JP7161628B2 - 高解像度三次元プリントシステム - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
この非仮特許出願は、U.S.C.119(e)の下でここに参照することによって援用される、2019年2月28日出願のEvgeny Korolによる「HIGH RESOLUTION THREE-DIMENSIONAL PRINTING SYSTEM」と題された米国仮特許出願第62/811,620号に対する優先権を主張する。
本開示は、層ごとの(layer-by-layer)処理で物品を製造するための三次元(3D)プリンタに関する。より詳細には、3Dプリンタは、非常に高い解像度で層を選択的に撮像するイメージングシステム(imaging system)を有する。
三次元(3D)プリントシステムは、様々の組成の三次元物品を製造するために使用が急速に増加している。これらの三次元プリントシステムのいくつかは、材料を選択的に硬化または溶融するためにエネルギーの適用を利用する。エネルギーは、レーザのようなイメージングシステムを用いて適用される。
イメージングシステムの解像度および速度の両方を改良することが現在必要とされている。
本開示の第1の態様では、三次元物品を作製するための三次元プリントシステムは、電動構築プラットフォーム、分配モジュール、パルス光源、イメージングモジュール(imaging module)、移動機構、およびコントローラを備える。イメージングモジュールは、パルス光源からの放射線を受け取り、N行M列のミラーを画定する二次元ミラーアレイを含む。移動機構は、イメージングモジュールと構築プラットフォームとの間に、1つまたは2つの横方向の動きを与える。コントローラは、電動構築プラットフォームおよび分配モジュールを作動して構築平面に構築材料の層を形成し、移動機構を作動して速度Vで構築平面上をX軸に沿ってイメージングモジュールを走査し、パルス光源を作動してミラーアレイを照射する一連の放射線パルスを生成し、ミラーアレイを作動して構築材料を選択的に撮像するように構成されている。放射線パルスは、個別にδTの持続時間を有する。放射線パルスは、ν=1/Tの振動数で放射される。構築平面を横切るイメージングモジュールの単一の走査の間に、構築平面上のある位置は、複数の異なるミラーによって処理される。個々のミラーは、パルス中に、ON状態とOFF状態のいずれかを取るように制御される。パルス光源は、イメージングモジュールに内蔵することができる。
冗長性Rは、構築平面上の所定の点を処理するミラー(またはミラーイメージ)の数である。数nは、NをRで割ったものに等しく、したがって、時間周期Tの間に所定の点を通過するミラーイメージの数に等しい。冗長性Rの値が大きいほど、構築平面上の所定の位置でより多くの階調(gray level)を得ることができる。また、Rの値が大きいほど、誤動作したミラー素子の影響が軽減される。いくつかの実施形態では、少なくとも5つのミラーが構築平面上の所定の点を処理する。Rの値は、5超、10超、25超、50超、100超、または所定のシステムに最適化または好ましい任意の値とすることができる。
一実装形態では、NおよびMは、個々に少なくとも500に等しい。Nは、少なくとも1000に等しいまたは1080に等しくてもよい。Mは、少なくとも1000または2000に等しいまたは1920に等しくてもよい。
別の実装形態では、放射線パルス周期Tは、少なくともパルス幅δTの2倍、またはδTの5倍、またはδTの10倍、またはδTの100倍、またはδTの1000倍である。 ある特定の実施例では、Tは約0.1ミリ秒(パルス周波数ν=1/Tが約10KHz)であり、パルス幅δTは約15ナノ秒である。
さらに別の実装形態では、個々のミラーは、横方向の寸法Sを有している。イメージングモジュールは、s=Srまたはs=S×rである横方向の寸法sを有する構築平面上に個々のミラーのイメージを投影する拡大または縮小光学系を含む。係数rが1より小さい場合、構築平面内のミラーのイメージは、実際のミラーの寸法Sよりも小さい横方向の寸法sを有する。係数rが1と等しい場合、構築平面内のミラーのイメージは、実際のミラーの寸法Sに等しい横方向の寸法sを有する。係数rが1より大きい場合、構築平面内のミラーのイメージは、実際のミラーの寸法Sよりも大きい横方向の寸法sを有する。速度Vは、(n×s)をTで割ったものに等しい。
さらなる実装形態では、ON状態とOFF状態との間のミラー遷移が、パルス間のパルス光源の暗状態の間に起こる。その結果、ミラーの状態は光パルスの間は静止している。これにより、パルス中の遷移がなくなり、イメージングモジュールについてのコントラスト比が向上する。
三次元物品を作製するための三次元プリントシステムの概略図 図2のシステムで使用できるイメージングモジュールの実施形態の概略断面図 走査中のイメージングモジュールを用いて構築平面を撮像することを示す図 パルス光源出力(上部)およびあるミラーについてのミラー状態を示すタイミング図であって、ミラー遷移はパルス間で時間的に起こる図 構築平面上に投影される際のミラーアレイのイメージを示す簡略化した図であって、典型的なイメージは100,000超の個々のミラーを有するミラーアレイについてのもののため簡略化された図 n(暗状態中の移動の長さのミラーの数)が3であるイメージの図
図1は、三次元物品4を作製するための三次元プリントシステム2の概略図である。システム2の説明において、互いに直交する軸X、Y、およびZを用いてもよい。軸XおよびYは横軸であり、概して水平方向である。軸Zは垂直軸であり、概して重力参照(gravitational reference)とアラインメントされる。「概して」なる用語を用いることによって、製作公差内であることを示す。例えば、概してアラインメントされるとは、アラインメントされる意図で製作公差内にアラインメントされることを意味する。別の例として、概して等しいとは、製作公差内に等しいことを意味する。
システム2は、電動構築プラットフォーム6、分配モジュール8、イメージングモジュール10、および移動機構12を備える。図示された実施形態では、システム2は、光硬化性樹脂または構築材料16を含むハウジング14も備える。電動構築プラットフォーム6は、構築プラットフォーム6の上面18を昇降させるように動作可能であり、物品4の所望の上面20をイメージングモジュール10によって画定される構築平面22に配置できる。移動機構12は、1つまたは2つの横方向にイメージングモジュール10と構築プラットフォーム6との間で相対的な横方向の動きを付与するように構成されている。図示された実施形態では、分配モジュール8は、構築平面22で構築材料16の薄層を提供するためのローラおよび/またはワイパーを含む。代替的な実施形態では、分配モジュール8は、構築平面22で構築材料16を選択的に分配するピエゾインクジェットプリントヘッドとすることができる。分配モジュール8がインクジェットプリントヘッドである場合、構築材料16を支持する犠牲サポート材料を分配することもできる。
システム2はまた、電動構築プラットフォーム6、分配モジュール8、イメージングモジュール10、および移動機構12に連結されたコントローラ24を備える。コントローラ24は、情報記憶装置に連結されたプロセッサを含む。情報記憶装置は、ソフトウェア命令を記憶する非一過性または非揮発性の記憶装置を含む。プロセッサによって実行されると、ソフトウェア命令は、システム2の部分を制御する。
物品4を作製するために、コントローラは以下を実行するように構成される:(1)電動構築プラットフォーム6を作動して、上面18(または上面20)を構築平面22に位置付ける;(2)分配モジュール8を作動して、上面18(または上面20)上に構築材料の層16を形成する;(3)移動機構12を作動して、構築平面22上でイメージングモジュール10を走査する;(4)イメージングモジュール10が走査されている間に、イメージングモジュール10を作動して、構築平面22で構築材料の層16を選択的に硬化させる;および、(5)工程(1)~(4)を繰り返して、物品4の作製を完了する。
図2は、イメージングモジュール10の一実施形態の概略断面図である。イメージングモジュール10は、パルス光源26、および、ドライバボード30に制御可能に連結された空間光変調器28を含む。ドライバボード30は、トレーリングケーブル32を介してコントローラ24に連結されている。トレーリングケーブル32は、イメージングモジュールが構築平面22の上を走査することを可能にする。いくつかの実施形態では、コントローラ24とドライバボード30との間で信号を無線で送信することができる。
パルス光源26は、青色または紫外線レーザあるいはLED(発光ダイオード)のアレイを含む。空間光変調器28は、制御可能なミラーの長方形のアレイ(ミラーアレイ34)を含む。パルス光源36からの放射線は、ミラーアレイ34に衝突してミラーアレイ34を照射し、次いでミラーアレイ34は放射線を光学系36に反射させる。光学系36は、照射されたミラーアレイ34のイメージ38を構築平面22上に投影する。一実施形態では、光学系36は縮小光学系であり、それによってイメージ38はミラーアレイ34よりも小さくなっている。別の実施形態では、光学系36は、ミラーアレイ34と同じ大きさのイメージ38を投影する。さらに別の実施形態では、光学系36は拡大光学系であり、それによってイメージ38はミラーアレイ34よりも大きくなっている。いくつかの実施形態では、光学系34は、1つの軸に沿ってイメージ38を他とは異なる方法で拡大および/または縮小することができる。
イメージングモジュール10が構築平面22上を走査すると、ミラーアレイ34の個々のミラーがON状態とOFF状態との間で作動される間に、パルス光源26がパルス化される。パルス化されるとは、光源が、個々にパルス幅δTを有し時間周期Tだけ間隔を空けた一連の光パルスを出力していることを意味する。いくつかの実施形態では、TはδTの少なくとも2倍である。パルスの周波数νは1/Tに等しい。パルスとパルスの間は、パルス光源26の「暗」状態である。ミラーのON状態とは、光源26から構築平面22に光が反射される状態である。OFF状態とは、光源26からの光が構築平面22に反射されない状態である。好ましくは、ON状態とOFF状態との間の遷移は、パルス光源の暗状態の間に行われ、イメージングモジュールのON状態とOFF状態との間のコントラスト比が最大となる。
図3は、構築平面22の撮像を示す図である。要素38は、構築平面上へのミラーアレイ34の投影を示す。イメージ38は、ミラーアレイ34の元の寸法に対して、実寸であっても、縮小、または拡大されてもよい。イメージ38は、走査軸Xに沿って走査する。一実施形態では、イメージ38は、少なくとも10万個のミラーの長方形のイメージである。イメージ38は、Xに沿って配置されるN行およびYに沿って配置されるM列によって画定される。一実施形態では、N=1080行のミラーおよびM=1920列のミラーで、合計200万超の個々の制御可能なミラーである。他の実施形態も可能である。
図示の実施形態では、イメージ38は、(1)Xに沿って左から右に走査され、(2)Y方向にシフトされ(図では-Y方向)、(3)X方向で右から左に走査され、図にしたがって以下同様である。これは単なる一例である。別の実施形態では、イメージ38は、構築平面22全体にかかるようにYに沿って十分に幅がある。次いで、イメージ38は、構築平面22全体を撮像するために、Xに沿って一度だけ走査する必要がある。いくつかの実施形態では、走査はオーバーラップして、イメージ38の異なる部分がY方向に同じ走査された位置をカバーすることができる。
光源26がパルス化されているので、イメージ38はパルス化されたイメージである。これは図4に示されている。図4の上の部分は、走査中のパルス光源26の出力対時間を示している。個々のパルスはδTのパルス幅を有し、パルス振動数νは、1つのパルスの開始から次のパルスの開始までの時間周期Tを画定する。いくつかの実施形態では、時間周期Tは、δTの少なくとも5倍である。より詳細には、Tは、δTの少なくとも10倍、少なくとも100倍、または少なくとも1000倍である。ある特定の実施形態では、δTは約15ナノ秒であり、Tは約0.1ミリ秒であるが、そのようなパラメータは変化し得る。図4の下側のグラフは、単一のミラーのミラー遷移タイミング図を示している。選択的にONである(構築材料を撮像するために)ミラーは、パルスと重なりかつ時間的にパルスを含むON状態を有する。そのため、ONからOFFへまたはOFFからONへのミラー遷移は、パルス間のパルス光源の暗状態中に起こる。これにより、光パルス中に中間のミラー状態が存在しないため、イメージングモジュール10のコントラスト比が向上する。
図5は、ミラーアレイ34のイメージ38の拡大図であるが簡略化した図である。NおよびMが個々に500より大きいので、簡略化されている。各列の最上部には、行番号1のミラーがある。各列の底部には、行番号Nのミラーがある。イメージ38が構築平面22上を走査すると、光パルスによって行1が構築平面22の位置の特定の列r=1を撮像する。その後、次のパルスが来るまでミラーは「暗状態となり(go dark)」、ここで行1が行1+nを撮像する。数nは、パルス間でXに沿ってイメージ38がどれだけ平行移動または走査するかの指標である。要約すると、以下のような定義ができる。
N=Xに沿ったミラー(またはミラーイメージ)の行の数。
M=Yに沿ったミラーの列の数。
S=ミラーアレイ34に亘る実際のミラーピッチ。
r=拡大/縮小係数。例えば、r=0.2の場合、イメージ38のサイズは、軸Xおよび軸Yに沿って5だけ縮小される(80%縮小される)。いくつかの実施形態では、rはXおよびYについて異なってもよい。
s=Sr=イメージ38についてのピクセルピッチ。rがXおよびYについて異なる場合、sもXおよびYに沿って異なる。
T=パルス間の時間、振動数ν=1/T、パルス幅はδTである。
V=走査速度。
R=冗長性=構築平面22上の同一箇所を処理できるミラーの数。
n=N/R=パルス間の像平面上のある点を通過するミラーの数。
V=(ns)/T。
例示的な例は以下の通りである。
N×M=1000×2000。
S=25マイクロメートル。
s=Sr=5マイクロメートルとなるようにr=0.2。
パルス幅は15ナノ秒である。
Tが0.1ミリ秒となるようにパルス振動数は10KHzである。
R=冗長性=100。
n=N/R=1000/100=10ミラー長さ。
V=ns/T=(10ミラー長さ5マイクロメートル)/0.1ミリ秒=0.5メートル/秒。
冗長性Rは、様々の階調を可能にする。また、損傷したミラーは、所定のピクセルに1%の影響しか与えない。
図6は、物理的なオーバーレイとしての時間的なミラーのパルシングを示す図である。最上層は、最初のパルスを表している。次いで、次の下の層は次のパルスを表し、以下同様である。層間は「暗状態」を表している。これは、n=3の値を表している;nは3よりもはるかに大きな値を取ることができるので、説明のためにイメージ38はパルス間で3ミラー長さを進む。
いくつかの実施形態では、周期Tは「一定」ではなく、イメージングモジュール10の前進に基づいている。光パルスは、X方向に沿ったイメージングモジュール10の動作制御に使用されるエンコーダ信号に応答して生成することができる。ミラーアレイ34のミラー遷移も、エンコーダ信号に基づいて同期させることができる。コントローラが、イメージングモジュール10の動き、光源26によって生成されるパルス、およびミラーアレイ34内のミラーの遷移を同期させることができる様々な方法があり、特許請求の範囲から逸脱しない。
上記で説明した具体的な実施形態およびそのアプリケーションは、専ら説明目的のためのものであり、特許請求の範囲に包含される変更形態およびバリエーションを除外するものではない。
他の実施形態
1. 三次元物品を作製するための三次元プリントシステムであって、
電動構築プラットフォーム;
分配モジュール;
イメージングモジュール;
前記イメージングモジュールと前記構築プラットフォームとの間に横方向の動きを与えるための移動機構;および
コントローラ
を備え、
前記イメージングモジュールが、
パルス光源;
N行のミラーおよびM列のミラーを画定する二次元ミラーアレイ
を含み、
前記コントローラが、
前記電動構築プラットフォームおよび前記分配モジュールを作動して前記構築平面に構築材料の層を形成し;
前記移動機構を作動して速度Vで前記イメージングモジュールを前記構築平面上で走査し;
前記パルス光源を作動して前記ミラーアレイを照射する一連の放射線パルスを生成し、該放射線パルスは個々にδTの持続時間を有し、前記放射線パルスはν=1/Tの振動数で放射され、単一の走査の間に前記構築平面上のある位置が複数の異なるミラーによって処理され;かつ
前記ミラーアレイを作動して、個々のミラーが前記パルス中にON状態とOFF状態のいずれかを取るように制御することによって前記構築材料を選択的に撮像する
ように構成される、三次元プリントシステム。
2. 前記イメージングモジュールが、前記ミラーアレイにより反射される光を前記構築平面上に投影する投影光学系を含むことを特徴とする、実施形態1に記載の三次元プリントシステム。
3. 前記投影光学系が、前記ミラーアレイの寸法範囲に対して拡大または縮小されたイメージを前記構築平面上に生成することを特徴とする、実施形態2に記載の三次元プリントシステム。
4. 前記Nが少なくとも500であることを特徴とする、実施形態1に記載の三次元プリントシステム。
5. 前記ON状態とOFF状態との間の前記ミラーアレイのミラーの遷移が、パルス間の前記パルス光源の暗状態の間に起こることを特徴とする、実施形態1に記載の三次元プリントシステム。
6. 前記単一の走査の間に、前記構築平面上の前記位置が少なくとも10のミラーによって処理されることを特徴とする、実施形態1に記載の三次元プリントシステム。
7. 所定の走査について、前記構築平面上の前記位置が、Rミラーによって処理され、前記ON状態において前記Rミラーの一部によって前記位置における硬化のための階調が提供されることを特徴とする、実施形態1に記載の三次元プリントシステム。
8. TがδTの少なくとも2倍であることを特徴とする、実施形態1に記載の三次元プリントシステム。
9. 三次元物品を作製する方法であって、
構築平面において構築材料の層を配置する工程;
速度Vにおいて前記構築平面上にイメージングモジュールを走査する工程であって、該イメージングモジュールはミラーアレイを少なくとも含む工程;および
前記イメージングモジュールを走査する間に、
Tのパルスの間の周期で持続時間δTを有する放射線パルスを出力するパルス光源を用いて前記ミラーアレイを照射する工程であって、単一の走査中に前記構築平面内の位置が複数の異なるミラーによって処理される、工程;および
前記ミラーアレイを作動して、個々のパルス中に個々のミラーがON状態とOFF状態のいずれかを有するように制御することによって、前記構築平面材料を選択的に撮像する工程
を含む、方法。
10. TがδTの少なくとも2倍であることを特徴とする、実施形態9に記載の方法。
11. TがδTの少なくとも5倍であることを特徴とする、実施形態9に記載の方法。
12. 前記単一の走査の間に、前記構築平面内の前記位置が少なくとも10のミラーによって処理されることを特徴とする、実施形態9に記載の方法。
13. 所定の走査について、前記構築平面上の前記位置が、Rミラーによって処理され、前記ON状態において前記Rミラーの一部によって前記位置における硬化のための階調が提供されることを特徴とする、実施形態9に記載の方法。
14. 前記ON状態とOFF状態との間のミラーの遷移が、時間的に前記パルス間の前記パルス光源の暗状態の間に起こることを特徴とする、実施形態9に記載の方法。
15. 三次元物品を作製するための三次元プリントシステムであって、
構築平面において構築材料の層を受け取るための電動構築プラットフォーム;
分配モジュール;
イメージングモジュール;
前記イメージングモジュールと前記構築プラットフォームとの間に横方向の動きを与えるための移動機構;および
コントローラ
を備え、
前記イメージングモジュールが、
パルス光源;および
X軸に沿ってN行のミラーおよび横方向のY軸に沿ってM列のミラーを画定する二次元ミラーアレイを含むミラーアレイ
を含み、
前記コントローラが、
前記電動構築プラットフォームおよび前記分配モジュールを作動して前記構築平面に構築材料の層を形成し;
前記移動機構を作動して速度Vで前記構築平面上に前記X軸に沿って前記イメージングモジュールを走査し;
前記パルス光源を作動して前記ミラーアレイを照射する放射線パルスを生成し、該パルスは個々にδTの持続時間を有し、パルス振動数はパルス間で時間周期Tを画定し、前記走査は冗長性R>1を有し、Rは単一の走査の間に前記構築平面上の同じ位置をRミラーが処理するような整数であり、V=(n s)/T、n=N/R、sは前記イメージングモジュールについての撮像されたピクセルピッチである
ように構成される、三次元プリントシステム。
16. s=S rであり、Sは前記ミラーの物理的ピッチであり、rは前記構築平面上への前記ミラーの投影の光学的縮小または拡大であることを特徴とする、実施形態15に記載の三次元プリントシステム。
17. MおよびNがそれぞれ少なくとも500に等しいことを特徴とする、実施形態15に記載の三次元プリントシステム。
18. ON状態とOFF状態との間の個々のミラーの遷移が、前記パルス間の暗状態の間に行われ、前記構築平面におけるコントラスト比が最大となることを特徴とする、実施形態15に記載の三次元プリントシステム。
19. TがδTの少なくとも2倍であることを特徴とする、実施形態15に記載の三次元プリントシステム。
20. TがδTの少なくとも5倍であることを特徴とする、実施形態15に記載の三次元プリントシステム。
2 三次元プリントシステム
4 三次元物品
6 電動構築プラットフォーム
8 分配モジュール
10 イメージングモジュール
12 移動機構
22 構築平面
24 コントローラ
26 パルス光源

Claims (20)

  1. 三次元物品を作製するための三次元プリントシステムであって、
    電動構築プラットフォーム;
    分配モジュール;
    イメージングモジュール;
    前記イメージングモジュールと前記構築プラットフォームとの間に横方向の動きを与えるための移動機構;および
    コントローラ
    を備え、
    前記イメージングモジュールが、
    パルス光源;
    N行のミラーおよびM列のミラーを画定する二次元ミラーアレイ
    を含み、
    前記コントローラが、
    前記電動構築プラットフォームおよび前記分配モジュールを作動して築平面に構築材料の層を形成し;
    前記移動機構を作動して速度Vで前記イメージングモジュールを前記構築平面上で走査し;
    前記パルス光源を作動して前記ミラーアレイを照射する一連の放射線パルスを生成し、該放射線パルスは個々にδTの持続時間を有し、前記放射線パルスはν=1/Tの振動数で放射され、単一の走査の間に前記構築平面上のある位置が複数の異なるミラーによって処理され;かつ
    前記ミラーアレイを作動して、個々のミラーが前記パルス中にON状態とOFF状態のいずれかを取るように制御することによって前記構築材料を選択的に撮像する
    ように構成される、三次元プリントシステム。
  2. 前記イメージングモジュールが、前記ミラーアレイにより反射される光を前記構築平面上に投影する投影光学系を含むことを特徴とする、請求項1に記載の三次元プリントシステム。
  3. 前記投影光学系が、前記ミラーアレイの寸法範囲に対して拡大または縮小されたイメージを前記構築平面上に生成することを特徴とする、請求項2に記載の三次元プリントシステム。
  4. 前記Nが少なくとも500であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の三次元プリントシステム。
  5. 前記ON状態とOFF状態との間の前記ミラーアレイのミラーの遷移が、パルス間の前記パルス光源の暗状態の間に起こることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の三次元プリントシステム。
  6. 前記単一の走査の間に、前記構築平面上の前記位置が少なくとも10のミラーによって処理されることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の三次元プリントシステム。
  7. 所定の走査について、前記構築平面上の前記位置が、Rミラーによって処理され、Rは単一の走査の間に前記構築平面上の同じ位置をRミラーが処理するような整数であり、前記ON状態において前記Rミラーの一部によって前記位置における硬化のための階調が提供されることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の三次元プリントシステム。
  8. TがδTの少なくとも2倍であることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の三次元プリントシステム。
  9. 三次元物品を作製する方法であって、
    構築平面において構築材料の層を配置する工程;
    速度Vにおいて前記構築平面上にイメージングモジュールを走査する工程であって、該イメージングモジュールはミラーアレイを少なくとも含む工程;および
    前記イメージングモジュールを走査する間に、
    Tのパルスの間の周期で持続時間δTを有する放射線パルスを出力するパルス光源を用いて前記ミラーアレイを照射する工程であって、単一の走査中に前記構築平面内の位置が複数の異なるミラーによって処理される、工程;および
    前記ミラーアレイを作動して、個々のパルス中に個々のミラーがON状態とOFF状態のいずれかを有するように制御することによって、前記構築料を選択的に撮像する工程
    を含む、方法。
  10. TがδTの少なくとも2倍であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
  11. TがδTの少なくとも5倍であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
  12. 前記単一の走査の間に、前記構築平面内の前記位置が少なくとも10のミラーによって処理されることを特徴とする、請求項9~11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 所定の走査について、前記構築平面上の前記位置が、Rミラーによって処理され、Rは単一の走査の間に前記構築平面上の同じ位置をRミラーが処理するような整数であり、前記ON状態において前記Rミラーの一部によって前記位置における硬化のための階調が提供されることを特徴とする、請求項9~12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記ON状態とOFF状態との間のミラーの遷移が、時間的に前記パルス間の前記パルス光源の暗状態の間に起こることを特徴とする、請求項9~13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 三次元物品を作製するための三次元プリントシステムであって、
    構築平面において構築材料の層を受け取るための電動構築プラットフォーム;
    分配モジュール;
    イメージングモジュール;
    前記イメージングモジュールと前記構築プラットフォームとの間に横方向の動きを与えるための移動機構;および
    コントローラ
    を備え、
    前記イメージングモジュールが、
    パルス光源;および
    X軸に沿ってN行のミラーおよび横方向のY軸に沿ってM列のミラーを画定する二次元ミラーアレイを含むミラーアレイ
    を含み、
    前記コントローラが、
    前記電動構築プラットフォームおよび前記分配モジュールを作動して前記構築平面に構築材料の層を形成し;
    前記移動機構を作動して速度Vで前記構築平面上に前記X軸に沿って前記イメージングモジュールを走査し;
    前記パルス光源を作動して前記ミラーアレイを照射する放射線パルスを生成し、該パルスは個々にδTの持続時間を有し、パルス振動数はパルス間で時間周期Tを画定し、前記走査は冗長性R>1を有し、Rは単一の走査の間に前記構築平面上の同じ位置をRミラーが処理するような整数であり、V=(ns)/T、n=N/R、sは前記イメージングモジュールについての撮像されたピクセルピッチである
    ように構成される、三次元プリントシステム。
  16. s=Srであり、Sは前記ミラーの物理的ピッチであり、rは前記構築平面上への前記ミラーの投影の光学的縮小または拡大であることを特徴とする、請求項15に記載の三次元プリントシステム。
  17. MおよびNがそれぞれ少なくとも500に等しいことを特徴とする、請求項15または16に記載の三次元プリントシステム。
  18. ON状態とOFF状態との間の個々のミラーの遷移が、前記パルス間の暗状態の間に行われ、前記構築平面におけるコントラスト比が最大となることを特徴とする、請求項15~17のいずれか一項に記載の三次元プリントシステム。
  19. TがδTの少なくとも2倍であることを特徴とする、請求項15~18のいずれか一項に記載の三次元プリントシステム。
  20. TがδTの少なくとも5倍であることを特徴とする、請求項15~18のいずれか一項に記載の三次元プリントシステム。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003340923A (ja) 2002-05-23 2003-12-02 Fuji Photo Film Co Ltd 光造形装置
JP2004249508A (ja) 2003-02-19 2004-09-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 光造形装置
US20190126537A1 (en) 2017-10-31 2019-05-02 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for submicron additive manufacturing

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK0500225T3 (da) 1991-01-31 1996-02-05 Texas Instruments Inc System, fremgangsmåde og proces til computerstyret fremstilling af tredimensionale genstande udfra computerdata
US5247180A (en) 1991-12-30 1993-09-21 Texas Instruments Incorporated Stereolithographic apparatus and method of use
JP3423029B2 (ja) * 1993-06-17 2003-07-07 三洋電機株式会社 光造形装置
US6051179A (en) 1997-03-19 2000-04-18 Replicator Systems, Inc. Apparatus and method for production of three-dimensional models by spatial light modulator
EP0976008B1 (en) * 1997-04-14 2003-01-22 Dicon A/S An apparatus and a method for illuminating a light-sensitive medium
EP0933925A3 (en) * 1997-12-31 2002-06-26 Texas Instruments Inc. Photofinishing utilizing modulated light source array
WO2002027408A2 (en) * 2000-09-27 2002-04-04 The Regents Of The University Of California Dynamic mask projection stereo micro lithography
US6894712B2 (en) 2002-04-10 2005-05-17 Fuji Photo Film Co., Ltd. Exposure head, exposure apparatus, and application thereof
US6999227B2 (en) * 2003-10-31 2006-02-14 Intel Corporation Projection system
JP2005309380A (ja) * 2004-03-26 2005-11-04 Fuji Photo Film Co Ltd 画像露光装置
US9561622B2 (en) 2008-05-05 2017-02-07 Georgia Tech Research Corporation Systems and methods for fabricating three-dimensional objects
US8636496B2 (en) 2008-05-05 2014-01-28 Georgia Tech Research Corporation Systems and methods for fabricating three-dimensional objects
DK2312390T3 (en) 2009-10-13 2016-03-29 Visitech As Light source comprising a digital controller
US9606343B2 (en) 2011-05-06 2017-03-28 Visitech International Ltd Enhancing spatial resolution utilizing multibeam confocal scanning systems
JP6019113B2 (ja) 2011-06-28 2016-11-02 ガルフ・フィルトレイション・システムズ・インコーポレイテッドGulf Filtration Systems Inc. 3次元物体を線形凝固を用いて形成するための装置および方法
US9075409B2 (en) 2011-06-28 2015-07-07 Global Filtration Systems Apparatus and method for forming three-dimensional objects using linear solidification
FR3000698B1 (fr) 2013-01-09 2015-02-06 Phidias Technologies Fabrication d'un objet en volume par lithographie, a resolution spatiale amelioree
US10232553B2 (en) * 2013-11-07 2019-03-19 B9Creations, LLC Method for generating a three-dimensional (3D) object
DK3040778T3 (da) 2014-12-30 2021-01-04 Visitech As Fremgangsmåde til tilvejebringelse af ensartet lysstyrke fra en lysprojektor på et billedområde
EP3040779A1 (en) 2014-12-30 2016-07-06 Visitech As A maskless exposure apparatus with alignment
RS61342B1 (sr) 2015-02-04 2021-02-26 Visitech As Postupak za ekspoziciju foto-polimerizujućeg materijala radi solidifikacije materijala sloj-po-sloj pri izradi 3d objekta
US11919229B2 (en) 2015-04-16 2024-03-05 Lawrence Livermore National Security, Llc Large area projection micro stereolithography
US20160311160A1 (en) 2015-04-24 2016-10-27 Global Filtration Systems, A Dba Of Gulf Filtration Systems Inc. Apparatus and method for forming three-dimensional objects using scanning axis compensation and dynamic offset
US10884250B2 (en) * 2015-09-21 2021-01-05 The Chinese University Of Hong Kong Apparatus and method for laser beam shaping and scanning
FR3041560B1 (fr) 2015-09-29 2017-10-20 Prodways Procede de fabrication d'un produit par empilement de couche de matiere
US10399179B2 (en) 2016-12-14 2019-09-03 General Electric Company Additive manufacturing systems and methods
CN110709195B (zh) * 2017-03-31 2022-05-03 株式会社尼康 造型系统及造型方法
GB201807830D0 (en) * 2018-05-15 2018-06-27 Renishaw Plc Laser beam scanner
WO2020027811A1 (en) * 2018-07-31 2020-02-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Selectively melt micron-sized particles using micro-mirrors
US11312075B2 (en) 2018-10-23 2022-04-26 Texas Instruments Incorporated Optical engine for three-dimensional printing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003340923A (ja) 2002-05-23 2003-12-02 Fuji Photo Film Co Ltd 光造形装置
JP2004249508A (ja) 2003-02-19 2004-09-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 光造形装置
US20190126537A1 (en) 2017-10-31 2019-05-02 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for submicron additive manufacturing

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