ES2934510T3 - Procedimiento y dispositivo para la fabricación generativa basada en litografía de un componente tridimensional - Google Patents

Abstract

En un método para la fabricación aditiva basada en litografía de un componente tridimensional, en el que al menos un haz emitido por una fuente de radiación electromagnética (2) se enfoca sucesivamente en puntos focales dentro de un material por medio de un dispositivo de irradiación (3) , mediante el cual se solidifica un elemento de volumen del material situado en el punto focal mediante absorción multifotónica, el punto focal se desplaza en una dirección z, correspondiendo la dirección z a una dirección de irradiación de al menos uno haz en el material, efectuándose el desplazamiento del foco en la dirección z por medio de al menos un deflector acústico-óptico (6º), en el que se genera una onda sonora cuya frecuencia se modula periódicamente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo para la fabricación generativa basada en litografía de un componente tridimensional

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación generativa basada en litografía de un componente tridimensional según la reivindicación independiente 1.

La invención se refiere además a un dispositivo para la fabricación generativa basada en litografía de un componente tridimensional según la reivindicación independiente 8.

La solicitud US 2003/013047 A1 divulga un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1.

Un procedimiento para la configuración de un cuerpo moldeado, en el que la solidificación de un material fotosensible se lleva a cabo por medio de absorción multifotónica, se ha dado a conocer por ejemplo por el documento DE 10111422 A1. Para ello, se irradia con un haz láser enfocado el baño del material fotosensible, cumpliéndose las condiciones de irradiación para un proceso de absorción multifotónica que desencadena la solidificación solo en el entorno directo del foco, de modo que se guía el foco del haz conforme a los datos geométricos del cuerpo moldeado que debe producirse dentro del volumen del baño a los puntos que deben solidificarse.

A este respecto, en el respectivo punto focal se solidifica un elemento de volumen del material, adhiriéndose entre sí los elementos de volumen adyacentes y construyéndose el cuerpo moldeado mediante una solidificación que tiene lugar sucesivamente de elementos de volumen adyacentes. En la construcción del cuerpo moldeado se procede por capas, es decir en primer lugar se solidifican elementos de volumen de una primera capa, antes de que se solidifiquen elementos de volumen de una capa siguiente.

Los dispositivos de irradiación para procedimientos de absorción multifotónica comprenden una óptica para enfocar un haz láser, así como un dispositivo de desviación para desviar el haz láser. A este respecto, el dispositivo de desviación está configurado para enfocar el haz sucesivamente a puntos focales dentro del material, que se encuentran en un mismo plano, que se extiende en perpendicular a la dirección de irradiación del haz en el material. En un sistema de coordenadas x,y,z, este plano se denomina también plano x,y. Los elementos de volumen solidificados generados en el plano x,y mediante la desviación del haz configuran una capa del cuerpo moldeado.

Para la construcción de una capa siguiente tiene lugar una variación de la posición relativa del dispositivo de irradiación en relación con el componente en la dirección z, que corresponde a una dirección de irradiación del al menos un haz en el material y discurre en perpendicular al plano x,y. Mediante la regulación que en la mayoría de los casos tiene lugar de manera motriz del dispositivo de irradiación en relación con el componente se desplaza el punto focal del dispositivo de irradiación a un nuevo plano x,y, que está separado en la dirección z con el grosor de capa deseado del plano x,y anterior.

El modo de proceder descrito conduce a que los elementos de volumen solidificados puedan generarse únicamente en posiciones predeterminadas dentro de una retícula tridimensional. Sin embargo, esto conduce en superficies curvadas del componente a una configuración escalonada, similar a la representación pixelada de una línea curvada en una pantalla. A este respecto, la resolución de estructuración en la superficie del componente depende del tamaño de los elementos de volumen solidificados y del grosor de capa. Para aumentar la resolución de estructuración puede reducirse el grosor de capa; sin embargo, esto conduce a un claro aumento de la duración del proceso de construcción, porque tiene que aumentarse el número de capas.

Ya ha habido diferentes propuestas para adaptar el tamaño de los elementos de volumen solidificados en las zonas de borde de un componente a la forma superficial deseada, de tal manera que se minimice la desviación de la superficie real con respecto a la superficie deseada. Por ejemplo, el documento DE 1020171140241 A1 divulga un procedimiento, en el que la dosis de exposición para la producción de elementos de volumen que limitan en la superficie se varía según un patrón definido. Esto conduce a que los elementos de volumen escritos en las secciones de borde presenten diferentes extensiones y contribuyan así a la estructuración superficial deseada. Sin embargo, en un procedimiento de este tipo resulta desventajoso que la energía irradiada en el material en el caso de un aumento de la dosis de exposición puede conducir a una destrucción térmica del material y a la formación de burbujas. Además, el intervalo de ajuste en un procedimiento de este tipo es muy limitado. La variación máxima del tamaño de un elemento de volumen contribuye a menos del 20% del tamaño de partida.

Por tanto, la invención tiene como objetivo perfeccionar un procedimiento y un dispositivo para la fabricación generativa basada en litografía de un componente tridimensional en el sentido de que se configuren superficies curvadas y oblicuas del componente con una alta exactitud dimensional y puedan evitarse las desventajas mencionadas anteriormente.

Para alcanzar este objetivo, la invención, en el caso de un procedimiento del tipo mencionado al principio, prevé que el punto focal se desplace en una dirección z, correspondiendo la dirección z a una dirección de irradiación de dicho por lo menos un haz en el material, teniendo lugar el desplazamiento del punto focal en la dirección z por medio de al menos un deflector acústico-óptico dispuesto en la trayectoria de haz, en el que se genera una onda sonora, cuya frecuencia se modula periódicamente.

Mediante la disposición de por lo menos un deflector acústico-óptico en la trayectoria de haz del haz emitido por la fuente de radiación puede desplazarse el punto focal sin escalones y con una alta velocidad en la dirección z. Esto permite elegir libremente la posición de un elemento de volumen en la dirección z y, por tanto, disponer elementos de volumen también fuera de las posiciones definidas por la retícula mencionada anteriormente, para conseguir de esta manera una adaptación óptima a la forma superficial que debe conseguirse en cada caso. A este respecto, el desplazamiento del punto focal en la dirección z no requiere ninguna regulación mecánica del dispositivo de irradiación en relación con el componente y por tanto es independiente del cambio de una primera a una siguiente capa. En particular, el desplazamiento del punto focal en la dirección z se consigue sin piezas móviles, sino solamente debido a la acción del deflector acústico-óptico mencionado.

Un deflector acústico-óptico es un elemento constructivo óptico, que influye en la luz incidente a nivel de frecuencia y dirección de propagación o de intensidad. Para ello, se genera en un cuerpo sólido transparente con ondas sonoras una rejilla óptica, en la que se somete a difracción el haz de luz y al mismo tiempo se desplaza en su frecuencia. Esto genera una desviación del haz, dependiendo el ángulo de desviación de las longitudes de onda relativas de las ondas de luz y ultrasónicas en el cuerpo sólido transparente.

Mediante una variación periódica de la frecuencia de la onda sonora generada en el cuerpo sólido transparente se configura un denominado “efecto de lente cilíndrica”, que focaliza el haz de luz incidente de la misma manera que una lente cilíndrica. Un control dirigido de la modulación de frecuencia periódica permite variar la distancia focal de la lente cilíndrica y con ello la divergencia del haz que sale del deflector acústico-óptico. El haz con la divergencia ajustada de esta manera se conduce a través de una unidad de formación de imágenes del dispositivo de irradiación, en la que se irradia el haz por medio de un objetivo de manera enfocada en el material. A este respecto, el punto focal del haz introducido en el material varía en la dirección z en función de la divergencia.

A este respecto, una configuración preferida prevé que la modulación de frecuencia de la onda sonora presente un gradiente de frecuencia de la onda sonora constante. Esto favorece la generación del denominado “efecto de lente cilíndrica”. Por el contrario, si la frecuencia de la onda sonora no varía de manera lineal, se configuran errores de frente de onda.

Preferentemente, está previsto además que el punto focal se desplace mediante una variación del gradiente de frecuencia de la onda sonora (constante) de la modulación de frecuencia. La variación del gradiente de frecuencia de la onda sonora puede conseguirse, por ejemplo, mediante una variación del ancho de banda de la modulación de frecuencia con un periodo constante de la modulación periódica. Alternativamente, puede mantenerse constante el ancho de banda y provocarse la variación del gradiente de frecuencia de la onda sonora mediante una variación del periodo.

La frecuencia fundamental de la onda sonora asciende en un cuerpo sólido transparente de, por ejemplo, TeO² preferentemente a 50 MHz o más, en particular > 100 MHz, en particular 100-150 MHz. La frecuencia fundamental se modula, por ejemplo, en por lo menos ± 10%, preferentemente ± 20-30%. En el caso de una frecuencia fundamental de por ejemplo 110 MHz, esta se modula periódicamente por ejemplo en ±25 MHz, es decir el ancho de banda de la modulación de frecuencia asciende a 50 MHz y por tanto la frecuencia de la onda sonora se modula periódicamente entre 85 MHz y 135 MHz. Como ya se ha mencionado, la variación del gradiente de frecuencia de la onda sonora determina la distancia focal de la lente cilíndrica, ascendiendo la frecuencia de modulación preferentemente a al menos 100 kHz, en particular 0,1-10 MHz. Preferentemente, se utilizan uno detrás de otros al menos dos deflectores acústico-ópticos en la trayectoria de haz, presentando dichos por lo menos dos deflectores acústico-ópticos preferentemente una dirección de la desviación del haz que se extiende sustancialmente en perpendicular entre sí o una misma orientación de la desviación del haz.

La combinación de dos deflectores acústico-ópticos dispuestos preferentemente directamente en perpendicular uno detrás de otro elimina el astigmatismo que aparece de lo contrario en el caso de un único deflector. En el caso de una disposición de dos deflectores acústico-ópticos en un plano se duplica el posible recorrido de regulación del punto focal en la dirección z. Según una realización preferida adicional pueden estar previstos cuatro deflectores acústico-ópticos dispuestos unos detrás de otros, de los que los dos primeros deflectores forman un primer par y los dos deflectores siguientes un segundo par. A este respecto, los deflectores dentro de un par están configurados en cada caso con la misma orientación de la desviación del haz y los deflectores del primer par presentan una dirección que se extiende en perpendicular con respecto a los deflectores del segundo par de la desviación del haz.

Como en sí conocido, el punto focal se desplaza preferentemente también en un plano x-y que se extiende transversalmente a la dirección z, teniendo lugar el desplazamiento en el plano x-y por medio de una unidad de desviación distinta de dicho por lo menos un deflector acústico-óptico. A este respecto, la unidad de desviación está dispuesta ventajosamente en la trayectoria de haz entre dicho por lo menos un deflector acústico-óptico y la unidad de formación de imágenes. La unidad de desviación puede estar configurada por ejemplo como escáner galvanométrico. Para la desviación bidimensional del haz o bien puede desviarse un espejo en dos direcciones o bien se colocan cerca dos espejos de pie que pueden girarse ortogonalmente, a través de los que se refleja el haz. Los dos espejos pueden accionarse por en cada caso un accionamiento galvanométrico o un motor eléctrico.

Preferentemente, el componente se construye por capas con capas que se extienden en el plano x-y, comprendiendo el cambio de una capa a una capa siguiente la variación de la posición relativa del dispositivo de irradiación con respecto al componente en la dirección z. Mediante la regulación mecánica de la posición relativa del dispositivo de irradiación en relación con el componente tiene lugar la regulación gruesa del punto focal en la dirección z, concretamente el cambio de una capa a la siguiente. Por el contrario, para el ajuste de escalones intermedios en la dirección z, es decir para el posicionamiento fino del punto focal en la dirección z, se varía la posición del punto focal por medio del deflector acústico-óptico.

A este respecto, preferentemente puede procederse de modo que el desplazamiento del punto focal en la dirección z por medio del deflector acústico-óptico tenga lugar dentro del grosor de capa de una capa. A este respecto, dentro de una capa también pueden producirse varios estratos dispuestos uno sobre otros en la dirección z de elementos de volumen, sin que deba tener lugar una regulación mecánica de la posición relativa del dispositivo de irradiación en relación con el componente.

Según una aplicación preferida de la invención, el punto focal se desplaza por medio del deflector acústico-óptico en la dirección z, para configurar un contorno externo curvado del componente. Alternativa o complementariamente, también puede procederse de modo que el punto focal se desplace por medio del deflector acústico-óptico en la dirección z, con el fin de configurar un contorno externo que se extiende de manera oblicua en relación con el plano x,y del componente. A este respecto, el desplazamiento del punto focal en la dirección z puede seguir la forma superficial al posicionarse el punto focal en la zona de borde del componente en cada caso a una distancia tal de la superficie del componente que debe producirse, que corresponde a la distancia del centro imaginario del elemento de volumen que debe solidificarse con respecto a la superficie externa del elemento de volumen.

Un modo de proceder preferido resulta cuando el material se encuentra sobre un soporte de material, tal como, por ejemplo, en una cubeta, y la irradiación del material tiene lugar desde abajo a través del soporte de material permeable al menos por zonas para la radiación. A este respecto, puede posicionarse una plataforma de construcción a una distancia del soporte de material y construirse el componente mediante la solidificación de material que se encuentra entre la plataforma de construcción y el soporte de material sobre la plataforma de construcción. Sin embargo, alternativamente también es posible llevar a cabo la irradiación del material desde arriba.

La estructuración de un material adecuado por medio de absorción multifotónica ofrece la ventaja de una resolución estructural sumamente alta, pudiendo conseguirse elementos de volumen con tamaños estructurales mínimos de hasta 50 nm x 50 nm x 50 nm. Sin embargo, condicionado por el pequeño volumen de punto focal, el rendimiento de un procedimiento de este tipo es muy reducido, dado que por ejemplo para un volumen de 1 mm3 tienen que exponerse en total más de 109 puntos. Esto conduce a tiempos de construcción muy largos, lo que es el motivo principal de la utilización industrial reducida de procedimientos de absorción multifotónica.

Para aumentar el rendimiento de componentes sin perder la posibilidad de una resolución estructural alta, un perfeccionamiento preferido de la invención prevé que el volumen del punto focal se varíe al menos una vez durante la construcción del componente, de modo que el componente se construya a partir de elementos de volumen solidificados de diferente volumen.

Debido al volumen variable del punto focal son posibles (con un volumen de punto focal pequeño) resoluciones altas. Al mismo tiempo puede conseguirse (con un volumen de punto focal grande) una alta velocidad de escritura (medida en mm3/h). Es decir, mediante la variación del volumen de punto focal puede combinarse una resolución alta con un rendimiento grande. A este respecto, la variación del volumen de punto focal puede aprovecharse por ejemplo de modo que en el interior del componente que debe construirse se utilice un volumen de punto focal grande, para aumentar el rendimiento, y en la superficie del componente se emplee un volumen de punto focal más pequeño, para configurar la superficie del componente con una resolución alta. Un aumento del volumen de punto focal posibilita un rendimiento de estructuración mayor, dado que se aumenta el volumen de material solidificado en una operación de exposición. Para mantener a este alto rendimiento una resolución alta pueden utilizarse volúmenes de punto focal pequeños para estructuras y superficies más finas, y volúmenes de punto focal más grandes para estructuras gruesas y/o para llenar espacios internos. Procedimientos y dispositivos para la variación del volumen de punto focal se describe en el documento WO 2018/006108 A1.

En el marco de la presente invención, puede acortarse considerablemente el tiempo de construcción cuando las capas que se encuentran en el interior del componente se construyen con un alto grosor de capa y por tanto con elementos de volumen de gran volumen y las zonas de borde se crean a partir de elementos de volumen de pequeño volumen y en las zonas de borde tiene lugar adicionalmente una adaptación individual de la posición de los elementos de volumen a lo largo de la dirección z, para obtener en la superficie una resolución estructural alta.

En un modo de proceder preferido, la variación del volumen focal tiene lugar de tal manera que la relación de volumen entre el mayor volumen de punto focal durante la fabricación de un componente y el menor volumen de punto focal asciende a al menos 2, preferentemente al menos 5.

El principio de la absorción multifotónica se aprovecha en el marco de la invención para iniciar en el baño de material fotosensible una operación fotoquímica. Los procedimientos de absorción multifotónica comprenden por ejemplo también procedimientos de absorción bifotónica. Como consecuencia de la reacción fotoquímica se produce la variación del material a al menos otro estado, produciéndose normalmente una fotopolimerización. El principio de la absorción multifotónica se basa en que dicha operación fotoquímica solo tiene lugar en aquellas zonas de la trayectoria de haz, en las que hay una densidad de fotones suficiente para la absorción multifotónica. La mayor densidad de fotones aparece en el foco del sistema de formación de imágenes óptico, de modo que la absorción multifotónica se produce con suficiente probabilidad solo en el punto focal. Fuera del foco, la densidad de fotones es menor, de modo que la probabilidad de la absorción multifotónica fuera del foco es demasiado baja como para provocar una variación irreversible del material debido a una reacción fotoquímica. La radiación electromagnética puede atravesar el material en su mayor parte sin obstáculos en la longitud de onda utilizada y solo en el punto focal se produce una interacción entre el material fotosensible y la radiación electromagnética. El principio de la absorción multifotónica se describe por ejemplo en Zipfel et al, “Nonlinear magic: multiphoton microscopy in the biosciences”, NATURE BIOTECHNOLOGY VOLUMEN 21 NÚMERO 11 NOVIEMBRE de 2003.

Como fuente para la radiación electromagnética puede tratarse preferentemente de un haz láser colimado. El láser puede emitir tanto una como varias longitudes de onda fijas o variables. En particular se trata de un láser continuo o pulsado con duraciones de pulso en el intervalo de los nanosegundos, picosegundos o femtosegundos. A este respecto, un láser de femtosegundos pulsado ofrece la ventaja de que se necesita una menor potencia media para la absorción multifotónica.

Por material fotosensible se entiende cualquier material fluido o sólido en las condiciones de construcción, que mediante absorción multifotónica en el volumen de punto focal pase a un segundo estado (por ejemplo, mediante polimerización). A este respecto, la variación de material tiene que limitarse al volumen de punto focal y su entorno directo. La variación de las propiedades de sustancia puede ser duradera y consistir por ejemplo en una variación de un estado líquido a uno sólido, pero también puede ser solo transitoria. Además, una variación duradera puede ser por lo demás reversible o no reversible. La variación de las propiedades de material no tiene que pasar obligatoriamente de manera completa de un estado al otro, sino que también puede encontrarse como forma mixta de ambos estados.

La potencia de la radiación electromagnética y la duración de exposición influyen en la calidad del componente generado. Mediante la adaptación de la potencia de radiación y/o de la duración de exposición puede variarse el volumen del punto focal en un intervalo estrecho. En el caso de potencias de radiación demasiado altas aparecen procesos adicionales, que pueden conducir al daño del componente. Si la potencia de radiación es demasiado baja, puede no ajustarse una variación de propiedades de material duradera. Por tanto, para cada material fotosensible hay parámetros de proceso de construcción típicos que están asociados con buenas propiedades de componente.

Preferentemente, está previsto que la variación del volumen de punto focal tenga lugar en al menos una, preferentemente dos, en particular en tres, direcciones espaciales que se encuentran en perpendicular entre sí.

Según un segundo aspecto de la invención se proporciona un dispositivo para la fabricación generativa basada en litografía de un componente tridimensional, en particular para la realización de un procedimiento según el primer aspecto de la invención, que comprende un soporte de material para un material solidificable y un dispositivo de irradiación, que puede ser controlado para la irradiación selectiva de posición del material solidificable con al menos un haz, comprendiendo el dispositivo de irradiación una unidad de desviación óptica, para enfocar el al menos un haz sucesivamente en puntos focales dentro del material, con lo que en cada caso un elemento de volumen del material que se encuentra en el punto focal puede solidificarse por medio de absorción multifotónica, caracterizado por que el dispositivo de irradiación comprende al menos un deflector acústico-óptico dispuesto en la trayectoria de haz del haz, que está configurado para el desplazamiento del punto focal en una dirección z, correspondiendo la dirección z a una dirección de irradiación del al menos un haz en el material.

Preferentemente, el control de dicho por lo menos un deflector acústico-óptico comprende un generador de frecuencia, que está configurado para la modulación periódica de la frecuencia ultrasónica.

A este respecto, preferentemente está previsto que el generador de frecuencia esté configurado para variar el gradiente de frecuencia de la onda sonora.

Como ya se ha mencionado en relación con el procedimiento según la invención, es ventajoso que estén dispuestos unos detrás de otros al menos dos deflectores acústico-ópticos en la trayectoria de haz, presentando dichos por lo menos dos deflectores acústico-ópticos preferentemente una dirección de la desviación del haz que se extiende sustancialmente en perpendicular entre sí o una misma orientación de la desviación del haz.

Además, la unidad de desviación está configurada preferentemente para desplazar el punto focal en un plano x-y que se extiende transversalmente a la dirección z.

En particular, el dispositivo de irradiación puede estar configurado para construir el componente por capas con capas que se extienden en el plano x-y, comprendiendo el cambio de una capa a una capa siguiente la variación de la posición relativa del dispositivo de irradiación con respecto al componente en la dirección z.

El dispositivo de irradiación está configurado preferentemente de tal manera que el desplazamiento del punto focal en la dirección z por medio del deflector acústico-óptico tenga lugar dentro del grosor de capa de una capa.

Además, puede estar previsto que el material se encuentre sobre un soporte de material, tal como, por ejemplo, en una cubeta, y la irradiación del material tenga lugar desde abajo a través del soporte de material permeable al menos por zonas para la radiación.

A este respecto, la plataforma de construcción se posiciona preferentemente a una distancia del soporte de material y el componente se construye mediante la solidificación de elementos de volumen que se encuentran entre la plataforma de construcción y el soporte de material sobre la plataforma de construcción.

A este respecto es ventajoso que el volumen del punto focal durante la construcción del componente se varíe al menos una vez, de modo que el componente se construya a partir de elementos de volumen solidificados de diferente volumen.

La invención se explica a continuación más detalladamente mediante ejemplos de realización representados esquemáticamente en los dibujos. En estos, la figura 1 muestra una representación esquemática de un dispositivo según la invención, la figura 2 muestra una forma de realización modificada del dispositivo según la figura 1 y la figura 3 muestra una representación esquemática de la disposición de elementos de volumen en la zona de borde de un componente.

En la figura 1, se designa un sustrato o soporte con 1, sobre el que debe construirse un componente. El sustrato está dispuesto en una cubeta de material no representada, que está llena de un material fotopolimerizable. Al material se enfoca sucesivamente un haz láser emitido por una fuente de radiación 2 por medio de un dispositivo de irradiación 3 a puntos focales dentro del material fotopolimerizable, con lo que en cada caso se solidifica un elemento de volumen del material que se encuentra en el punto focal por medio de absorción multifotónica. El dispositivo de irradiación comprende con este fin una unidad de formación de imágenes que comprende un objetivo 4, que introduce el haz láser dentro de una zona de escritura en el material.

El haz láser llega desde la fuente de radiación 2 en primer lugar a un compresor 5 de pulso y se conduce después a través de al menos un módulo deflector acústico-óptico 6, cuyos dos deflectores acústico-ópticos dividen el haz en un haz de orden cero y un haz de primer orden. El haz de orden cero se capta en una trampa 7 de haz. A este respecto, el módulo deflector acústico-óptico 6 comprende dos deflectores acústico-ópticos dispuestos uno detrás de otro, cuya dirección de la desviación del haz discurre en perpendicular entre sí. En cuanto al haz desviado de primer orden, el módulo deflector acústico-óptico 6 actúa, en cada caso, a modo de lente cilíndrica con distancia focal ajustable, de modo que el haz de primer orden presenta una divergencia ajustable. El haz de primer orden se guía ahora a través de lentes 8 de relé y un espejo 15 desviador a una unidad de desviación 9, en la que el haz se refleja sucesivamente en dos espejos 10. Los espejos 10 están accionados de manera pivotable con respecto a ejes de giro, que se extienden ortogonalmente entre sí, de modo que el haz puede desviarse tanto en el eje x como en el eje y. Los dos espejos 10 pueden ser accionados, en cada caso, por un accionamiento galvanométrico o motor eléctrico. El haz que sale de la unidad de desviación 9 llega preferentemente a través de un sistema de lentes de relé no representado al objetivo, que enfoca el haz tal como ya se ha mencionado al material fotopolimerizable.

Para construir el componente por capas, en el material se solidifican elementos de volumen de una capa tras otra. Para la construcción de una primera capa se enfoca el haz láser sucesivamente a puntos focales, que están dispuestos en el plano focal del objetivo 4, dentro del material. A este respecto, la desviación del haz en el plano x,y tiene lugar con ayuda la unidad de desviación 9, estando limitada la zona de escritura por el objetivo 4. Para el cambio al siguiente plano, se regula el objetivo 4 sujetado a un soporte 11 en la dirección z en relación con el sustrato 1 con la distancia de estrato de capa, que corresponde al grosor de capa. Alternativamente también puede regularse el sustrato 1 en relación con el objetivo 4 estacionario.

Cuando el componente que debe producirse es mayor en la dirección x y/o y que la zona de escritura del objetivo 4, se construyen estructuras parciales del componente unas al lado de otras (el denominado stitching). Para ello el sustrato 1 está dispuesto sobre una mesa de carros transversales 12, que puede deslizarse en la dirección x y/o y en relación con el dispositivo de irradiación 3.

Además, está previsto un control 12, que controla dicho por lo menos un deflector acústico-óptico 6, el dispositivo de desviación 9, el soporte 11 y la mesa de carros transversales 12.

El deflector acústico-óptico 6 configura un efecto de lente cilíndrica, que depende del gradiente de frecuencia de la onda sonora de la modulación de frecuencia. A este respecto, la distancia focal equivalente de la lente cilíndrica Fi puede calcularse tal como sigue:

representando v^a la velocidad de propagación acústica en el cristal, X la longitud de onda del haz láser y dF^a/dt el gradiente de frecuencia de la onda sonora en el cristal. En TeO² con una velocidad de propagación de 4200 m/s a una longitud de onda del láser de 780 nm y el paso de un ancho de banda de ±25 MHz (por ejemplo, partiendo de una frecuencia de excitación fundamental de 110 MHz) en el plazo de 0,2 ps se obtiene una distancia focal de la lente cilíndrica acústico-óptica de 90 mm. En el caso de un objetivo 4 con una distancia focal de 9 mm y una dilatación 20x se obtiene, de ese modo, una nueva distancia focal del sistema total de

lo que en el caso de los parámetros mencionados anteriormente corresponde a un desplazamiento en la dirección z, según el signo del gradiente, de ±90 mm. Mediante la variación del gradiente de frecuencia de la onda sonora, puede ajustarse la posición z del elemento de volumen de manera lineal y libre de escalones.

La posibilidad descrita para la regulación sin escalones del punto focal en la dirección z puede aprovecharse según la invención para aproximarse de manera óptima a una superficie oblicua o curvada, tal como se representa esquemática en la figura 3. En la figura 3, los elementos de volumen individuales se designan con 13 y la superficie curvada del componente se designa con 14. Puede reconocerse que la posición z de los elementos de volumen 13 sigue la forma superficial, pudiendo mantenerse igual el tamaño de los elementos 13 de volumen individuales.

En la figura 2, se representa una forma de realización modificada del dispositivo según la figura 1, en la que el módulo deflector acústico-óptico 6 presenta a diferencia de la figura 1 dos deflectores acústico-ópticos, entre los cuales están dispuestas lentes de relé, para garantizar que el punto focal está dispuesto en la entrada y en la salida del módulo deflector acústico-óptico 6 sobre la misma línea.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la fabricación generativa basada en litografía de un componente tridimensional, en el que por lo menos un haz emitido por una fuente de radiación electromagnética (2) sea enfocado sucesivamente por medio de un dispositivo de irradiación (3) en puntos focales dentro de un material, de manera que, en cada caso, un elemento de volumen (13) del material que se encuentra en el punto focal se solidifique por medio de absorción multifotónica, siendo el punto focal desplazado en una dirección z, correspondiendo la dirección z a una dirección de irradiación de dicho por lo menos un haz en el material, caracterizado por que el desplazamiento del punto focal en la dirección z tiene lugar por medio de por lo menos un deflector acústico-óptico (6) dispuesto en la trayectoria de haz, en el que se genera una onda sonora, cuya frecuencia se modula periódicamente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el punto focal se desplaza mediante una variación del gradiente de frecuencia de la onda sonora de la modulación de frecuencia.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que por lo menos dos deflectores acústicoópticos (6) se utilizan unos detrás de otros en la trayectoria de haz, presentando dichos por lo menos dos deflectores acústico-ópticos (6) preferentemente una dirección de la desviación del haz que se extiende sustancialmente en perpendicular entre sí, o una misma orientación de la desviación del haz.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado por que el punto focal se desplaza en un plano xy que se extiende transversalmente a la dirección z, teniendo lugar el desplazamiento en el plano x-y por medio de una unidad de desviación (9) distinta de dicho por lo menos un deflector acústico-óptico (6).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el componente se construye por capas con capas que se extienden en el plano x-y, comprendiendo el cambio de una capa a una capa siguiente la variación de la posición relativa del dispositivo de irradiación (3) con respecto al componente en la dirección z.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que el desplazamiento del punto focal en la dirección z por medio del deflector acústico-óptico (6) tiene lugar dentro del grosor de capa de una capa.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el punto focal se desplaza en la dirección z por medio del deflector acústico-óptico (6), con el fin de configurar un contorno externo curvado, o un contorno externo que se extiende oblicuamente con respecto al plano x,y del componente, siendo el tamaño de los elementos de volumen (13) que configuran el contorno externo preferentemente seleccionado para que sea igual.

8. Dispositivo para la fabricación generativa basada en litografía de un componente tridimensional, en particular para la realización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende un soporte de material (1) para un material solidificable y un dispositivo de irradiación (3), que puede ser controlado para la irradiación selectiva de posición del material solidificable con por lo menos un haz, comprendiendo el dispositivo de irradiación (3) una unidad de desviación (9) óptica, con el fin de enfocar sucesivamente dicho por lo menos un haz sobre puntos focales dentro del material, de manera que, en cada caso, un elemento de volumen (13) del material que se encuentra en el punto focal pueda ser solidificado por medio de absorción multifotónica, comprendiendo el dispositivo de irradiación (3) por lo menos un deflector acústico-óptico (6) dispuesto en la trayectoria de haz del haz, que está configurado para desplazar el punto focal en una dirección z, correspondiendo la dirección z a una dirección de irradiación de dicho por lo menos un haz en el material.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado por que dicho por lo menos un deflector acústico-óptico (6) comprende un generador de frecuencia, que está configurado para la modulación periódica de la frecuencia ultrasónica.

10. Dispositivo según la reivindicación 8 o 9, caracterizado por que el generador de frecuencia está configurado para variar el gradiente de frecuencia de la onda sonora.

11. Dispositivo según la reivindicación 8, 9 o 10, caracterizado por que por lo menos dos deflectores acústicoópticos (6) están dispuestos unos detrás de otros en la trayectoria de haz, presentando dichos por lo menos dos deflectores acústico-ópticos (6) preferentemente una dirección de la desviación del haz que se extiende sustancialmente en perpendicular entre sí, o una misma orientación de la desviación del haz.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por que la unidad de desviación (9) está configurada para desplazar el punto focal en un plano x-y que se extiende transversalmente a la dirección z.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado por que el dispositivo de irradiación (3) está configurado para construir el componente por capas con capas que se extienden en el plano x-y, comprendiendo el cambio de una capa a una capa siguiente la variación de la posición relativa del dispositivo de irradiación (3) con respecto al componente en la dirección z.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado por que el dispositivo de irradiación (3) está configurado de tal manera que el desplazamiento del punto focal en la dirección z por medio del deflector acústicoóptico (6) tiene lugar dentro del grosor de capa de una capa.