FR2859543A1 - Systeme de fabrication d'un objet a trois dimensions dans un materiau photo polymerisable - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de fabrication d'un objet à trois dimensions dans un matériau photo polymérisable (1) en couche épaisse ou en volume susceptible d'être le siège d'une interaction à deux photons lorsqu'il est éclairé par un faisceau lumineux.Un dispositif d'éclairement multi-sources modulables (2) permet de focaliser une pluralité de faisceaux lumineux (3.0, 3.1, 3.2) en différents points de focalisation (30, 31) situés dans ledit matériau photo polymérisable (1);Un dispositif (DZ) de commande permet de commander le déplacement relatif des points de focalisation par rapport audit matériau, au moins dans une direction parallèle à la direction des faisceaux lumineux.

Description

L'invention concerne un système de fabrication d'un objet à trois

dimensions dans un matériau photo polymérisable et plus précisément elle concerne la polymérisation de zones à l'intérieur d'un volume d'un

matériau photo polymérisable à l'aide d'un ou plusieurs faisceaux lumineux.

Dans la technique, on sait couramment réaliser des inscriptions à la surface d'un matériau à l'aide d'un faisceau lumineux par photolithographie par exemple.

Cependant, la photo inscription d'une zone ponctuelle à l'intérieur du volume d'un matériau sans modifier la matière environnante ne peut être, à l'heure actuelle, réalisée que dans des matériaux photo-polymérisable mettant en oeuvre une interaction non linéaire de type Photo-polymérisation à deux photons telle que décrite dans le document suivant: Design and application of high-sensitivity two-photon initiators for threedimensional microfabrication , Stephen M. Kuebler et al, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Volume 158, Issues 2-3, 2 June 2003, Pages 163-170.

Selon ce document, le matériau à traiter est un matériau monomère se présentant en phase liquide ou quasi-liquide. La composition de ce matériau est connue de l'état de l'art (par exemple, Novel nonlinear optical organic materials: Dithienylethylenes , B.Sahraoui, I.V.Kityk, I.Fuks, B.Paci, P.Baldeck, J.- M.Nunzi, P.Frere, and J.Roncali, PP 6179-6184, The Journal of Chemical Physics, V 115, N 13, October 2001).

Le faisceau lumineux est un faisceau à la longueur d'onde du visible ou du proche infrarouge. il est transmis sous forme d'impulsions très brèves (quelques dizaines de femtosecondes), dont la durée est par exemple de 150 femtosecondes, de puissance moyenne 1.5W à une longueur d'onde de 800nm, un taux de répétition de 1 à 5kHz soit une puissance crête de l'ordre de 10GW. Dans ces conditions comme cela est décrit dans le document cité précédemment, le matériau traité est le siège, au point de focalisation du faisceau lumineux, d'une interaction à deux photons correspondant à l'apparition de photons de longueur d'onde divisée par deux (2 photons IR à 800nm équivalent à un photon à 400nm). L'interaction à deux photons produit ainsi une polymérisation du matériau monomère au point de focalisation du faisceau. Il s'avère que la zone polymérisée est bien délimitée dans le volume.

L'invention se propose de mettre en uvre cette technique pour réaliser des objets à trois dimensions au sein d'un matériau monomère photopolymérisable.

L'invention concerne donc un système de fabrication d'un objet à trois dimensions dans un matériau photo polymérisable en couche épaisse ou en volume susceptible d'être le siège d'une interaction à deux photons lorsqu'il est éclairé par un faisceau lumineux.

Un dispositif d'éclairement multi-sources modulables permet de focaliser une pluralité de faisceaux lumineux en différents points de focalisation situés dans ledit matériau photo polymérisable. De plus, un dispositif de commande permet de commander le déplacement relatif des points de focalisation par rapport audit matériau, au moins dans une direction parallèle à la direction des faisceaux lumineux.

Selon une forme de réalisation avantageuse le système de l'invention comporte: a) une source lumineuse d'éclairement; b) un modulateur spatial de lumière permettant de moduler spatialement la lumière de la source lumineuse, le modulateur spatial comportant une matrice de pixels dont le pas de répartition est nettement supérieur à la dimension des spots de focalisation; c) une matrice d'éléments de concentration, chaque élément de concentration permettant de focaliser la lumière d'un pixel du modulateur spatial de lumière en un point situé dans un plan de focalisation.

Egalement avantageusement, le système comporte une optique d'imagerie située entre ledit plan de focalisation et le milieu photo-polymérisable, et permettant d'imager ce plan de focalisation dans le milieu photo-polymérisable.

Selon une variante de réalisation de l'invention, l'optique d'imagerie est une optique à focale et mise au point variables et le dispositif de commande de déplacement pilote le grandissement et la mise au point de l'optique d'imagerie.

Selon l'invention, on peut prévoir également qu'une face émissive du dispositif d'éclairement ou de l'optique à focale variable est en continuité d'indice de réfraction avec le matériau photo polymérisable par immersion dans le matériau à traiter ou en prévoyant un liquide d'indice intermédiaire.

De préférence, le dispositif de commande de déplacement permet des déplacements des points de focalisation dans un plan perpendiculaire à la direction du faisceau d'éclairement de manière synchrone avec le fonctionnement du modulateur spatial de lumière et de la source lumineuse.

De préférence, les déplacements sont des déplacements pas à pas, chaque pas de déplacement étant sensiblement égal au diamètre des points de focalisation dans le matériau photo-polymérisable.

Selon une variante de réalisation de l'invention, le système comporte un dispositif de déflexion ou de translation optique situé entre le dispositif d'éclairement et le matériau photo-polymérisable.

Selon une autre variante de réalisation le système comporte: a) une source lumineuse émettant un faisceau d'éclairement, b) au moins un dispositif de déflexion acousto- optique commandé par une pluralité de signaux électriques de fréquences et de tensions différentes, ce dispositif étant éclairé par le faisceau d'éclairement et émettant en échange une pluralité de faisceaux d'éclairement séparés angulairement, c) au moins une lentille focalisant les faisceaux d'éclairement provenant d'un dispositif de déflexion dans un même plan du matériau photo-polymérisable.

De préférence, lorsqu'on a une pluralité de dispositifs acousto-optiques, ceux-ci sont disposés parallèlement selon un pas sensiblement multiple du diamètre (d) des points de focalisation dans le matériau photopolymérisable et les différents dispositifs acousto-optiques sont commandables par des pluralités de signaux électriques de fréquences (f0, f1, f2) d'amplitudes pouvant être différentes pour les différents dispositifs acousto-optiques.

Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple non limitatif et dans les figures annexées qui représentent: - la figure 1, un exemple de réalisation simplifié du système de l'invention; - les figures 2a et 2b, des exemples de réalisation plus détaillés du système de la figure 1; - la figure 3, une vue de dessus d'un plan traité 15 par le système de l'invention; - la figure 4, un exemple de réalisation du système de modulation; - les figures 5a et 5b, des exemples de réalisations du système de l'invention permettant de 20 s'affranchir des phénomènes de réfraction et/ou de réflexion à la surface du matériau à traiter; - les figures 6a et 6b, un exemple de réalisation simplifié du système de l'invention utilisant un dispositif acousto-optique et permettant de traiter 25 plusieurs points simultanément, - les figures 7a et 7b, une variante de réalisation du système des figures 6a et 6b et comportant plusieurs dispositifs acousto-optiques.

En se reportant à la figure 1, on va donc décrire 30 un exemple de réalisation simplifié du système de l'invention.

Ce système comporte un milieu photo-polymérisable 1 et une source lumineuse 2 émettant plusieurs faisceaux tels que les faisceaux 3.0 et 3. 1.

Avant traitement, le milieu photo-polymérisable est 5 à l'état liquide ou quasi-liquide et est contenu dans un bac 10.

Les différents faisceaux lumineux 3.0 et 3.1 sont focalisés dans le milieu 1 en des points 30 et 31.

L'intensité de chacun des faisceaux focalisés dans le milieu 1 possède un niveau d'énergie supérieur à un niveau déterminé de telle façon qu'il puisse se produire une interaction à deux photons comme cela a été décrit précédemment. Une telle interaction produit à chaque point de focalisation une photo-polymérisation du matériau 1.

Par ailleurs, le système est muni de moyens permettant de déplacer les points de focalisation des faisceaux verticalement dans le milieu 1. Par exemple, il est possible de prévoir de déplacer la source 2 verticalement selon la direction Z sous la commande d'un dispositif de commande DZ.

On prévoit également de placer le bac 10 sur une plateforme 5. Cette plateforme peut être déplacée horizontalement, sous la commande d'un dispositif de commande DXY, selon deux directions X et Y contenues dans un plan perpendiculaire à la direction des faisceaux 3.0 et 3.1. Sans sortir du cadre de l'invention, on pourrait également prévoir que le dispositif de commande DZ commande le déplacement de la plateforme 5 selon la direction Z au lieu de commander le déplacement de la source 2.

Le pas de déplacement selon les deux directions X et Y est sensiblement égal à la dimension des spots de focalisation 30 et 31 dans le milieu 1. La longueur du déplacement est limité au pas de répartition (A) des points de focalisation 30 et 31. Un déplacement pas à pas selon les deux directions X et Y et cela sans déplacement selon la direction Z permettra d'explorer et donc de traiter tout un plan Pl perpendiculaire à la direction des faisceaux lumineux.

Sous la commande du dispositif de commande DZ, un déplacement selon la direction Z d'un pas équivalent au pas précédent permet de placer les points de focalisation des faisceaux selon un plan P2. On peut alors explorer et traiter tout ce plan en effectuant des déplacements selon les directions X et Y comme précédemment. On peut ensuite traiter un plan P3 et ainsi de suite jusqu'à avoir traité tout le volume du milieu 1.

Le traitement optique du milieu se fera de préférence par impulsions et les déplacements ci-dessus 20 se feront entre les impulsions successives.

Les points insolés lors du traitement donnent lieu à des zones polymérisées. Les points non insolés restent dans leur état d'origine liquide ou quasi-liquide. Le matériau non insolé peut alors être enlevé à l'aide d'un solvant chimique par exemple et on obtient un objet polymérisé en volume.

En se reportant à la figure 2a, on va décrire un exemple de réalisation détaillé du système de la figure 1.

Une source lumineuse 20 éclaire de façon uniforme un dispositif de modulation spatial 21. Celui-ci génère un faisceau modulé spatialement qui est focalisé par un ensemble d'éléments de concentration de la lumière 22. Plus précisément, le modulateur 21 comporte un ensemble de modulateurs élémentaires, agencés en matrice ou en barrette par exemple. A chaque modulateur élémentaire est associé un élément de concentration de la lumière tel qu'une lentille 22. Les éléments de concentration de la lumière sont donc arrangés de la même façon que les modulateurs élémentaires, par exemple en matrice ou en barrette.

Les faisceaux transmis par les éléments de concentration de la lumière 22 sont focalisés et constituent un ensemble de spots lumineux. Un objectif 4 fait une image de cet ensemble de spots lumineux dans le milieu photopolymérisable 1.

L'ensemble ainsi constitué transmet donc au milieu 1 une pluralité de faisceaux lumineux tels que 3.0 et 3.1 qui sont focalisés selon un même plan contenu dans le milieu 1. En raison de la modulation induite par le modulateur 21, les différents faisceaux ont des intensités différentes et permettent de polymériser ou non le matériau aux points de focalisation tels que 30 et 31.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le modulateur spatial 21 est un modulateur à cristal liquide. L'arrangement périodique d'éléments de concentration de la lumière permet de projeter l'image des pixels de l'écran à cristal liquide selon un plan tel que P1 contenu dans le matériau à traiter et cela selon un rapport de réduction/grandissement déterminé (r).

Le modulateur spatial fonctionne alors en lumière polarisée et la source émet un faisceau de lumière polarisée, ou bien le système comporte au moins un polariseur entre la source et le modulateur spatial.

Dans la suite de la description, on considèrera que la matrice d'éléments de concentration de la lumière est une matrice de microlentilles bien que l'invention soit également applicable dans les cas où les lentilles ne sont pas de dimensions microscopiques.

Préférentiellement, la matrice de microlentilles est accolée à une face 23 du modulateur à cristal liquide 21, voire est réalisée sur cette face 23 du modulateur à cristal liquide.

La source lumineuse 20 éclaire la face 24 du 15 modulateur à cristal liquide 21 opposée à la matrice de microlentilles 22.

La platine 5 ou table porte-échantillon est située du côté de la matrice de microlentilles et est destinée à recevoir le matériau 1 à traiter. Cette platine 5 permet de disposer le matériau par rapport à la matrice de microlentilles 22. Cette platine est donc mobile dans plusieurs directions. De plus, comme indiqué précédemment, les déplacements de cette platine permettront une exploration de la totalité du volume du matériau à traiter par les faisceaux optiques transmis par la matrice de microlentilles.

Chaque microlentille permet d'éclairer un volume limité du matériau à traiter et de former dans le matériau à traiter une zone lumineuse à trois dimensions dont les dimensions sont petites devant le pas de l'arrangement périodique d'éléments de concentration de la lumière (matrice de microlentilles) dans un rapport supérieur à 3. Le modulateur spatial de lumière 21 permet de rendre transmissif ou non les différents pixels qu'il comporte. Selon l'état du modulateur spatial, les différentes microlentilles transmettent plus ou moins de flux lumineux sur la surface à traiter.

Chaque faisceau transmis par chaque microlentille réalise selon un plan tel que P1 une tâche de surface nettement plus réduite que la surface d'une microlentille. Dans ces conditions, pour traiter la totalité du plan, le système prévoit qu'après éclairement d'une zone d'un plan, la platine 5 déplace le matériau à traiter d'un pas pl de l'ordre de d sur une course rA.

- A étant le pas de répartition des microlentilles 15 de la matrice de microlentilles - et d étant le diamètre de chaque spot lumineux dans le plan Pl.

La figure 3 représente une surface élémentaire d'un plan tel que Pl et correspondant à la surface occupée par une lentille dans la matrice de microlentilles. On voit donc que pour traiter chaque surface élémentaire, après chaque éclairement, la platine 5 doit déplacer le matériau 1 d'une valeur pl=d selon une direction X ou Y jusqu'à avoir exploré la totalité du plan. Un faisceau d'une microlentille éclairera successivement les différentes zones de la première ligne située entre les positions 1 et 10, puis les zones des lignes suivantes, pour finir par les zones de la ligne délimitée par les positions 91 et 100.

En se reportant à la figure 2b, on va maintenant décrire un exemple de réalisation plus détaillé du système de l'invention.

Sur la figure 2b, ce système comporte: - une source référencée 20 - un condenseur 24 permettant de collimater le faisceau lumineux sortant de la source.

- un polariseur 25 dans le cas ou le modulateur spatial de lumière est un modulateur à cristal liquide et si la source émet un faisceau de lumière non polarisée de façon à autoriser la modulation spatiale du faisceau lumineux par le modulateur à cristal liquide 21.

- le modulateur à cristal liquide 21 permettant la modulation spatiale de l'état de polarisation du 15 faisceau.

un analyseur 26 pour traduire la modulation spatiale de polarisation en modulation spatiale d'intensité lumineuse.

- la matrice de microlentilles 22 plaquée au plus près du modulateur à cristal liquide 21 ou tout système optique de couplage (réseau de fibres, réseau de guides de lumière...).

- l'objectif 4 permettant de constituer une image des spots lumineux réalisés par la matrice de micro-25 lentilles selon un plan P1.

- la table porte-échantillon ou platine 5 représentée sur la figure 2b sous la forme de deux tables superposées.

É une table 51 avec un micro positionnement en X, Y et Z, Éet une table 50 pour les ajustements angulaires en 0, (p et p pour le positionnement 5 angulaire d'autre part.

Les mouvements de translation de la table 51 sont repérés par interférométrie et les mouvements angulaires de la table 50 par auto collimation à l'aide d'une cellule quatre quadrants par exemple.

- le matériau 1 contenu dans le récipient 10 lequel est disposé sur la table 5.

Une particularité du système réside dans le modulateur à cristal liquide associé à une matrice de microlentilles de préférence de même pas que celui des pixels du modulateur a cristal liquide. Chaque microlentille ne résout, par déplacements, que peu de points soit 1000 environ mais avec 1 million de microlentilles, par exemple, le nombre total de points adressés atteindra 1 milliard. Pour obtenir une telle définition avec un système optique classique, il est aisé de comprendre qu'il faut mettre en oeuvre un objectif extrêmement élaboré et coûteux. Le système de l'invention permet d'envisager une inscription parallèle à grande vitesse tirant au mieux profit de la technologie des cristaux liquides qui offre une très grande fiabilité, une compacité maximale et une extensibilité en surface importante. De plus, les lasers femtosecondes permettent de photosensibiliser un très grand nombre de points et fonctionnent dans le domaine visible ou proche infrarouge compatible avec les modulateurs à cristaux liquides.

Un autre avantage de cette technique est de limiter les déplacements de l'objet, pendant l'inscription (ou le traitement), à des micro déplacements de quelques fractions de micromètres à quelques dizaines de micromètres. Les vitesses correspondantes de l'objet sont ainsi réduites à quelques dixièmes de millimètres par secondes à quelques millimètres par secondes.

De préférence, chaque microlentille sera en coïncidence ou en quasi coïncidence avec un pixel du modulateur à cristal liquide et notamment le pas de la matrice de microlentilles et celui du modulateur à cristal liquide seront quasiment égaux de façon à ne tolérer un défaut de coïncidence maximal de 1/100 du pas de la matrice de microlentilles (ou du modulateur) entre un pixel du modulateur et un pixel de la matrice de microlentilles. En effet, un faible défaut de coïncidence à une extrémité de la matrice pourrait se traduire par un défaut préjudiciable à une autre extrémité de la matrice.

Une matrice de microlentilles ou minilentilles ayant un pas supérieur au pas des pixels de la matrice à cristaux liquides peut aussi être envisagée.

Chaque microlentille forme, selon un plan du volume 25 du matériau à traiter, un spot correspondant à une image réduite d'un pixel du modulateur à cristal.

Pour paver la totalité d'un plan, il est nécessaire de faire un micro déplacement en X et en Y d'une quantité d avec A le pas de la matrice de microlentilles qui peut être également le pas du modulateur à cristal liquide (figure 3). Avec un rapport d/rA de 10%, le système nécessitera 10 positions en X et 10 positions en Y soit 100 photo inscriptions pour chaque pixel de la matrice. Le système de l'invention utilise ce moyen pour traiter la totalité d'un plan uniquement avec des micro déplacements en X, Y de 100 à 200 microns typiquement mais surtout l'invention associe cette technique à l'utilisation de modulateurs spatiaux de lumière par exemple à cristaux liquides (matrices ou barrettes actives ou passives) à haut débit, de grande surface.

En se reportant à la figure 4, on va maintenant décrire les différents composants liés au modulateur spatial de lumière d'un exemple de réalisation pratique de l'invention.

La source lumineuse 20 peut être de façon générale 15 de tout type pourvu qu'elle soit adaptée au traitement à effectuer sur la surface à traiter.

Le condenseur 24 placé juste devant la source est en général constitué d'une lentille très ouverte permettant de former un faisceau parallèle avec la section requise pour illuminer le modulateur à cristal liquide de façon homogène. Différents dispositifs d'homogénéisation de faisceau peuvent être associés au condenseur pour améliorer l'uniformité de l'éclairement.

En ce qui concerne le polariseur 25, pour permettre le bon fonctionnement du modulateur à cristal liquide, ce modulateur doit être illuminé en lumière polarisée. Le polariseur 25 doit être adapté à la lumière émise par la source 20.

Un dispositif d'absorption 29, également appelé 30 piège à lumière, permet d'absorber la lumière réfléchie par le polariseur 25.

Un modulateur à cristal liquide est constitué de deux lames de verre ou Quartz enserrant une lame de cristal liquide (nématique parallèle, pi, TN, DSTN, ferroélectrique...), sur l'une au moins des deux lames de verre est réalisée une matrice d'électrodes permettant l'adressage des pixels (matrice active lorsque des transistors de commande sont placés aux intersections des lignes et des colonnes ou matrice passive en l'absence de transistors de commande). Selon les technologies utilisées, la matrice d'adressage peut avoir une vitesse plus ou moins élevée.

Une matrice active associée à du cristal liquide nématique parallèle peut atteindre des débits supérieurs à 100Mpixels/s (1000x1000 pixels à 100Hz). Un volume de 1 cm3 traité avec une résolution spatiale de 2,5pm (1pm) représente 64GPixels (17 GPixels) d'informations binaires et peut donc théoriquement être traité en 10 minutes (3 heures).

Selon une variante de réalisation de l'invention, le déplacement des points de focalisation 30, 31 dans le milieu 1 selon la direction de déplacement Z peut être réalisé par un objectif à focale variable. Sur la figure 2b, l'objectif 4 peut être alors à focale et mise au point variables (de type Zoom) et commandé par le dispositif DZ de manière à conserver le grandissement de l'image dans les différents plans de focalisation P1, P2 et P3.

Dans les systèmes précédemment décrits, les faisceaux lumineux 3.0, 3.1 sont incidents dans le milieu 30 1 et peuvent être l'objet de phénomènes de réfraction et/ou de réflexion. Pour y remédier l'invention prévoit, selon le système de la figure 5a, de disposer la face de sortie de l'objectif 4 en contact avec le milieu 1.

Selon le système de la figure 5b, on adapte un élément d'interface 6 en contact avec la face de sortie de l'objectif 4. Cet élément d'interface 6 est d'indice optique sensiblement égal à l'indice optique du milieu 1 et est en contact avec le milieu 1 ou est immergé au moins partiellement dans le milieu 1. On élimine ainsi les phénomènes de réfraction et de réflexion des faisceaux 3.0, 3.1 sur la face d'entrée du milieu 1.

En se reportant à la figure 6a on va maintenant décrire un exemple de réalisation du système de l'invention permettant de réduire le nombre de déplacements selon les directions X et Y pour explorer un plan tel que P1.

Ce système comporte un dispositif de déflexion acousto-optique 7 qui est éclairé par la source lumineuse 2. Le faisceau d'éclairement F fourni par la source 20 est mono longueur d'onde. Le dispositif de déflexion acoustoopique comporte, comme cela est connu dans la technique, un dispositif d'induction d'ondes acoustiques 8 commandé par des signaux électriques et permettant d'émettre des ondes acoustiques qui se propagent dans le dispositif de déflexion acousto-optique. Ces ondes acoustiques créent des réseaux de strates d'indices dans le dispositif 7. Ces strates d'indices diffractent la lumière reçue de la source 20.

On prévoit un générateur électrique 9 permettant d'appliquer au dispositif 8 simultanément plusieurs signaux de fréquences différentes telles que f0, f1, f2.

Ces signaux électriques induisent ainsi plusieurs réseaux de strates d'indices dans le matériau du dispositif 7. Ces différents réseaux diffractent la longueur d'onde du faisceau lumineux F dans différentes directions. Le dispositif acousto-optique permet ainsi de disperser angulairement le faisceau d'éclairement F. Par exemple, sur la figure 6a, on a appliqué, au dispositif 8, trois signaux de fréquences différentes et le faisceau d'éclairement F est dispersé selon trois faisceaux 7.0, 7. 1 et 7.2 de directions différentes correspondant à ces fréquences.

Les trois faisceaux sont transmis à un dispositif de focalisation 4 lequel focalise la lumière des trois faisceaux 3.0, 3.1, 3.2 dans le milieu 1 à traiter en des points de focalisation S0, S1, S2 situés selon un plan P1.

Par ailleurs, les tensions des signaux électriques appliqués aux électrodes 8 déterminent l'efficacité des réseaux de diffraction induits correspondants. Il est donc possible d'induire certains réseaux de diffraction parmi plusieurs et d'obtenir un nombre variable de points de focalisation permettant ainsi de polymériser des zones déterminées dans le matériau 1. Par exemple, si la tension du signal électrique de fréquence f0 est de tension nulle, ce signal n'induira pas de réseau de diffraction qui ne diffractera donc pas de lumière dans la direction du faisceau 7.0 et le faisceau correspondant tel que 7.0 ne sera pas transmis au dispositif de focalisation 4 qui ne focalisera pas le faisceau 3.0 dans le milieu à traiter.

En réalité, les points de focalisation SO, S1, S2 des faisceaux 3.0, 3.1, 3.2 sont des spots de focalisation possédant chacun un diamètre d. Selon l'invention, on prévoit que les déflexions des faisceaux 7.0, 7.1, 7.2 soient telles que les spots de focalisation formés selon le plan P1 soient juxtaposés ou quasiment juxtaposés.

En une seule insolation on traitera donc une zone du plan P1 correspondant à la zone d'éclairement des 10 spots SO, S1, S2.

Selon une variante de réalisation de l'invention, les spots de focalisation ne sont pas juxtaposés. Sur la figure 6b représentant le plan P1, les spots SO, S1, S2 réalisés par les faisceaux 3.0, 3.1, 3.2 sont de préférence réalisés en des points répartis à un pas qui est un multiple entier du diamètre des spots. Par exemple ils sont au pas de 3d, d étant le diamètre des spots.

Après le traitement des points SO, S1, S2 par une impulsion lumineuse du faisceau F, on effectue un déplacement relatif d'une distance d du matériau à traiter par rapport aux faisceaux 3.0, 3.1, 3.2. Ce déplacement peut être réalisé comme décrit précédemment.

Lors de l'impulsion lumineuse suivante, les points SO', Si', S2' sont ensuite traités et ainsi de suite jusqu'à avoir traité toute la ligne L1 du plan P1. Ensuite, un déplacement relatif du matériau à traiter et des faisceaux lumineux 3.0, 3.1, 3.2 dans une direction perpendiculaire à la ligne L1 et d'une distance d équivalente au diamètre des points permettra de traiter selon un processus identique une ligne L2 puis une ligne L3 et ainsi de suite jusqu'à avoir traité la surface du plan P1.

Ensuite, un déplacement perpendiculaire au plan P1 d'une distance d équivalente au diamètre des points permettra de traiter un autre plan (P2) et ainsi de suite jusqu'à avoir traité tout le volume du matériau 1.

La figure 7a représente une variante de réalisation de l'invention comportant plusieurs dispositifs acoustooptiques 18.0, 18.1, 18.2 disposés côte à côte. De préférence, ces dispositifs sont disposés selon un planperpendiculaire à la direction du faisceau d'éclairement F émis par la source 20. Chaque dispositif acoustooptique permet de réaliser une ligne de points selon le processus décrit précédemment.

Chaque dispositif est commandable par une pluralité de signaux électriques de fréquences différentes f0, fl, f2. Chaque signal de fréquence a une amplitude particulière pour chaque dispositif acousto- optique. C'est ainsi que le dispositif 18.0 est commandé par des signaux de fréquences f0, fl, f2 d'amplitudes respectives a00, a01, a02. Le dispositif 18.1 est commandé par les signaux de fréquences f0, fl, f2 et d'amplitudes respectives alO, ail, a12, etc. De préférence, les fréquences de ces signaux sont les mêmes pour tous les dispositifs acousto-optiques de façon à ce que ces différents dispositifs soient susceptibles d'induire des réseaux de strates équivalents dans les matériaux des dispositifs 18.0, 18.1, 18.2.

A chaque impulsion lumineuse émise par la source, 30 chaque dispositif acousto-optique permet de traiter un ensemble de points S0, S1, S2 (voir figure 7b). Selon le processus décrit précédemment, le dispositif acoustooptique 18.0 permettra de réaliser des points juxtaposés selon la ligne L1.0, le dispositif acousto-optique 18.1 permettra de réaliser des points juxtaposés selon la ligne L1.1 et le dispositif acousto-optique 18. 2 permettra de réaliser des points selon la ligne L1.2.

Ces différentes lignes seront réalisées selon un pas dont la valeur est un multiple entier du diamètre d des points tel que S0. Par exemple, sur la figure 7b, ce pas est de 3d.

Après avoir traité les lignes L1.0 à L1.2, un déplacement relatif du matériau 1 par rapport aux faisceaux lumineux reçus des dispositifs acousto-optiques est réalisé perpendiculairement aux lignes L1.0 à L1.2 de façon à traiter des lignes intermédiaires non représentées sur la figure. Ces déplacements ont pour valeur sensiblement le diamètre d des points de focalisation. Dans l'exemple de la figure 7b, le pas de répartition des lignes (L1.0, L1.1, L1.2) étant de 3d, il faudra deux déplacements pour traiter le matériau du plan P1 situé entre ces lignes. En prévoyant un nombre suffisant de faisceaux défléchis (3.0, 3.1, 3.2) par dispositif acousto-optique et également un nombre suffisant de dispositifs acousto-optiques, on peut envisager de traiter ainsi en un temps très réduit la totalité de la surface du plan P1. On peut aussi prévoir de traiter une première zone du plan P1, puis par un déplacement de longueur équivalente à la longueur de la zone traitée, procéder au traitement d'une zone voisine.

Ensuite, par un déplacement relatif selon la direction Z, du matériau 1 par rapport aux faisceaux lumineux reçus des dispositifs acousto-optiques, un deuxième plan est traité et ainsi de suite jusqu'à avoir traité tout le volume du matériau.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1) Système de fabrication d'un objet à trois dimensions dans un matériau photo polymérisable (1) en couche épaisse ou en volume susceptible d'être le siège d'une interaction à deux photons lorsqu'il est éclairé par un faisceau lumineux, caractérisé en ce qu'il comporte: a) Un dispositif d'éclairement multi-sources modulables (2) permettant de focaliser une pluralité de faisceaux lumineux (3.0, 3.1, 3.2) en différents 10 points de focalisation (30, 31) situés dans ledit matériau photo polymérisable (1); b) Un dispositif (DZ) de commande de déplacement relatif des points de focalisation par rapport audit matériau au moins dans une direction parallèle à la 15 direction des faisceaux lumineux.

2) Système de fabrication d'un objet à trois dimensions selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairement comporte: a) une source lumineuse d'éclairement (20); b) un modulateur spatial de lumière (21) permettant de moduler spatialement la lumière de la source lumineuse, le modulateur spatial comportant une matrice de pixels dont le pas de répartition est nettement supérieur à la dimension des spots de focalisation; c) une matrice d'éléments de concentration (22) , chaque élément de concentration permettant de focaliser la lumière d'un pixel du modulateur spatial de lumière (21) en un point situé dans un plan de focalisation.

3) Système de fabrication selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte une optique d'imagerie (4) située entre ledit plan de focalisation et le milieu photo-polymérisable (1), et permettant d'imager ce plan de focalisation dans le milieu photo-polymérisable.

4) Système de fabrication d'un objet à trois dimensions selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'optique d'imagerie (4) est une optique à focale et mise au point variables et en ce que le dispositif de commande de déplacement pilote le grandissement et la mise au point de l'optique d'imagerie (4).

5) Système de fabrication d'un objet à trois dimensions selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une face émissive du dispositif d'éclairement ou de l'optique à focale variable est en continuité d'indice de réfraction avec le matériau photo polymérisable: immersion ou liquide d'indice.

6) Système de fabrication d'un objet à trois dimensions selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que le dispositif de commande de déplacement permet des déplacements des points de focalisation dans un plan perpendiculaire à la direction du faisceau d'éclairement de manière synchrone avec le fonctionnement du modulateur spatial de lumière et de la source lumineuse.

7) Système de fabrication d'un objet à trois dimensions selon la revendication 6, caractérisé en ce que les déplacements sont des déplacements pas à pas, chaque 30 pas de déplacement étant sensiblement égal au diamètre (d) des points de focalisation dans le matériau photo-polymérisable.

8) Système de fabrication d'un objet à trois dimensions selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de déflexion ou de translation optique situé entre le dispositif d'éclairement et le matériau photo-polymérisable.

9) Système de fabrication d'un objet à trois dimensions 10 selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte: a) une source lumineuse (20) émettant un faisceau d'éclairement (F), b) au moins un dispositif de déflexion acousto-optique (7, 18.0, 18.1, 18.2) commandé par une pluralité de signaux électriques de fréquences et de tensions différentes, ce dispositif étant éclairé par le faisceau d'éclairement et émettant en échange une pluralité de faisceaux d'éclairement separés angulairement, c) au moins une lentille (4) focalisant les faisceaux d'éclairement séparés angulairement et provenant d'un dispositif de déflexion dans un même plan du matériau photo-polymérisable (1).

10) Système de fabrication d'un objet à trois dimensions selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de dispositifs acousto-optiques (18.0, 18.1, 18.2) disposés parallèlement selon un pas sensiblement multiple du diamètre (d) des points de focalisation dans le matériau photo-polymérisable et en ce que les différents dispositifs acousto-optiques sont commandables par des pluralités de signaux électriques de fréquences (f0, fl, f2) d'amplitudes (a00 à a22) pouvant être différentes pour les différents dispositifs acousto-optiques.