitliche Komponente des Lichtstrahls, wobei die erste seitliche Komponente im Wesentlichen rechtwinklig zu der zweiten seitlichen Komponente ist, wobei die Fokussteuerungsoptik die erste Fokusposition in einem größeren Ausmaß anpasst als die zweite Fokusposition in Reaktion auf die elektrischen Signale, die an dem Fokusbetätiger bereitgestellt werden.
  • Die Erfindung kann besser verstanden werden unter Einbeziehung eines Beispiels aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen:
  • 1 veranschaulicht einige der optischen Eigenschaften eines exemplarischen Satzes von stereolithographischen Materialien;
  • 2 veranschaulicht einen elliptischen Strahlquerschnitt und 3 veranschaulicht einen kreisrunden Strahlquerschnitt;
  • 4 veranschaulicht astigmatische Strahlfokussierungscharakteristika von bestimmten Festkörperlasersystemen;
  • 5 veranschaulicht schematisch Aspekte von Stereolithographiegeräten in Übereinstimmung mit den Aspekten der vorliegenden Erfindung;
  • 6 veranschaulicht detaillierte Aspekte der Strahlkonditionierungsoptik innerhalb des stereolithographischen Geräts aus 5; und
  • 7 zeigt eine weitere schematische Ansicht der Strahlkonditionierungsoptik.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Beleuchtungssystem dar, welches geeignet ist für die Verwendung in der Stereolithographie. Bevorzugte Implementierungen dieses Beleuchtungssystems stellen einen Lichtstrahl mit höherer Qualität bereit zum Bestrahlen des Materials, welches in der Stereolithographie verwendet wird. Zudem kann das Beleuchtungssystem leichter innerhalb des Stereolithographiegeräts eingerichtet werden und ermöglicht eine leichtere Einstellung, um die Charakteristika des Beleuchtungssystems innerhalb des Stereolithographiegeräts zu optimieren.
  • Die Verwendung von Festkörperlasern in stereolithografischen Systemen stellt größere Beleuchtungsniveaus bereit und sollte, zumindest theoretisch, Systeme bereitstellen, welche leichter einzurichten und zu unterhalten sind. Diese Möglichkeit wurde nicht gänzlich erreicht. Manche der Schwierigkeiten von stereolithographischen Systemen, welche Festkörperlaser verwenden, werden überwunden durch die Verwendung von robusteren, effizienteren und langlebigeren Lasersystemen, wie jenes, welches in dem US-Patent Nr. 6,157,663 von Wu, et al. beschrieben wird. Das Wu-Patent beschreibt eine Lichtquelle, welche einen Nd:YVO4-Festkörperlaser mit dreifacher Frequenz umfasst, und wird hiermit unter Bezugnahme als eine bevorzugte Komponente eines Beleuchtungssystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgenommen. Obwohl das Lasersystem, welches das Wu-Patent offenbart, gut optimiert ist, benötigt die Strahlenausgabe von diesem Laser eine Strahlkonditionierung, um für die Stereolithographie eingesetzt zu werden. Die folgenden zwei Patente beschreiben Aspekte der Implementierung von Festkörperlasern in stereolithographischen Geräten, wobei bestimmte Aspekte der Strahlkonditionierung mit umfasst sind:
    Das US-Patent Nr. 6,129,884 von Beers, et al.: beschreibt die Steuerung einer gepulsten Beleuchtungsquelle, um gewünschte Aushärtecharakteristika zu erreichen.
    Das US-Patent Nr. 6,172,996 von Partenen, et al.: beschreibt die Verwendung eines Festkörperlasers mit multiplizierter Frequenz als eine Lichtquelle für die Stereolithographie.
  • Ein Teil der Strahlkonditionierung, welche bei dem Laser des Wu-Patents ausgeführt werden soll, ist konventionell und bezieht sich auf die Tatsache, dass die Größe des Strahls, welcher von einem Laser erzeugt wird, im Allgemeinen eingestellt werden muss für eine Verwendung in einem stereolithographischen System. Das Einstellen der Punktgröße eines Laserstrahls wird in dem US-Patent Nr. 6,129,884 von Beers, et al. beschrieben. Das Beers-Patent beschreibt ein System, in welchem die Punktgröße eines Laserstrahls geändert wird durch Verändern der Fokusposition des Strahls. Während diese Strategie die Punktgröße eines Strahls verändert, ist sie unerwünscht, da die Fokusebene des Strahls entfernt wird von der Zieloberfläche, sodass die Strahlpunktgröße sich beträchtlich verändert, sogar für kleine Änderungen in der Beabstandung zwischen dem Strahl und der Zieloberfläche. Es ist schwierig, ein Material in diesem Zustand verlässlich zu bestrahlen. Bevorzugte Aspekte der vorliegenden Erfindung ändern die Punktgröße, während sie den Fokus des Strahls nahe bei der Zieloberfläche beibehalten.
  • Ein zweiter Typ von Strahlkonditionierung für die Stereolithographie verändert die Fokusposition der Ausgabe des Beleuchtungssystems, welche auf der Oberfläche des stereolithografischen Materials bereitgestellt wird. Ein Fokussierungsmodul wird beschrieben in dem Beers-Patent, aber, wie bereits oben diskutiert, wird dieses Modul verwendet zum Verändern der Punktgröße und stellt keine unabhängige, automatische Steuerung der Fokusposition bereit. Konventionelle Beleuchtungssysteme stellen eine manuelle Fokuseinstellung bereit, welche während des Aufbaus des Beleuchtungssystems fixiert ist. Diese Formen von Strahlkonditionierung können adäquat sein, sie sind aber nicht völlig optimal für die Festkörperlaser mit dreifacher Frequenz gemäß dem Wu-Patent. Beispielsweise werden die meisten Beleuchtungssysteme wie diejenigen, welche in dem Beers-Patent beschrieben werden, eingestellt im Hinblick auf den Fokus, wobei das Gehäuse des Systems von dem System abgenommen ist. Wenn das Gehäuse um die Lichtquelle und deren zugehörige Optik platziert wird, verändern sich die thermische Umgebung für die Optik und die Charakteristika der Optik in einem unerwünschten Ausmaß.
  • Die Lichtstrahlausgabe des frequenzverdreifachten Nd:YVO4-Lasers des Wu-Patents ist im Allgemeinen asymmetrisch, und zwar dergestalt, dass der Strahl elliptisch im Querschnitt ist und astigmatisch dergestalt, dass die Achsen des Laserstrahls bei unterschiedlichen Distanzen fokussieren. Die Asymmetrie wird schematisch in 2 veranschaulicht, die das 1/e2-Niveau der Intensität für einen Querschnitt einer Ausgabe des frequenzverdreifachten Festkörperlasers zeigt, wobei die Querschnittsebene rechtwinklig zu dem Ausbreitungspfad des Lasers ist. In vielen Fällen kann der Grad der Elliptizität des Ausgangsstrahls des Lasers gesteuert werden, aber die Ausgabe von typischen Festkörperlasersystemen ist im Allgemeinen elliptisch. Für die meisten stereolithografischen Systeme wird es bevorzugt, dass ein Beleuchtungssystem als Ausgabe einen Strahl bereitstellt, welcher einen idealeren Querschnitt aufweist als den kreisrunden Querschnittsabschnitt, welcher in 3 veranschaulicht ist. Dies macht es im Allgemeinen erforderlich, dass eine zusätzliche Strahlkonditionierung für den Laser des Wu-Patents vorgenommen werden muss.
  • Der Astigmatismus wird in 4 veranschaulicht, welcher schematisch den Ausgangsstrahl 20 eines Festkörperlasersystems zeigt, welches durch eine ideale Linse 22 fokussiert wird. 4 illustriert das Fokussierungsverhalten des Strahls entlang rechtwinkliger x- und y-Ebenen innerhalb des Strahls des Lasers, wobei die x- und y-Achsenstrahlprofile gedreht werden, um sie überlappend auf der Figur zu zeigen. Das Fokussierungsverhalten des Strahls entlang einer x-Achsenebene wird angezeigt durch die durchgezogene Linie 24, wobei eine Fokuspositions- oder Strahlentaille bei fx vorhanden ist. Das Fokussierungsverhalten des Strahls entlang einer y-Achsenebene wird angezeigt durch die gestrichelte Linie 26, wobei eine Fokusposition oder Strahlentaille bei fy vorhanden ist. Wie dargestellt, fokussiert der Strahl nicht einheitlich bei einer einzigen Ebene. Dieser Astigmatismus vermindert unerwünschter Weise die Qualität des Strahls bei einer Fokusposition. Die asymmetrischen und astigmatischen Unzulänglichkeiten des Strahls, welcher oben diskutiert wurde, vermindern die Qualität des Strahls, welcher für die Stereolithographie verwendet wird und er wird daher vorzugsweise angepasst durch Strahlkonditionierung in bevorzugten Implementierungen eines Beleuchtungssystems.
  • Eine bevorzugte Implementierung eines Beleuchtungssystems umfasst eine Optik zum Einstellen der Punktgröße eines Lichtstrahls und zur Einstellung des Fokus des Lichtstrahls. Vorzugsweise stellt die Optik die Gesamtpunktgröße des Strahls ein, und stellt im Wesentlichen unabhängig die Punktgröße des Strahls entlang einer Achse über den Strahl ein. Vorzugsweise stellt die Optik die Gesamtfokusposition des Strahls ein, und, ebenfalls im Wesentlichen unabhängig, die Fokusposition des Strahls über eine Achse des Strahls. Unter dieser bevorzugten Konfiguration stellt das Beleuchtungssystem nicht nur die Größe des Lichtstrahls ein, sondern kann auch eine bestimmte Asymmetrie und einen Astigmatismus von dem Lichtstrahl entfernen.
  • Der Ausdruck „im Wesentlichen unabhängig" bezieht sich auf die Tatsache, dass viele optische Elemente keine vollständig unabhängigen Einstellungen entlang rechtwinkliger Achsen über den Strahlpunkt gestatten. Beispielsweise kann eine kreisförmige Linse gekippt werden, um die optische Leistung in einem größtmöglichen Ausmaß entlang einer Ebene durch eine x-Achse zu beeinflussen. Solch ein Kippen verändert unweigerlich die optische Leistung der Linse entlang einer Ebene durch die y-Achse, allerdings in einem kleineren Ausmaß. Praktischerweise stellen bevorzugte Strahlkonditionierungssysteme eine Einstellung entlang einer Achse bereit, welche rechtwinklig ist zu dem Ausbreitungspfad, um die Elliptizität oder den Astigmatismus des Strahls zu verändern und eine andere Einstellung um die Gesamtpunktgröße oder Gesamtfokusposition zu verändern. Weil eine Einstellung entlang einer Achse im Allgemeinen eine andere Achse des Strahls verändert, ist es typischerweise notwendig, Iterationen der Punktgröße und Fokuspositionseinstellungen auszuführen, um eine gewünschte Fokusposition und Punktgröße zu erreichen, zumindest beim anfänglichen Einrichten.
  • Eine Implementierung des Beleuchtungssystems kann einen Satz von Optiken umfassen zum Einstellen der Punktgröße des Strahls, welcher produziert wird durch das Beleuchtungssystem, und einen zweiten Satz von Optiken zum Einstellen einer Fokusposition dieses Strahls. Die Punktgrößeneinstelloptik kann eine Linse umfassen, welche auf einem Drehpunkt befestigt ist, welcher gesteuert wird durch einen Aktuator bzw. Betätiger, um die Linse um ihre Drehachse zu bewegen, und um dabei die optischen Charakteristika der Linse zu verändern, welche der Strahl erfährt, der durch die Linse entlang seines vorbestimmten optischen Pfads verläuft. Diese Punktgrößeneinstelllinse kann auch befestigt werden auf einer Verschiebebühne, welche gesteuert wird durch einen Aktuator, um die Linse entlang eines Ausbreitungspfads des Lichtstrahls zu bewegen. Die Verschiebebühne ist typischerweise eine lineare Verschiebebühne, welche parallel ausgerichtet ist mit dem lokalen Ausbreitungspfad des Strahls und kann verwendet werden, um die Gesamtgröße des Punkts des Stahls einzustellen, wie sie gemessen wird entlang der rechtwinkligen Achse in einer Ebene, welche rechtwinklig ist zu dem lokalen Ausbreitungspfad. Praktischerweise befindet sich die Punktgröße des Strahls, welche signifikant ist für die Leistung des Beleuchtungssystems, bei oder nahe der fokalen Ebene der Ausgabe des Beleuchtungssystems. Dann bezieht sich die Diskussion bezüglich des Vergrößerns oder Verkleinerns eines Punkts auf die Größe des Punkts nahe der fokalen Ebene des Beleuchtungssystems. Die Fachleute werden erkennen, dass das Vergrößern eines Strahlpunkts in vielen Fällen erreicht werden kann durch Verringern der Punktgröße an einem anderen Teil des Beleuchtungssystems, was natürlich abhängig ist von der bestimmten Konfiguration des optischen Systems.
  • Die Fokuseinstellungsoptik kann auf ähnliche Weise eine Linse enthalten, welche auf einem Drehpunkt befestigt ist, welcher gesteuert wird durch einen Aktuator, um die Linse um die Drehachse zu bewegen, und dabei die Fokussierungscharakteristika der Linse zu ändern, welche von dem Strahl erfahren werden, der durch die Linse entlang seines vorbestimmten optischen Pfads verläuft. Eine gekippte Linse, die eine Linse ist, die gekippt wurde von einer Ebene, die rechtwinklig zu dem Ausbreitungspfad eines Strahls ist, weist asymmetrische Fokussierungsqualitäten auf. Diese Fokuseinstelllinse kann auch befestigt werden auf einer Verschiebebühne, welche gesteuert wird durch einen Aktuator, um die Linse entlang eines Ausbreitungspfads des Lichtstrahls zu bewegen. Die Verschiebebühne ist typischerweise eine lineare Verschiebebühne, welche parallel ausgerichtet ist zu der lokalen Ausbreitung des Strahls, und die, wenn sie bewegt wird, die Gesamtfokusposition des Strahls einstellt.
  • Bevorzugte Implementierungen des Beleuchtungssystems stellen zwei Freiheitsgrade für die Punktgrößeneinstelloptik und zwei Freiheitsgrade für die Fokuseinstelloptik bereit. Dies kann erreicht werden mit einer einzigen, einfachen Linse für die Punktgrößeneinstellung und einer einzigen, einfachen Linse zur Fokussteuerungseinstellung, wobei jede dieser Linsen bewegt werden kann auf eine gesteuerte Weise in zwei zumindest teilweise unabhängigen Richtungen. Vorliegend bestehen die unabhängigen Richtungen aus einer linearen Translation und Rotation. Andere Kombinationen von optischen Elementen und Bewegungen von diesen Linsen können die gleichen Ergebnisse erreichen. Das gewünschte Einstellniveau wird erreicht für das veranschaulichte System unter Verwendung von zwei Linsen. Solch ein System ist wünschenswert wegen seiner Einfachheit und seiner Kompaktheit. Andererseits können vier Linsen, jede mit einem einzelnen Freiheitsgrad, leicht erreichen, was mit zwei Linsen erreicht werden kann, die zwei Freiheitsgrade aufweisen.
  • Weil die Drehung von Linsen typischerweise nur die effektive fokale Länge der Linse verringert, hängt die Wahl zwischen einer vertikalen oder horizontalen Drehachse für jede der Linsen ab von den speziellen Eigenschaften des Strahls und muss bestimmt werden, beispielsweise unter Verwendung von geeigneten optischen Ray-Tracing-Programmen, wie PARAXIA. Vorzugsweise ist das Strahlkonditionierungssystem für das Beleuchtungssystem so ausgestattet, dass es zuerst den Strahl analysiert, welcher von der Lichtquelle erzeugt wird, wie beispielsweise einen Festkörperlaser und durch Verfolgen des Strahlzugs, um zu verstehen, wo und wie die optische Leistung von verschiedenen optischen Elementen eingestellt werden muss.
  • Der Begriff „Strahl", welcher hier verwendet wird, ist allgemein auszulegen. Der Begriff „Punktgröße" bezieht sich im Allgemeinen auf eine Dimension, welche seitlich über den Querschnitt eines Strahls gemessen wird, im Wesentlichen in einer Ebene, welche rechtwinklig ist zu der Ausbreitungsrichtung des Strahls. Die hier beschriebenen Strahlen haben Gausssche Intensitätsverteilungen im Querschnitt, und somit ist der Begriff „Punktgröße" im Allgemeinen definiert durch das Grenzwertniveau innerhalb dieser Verteilung. Andere Strahlformen sind bekannt und möglich. In manchen Fällen kann der Grenzwert definiert werden als das 1/e2-Niveau auf der Verteilung, obwohl andere Konventionen anwendbar sind. Zusätzlich werden die Fachleute würdigen, dass die Punktgrößeneinstelloptik und die Fokuseinstelloptik nicht, für sich selbst genommen, bestimmend sind für die Punktgröße oder die Fokusposition. Typische Systeme umfassen zusätzliche optische Elemente, und jedes dieser Elemente kann die letztendliche Punktgöße und Fokusposition des Strahls beeinflussen.
  • Ein Vorteil von besonders bevorzugten Implementierungen des Beleuchtungssystems ist, dass die Punktgrößeneinstellungen und die Fokuseinstellungen aus der Ferne vorgenommen werden unter Verwendung von elektrischen Signalen. Daher können die endgültigen Einstellungen für das Beleuchtungssystem mit dem Laser, der Strahlpositionierungsoptik und anderen optischen Systemen innerhalb der thermischen Umgebung gemacht werden, in der das System arbeiten soll. Beispielweise liegen der Laser und die Strahlkonditionierungsoptik innerhalb eines einzigen Gehäuses. Da der Laser eine signifikante Wärmequelle ist, und der Strahlfokus eine beträchtliche Distanz von dem Ausgang des Beleuchtungssystems entfernt ist (in der Größenordnung von 700 mm in manchen berücksichtigten Systemen), ist es wichtig, eine konstante thermische Umgebung zu errichten. Einstellungen an der Strahlkonditionierungsoptik werden vorgenommen bei geschlossenem Gehäuse des Beleuchtungssystems. Dies verbessert signifikant die Vorhersagbarkeit und Verlässlichkeit des Intensitätsprofils und des Fokus des Strahls. Darüber hinaus können sowohl die Punktgöße als auch der Fokus des Strahls während des Betriebs verändert werden, um verschiedene Separationen zwischen dem Beleuchtungssystemausgang und der Oberfläche des stereolithografischen Materials zu ermöglichen.
  • Bevorzugte Implementierungen des Strahlkonditionierungssystems ermöglichen ebenfalls Veränderungen in dem Beleuchtungssystem. Es können leichte Verschiebungen bei den Charakteristika der optischen Elemente auftreten, und die optischen Elemente können mit der Zeit nachlassen. Solche Veränderungen und Verschlechterungen können erkannt werden mit einem Strahlprofilierer innerhalb des Beleuchtungssystems oder vorhergesagt werden aus der Erfahrung, und das Beleuchtungssystem kann eingestellt werden, um diese Verschiebungen oder Verschlechterungen zu korrigieren.
  • Die 5 zeigt schematisch ein Stereolithographiegerät. Das Licht wird anfangs erzeugt durch ein Festkörperlasersystem 30, wie dasjenige, welches in dem US-Patent Nr. 6,157,663 von Wu, et al. beschrieben wird. Insbesondere umfasst das Festkörperlasersystem 30 einen diodengepumpten Laser, welcher ein Nd:YVO4-Gainmedium mit einem Q-Schalter innerhalb des Hohlraums des Lasers verwendet, um eine gepulste Ausgabe von dem Festkörperlaser bereitzustellen. Das Festkörperlasersystem 30 umfasst auch einen Frequenzverdopplungskristall und einen Frequenzverdreifachungskristall, um einen Ausgabestrahl 32 mit verdreifachter Frequenz von dem Festkörperlasersystem 30 bereitzustellen. Die Intensität des Ausgabestrahls des Festkörperlasersystems wird vorzugsweise eingestellt auf ein gewünschtes Niveau durch einen akusto-optischen Modulator (AOM) in dem optischen Pfad des Lasers zwischen dem Festkörperlaser und dem Verdopplungskristall. Der Strahl 32, welcher ausgegeben wird von dem Lasersystem 30, wird der Strahlkonditionierungsoptik 34 bereitgestellt. Sowohl das Lasersystem 30 als auch die Strahlkonditionierungsoptik 34 werden innerhalb eines Gehäuses 36 bereitgestellt. Das Gehäuse ist in erster Linie ein Sicherheits- und Sauberkeitsmerkmal und hat deshalb undurchsichtige Wände, um das Laserlicht einzuschließen, wobei es einen Ausgangsanschluss hat, um den Ausgangsstrahl 38 zu anderen Teilen des Stereolithographiegeräts zu leiten.
  • Die Strahlkonditionierungsoptik 34 stellt die Punktgröße und Fokusposition des Strahls ein, und führt vorzugsweise andere Strahlkonditionierungsfunktionen aus, inklusive des Reduzierens der Asymmetrie und des Astigmatismus in dem Strahl. Die Strahlkonditionierungsoptik wird im Nachstehenden detaillierter beschrieben. Nach der Strahlkonditionierung wird der Lichtstrahl 38 aus dem Gehäuse 36 hinausgeleitet zu der Strahllenkungs- und Scannoptik 40. Die Strahllenkungs- und Scannoptik 40 umfasst zwei computergesteuerte Scannspiegel zum Bewegen des Ausgangsstrahls 42 auf eine gesteuerte Weise in einer x-y-Ebene auf dem Material des Stereolithographiesystems.
  • Das Stereolithographiematerial 44 wird in einer Wanne 46 bereitgehalten, und die Strahlscannoptik 40 bewegt den Strahl 42 über die Oberfläche des Stereolithographiematerials 44. Im Allgemeinen wird ein in dem System gebildetes Objekt auf einer Plattform gehalten, welche eingetaucht wird in das Stereolithographiematerial innerhalb der Wanne 46. Aufeinanderfolgende Schichten werden auf der Oberfläche des Mediums gebildet, und das Objekt wird weiter in die Wanne eingetaucht durch eine Hebebühne, welcher sich bewegt durch Steuerung eines Computers. Der Betrieb der Wanne und die Bewegung der Hebebühne werden in verschiedenen der oben genannten Patente beschrieben und veranschaulicht.
  • Das Stereolithographiegerät stellt auch einen Strahlprofilierer 48 bereit, wie beispielsweise denjenigen, welcher in dem US-Patent Nr. 5,058,988 von Spence, et al. beschrieben ist, welcher den Strahl 50, welcher von der Wanne 46 wegpositioniert ist, empfängt und charakterisiert. Dieser Strahlprofilierer 48 arbeitet unter der Steuerung von und in Kooperation mit dem Computer 52. Die anderen Elemente des Beleuchtungssystems, inklusive des Lasersystems 30, der Strahlkonditionierungsoptik 34 und der Strahllenkungsoptik 40 sind auch gekoppelt mit und werden gesteuert durch den Steuerungscomputer 52. Dies gestattet es dem Strahlprofilierer 48 in Kooperation mit der Strahlkonditionierungsoptik 34 verwendet zu werden, um die Strahlform, den Fokus und die Größe für die Stereolithographie zu optimieren. Der Optimierungsprozess kann vereinfacht werden durch den Steuerungscomputer 52 oder kann voll automatisiert werden durch den Computer 52. Auf diese Weise kann das Beleuchtungssystem selektiv eine oder zwei verschiedene Punktgrößen produzieren, und stellt die Punktform und die Fokusposition. automatisch ein, um den Strahl. für die Stereolithographie zu optimieren.
  • Die 6 zeigt ein Detail der Strahlkonditionierungsoptik. Eine erste Linse, welche in einem Linsengehäuse 56 befestigt ist, empfängt den Lichtstrahl 54 innerhalb der Strahlkonditionierungsoptik. Das Linsengehäuse 56 hält die Linse in einem Drehpunkt 58, welcher gesteuert wird durch einen Aktuator 60, welcher die Linse dreht. Der Aktuator 60 umfasst vorzugsweise einen Schrittmotor, welcher unter der Steuerung des Computers 52 betrieben wird, um die Linse präzise wegzudrehen von der Normalen zu dem Ausbreitungspfad des Lichtstrahls. Das Drehen der Linse weg von dieser Normalen verändert die Fokussierungseigenschaften der Linse, um die Linse zu veranlassen, die Elliptizität des Strahls einzustellen. Diese elliptischen Qualitäten erlauben es der Linse, die Eingangsstrahlform zu ändern in eine mehr kreisförmige Strahlform, wie sie durch den Strahlprofilierer bestimmt wird. Die Anordnung der Punktgrößeneinstelloptik mit dem drehenden Gehäuse wird befestigt auf einer linearen Verschiebebühne 62, welche ebenfalls betrieben wird durch einen Schrittmotor unter Computersteuerung. Eine Bewegung der Bühne 62 bewegt die punktgroße Steuerungslinse linear bzgl. des Ausbreitungspfads und verändert dabei die Vergrößerung des Strahlpunkts durch das optische Gesamtsystem der Strahlkonditionierungsoptik. In dem Strahl 64, welcher von der Punktgrößeneinstelloptik ausgegeben wird, wurden vorzugsweise einige oder alle seiner Strahlformasymmetrien entfernt.
  • Die Fokuseinstelloptik umfasst auf ähnliche Weise eine zweite Linse, welche befestigt ist in einem Gehäuse 66 auf einem Drehpunkt 68, welcher gesteuert wird von einem Aktuator 70. Der Aktuator 70 umfasst einen Schrittmotor, welcher betrieben wird unter der Steuerung des Computers 52, um die Linse präzise um die Drehachse zu drehen, und um dadurch die Fokussierungscharakteristika der Linse zu ändern, die der Strahl erfährt, welcher durch die Linse entlang seines Ausbreitungspfads verläuft. Die gekippte Linse, das heißt eine Linse, welche gekippt wurde von einer Ebene, die rechtwinklig ist zu dem Ausbreitungspfad eines Strahls, hat asymmetrische Fokussierungsqualitäten, welche den Astigmatismus des Strahls verändern. Diese Fokuseinstelllinse wird. befestigt auf einer linearen Verschiebebühne 72, welche gesteuert wird durch einen Aktuator, um die Linse entlang eines Ausbreitungspfads des Lichtstrahls zu bewegen. Die Verschiebebühne wird parallel zu der lokalen Ausbreitung des Strahls ausgerichtet und stellt die gesamte Fokusposition des Strahls 74, welcher von diesem Teil der Strahlkonditionierungsoptik ausgegeben wurde, ein, wenn sie bewegt wird. Dem Strahl 74, welcher von der Fokuseinstelloptik ausgegeben wird, wurden vorzugsweise einige oder alle seiner Fokus-Astigmatismen entfernt.
  • Die 7 zeigt mehr schematisch eine weitere Anordnung der Strahlkonditionierungsoptik, inklusive der drehbaren Punktgrößeneinstelllinse 76 und der drehbaren Fokuseinstelllinse 78. Diese korrespondieren jeweils mit den Linsen, welche innerhalb der Gehäuse 56 und 66 von 6 befestigt sind. In der dargestellten und gegenwärtig bevorzugten Implementierung ist die Punktgrößeneinstelllinse 76 eine Sammellinse, und die Fokuseinstelllinse 78 eine Zerstreuungslinse. Wie dargestellt, können diese Linsen gekippt werden durch einen einstellbaren Betrag von der Normalen zu dem Strahlpfad, um die gewünschten Einstellungen des Strahls zu bewirken. Wie oben diskutiert, kann jede der Linsen 76 und 78 linear entlang des Ausbreitungspfads des Strahls bewegt werden. In verschiedenen optischen Systemen kann die Funktion dieser Linsen eventuell erreicht werden durch verschiedene Typen von Linsen, und zumindest einige der Funktionen von diesen Linsen können durch einen Spiegel oder durch einen Spiegel in Kombination mit einem Spiegel bereitgestellt werden. Andere geeignete Elemente für die Punktgrößeneinstelloptik und Fokuspositionierungsoptik umfassen Prismen und zylindrische Linsen. Beispielsweise können die hier diskutierten Einstellungen erreicht werden unter Verwendung von vier zylindrischen Linsen, welche unterschiedlich ausgerichtet sind und linear auf Verschiebebühnen bewegt werden.
  • In der in 7 gezeigten Darstellung eines Strahlpositionierungssystems, ist eine zusätzliche Fokussierlinse 80 bereitgestellt. Alle dargestellten Linsen wirken zusammen, um den Strahl auf der Zielbrennebene des Beleuchtungssystems zu dimensionieren. Die Fokussierlinse 80 ist, in diesem veranschaulichten Beispiel, das letzte Fokussierelement der Strahlkonditionierungsoptik. Die Fokussierlinse 80 wirkt zusammen mit den anderen Linse 76 und 78, um die Fokusposition des Strahls auf der Zielbrennebene des Beleuchtungssystems zu positionieren. Die präzise Auswahl der Linsen, der Linsencharakteristika, der Beabstandung und anderer optischer Eigenschaften des dargestellten Systems werden zu einem großen Teil abhängen von deren spezifischen Implementierungen. Die Fachleute können optische Systeme wie dieses auswählen und einrichten, und es gibt kommerziell erhältliche Computerprogramme, welche die Einrichtungs- und Auslegungsprozesse weiter erleichtern können.
  • In der spezifischen Darstellung eines Strahlkonditionierungssystems kann die erste Linse 76 eine Brennweite von ungefähr 100 mm aufweisen und ungefähr 100 mm weg von dem Verdreifacher des bevorzugten Festkörperlasersystems positioniert sein. Deshalb ist die erste Linse 76 so positioniert, dass sie etwas ähnlich einer parallel richtenden Linse funktioniert, aber in erster Linie dient sie dazu, die Punktgröße des Strahls bei der zweiten Linse 78 festzulegen. Die zweite Linse 78 ist ungefähr 300 mm von der ersten Linse 76 beabstandet. Wie schematisch dargestellt, ist die zweite Linse 78 eine Zerstreuungslinse und kann eine Brennweite von –25 mm aufweisen und 75 mm von einer dritten Sammellinse 80 beabstandet sein, welche eine Brennweite von 100 mm aufweist. Die zweite Linse 78 und die dritte Linse 80 bilden einen Strahlerweiterer mit konstanter Expansion (Expander). Licht, welches die Fokussierlinse 80 verlässt, wird langsam fokussiert bei einer Distanz von ungefähr 700 mm von der Fokussierlinse 80.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail lediglich unter Bezugnahme auf die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, werden die Fachleute zu würdigen wissen, dass verschiedene Modifikationen ausgeführt werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise, während die obige Diskussion geführt wurde im Hinblick auf Strahlkonditionierung für ein Festkörperlasersystem, sind Aspekte des beschriebenen Strahlkonditionierungssystems anwendbar auf Gaslaserquellen. Als solches ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt durch die speziell beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung sollte eher anhand der folgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims (25)

  1. Ein optisches System zur Verwendung in einem stereolithographischen System, wobei das optische System aufweist: eine Punktgrößensteuerungsoptik zum Empfangen eines Lichtstrahls (54), Anpassen eines seitlichen Ausmaßes des Lichtstrahls (54) und Ausgeben des Lichtstrahls (64), wobei der Lichtstrahl ein erstes Ausmaß aufweist in einer ersten seitlichen Richtung und ein zweites Ausmaß in einer zweiten seitlichen Richtung rechtwinklig zu der ersten seitlichen Richtung, wobei die Punktgrößensteuerungsoptik gekoppelt ist mit einem Punktgrößenbetätiger (60) und reagiert auf elektrische Signale, um eine Elliptizität in der Punktgröße des Strahls anzupassen, wobei eine Bewegung des Punktgrößenbetätigers (60) das erste seitliche Ausmaß des Lichtstrahls mehr ändert als das zweite seitliche Ausmaß; und eine Fokussteuerungsoptik, welche den Lichtstrahl (64) empfängt von der Punktgrößensteuerungsoptik, eine Position eines Fokus des Lichtstrahls ändert und den Lichtstrahl (74) ausgibt, wobei die Fokussteuerungsoptik gekoppelt ist mit einem Fokusbetätiger (70), welcher reagiert auf elektrische Signale, wobei die Fokussteuerungsoptik den Lichtstrahl (64) von der Punktgrößensteuerungsoptik empfängt, eine Position eines Fokus des Lichtstrahls verändert, und den Lichtstrahl (74) ausgibt, wobei der Lichtstrahl eine erste Fokusposition für eine erste seitliche Komponente des Lichtstrahls aufweist und eine zweite Fokusposition für eine zweite seitliche Komponente des Lichtstrahls, wobei die erste seitliche Komponente im Wesentlichen rechtwinklig zu der zweiten seitlichen Komponente ist, wobei die Fokussteuerungsoptik die erste Fokusposition anpasst zu einem größeren Ausmaß als die zweite Fokusposition in Reaktion auf die elektrischen Signale, die an dem Fokusbetätiger (70) bereit gestellt werden.
  2. Das optische System gemäß Anspruch 1, wobei die Punktgrößensteuerungsoptik gekoppelt ist mit einem zweiten Punktgrößenbetätiger (62), welcher reagiert auf elektrische Signale, wobei der zweite Betätiger (62) sowohl das erste seitliche Ausmaß als auch das zweite seitliche Ausmaß des Lichtstrahls anpasst.
  3. Das optische System gemäß Anspruch 2, wobei die Punktgrößensteuerungsoptik gekoppelt ist mit dem zweiten Punktgrößenbetätiger (62), um das erste und zweite seitliche Ausmaß des Lichtstrahls im Wesentlichen gleichartig anzupassen.
  4. Das optische System gemäß Anspruch 1, wobei die Punktgrößensteuerungsoptik einen zweiten Punktgrößenbetätiger (62) umfasst, welcher reagiert auf elektrische Signale, um eine Gesamtpunktgröße des Strahls anzupassen.
  5. Das optische System gemäß Anspruch 4, wobei der zweite Punktgrößenbetätiger (62) die Gesamtpunktgröße im Wesentlichen unabhängig von der Elliptizität der Punktgröße anpasst.
  6. Das optische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Punktgrößensteuerungsoptik eine Linse (76) aufweist, welche befestigt ist auf einem Drehpunkt (58) und einer Linearbewegungsbühne, wobei der erste Punktgrößenbetätiger (60) gekoppelt ist, um die Linse (76) auf dem Drehpunkt (58) zu drehen und wobei ein zweiter Punktgrößenbetätiger (62) gekoppelt ist, um die Linse (76) entlang der Linearbewegungsbühne zu bewegen, wobei die ersten und zweiten Punktgrößenbetätiger (60, 62) auf elektrische Signale reagieren.
  7. Das optische System gemäß Anspruch 6, wobei die Linse (76) eine Sammellinse ist und so positioniert ist, dass der Strahl durch einen Mittelpunkt der Linse (76) hindurchgeht.
  8. Das optische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussteuerungsoptik einen. Fokusbetätiger (72) aufweist, welcher auf elektrische Signale reagiert, um eine Gesamtfokusposition des Lichtstrahls anzupassen.
  9. Das optische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussteuerungsoptik gekoppelt ist mit einem Fokusbetätiger (70), welcher auf elektrische Signale reagiert, um die erste Fokusposition anzupassen.
  10. Das optische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Punktgrößenbetätiger (60) das erste seitliche Ausmaß des Lichtstrahls anpasst, ohne das zweite seitliche Ausmaß des Lichtstrahls anzupassen, und wobei die Fokussteuerungsoptik gekoppelt ist mit einem zweiten Fokusbetätiger (72), welcher auf elektrische Signale reagiert, um die ersten und zweiten Fokuspositionen des Lichtstrahls anzupassen.
  11. Das optische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussteuerungsoptik eine Linse (78) umfasst, welche befestigt ist auf einem Drehpunkt (68) und einer Linearbewegungsbühne, einen ersten Fokusbetätiger (70), welcher gekoppelt ist, um die Linse (78) auf dem Drehpunkt (68) zu drehen, und einen zweiten Fokusbetätiger (72), welcher gekoppelt ist, um die Linse (78) entlang der Linearbewegungsbühne zu bewegen, wobei die Fokusbetätiger (70, 72) auf elektrische Signale reagieren.
  12. Das optische System nach Anspruch 11, wobei die Linse (78) der Fokussteuerungsoptik eine Zerstreuungslinse ist.
  13. Das optische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Signale selektiv einen ersten Zustand. definieren, in welchem der Lichtstrahl ein erstes auswählbares seitliches Ausmaß an einer ersten Strahlposition aufweist und ein zweites Ausmaß, in welchem der Lichtstrahl ein zweites auswählbares seitliches Ausmaß an der ersten Strahlposition aufweist, welches unterschiedlich ist von dem ersten auswählbaren seitlichen Ausmaß, wobei die elektrischen Signale automatisch entweder den ersten Zustand oder den zweiten Zustand in Reaktion auf die Steuerungssignale herzustellen.
  14. Das optische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend ein Gehäuse (36), welches die Punktgrößensteuerungsoptik und die Fokussteuerungsoptik umschließt.
  15. Das optische System gemäß Anspruch 14, wobei das Gehäuse (36) Wände aufweist, welche undurchlässig sind für den Lichtstrahl und eine Ausgangsöffnung umfassen, um den Lichtstrahl auszugeben.
  16. Das optische System gemäß Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei das Gehäuse (36) den oder jeden Betätiger umgibt, und wobei Steuerungssignale zum Steuern des oder jedes Betätigers erzeugt werden außerhalb des Gehäuses (36).
  17. Das optische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen Festkörperlaser, wobei der Festkörperlaser den Lichtstrahl ausgibt.
  18. Das optische System gemäß Anspruch 17, wenn abhängig von einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Festkörperlaser innerhalb des Gehäuses bereit gestellt ist.
  19. Das optische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Strahlpositionierungsoptik (40), welche den Lichtstrahl empfängt, welcher geändert wurde durch die Fokussteuerungsoptik, wobei die Strahlpositionierungsoptik den Lichtstrahl seitlich positioniert.
  20. Das optische System gemäß Anspruch 19, wobei die Strahlpositionierungsoptik den Lichtstrahl in einer X- und Y-Richtung auf einer Empfangsoberfläche scannt.
  21. Das optische System gemäß einem der Ansprüche 19 bis 20, wobei die elektrischen Signale selektiv einen ersten Zustand definieren, in dem der Lichtstrahl ein erstes auswählbares seitliches Ausmaß aufweist, an der Empfangsoberfläche, und einen zweiten Zustand, in welchem der Lichtstrahl ein zweites auswählbares seitliches Ausmaß an der Empfangsoberfläche aufweist, welcher unterschiedlich ist von dem ersten auswählbaren seitlichen Ausmaß, wobei die elektrischen Signale automatisch entweder den ersten Zustand oder den zweiten Zustand in Reaktion auf Steuerungssignale herstellen.
  22. Das optische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend zusätzliche optische Elemente zum Konditionieren des Ausgangslichtstrahls.
  23. Das optische System gemäß Anspruch 22, wobei die zusätzlichen optischen. Elemente eine Endfokussierungslinse (80) umfassen.
  24. Ein optisches System gemäß Anspruch 1, wobei die Punktgrößensteuerungsoptik eine erste Punktgrößensteuerungslinse umfasst, welche gekoppelt ist mit einem ersten Punktgrößenbetätiger, wobei eine Bewegung des ersten Punktgrößenbetätigers das erste seitliche Ausmaß des Lichtstrahls mehr ändert als das zweite seitliche Ausmaß und wobei eine zweite Punktgrößensteuerungslinse gekoppelt ist mit einem zweiten Punktgrößenbetätiger, wobei eine Bewegung des zweiten Punktgrößenbetätigers sowohl das erste als auch das zweite seitliche Ausmaß des Lichtstrahls ändert.
  25. Ein optisches System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussteuerungsoptik eine erste Fokussteuerungslinse umfasst, welche gekoppelt ist mit einem ersten Fokussteuerungsbetätiger, um eine erste Fokusposition in einem größeren Ausmaß anzupassen, als die zweite Fokusposition, und eine zweite Fokussteuerungslinse, die gekoppelt ist mit einem zweiten Fokussteuerungsbetätiger, um die erste und zweite Fokusposition anzupassen.
DE60120905T 2001-02-23 2001-11-02 Optisches System mit elektronischer Punktgrössensteuerung und Fokussierungskontrolle Expired - Lifetime DE60120905T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US791346 2001-02-23
US09/791,346 US6426840B1 (en) 2001-02-23 2001-02-23 Electronic spot light control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60120905D1 DE60120905D1 (de) 2006-08-03
DE60120905T2 true DE60120905T2 (de) 2007-02-15

Family

ID=25153430

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60120905T Expired - Lifetime DE60120905T2 (de) 2001-02-23 2001-11-02 Optisches System mit elektronischer Punktgrössensteuerung und Fokussierungskontrolle
DE60138052T Expired - Lifetime DE60138052D1 (de) 2001-02-23 2001-11-02 Optisches System mit elektronischer Punktgrössensteuerung und Fokussierungskontrolle

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60138052T Expired - Lifetime DE60138052D1 (de) 2001-02-23 2001-11-02 Optisches System mit elektronischer Punktgrössensteuerung und Fokussierungskontrolle

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6426840B1 (de)
EP (2) EP1659438B1 (de)
JP (1) JP4057311B2 (de)
AT (2) ATE331235T1 (de)
DE (2) DE60120905T2 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016111932A1 (de) * 2016-06-29 2018-01-04 Trumpf Laser Gmbh Frequenzkonversionseinheit und Verfahren zur Frequenzkonversion
WO2020160726A1 (de) * 2019-02-06 2020-08-13 MTU Aero Engines AG Vorrichtung zum generativen aufbauen eines bauteils
DE102016015785B4 (de) * 2016-06-29 2021-06-17 Trumpf Laser Gmbh Strahladaptionsvorrichtung, Frequenzkonversionseinheit, optisches System und Vefahren zur Frequenzkonversion

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW584736B (en) * 2001-12-07 2004-04-21 Ind Tech Res Inst Shape measurement device of dual-axial anamorphic image magnification
US20050172894A1 (en) * 2004-02-10 2005-08-11 Farnworth Warren M. Selective deposition system and method for initiating deposition at a defined starting surface
CA2624200A1 (en) * 2005-10-03 2007-04-12 Aradigm Corporation Method and system for laser machining
US7352789B2 (en) * 2006-01-12 2008-04-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method
JP5007090B2 (ja) * 2006-09-11 2012-08-22 株式会社ディスコ レーザー加工方法
US7706078B2 (en) * 2006-09-14 2010-04-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method
EP2646223B1 (de) * 2010-11-29 2017-06-28 3D Systems, Inc. Stereolithografische systeme und verfahren mit interner lasermodulation
GB2490143B (en) * 2011-04-20 2013-03-13 Rolls Royce Plc Method of manufacturing a component
US8864309B2 (en) 2011-12-05 2014-10-21 Bioptigen, Inc. Optical imaging systems having input beam shape control and path length control
US8777412B2 (en) 2012-04-05 2014-07-15 Bioptigen, Inc. Surgical microscopes using optical coherence tomography and related methods
US9400391B2 (en) * 2012-09-27 2016-07-26 Coherent, Inc. Uniformity adjustment method for a diode-laser line-projector
US9842665B2 (en) 2013-02-21 2017-12-12 Nlight, Inc. Optimization of high resolution digitally encoded laser scanners for fine feature marking
US10100393B2 (en) 2013-02-21 2018-10-16 Nlight, Inc. Laser patterning of multi-layer structures
US9537042B2 (en) 2013-02-21 2017-01-03 Nlight, Inc. Non-ablative laser patterning
US10464172B2 (en) 2013-02-21 2019-11-05 Nlight, Inc. Patterning conductive films using variable focal plane to control feature size
TWI611854B (zh) * 2013-05-02 2018-01-21 n萊特股份有限公司 光學處理系統和用於光學處理的方法
EP3003123B1 (de) 2013-06-04 2020-08-19 Bioptigen, Inc. Optisches kohärenztomografiebildgebungssystem und optisches laserabtastsystem mit einem strahlformenden optischen system mit einer +-+ linsendreiergruppe mit beweglicher zweiter und dritter linse, und verfahren
WO2015017375A2 (en) 2013-07-29 2015-02-05 Bioptigen, Inc. Procedural optical coherence tomography (oct) for surgery and related systems and methods
US9402539B2 (en) 2013-08-28 2016-08-02 Bioptigen, Inc. Heads up displays for optical coherence tomography integrated surgical microscopes
EP3110614B1 (de) * 2014-02-28 2020-02-19 Dws S.R.L. Verbesserte stereolithografische maschine
US10069271B2 (en) 2014-06-02 2018-09-04 Nlight, Inc. Scalable high power fiber laser
US10618131B2 (en) 2014-06-05 2020-04-14 Nlight, Inc. Laser patterning skew correction
CN105720463B (zh) 2014-08-01 2021-05-14 恩耐公司 光纤和光纤传输的激光器中的背向反射保护与监控
US9837783B2 (en) 2015-01-26 2017-12-05 Nlight, Inc. High-power, single-mode fiber sources
DE102015202347A1 (de) * 2015-02-10 2016-08-11 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Bestrahlungseinrichtung, Bearbeitungsmaschine und Verfahren zum Herstellen einer Schicht eines dreidimensionalen Bauteils
JP6519860B2 (ja) * 2015-03-30 2019-05-29 株式会社東京精密 非接触形状測定装置及び走査レンズ収差補正方法
WO2017008022A1 (en) 2015-07-08 2017-01-12 Nlight, Inc. Fiber with depressed central index for increased beam parameter product
US11179807B2 (en) 2015-11-23 2021-11-23 Nlight, Inc. Fine-scale temporal control for laser material processing
EP3978184A1 (de) 2015-11-23 2022-04-06 NLIGHT, Inc. Verfahren und vorrichtung zur feinstufigen zeitsteuerung für eine laserstrahlmaterialbearbeitung
WO2017091606A1 (en) 2015-11-23 2017-06-01 Nlight, Inc. Predictive modification of laser diode drive current waveform in high power laser systems
WO2017127573A1 (en) 2016-01-19 2017-07-27 Nlight, Inc. Method of processing calibration data in 3d laser scanner systems
KR102498030B1 (ko) 2016-09-29 2023-02-08 엔라이트 인크. 조정 가능한 빔 특성
US10732439B2 (en) 2016-09-29 2020-08-04 Nlight, Inc. Fiber-coupled device for varying beam characteristics
US10730785B2 (en) 2016-09-29 2020-08-04 Nlight, Inc. Optical fiber bending mechanisms
EP3607389B1 (de) 2017-04-04 2023-06-07 Nlight, Inc. Optische referenzerzeugung für die kalibrierung von galvanometrischen scannern
CN107336440A (zh) * 2017-08-09 2017-11-10 英诺激光科技股份有限公司 一种具有矫形功能的激光3d打印方法及其系统
CN107718541A (zh) * 2017-09-14 2018-02-23 佛山科学技术学院 一种三维打印机及其实现方法
EP3521028B1 (de) * 2018-02-01 2020-11-25 CL Schutzrechtsverwaltungs GmbH Vorrichtung zur generativen fertigung dreidimensionaler objekte
CN113276409A (zh) * 2020-02-18 2021-08-20 空客(北京)工程技术中心有限公司 增材制造方法、增材制造设备和计算机可读介质
KR102468802B1 (ko) * 2020-05-04 2022-11-18 한국기계연구원 광학식 리소그래피 장치 및 방법
US20220118550A1 (en) * 2020-10-16 2022-04-21 Amo Development, Llc Laser focal spot size measurement using a built-in camera for an ophthalmic laser system

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4575330A (en) 1984-08-08 1986-03-11 Uvp, Inc. Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography
US5059359A (en) 1988-04-18 1991-10-22 3 D Systems, Inc. Methods and apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography
KR0178873B1 (ko) 1988-04-18 1999-05-15 찰스 윌리엄 헐 스테레오리소그래픽 커얼 감소
US5965079A (en) 1995-04-25 1999-10-12 3D Systems, Inc. Method and apparatus for making a three-dimensional object by stereolithography
US5184307A (en) 1988-04-18 1993-02-02 3D Systems, Inc. Method and apparatus for production of high resolution three-dimensional objects by stereolithography
ATE313105T1 (de) 1988-04-18 2005-12-15 3D Systems Inc Stereolithografie mit verschiedenen vektorabtastungsmoden
US5182056A (en) 1988-04-18 1993-01-26 3D Systems, Inc. Stereolithography method and apparatus employing various penetration depths
JPH033127A (ja) * 1989-05-31 1991-01-09 Hitachi Ltd 光学ヘッド
US5133987A (en) 1989-10-27 1992-07-28 3D Systems, Inc. Stereolithographic apparatus and method
US4997250A (en) * 1989-11-17 1991-03-05 General Electric Company Fiber output coupler with beam shaping optics for laser materials processing system
US5999184A (en) 1990-10-30 1999-12-07 3D Systems, Inc. Simultaneous multiple layer curing in stereolithography
US5193024A (en) * 1990-10-31 1993-03-09 E. I. Du Pont De Nemours And Company Liquid/vapor optical modulator
JP3170023B2 (ja) * 1992-02-27 2001-05-28 ホーヤ株式会社 レーザ加工装置
JPH05291659A (ja) * 1992-04-14 1993-11-05 Toshiba Corp レーザービーム補正機構
EP0578499B1 (de) * 1992-07-10 1999-12-01 Fujitsu Limited Laserdiodenmodul
US5615200A (en) * 1992-09-10 1997-03-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Light beam shaping device to change an anisotropic beam to an isotropic beam for reducing the size of an optical head
US5777961A (en) * 1994-06-27 1998-07-07 Nec Corporation Astigmatic difference correcting method for optical head and apparatus therefor
US5991102A (en) * 1994-11-25 1999-11-23 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Beam protecting device
EP0763236B1 (de) * 1995-03-15 2000-06-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Vorrichtung zum optischen abtasten eines auzeichnungsmediums
US5745296A (en) * 1995-05-17 1998-04-28 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Multibeam recording device
JPH09122942A (ja) * 1995-08-25 1997-05-13 Asahi Optical Co Ltd レーザ描画装置
KR19990028932A (ko) * 1996-05-13 1999-04-15 토마스 에프. 멀베니 자기매체의 정형 빔 레이저 텍스쳐링
US5840239A (en) 1997-01-31 1998-11-24 3D Systems, Inc. Apparatus and method for forming three-dimensional objects in stereolithography utilizing a laser exposure system having a diode pumped frequency quadrupled solid state laser
US5923473A (en) * 1997-05-06 1999-07-13 Agfa Corporation Multi-size spot beam imaging system and method
US6129884A (en) 1999-02-08 2000-10-10 3D Systems, Inc. Stereolithographic method and apparatus with enhanced control of prescribed stimulation production and application
US6325961B1 (en) * 1999-02-08 2001-12-04 3D Systems, Inc. Stereolithographic method and apparatus with enhanced control of prescribed stimulation and application
US6222679B1 (en) * 1999-08-31 2001-04-24 Agilent Technologies Mechanically simplified, high resolution, optical focusing and steering apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016111932A1 (de) * 2016-06-29 2018-01-04 Trumpf Laser Gmbh Frequenzkonversionseinheit und Verfahren zur Frequenzkonversion
DE102016111932B4 (de) * 2016-06-29 2018-02-08 Trumpf Laser Gmbh Frequenzkonversionseinheit und Verfahren zur Frequenzkonversion
US10591803B2 (en) 2016-06-29 2020-03-17 Trumpf Laser Gmbh Variable-astigmatism beam adaptation device and frequency conversion units
DE102016015785B4 (de) * 2016-06-29 2021-06-17 Trumpf Laser Gmbh Strahladaptionsvorrichtung, Frequenzkonversionseinheit, optisches System und Vefahren zur Frequenzkonversion
WO2020160726A1 (de) * 2019-02-06 2020-08-13 MTU Aero Engines AG Vorrichtung zum generativen aufbauen eines bauteils

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002357781A (ja) 2002-12-13
ATE331235T1 (de) 2006-07-15
DE60120905D1 (de) 2006-08-03
EP1237034B1 (de) 2006-06-21
US6426840B1 (en) 2002-07-30
ATE426185T1 (de) 2009-04-15
DE60138052D1 (de) 2009-04-30
EP1659438A1 (de) 2006-05-24
EP1659438B1 (de) 2009-03-18
JP4057311B2 (ja) 2008-03-05
EP1237034A3 (de) 2002-10-16
EP1237034A2 (de) 2002-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60120905T2 (de) Optisches System mit elektronischer Punktgrössensteuerung und Fokussierungskontrolle
EP3383624B1 (de) Verfahren zum kalibrieren einer vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen objekts
DE60014470T2 (de) Stereolithografische Verfahren und Vorrichtung mit Kontrolle zum Verändern der vorgeschriebenen Anregung
EP3970900B1 (de) Verfahren zum erzeugen einer 3d-struktur mittels laserlithographie mit geänderter belichtdosis an randabschnitten, sowie entsprechendes computerprogrammprodukt
DE10045191A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Echtzeitsteuerung der Strahlcharakteristiken bei einer mit einem Laser ausgerüsteten Werkzeugmaschine
WO2018006108A1 (de) Verfahren zur lithographiebasierten generativen fertigung von dreidimensionalen bauteilen
DE19707834A1 (de) Materialbestrahlungsgerät und Verfahren zum Betrieb von Materialbestrahlungsgeräten
DE102007061549B4 (de) Verfahren zur Änderung des Strahldurchmessers eines Laserstrahls in einer Bearbeitungsebene sowie dafür ausgebildete Anordnung
DE60020895T2 (de) Stereolithografische Verfahren und Vorrichtung mit Kontrolle der vorgeschriebenen Anregung
DE102013103096A1 (de) Mehrstrahl-Laserscannsystem und -verfahren
DE19531050A1 (de) Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks
EP3093123B1 (de) Verfahren zum herstellen einer dreidimensionalen struktur
EP3362835B1 (de) Belichteroptik und vorrichtung zum herstellen eines dreidimensionalen objekts
EP3414044B1 (de) Verfahren zum herstellen mindestens eines teilbereichs einer schicht eines dreidimensionalen bauteils
DE4228740A1 (de) Laserbearbeitungsvorrichtung
WO2022122251A1 (de) Laserbearbeitung eines materials mittels gradienten-filterelement
WO2021028534A1 (de) Verfahren zum bearbeiten eines werkstücks
EP1068923B1 (de) Verfahren zur Erzeugung einer Intensitätsverteilung über einen Arbeitslaserstrahl sowie Vorrichtung hierzu
EP2675609B1 (de) Verfahren zum selektiven laserschmelzen und anlage zur durchführung dieses verfahrens
DE102018106579A1 (de) Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels Bestrahlung mit Laserstrahlung sowie Vorrichtung hierzu
DE4219809A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abtragen einer Oberfläche
EP3888887B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur lithographiebasierten generativen fertigung eines dreidimensionalen bauteils
EP4163083B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur lithographiebasierten generativen fertigung eines dreidimensionalen bauteils
WO2022175830A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung einer lithographiebasierten additiven fertigungsvorrichtung
EP3520927B1 (de) 3d-drucker mit einem elektronisch ansteuerbaren umformmodul

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: 3D SYSTEMS, INC., ROCK HILL, S.C., US