KR102525487B1 - 3차원 인쇄를 위한 컴퓨터 축 리소그래피(cal)를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

3차원 인쇄를 위한 컴퓨터 축 리소그래피(cal)를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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헤이든 테일러
브렛 켈리
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로렌스 리버모어 내셔널 시큐리티, 엘엘씨
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Abstract

3차원(3D) 물체를 형성하는 방법이 개시된다. 이 방법은 광학적으로 투명한 수지 용기 내에 함유된 대량의 광경화성 수지를 제공하는 단계, 및 광경화성 수지의 부피를 통해 복수의 각도()로 광학 서브시스템으로부터의 광 프로젝션을 동시에 지향시키는 것을 포함할 수 있다. 광학 빔은 광경화성 수지의 부피를 통해 연장되는 z축을 중심으로 향한다. 각각의 프로젝션에는 3D 강도 맵을 생성하는 계산된 2D 공간 강도 함수가 제공된다. 프로젝션은 고정된 시간 노출 기간에 걸쳐 작용하며, 이 동안 순 노출 용량은 광경화성 수지의 부피의 선택된 부분을 경화시키고, 다른 부분을 경화시키지 않은 상태에서 원하는 3D 부분을 형성하기에 충분하다.

Description

3차원 인쇄를 위한 컴퓨터 축 리소그래피(CAL)를 위한 시스템 및 방법
본 발명은 3차원 인쇄를 수항하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 더 구볼륨으로는 컴퓨터 단층촬영(computer tomography, CT) 기술을 사용한 부피 제조에 관한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 섹션은 본 명세서와 연관된 배경 정보를 제공하며, 이것들이 반드시 선행기술인 것은 아니다.
3차원 인쇄(additive manufacturing, AM) 제조 기법은 일부 가장 유명한 방법들을 포함하는 광중합체-기반 접근들과 함께 빠른 속도로 확산되고 있다. 이 광조형(stereolithography) 기술은 해상도, 생산 속도, 공정 제어 및 자본 비용 면에서 쓸만한 균형을 제공한다. 그러나, 이 시스템 지표들은 전형적으로 서로에 대해 절충되어야 한다. 속도 제한, 표면 거칠기(계단 모양 인공물), 지지 구조에 대한 요건을 해결하는 것은 이 기술들이 나아가야할 다음 번의 중요한 진보를 제공할 것이다.
적층 제조(AM) 기술이 두드러지고 다재다능해지면서, 거의 모든 AM 접근법에 대한 하나의 제약은 연속적으로 반복되는 저차원적인 단위 작업, 복셀 별 또는 레이어 별 구조 구축에 대한 의존성이다. 이는 공정 유연성을 제공하는 장점이될 수 있지만, 종종 표면 마감 및 치수 제한에 결함이 있는 단점이 있는데, 예를 들어, 매끄러운 곡면 형상을 생성하는 것은 불가능하다. 몇 가지 접근법은 평면 슬라이싱없이 3D 구조를 생성할 수 있는 능력을 보여주었는데, 특히 Hughes Research Laboratories의 격자형 광선을 통한 격자 제작(TA Schaedler et al.,“Ultralight Metallic Microlattices,”Science, Vol.334, No. 6058, pp. 962~965, Nov. 2011 참조) 및 간섭 리소그래피에 의해 생성된 광결정(Y. Lin, A. Harb, K. Lozano, D. Xu, and KP Chen, "Five beam holographic lithography for simultaneous fabrication of three dimensional photonic crystal templates and line defects using phase tunable diffractive optical element," Opt. Express, Vol. 17, No. 19, p. 16625, Sept. 2009 참조)이 있다. 그러나, 이 접근법들은 치수 중 하나가 다른 두가지 치수보다 상당히 작은 주기 구조로 제한된다. Carbon3D의 "연속적인"액체 계면 공정(JR Tumbleston et al., "Continuous liquid interface production of 3D objects," Science, Vol. 347, No. 6228, pp. 1349-1352, Mar. 2015 참조)도 여전히 2D 이산화에 기반한 순차적인 제조를 요건으로 한다.
AM 기술 기반을 임의의 기하학적 구조("한 번에 볼륨(volume-at-once)")를 갖는 3D 형상을 생성하는 3-D 유닛 작업에 의한 제조를 포함하도록 확장시키는 것이 매우 바람직하다. 이러한 접근 방식은 초기 단계에 있다. 최초의 "한 번에 볼륨" 광중합체-기반 제조는 최근 M. Shusteff et al. "Additive Fabrication of 3D Structures by Holographic Lithography", 26th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin, TX, 2016, pp. 1183~1192에 기록된 것처럼 시연되었다. 이 접근법은 위상-전용 액정 온 실리콘(liquid crystal on silicon, LCoS) 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)에 의해 생성된 홀로그램 형상의 광 필드를 사용했다. Shusteff 등의 접근법에 의해 달성될 수 있는 기하 구조는, 3개의 직교 방향 각각을 따라 일정한 단면을 가지기 때문에 제한된다. 이러한 한계는 주로 비교적 큰 픽셀 크기(최소 약 4μm,보다 전형적으로는 8μm 또는 이상)로 인해 최신 SLM으로부터 이용가능한 작은 회절 각도 때문에 발생한다.
TA Schaedler et al.,"Ultralight Metallic Microlattices,"Science, Vol.334, No. 6058, pp. 962~965, Nov. 2011 Y. Lin, A. Harb, K. Lozano, D. Xu, and KP Chen, "Five beam holographic lithography for simultaneous fabrication of three dimensional photonic crystal templates and line defects using phase tunable diffractive optical element," Opt. Express, Vol. 17, No. 19, p. 16625, Sept. 2009 JR Tumbleston et al., "Continuous liquid interface production of 3D objects," Science, Vol. 347, No. 6228, pp. 1349-1352, Mar. 2015 M. Shusteff et al. "Additive Fabrication of 3D Structures by Holographic Lithography", 26th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin, TX, 2016, pp. 1183~1192 S.W. Smith,"The Scientist & Engineer's Guide to Digital Signal Processing," 1st Ed., San Diego, Calif: California Technical Pub, 1997
Figure 112019128104268-pct00001
T. Bortfeld, J. Brkelbach, R. Boesecke, and W. Schlegel, "Methods of image reconstruction from projections applied to conformation radiotherapy," Phys. Med. Biol., Vol. 35, No. 10, pp. 1423-1434, Oct. 1990 R. Bracewell, "Strip Integration in Radio Astronomy," Aust. J. Phys., Vol. 9, No. 2, p. 198, 1956 R. N. Bracewell, "Numerical Transforms," Science, Vol. 248, No. 4956, pp. 697-704, May 1990 D. Dendukuri, P. Panda, R. Haghgooie, J. M. Kim, T. A. Hatton, and P. S. Doyle, "Modeling of Oxygen-Inhibited Free Radical Photopolymerization in a PDMS Microfluidic Device," Macromolecules, Vol. 41, No. 22, pp. 8547-8556, Nov. 2008 Ng, R., 2006. "Digital Light Field Photography (Doctoral dissertation, Stanford University)
본 발명은 3차원 인쇄를 위한 컴퓨터 축 리소그래피(CAL)를 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
이 섹션은 본 명세서의 일반적인 요약을 제공하며, 그 전체 범위 또는 그 모든 특징의 포괄적인 개시는 아니다.
일 양태에서, 본 발명은 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광학적으로 투명한 수지 용기 내에 함유된 광경화성 수지의 볼륨을 제공하는 단계, 및 광학 서브시스템으로부터의 광 프로젝션들(optical projections)을 복수의 각도 θ로 상기 광-경화성 수지의 볼륨으로 동시에 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 광 프로젝션들은 상기 광-경화성 수지의 볼륨을 따라 연장되는 z축 주위로 더 지향될 수 있다. 각각의 광 프로젝션에는 고정된 시간 노출 기간에 걸쳐 작용하는 계산된 3차원 강도 분포가 제공될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 각도로부터의 프로젝션이 제공되는 고정된 시간 동안, 순 노출량은 광경화성 수지 볼륨의 선택된 부분을 경화시키고, 다른 부분을 경화시키지 않은 상태에서, 원하는 3D 부분을 형성하기에 충분하다.
다른 양태에서, 본 발명은 광학적으로 투명한 수지 용기 내에 함유된 광경화성 수지의 볼륨을 제공함으로써 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법에 관한 것이다. z축은 광경화성 수지의 부피를 통해 연장되고 r축은 z축에 수직으로 연장된다. 광학적으로 투명한 수지 용기는 z축을 중심으로 상이한 각도(θ)를 따라 순차적으로, 수지 용기의 고정 광학 서브시스템으로부터 x' 방향으로 광 프로젝션을 지향시키면서 z축을 중심으로 회전될 수 있다. 광 프로젝션의 2차원(2D) 프로젝션 함수는 각각의 각도(θ)에서 제어될 수 있다. 이 프로젝션 함수는 제어된 3D 노출 선량을 전달할 수 있다. 다수의 각도(θ)로부터의 프로젝션을 포함하는 고정된 시간 노출 기간에 걸쳐, 합산된 순 3D 노출량이 수지 부피에서 생성될 수 있다. 합산된 3D 노출량은 원하지 않는 영역이 아닌 원하는 영역에서 광경화를 유발하기에 충분할 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광학적으로 투명한 수지 용기 내에 함유된 광경화성 수지 볼륨, 광경화성 수지 볼륨을 통해 연장되는 z축 및 z축에 수직으로 연장되는 x' 축을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 3차원 강도 맵을 생성하는 광 이차원(2D) 프로젝션 함수를 생성하는 광학 서브시스템을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 2D 프로젝션 또는 수지 용기 중 적어도 하나가 다른 하나에 대해 회전하여 광학 2D 프로젝션을 통해 지향된 광학 2D 프로젝션을 유지하면서 광경화성 수지 볼륨의 완전한 원주 주위에서 광학 2D 프로젝션을 수용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 2D 프로젝션의 2차원(2D) 프로젝션 함수는 각각의 각도(θ)에서 제어되어 고정된 시간 노출 기간에 걸쳐 제어된 3D 노출 선량을 전달할 수 있고, 복수의 2D 프로젝션이 복수의 각도(θ)로부터 생성된다. 복수의 2D 프로젝션은 원하는 영역에서 광경화를 일으키기에 충분하지만 바람직하지 않은 영역에서 광경화를 일으키기에 불충분한 수지 볼륨에서 3D 노출량을 생성하도록 합산될 수 있다.
추가적인 응용 분야는 본원에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 요약의 설명 및 특정 실시예는 단지 예시의 목적으로 의도된 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
본 발명에 의하면 3차원 인쇄를 위한 컴퓨터 축 리소그래피(CAL)를 위한 시스템 및 방법이 제공된다.
본 명세서에 설명된 도면들은 선택된 실시예들의 예시적인 목적을위한 것이며 모든 가능한 구현들이 아니며, 본 개시의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
도 1a는 광 프로젝션을 계산적으로 설계하는데 사용되는 기본 수학 관계의 개요를 제공하는 복수의 다이그램을 도시한다. 이러한 광 프로젝션은 본 발명의 다양한 실시예에 의해 물리적으로 생성되어 목표 강도 분포를 생성할 수 있다.
도 1b 내지도 1d는 다양한 실시예들을 설명하기 위해 본 개시에서 사용되는 좌표계를 도시한다.
도 2a는 각각의 각도(θ)에서 프로젝션을 동시에 생성하기 위해, 목표 수지 볼륨 둘레에 원주로 배열된 광원 및 렌즈 또는 다른 광학계의 시스템을 이용하는 본 발명에 따른 시스템의 일 실시예를 도시한다. 모든 프로젝션에서 발생하는 3D 강도 맵의 동시 중첩은 하나의 작동 단계에서 수지의 선택된 부분을 경화시키는 데 사용된다.
도 2b는 다양한 각도(θ)로 수지의 목표 볼륨을 통과하는 다양한 광 프로젝션을 갖는 도 2a의 실시예의 3D 표현을 도시한다.
도 3은 타겟 수지 볼륨 용기가 회전 마운트 또는 스테이지에 의해 회전되는 반면에, 광 프로젝션 생성 구성 요소는 고정된 시간에 단일 프로젝션을 제공하는 본 발명의 다른 실시예의 상위 레벨 다이어그램을 도시한다. 이 프로젝션은 볼륨에 3D 강도 필드를 만든다. 수지 볼륨이 시간에 따라 회전하고 각도(θ)가 변화함에 따라, 프로젝션이 갱신된다.
도 4는 목표 수지 볼륨 용기가 정지 상태로 유지되고 회전 아암 조립체가 다양한 각도(θ)로부터 광 프로젝션을 지향시키는 본 발명의 다른 실시 양태의 상위 수준 다이어그램을 도시한다.
대응하는 참조 번호는 도면의 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.
<관련 출원에의 상호 참조>
본 발명은 2017. 5. 12. 출원된 미국 특허출원 제15/593,947호의 PCT 출원이다. 위 출원의 개시물 전체는 여기에 참조로서 포함된다.
<정부의 권리>
미국 에너지부와 Lawrence Livermore National Laboratory를 운영하기 위한 Lawrence Livermore National Security, LLC 사이의 계약 DE-AC52-07NA27344에 따라, 미국 정부는 본 발명에 대한 권리를 갖는다.
<상세한 설명>
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 기술된 접근법은 컴퓨터 단층 촬영(CT) 기술을 역으로 적용함으로써, 즉 광 중합체 수지 볼륨을 3D 광 필드(light field)로 여러 각도에서 노출시키고, 광 필드를 업데이트함으로써 구조를 제조함으로써 볼륨 제조를 달성한다. 각 각도에서 필요한 광 필드는 공간적으로 및/또는 시간적으로 다중화되어, 목표 수지 볼륨에서의 그들의 합산된 에너지 선량이 수지를 사용자가-정의한 기하 구조로 가교 결합시킨다. 이들 광 필드는 정적 또는 동적일 수 있으며, 임의의 적절한 메커니즘, 예를 들어 공간 광 변조기(SLM)에 의해 생성될 수 있다. SLM은 필요한 강도 분포를 제공하기 위해 광 필드의 위상 또는 진폭 또는 둘 다를 제어한다. 각 각도(θ)에서의 광 필드는 임의의 순서로 생성될 수 있다. 순차적인 경우, 이들은 임의의 순서로 생성될 수 있다. 본 발명은 이 영역에서의 공정 가능성을 상당히 향상시켜, 주어진 부피 내에서 3D 방사선량 분포를 생성하는 수단을 제공하여, 광 중합체 경화에서 거의 임의의 구조를 허용한다.
본 발명은 감광성 수지 배스(bath) 볼륨에 대한 3차원(3D) 광 필드의 공간적 및/또는 시간적 다중화에 기초한다. 멀티플렉싱은 다음의 단락들에서 특정 실시예들 및 방법들에서 설명된 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 많은 방식으로 달성될 수 있다. 제어된 노출 선량을 수지의 선택된 영역에 전달함으로써 광 중합체 빌드 볼륨에서 현장에서(in situ) 3D 사용자 설계 지오메트리를 경화시키도록 다중화가 구현될 수 있다.
개념적으로, 본 발명의 교시는 잘 발달된 컴퓨터 단층 촬영(CT) 분야를 기초로 한다. CT는 일반적으로 여러 각도에서 3D 볼륨을 이미징하는 것을 말하며, 가장 흔하게는 볼륨을 통해 투과된 X-선에 의해 각 이미지가 방위 배열 방향의 조명에 의해 순차적으로 생성된다. 3D 볼륨은 다양한 알려진 계산 기술에 의해 재구성된다. 이러한 공지된 계산 기술은 필터링된 역-프로젝션(filtered back-projection, FBP) 또는 재귀적인 최적화 기반 기술과 같은 푸리에(Fourier) 도메인 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어 S.W. Smith,“The Scientist & Engineer's Guide to Digital Signal Processing," 1st Ed., San Diego, Calif: California Technical Pub, 1997를 참조하라. CT 접근 방식을 통해 3D 기하학적 정보를 캡처하고 기록하는 데 유용한 컴퓨터 축 리소그래피(calctical axial lithography, CAL) 개념은 여러 각도에서 광 중합체의 노출로부터 3D 형상을 생성하는 것으로 개념을 변화시켰다. 본 명세서에 설명된 실시예는 "한 번에 볼륨(volume-at-once)" 능력을 유지하면서, 종래의 이산화 "계단" 아티팩트를 제거하는 3개의 빔 홀로그래픽 리소그래피 접근법(상기 Shusteff et al.)의 기하학적 유연성을 상당히 개선시킨다.
암 치료 목적을 위해, CT 최적화는 강도-조절된 방사선 요법(intensity-modulated radiation therapy, IMRT)을 전달하는데 사용되어 왔으며, 이는 비-표적 영역에서의 선량을 최소화하면서 환자의 생체 내의 특정 영역에 방사선량의 목표된 3D 분포를 전달한다. 예를 들어, T. Bortfeld, J. B
Figure 112019128104268-pct00002
rkelbach, R. Boesecke, and W. Schlegel, "Methods of image reconstruction from projections applied to conformation radiotherapy," Phys. Med. Biol., Vol. 35, No. 10, pp. 1423-1434, Oct. 1990를 참조하라. 3D 리소그래피 제작의 제약은 일반적으로 덜 엄격하며, 유사하게 지정된 3D 선량 분포의 방사선이 감광성 수지를 가교시키는 데 사용될 수 있음을 시사한다.
단층 영상 계산(Tomographic Image Computation)
목표 3D 부품 지오메트리와 컴퓨터 프로젝션 사이의 관계를 이해하기 위해,도 1a을 고려하고, 또한 좌표계 지정을 위해 도 1b~1d를 고려한다. 이하의 논의에서, 3D 빌드 볼륨을 참조하기 위하여 전역 카테시안 좌표계(global Cartesian coordinate system)(x, y, z)을 그리고 그 방향이 고려되는 투사의 각도(θ)에 의존하는 회전 직교 좌표계(x', y', z ')를 채택하는 것이 편리하다. 이들 좌표계에서, z는 볼륨(10) 주위의 각도(θ)에서 노광의 방위 배열을 위한 축이다. 각 각도 θ에 대해, 프로젝션이 계산된다. 특정 각도 θ에서, 우리는 프로젝션을 목표 볼륨에서 생성된 3차원 강도 맵 Iθ(x, y, z)을 완전히 결정하는 2차원 함수 Pθ(y', z)로 정의한다(Pθ는 각도 θ에 의존하지만 2개의 공간 치수를 갖기 때문에 2차원 함수로 지칭될 것이다). 가장 간단한 경우, 프로젝션은(y', z) 영역에서 x' 방향으로 수지 부피를 통해 전파되는 2차원 이미지로 생각할 수 있다. 이 이상적인 경우에, 프로젝션에 의해 생성된 3D 강도 프로파일은 대상 볼륨을 통해 x' 방향으로 돌출 된 (y', z) 도메인 이미지처럼 보인다. 이 근사는 조명 프로젝션이 시준되면 물리적으로 잘 유지된다. 의료 영상 응용 분야에서 이는 평행 빔 단층 촬영과 유사하다. 본 발명에 있어서, 이것은 광학 구성이 긴 초점 심도를 가질 때마다(특히, 현재의 SLM 기술로 이용가능한 작은 회절 각도와 관련됨) 충분히 양호한 근사치이다. 일반적인 경우에, 광 전파 및 감쇠 모델은 특정 각도에서 2D 프로젝션 함수로부터 생성된 3D 강도 맵을 기술한다. 이 설명과 그림 1A에서 우리는 방법을 설명하는 단순성을 위해 이상적인 사례를 고려하다.
단층 이미지 계산의 목적은, 각도 범위 θ로부터 2D 프로젝션 이미지의 세트 P(y', z, θ)를 설계하여 각 프로젝션에서 생성된 3D 광 필드의 중첩으로부터 생성된 3D 강도 맵에 근접하거나 정확하게 근사하는 것이다. 알려진 대상 3D 강도 맵에서 이제 프로젝션 디자인을 고려한다. 설명을 더 단순화하기 위해, 우리 3D 강도 맵에 대한 2D 프로젝션 세트를 생성하는 문제를 2D 강도 맵 I(x, y)에 대한 1D 프로젝션 P(y', θ) 세트를 생성하는 문제로 환원시킨다. 이 경우에도 1D는 하나의 공간 차원 y'를 나타낸다. 물리적 (x, y, z) 수지 볼륨 시스템에서, 우리는 2D 강도 맵을 실제 3D 강도 맵의 수평 상수 z의 슬라이스로 생각할 수 있다. 궁극적으로, 주어진 각도(θ)에서의 2D 프로젝션 Pθ(y', z))은 그 특정 각도에 대한 각각의 z- 평면에서 각각의 계산된 1D 프로젝션을 적층함으로써 생성될 수 있다.
CT 이미지 재구성을 달성하기 위한 많은 방법 중, 제조를 위한 선량 최적화에 용이하게 적용되는 2가지 주요 접근법은 필터링된 역 프로젝션(FBP) 및 재귀적 최적화 기반 알고리즘이다. 여기에서는 먼저 FBP 접근 방식과 그 한계를 고려하고, 이 방식이 어떻게 최적화 알고리즘에 유용한 시작 매개변수를 제공하는 데 사용될 수 있는지 설명한다.
주어진 z 값에 대해 (x, y) 평면 내에서 2D 광학 밀도 분포를 재구성하기 위한 FBP 접근법은 M개의 각 샘플(θ = θ1, θ2,… θM)에서 수학 1D 프로젝션을 계산하는 것으로 시작한다. 함께 취해진 이 프로젝션들은 2D 이미지의 라돈 변환(Radon transform)을 구성한다. R. Bracewell, "Strip Integration in Radio Astronomy," Aust. J. Phys., Vol. 9, No. 2, p. 198, 1956 및 R. N. Bracewell, "Numerical Transforms," Science, Vol. 248, No. 4956, pp. 697-704, May 1990에 논의되었던 것처럼(모두 본 발명에 참조로서 통합됨), 프로젝션 슬라이스 정리(projection slice theorem)로부터, 특정 각도(θ)에서 각각의 1D 프로젝션의 푸리에 변환은 원래 2D 밀도 분포의 푸리에 변환1D 샘플과 정확히 동일하다는 것이 알려져있다. 이 1D 샘플은 푸리에 영역에서 원점을 통과하는 선을 따라 놓여있으며 각도 θ로 기울어져 있다. 이것은 도 1a에 묘사되어 있다. 정확한 CT 이미지 재구성을 위해서는 푸리에 영역에서 충분히 조밀한 샘플링이 필요하다. 푸리에 영역에서 샘플 M의 수를 적절하게 선택하기 위해, 하나의 가능한 보수적인 휴리스틱은 슬라이스 사이의 최대 거리가 반경 방향으로 N 샘플 지점의 분리보다 크지 않도록 하는 것이다. 이로 인해 180도 각도 범위 내에서 πN/2의 각도 샘플이 생성된다.
각각의 2D z 평면의 리소그래피 제작은 CT 이미징 프로세스의 알고리즘 시간 반전을 따를 수 있다. 슬라이스 Iz(x, y)에 대한 목표 2D 강도 맵은 푸리에 도메인으로 변환된 다음 각각의 M 방위각을 따라 샘플링되어 M 1D 강도 분포 또는 각각의 각도 θ1, θ2,… θM에 대한 프로젝션 Pθ(y')을 생성한다. 이러한 각각의 분포는 특정 각도에서 해당 패턴으로 대상 평면을 노출하는 데 사용되며, 슬라이스에서 원점을 통해 푸리에 도메인에 샘플을 빌드하는 데 해당하다. CT 재구성을위한 FBP는 중앙 슬라이싱 방식에 고유한 저주파 오버 샘플링을 경시(deemphasize)하기 위해 역 프로젝션 전에 고역 통과 공간 필터링에 의존하다. 이것을 설명하는 동등한 방법은 방사형으로 증가하는 램프 필터일 것이다. 이 필터는 일반적으로 리소그래피에 적합하지 않은 후면-프로젝션 이미지에서 음의 이동을 유도한다. 음의 값을 제거하고 리소그래피에 적합한 이미지를 생성하는 일부 휴리스틱 방식에는 부과된 양의 구속 조건 또는 계산된 이미지의 오프셋이 있다. 그러한 휴리스틱의 결과는 계산된 선량 분포의 대비(contrast)와 해상도(resolution) 사이에 트레이드-오프를 부과한다; 그러나 이들은 제한된 최적화 절차에 대한 초기 선량 추정치로 사용될 수 있다.
간략하게, 최적화 절차는 그 출발점으로서 수지 모노머가 수신된 광 에너지 선량에 가교 결합되는 순방향 프로세스 모델을 취한다. D. Dendukuri, P. Panda, R. Haghgooie, J. M. Kim, T. A. Hatton, and P. S. Doyle, "Modeling of Oxygen-Inhibited Free Radical Photopolymerization in a PDMS Microfluidic Device," Macromolecules, Vol. 41, No. 22, pp. 8547-8556, Nov. 2008에서 논의된 것과 같은 그러한 모델의 다양한 2D 버전이 가능하며, 그 교시가 여기에 참조로서 포함되고, 3D 유사체에 대한 발전은 제한되었었다. 모델링된 경화 정도(모든 각도로부터의 선량 분포가 합산되는 것에 의해 유도됨)를 원하는 부품의 지오메트리와 비교하면 오류 함수가 생성되며,이 함수는 역변환되어 초기 선량 추정치를 수정하는 데 사용된다. 이 사이클은 빌드 볼륨에 대한 에지 선명도, 대비 또는 총 오류와 같은 특정 오류 기준을 충족하기에 충분한 여러 주기 동안 반복된다. 최적화 절차는 흡수 강도와 같은 비선형성 절차들이 정확하게 모델링되고 이미지 생성에 반영될 수 있는 수단을 제공한다. 이것은 품질 측면에서 중요한 이점이다. 2D 평면에서 바로 3D로 확장할 수 있는데, 각 z 평면의 1D 강도 패턴은 특정 x' 전파 방향에 해당하는 모든 각도 θ에서 프로젝션하기 위해 2D y'-z 이미지로 조립된다. 효과적으로, 이것은 원하는 3D 선량을 재구성하기 위해 각각의 각도 θ에서 모든 z 평면에 대한 계산된 라돈 변환의 물리적 프로젝션이다.
전술한 방법을 구현하는 하나의 특정 실시예는 도 2a에 도시된 시스템(24)이다. 시스템(24)은 특정한 선택된 각도(θ1, θ2,… θM)에서 한 세트의 광 프로젝션(P(y', z, θ))이 광학적으로 투명한 용기(29a) 내에 포함된 수지(29)의 목표 볼륨 주위에 생성되도록 배열된 복수의 광학 서브시스템(26)을 포함할 수 있다. 광학 서브시스템(26)의 하나의 가능한 설계는 3D 목표 볼륨의 수지(29)를 둘러싸는 마이크로 렌즈(28)로 덮인 OLED 어레이(27)를 포함할 수 있다. OLED 어레이(27)는 컨트롤러(26a)에 의해 부분적으로 제어될 수 있다. 광학 서브시스템(26)의 상이한 그룹은 각각 상이한 각도(θ1, θ2, θ3)에서 프로젝션(Pθ(y', z) 및 대응하는 3D 강도 맵(Iθ(x, y, z)(261, 262, 263) 등)을 동시에 생성하고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 목표 수지 볼륨(29)을 통해 투사하는 것을 포함한다. 프로젝션 Pθ(y', z) 및 강도 맵 Iθ(x, y, z)는 도면의 간단한 설명의 도 4에서 설명된 것과 유사하다. 도 2b는 각각의 광 프로젝션(261, 262, 263)의 2D 특성을 도시한다. 프로젝션(261, 262, 263)은 z축 주위로 M개(즉, 2개 또는 그 이상)의 상이한 각도(θ)로부터 동시에 수지 용기(29a) 내에 포함된 목표 수지 부피(29)로 전달된다(도 2b). 도 2a에 도시된 바와 같이, 목표 수지 볼륨(29)의 전체 360도 원주 주위의 모든 각도로부터 3D 강도 필드(261, 262, 263 등)의 동시 중첩은, 공간 내의 3D 강도 함수 I(x, y, z)를 생성한다. 이 강도 함수는 고정된 시간 노출 기간 동안 작동한다. 노출 동안, 재료 형성이 요구되는 영역은 광경화로 인해 응고를 유발하기에 충분한 광학 에너지 선량을 수신하는 반면, 형성(즉, 경화)이 바람직하지 않은 영역은 불충분한 용량을 수신한다. 노출 기간 후에, 수지 용기(29a)는 광경화를 달성하기에 불충분한 광 에너지 선량을 수신한 3D 부분의 영역으로부터 경화되지 않은 수지를 제거하도록 세정될 수 있다.
광 필드 사진 및 3D 디스플레이에 대한 추가의 기초 정보는 Ng, R., 2006. "Digital Light Field Photography (Doctoral dissertation, Stanford University) 및 Lanman, D. and Luebke, D., 2013 "Near-eye light field displays" (ACM Transactions on Graphics (TOG)), Vol. 32, No. 6, p. 220에서 찾을 수 있으며, 그 개시 내용은 본원에 참조로서 포함된다. 이 정보는 마이크로 렌즈로 덮인 LED 어레이에서 필요한 광학 서브시스템을 생성할 수 있는 가능성과 관련이 있다. 따라서, 시스템(24)은 많은 관점에서 동시에 이미지를 생성하고, 수지(29)의 전체 목표 볼륨을 각각의 각도(θ)로부터 프로젝션(261, 262, 263)에 동시에 노출시키는 수단을 형성한다. 각각의 프로젝션(261, 262, 263)이 볼륨에 동시에 작용하기 때문에, 최종 3D 부품은 단일 단계로 인쇄될 수 있다.
단일 단계로 인쇄하고 레이어별 직렬 인쇄를 피함으로써, 기존 AM 방법에서 발생할 수 있는 다수의 잠재적인 문제가 해결될 수 있다. 여기에는 표면 처리 불량 및 기계적 이방성 등과 같은 레이어 아티팩트를 피하는 것 뿐만 아니라 인쇄 오버행 지오메트라의 어려움이 포함된다. 이 접근법의 추가 이점은 구축되는 구조가 유체 매체에 대해 움직이지 않아서, 소량의 하이드로겔 스캐폴드 조각(초임계 CO2 건조에 따르는 용매 교환과 같은 적절한 헹굼/건조 접근법과 함께 결합됨)와 같이 매우 순조롭거나 깨지기 쉬운 구성 요소를 제작할 수 있다는 것이다.
도 3을 참조하면, 시스템(30)은 z축(42)을 중심으로 수지(32)의 목표 볼륨의 물리적 회전에 의해 고정된 시간 간격에 걸쳐 3D 노출 선량 분포를 생성하고, 디지털 광 프로세싱(digital light processing, DLP) 프로젝터 또는 다른 이미지 생성 광학 시스템(34)으로부터의 단일 2D 광 프로젝션의 시간적 조작과 함께 컨트롤러(31)를 통해 동기화된다. 본 명세서에 전술된 바와 같은 구현에서, 이미지 생성 광학 시스템(34)은 수지(32)의 목표 볼륨에 부딪히는 x'축(41)을 따라 단일 방향으로부터의 시준된 광학 이미지 또는 프로젝션(36)을 생성한다. 이미지는 또한 약간의 발산(즉, 시준되지 않음)을 가질 수 있고, 이를 설계하는 알고리즘이 그에 따라 업데이트될 수 있음을 이해할 것이다.
프로젝션의 입사광(36)과 수지의 목표 볼륨(32) 사이의 상대 각도(θ)는 상이한(y', z) 평면 이미지가 순차적으로 프로젝션됨에 따라 시간에 따라 변한다. 앞서 기술되고 도 1b, 1c 및 1d에 도시된 좌표계 규칙에 따라, (x, y, z) 시스템은 수지의 목표 볼륨(32)이 회전함에 따라 z축을 중심으로 회전하고 (x', y', z) 시스템은 공간 내에서 고정된 채로 남아있다. 따라서, 수지의 목표 볼륨(32)이 회전함에 따라, x축과 x'축 사이의 각도(θ)가 변한다. 일례에서, 수지의 목표 볼륨(32)을 보유하는 수지 수용 용기(38)는 회전 마운트 또는 스테이지(40)에 장착된다. 회전 스테이지는 z축(42)을 중심으로 회전하고 DLP 프로젝터(34)의 작동은 컨트롤러(31)에 의해 마운트(40)의 회전과 동기화된다. 수용 용기(38)는 수지(32)와 동일한(또는 유사한) 굴절률을 갖는 유체(46)를 함유하는 제2 수용 용기(44) 내에 잠길 수 있다. 수용 용기(38)가 수지(32)와 동일한(또는 유사한) 굴절률을 갖는 유체(46)를 함유하는 제2 수용 용기(44) 내에 잠길 수 있다는 이러한 구성은 평탄한 계면을 제공하여 굴절율을 변화시키고 일치하지 않는 굴절률의 굽은 계면에서 발생할 수 있는 렌즈 효과를 완화시킨다. 상기 시스템의 설명에서, 좌표 표기는 (x, y, z) 좌표계가 수지 수용 용기(38)와 함께 회전하는 반면 x'-축이 고정된다.
도 3에 도시된 시스템(30)의 다른 실시예는 제2 수용 용기(44)의 4개의 수직 측면 각각을 향하도록 위치된, 복수의 광학 2D 프로젝션을 생성하기 위한 복수의 DLP 프로젝터(34)(즉, 복수의 광학 서브시스템)의 사용을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예는 도 3에 도시된 시스템(30)을 변형하여 수용 용기(38) 및 제2 수용 용기(44)가 모두 고정된 상태에서 DLP 프로젝터(34)(즉, 광학 서브시스템)가 도넛 형상의 지지부(34a) 상에서 수용 용기(38)의 전체 둘레 주위로 회전되어 복수의 광학 2D 프로젝션을 생성하는 것을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예의 또 다른 변형은 수지 대신에 광분해성(즉, 광응답 성) 재료를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광분해성 물질의 고체 3D 블럭의 사용으로 시작하여 여기에 설명된 광학 2D 프로젝션을 사용하여 원하는 3D 부분을 생성하기 위해 고체 3D 블록의 특정 부분만을 제거할 수 있다. 이러한 재료는 예를 들어 조직 공학에 사용된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템(50)이 도시되어 있다. 시스템(50)에서, 수지 볼륨(52)은 고정 용기(54) 내에 수용된다. 2차 용기(55)는 수지 볼륨(52)과 동일한(또는 유사한) 굴절률을 갖는 추가량의 유체(55a)를 보유하는데 사용될 수 있다. 광학 서브시스템(56)은 (고정 타겟 부피에 대해 고정된) x축을 따라 광 프로젝션(58)를 생성한다. 프로젝션에 의해 생성된 3D 강도 맵은 회전 아암 조립체(50a)를 통해 수지 볼륨(52) 주위에서 회전된다(즉, z축(60) 주위에서 회전하고 회전하는 x'축(61)을 따라 전파). 고정 거울(62)은 프로젝션(58)를 수신하고 이를 회전 아암 조립체(50a) 내에 포함된 거울의 모음(64-68)에 공급한다. 거울들(64~68)은 프로젝션(58)이 수지 볼륨을 조명하도록 지시한다. 아암이 회전함에 따라, y'-z 평면 이미지는 전체 원주에 대해 여러 각도 θ로 프로젝션된다. 다른 실시예의 경우와 같이, 하나의 회전에 걸쳐 모든 프로젝션로부터 생성된 3D 강도 분포의 합으로부터의 순 노출 선량은 재료 형성이 요구되는 영역이 수지를 광 가교 결합시키기에 충분한 선량을 받는 반면 다른 영역은 부족한 선량을 받게 된다. 각각의 각도(θ)에서 프로젝션의 공간적 및 시간적 변조(즉, 프로젝션되는 2D(y'-z) 이미지의 이미지 강도의 변조)(58)는 예를 들어 공간 광 변조기(SLM)(70) 또는 DLP 프로젝터를 통해 도 2a 내지 2c에 대해 전술된 것과 동일한 방식으로 제어된다. 시스템(50)은 유체 운동 고려가 제거됨에 따라, 도 3과 관련하여 설명된 방법에 비해 잠재적으로 훨씬 더 빠른 회전 속도를 허용한다. 도 2a 내지 2b와 관련하여 설명된 방법과 비교하여, 시스템(50)은 종래 기술에 기초한 보다 간단한 광학 시스템의 이점을 제공한다. 도 4에 도시된 제안된 구성은 하나 이상의 동시 회전하는 광 프로젝션에 적용될 수 있다. 도 2a 및 2b와 관련하여 설명된 방법과 유사하게, 수지 용기(54)는 제조하는 동안 유체에 대해 이동하지 않기 때문에, 보다 취약하고 섬세하거나 순응적인 구조의 형성이 가능하다.
마지막으로, 계산된 축 방향 리소그래피(Computed Axial Lithography)를 달성하는데 필요한 광학 신호 다중화(optical signal multiplexing)는 전술한 임의의 또는 모든 실시예의 특징을 공유하는 시스템에 의해 수행될 수 있다. 일례로서, 360°의 전체 각도 프로젝션에 걸쳐 있지 않은 광 필드 프로젝션 디스플레이(도 2a~2b)는 그 각도 범위를 확장하기 위하여 도 3의 시스템(30)에서 사용되는 것과 유사한 회전 바이알(rotating vial)과 결합하여 확장될 수 있다. 예를 들어, 원통형 형태 대신 반-원통형 또는 실린더의 작은 각 섹션처럼 보이는 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같은 곡면형 디스플레이의 사용을 고려해 보자. 여전히 여러 각도로부터 이미지를 동시에 프로젝션하지만 각도 범위는 360도 미만(반-원통형의 경우 180도)이다. 그러나, 그 디스플레이가 수지 볼륨에 대해 회전되고 프로젝션이 시간에 따라 업데이트되면, 도 4에 도시된 실시예에서 달성될 수 있는 것보다 훨씬 더 빠른 360도의 전체 확장이 가능해진다. 그러한 실시예는 도 2의 실시예만큼 인쇄가 빠르지는 않지만 제조하기가 더 쉬울 수 있다. 유사하게, < 360도 프로젝션 디스플레이가 볼륨을 중심으로 회전하는 동안 수지의 목표 볼륨은 정적으로 유지될 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법은 최근에 보고된 기하학적 유연성에서 홀로그래픽 광 필드를 사용하는 볼륨 비주기적 3차원(3D) 구조 제작을 능가한다. 유사하게, 본 발명 고유의 볼륨-기반 접근법은 종래의 레이어별 "2 1/2D" 프린팅 기술에 비해 제조 속도에서 상당한 개선을 제공한다. 마지막으로, 레이어별 제조에 의해 부과된 표면 거칠기 문제는 완전히 제거되지 않으면 실질적으로 감소된다.
본 개시의 시스템 및 방법은 다수의 응용에서 유용성을 찾을 것으로 예상된다. 예를 들어, 본 발명의 시스템 및 방법은 보다 빠른 부품 생성, 개선된 표면 품질(예를 들어, 레이어링으로 인한 "계단 단계" 아티팩트 없음) 및 2D 레이어 슬라이싱 및 단순화된 후처리로부터 발생하는 기하학적 제약의 감소와 같은 다수의 중요한 측면에서 광 중합체 기반 3차원 인쇄에 대한 개선을 제공한다. 본 명세서에 기술된 다양한 실시예 및 방법의 잠재적인 응용은 고품질 표면 마감을 갖는 AM 생성 광학계; 중공 또는 돌출부 구조; 큰 다이나믹 레인지 메조스케일 AM 구조; 수지에 잠김 미리 제작된 3D 구조물상의 인쇄/제조; 연성, 가요성 또는 취성 중합체 및 기하학적으로 섬세하고 취약한 구조(인쇄 동안 상대적인 구조/유체 운동이 없기 때문에)를 처리하는 것을 포함할 수 있다.
전술한 실시예의 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 그것은 본 발명을 망라하거나 제한하려는 의도가 아니다. 특정 실시예의 개별 요소 또는 특징은 일반적으로 그 특정 실시예로 제한되지 않지만, 적용 가능한 경우, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않았더라도 상호 교환 가능하고 선택된 실시예에서 사용될 수 있다. 동일하게 여러 방식으로 변경될 수도 있다. 이러한 변형은 본 발명으로부터 벗어난 것으로 간주되지 않으며, 그러한 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법으로서,
    광학적으로 투명한 수지 용기 내에 포함된 광-경화성 수지의 볼륨을 제공하는 단계로서, z축은 상기 광-경화성 수지의 볼륨을 통해 연장하고 x'축은 상기 z축에 수직으로 연장하는, 제공하는 단계;
    제2 용기 내에 상기 광학적으로 투명한 수지 용기를 배치하는 단계로서, 상기 제2 용기는 상기 광-경화성 수지에 매칭되는 굴절률을 가지는 유체로 채워지는, 배치하는 단계;
    광학 서브시스템을 사용하여 광 2차원(2D) 프로젝션을 생성하는 단계; 및
    상기 광 2차원(2D) 프로젝션이 상기 광-경화성 수지의 볼륨과 상기 제2 용기 내의 상기 유체를 통해 지향되도록 유지하면서, 상기 2차원(2D) 프로젝션 또는 상기 수지 용기와 상기 제2 용기 중의 적어도 하나를 다른 하나에 대하여 회전하도록 하여 상기 광-경화성 수지의 볼륨의 완전한 원주 주위로 상기 광 2차원(2D) 프로젝션을 수신하도록 하는 단계;를 포함하고,
    상기 2차원(2D) 프로젝션의 2차원(2D) 프로젝션 함수는 각각의 각도 θ에서 고정된 시간 노출 기간에 걸쳐 제어된 3D 노출 선량을 전달하도록 제어되고, 복수의 2차원(2D) 프로젝션이 복수의 각도 θ로부터 생성되며, 복수의 상기 2차원(2D) 프로젝션들은 합산되어 상기 수지의 볼륨 내에서 원하는 영역에서는 광경화를 야기하기에 충분하고, 원하지 않는 영역에서는 광경화를 야기하기에 충분하지 않은 3D 노출 선량을 생성하되,
    상기 광-경화성 수지에 매칭되는 굴절률을 가지는 유체로 채워지는 상기 제2 용기는 일치하지 않는 굴절률의 렌즈 효과를 완화시키기 위해 평탄한 계면을 제공하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차원(2D) 프로젝션이나 상기 수지 용기 중의 적어도 하나를 다른 하나에 대하여 이동하도록 하는 것은, 상기 수지 용기와 상기 광학 서브시스템 모두가 정적으로 유지되는 동안 상기 광 2차원(2D) 프로젝션을 상기 광-경화성 수지의 볼륨을 향해 지향시키도록 구성된 복수의 거울들을 구비한 회전 아암 조립체를 사용하는 것을 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2차원(2D) 프로젝션이나 상기 수지 용기 중의 적어도 하나를 다른 하나에 대하여 이동하도록 하는 것은, 상기 수지 용기가 회전하는 동안 광 2차원(2D) 프로젝션을 상기 광-경화성 수지의 볼륨을 향해 지향시키도록 구성된 복수의 거울들을 구비한 회전 아암 조립체를 사용하는 것을 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    회전 아암 조립체를 사용하는 것은, 회전 아암 조립체를 사용하여 정적인 거울로부터 상기 광 2차원(2D) 프로젝션을 수신하는 것을 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    광학 서브시스템으로부터 광 2차원(2D) 프로젝션들을 지향시키는 것은, 정적인 디지털 광 프로세싱(digital light processing, DLP) 프로젝터로부터 광 2차원(2D) 프로젝션들을 지향시키는 것을 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    광학 서브시스템으로부터 광 2차원(2D) 프로젝션들을 지향시키는 것은, 입사하는 광원의 강도나 위상 또는 둘 다를 제어하는 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)를 사용하여 정적인 광학 서브시스템으로부터 광 2차원(2D) 프로젝션들을 지향하는 것을 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 2차원(2D) 프로젝션이나 상기 수지 용기 중의 적어도 하나를 다른 하나에 대하여 이동하도록 하는 것은, 상기 수지 용기의 주위로 상기 광학 서브시스템을 회전시켜 상기 수지 용기가 정적으로 유지되는 동안 상기 광 2차원(2D) 프로젝션을 상기 복수의 각도로부터 상기 광-경화성 수지의 볼륨을 향해 지향시키는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    복수의 각도 θ에서 광학 서브시스템으로부터 전달된 광 2차원(2D) 프로젝션들의 계산 설계는:
    각각의 각도 θ에서 특정 z 평면에 대하여 1차원(1D) 강도 패턴을 생성하는 것으로서, 복수의 z 평면 각각은 상기 z축을 통해 연장하는 것; 및
    각각의 z 평면에 대하여, 특정 각도 θ에 대한 상기 1차원(1D) 강도 패턴을 조합하여 상기 특정 각도 θ로부터의 2차원(2D) 이미지 프로젝션을 생성하고, 각각의 각도 θ에 대하여 상기 생성 및 조합 작업을 반복하는 것;을 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    복수의 각도 θ로 광학 서브시스템으로부터 전달되는 광 프로젝션들의 계산 설계는:
    필터링된 역-프로젝션(filtered back-projection, FBP) 또는 재귀적인 최적화-기반 기술 중의 적어도 하나를 포함하는 푸리에(Fourier) 도메인 방법을 사용하는 것;을 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 방법.
  10. 광학적으로 투명한 수지 용기 내에 포함된 광-경화성 수지의 볼륨으로부터 3차원(3D) 물체를 형성하는 시스템으로서, 상기 시스템은:
    컨트롤러;
    상기 광학적으로 투명한 수지 용기를 지지하는 마운트(mount)로서, 광학적으로 투명한 수지 용기는 광-경화성 수지의 볼륨을 통하여 연장되는 z 축 및 상기 z 축에 수직한 x' 축을 구비하는, 마운트;
    복수의 2차원(2D) 광 프로젝션들을 생성하기 위한 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 이미지 생성 광학 시스템으로서, 각각의 상기 2차원(2D) 광 프로젝션은 광학 이미지를 형성하고, 상기 광학적으로 투명한 수지 용기로 조준되는, 이미지 생성 광학 시스템; 및
    상기 광학적으로 투명한 수지 용기를 포함하기 위한 제2 용기를 포함하되, 상기 제2 용기는 상기 광-경화성 수지에 매칭되는 굴절률을 가지는 유체로 채워지며,
    상기 컨트롤러는 상기 이미지 생성 광학 시스템 또는 상기 마운트 중의 적어도 하나의 움직임을 제어하도록 구성되어, 복수의 상기 2차원(2D) 광 프로젝션들이 상기 광학적으로 투명한 수지 용기 내에 포함된 상기 광-경화성 수지의 볼륨에 대해 복수의 다른 각도 θ로 지향되어, 상기 광-경화성 수지의 적어도 선택된 부분들을 경화시키되,
    상기 광-경화성 수지에 매칭되는 굴절률을 가지는 유체로 채워지는 상기 제2 용기는 일치하지 않는 굴절률의 렌즈 효과를 완화시키기 위해 평탄한 계면을 제공하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 생성 광학 시스템은 디지털 광 프로세싱(DLP) 프로젝터를 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 생성 광학 시스템에 의해 생성되는 상기 2차원(2D) 광 프로젝션은 시준된 2D 광 이미지를 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 생성 광학 시스템은 상기 광-경화성 수지의 볼륨 주위로 상이한 각도들로 배치된 복수의 이미지 생성 광학 시스템을 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 생성 광학 시스템과 상기 광-경화성 수지 모두는 동시에 회전하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    용기(container)를 더 포함하고, 상기 용기는 광학적으로 투명한 수지 용기를 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 시스템.
  16. 삭제
  17. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 생성 광학 시스템은 공간 광 변조기(SLM)를 포함하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 시스템.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 이미지 생성 광학 시스템을 제어하여 복수의 각도 θ에서:
    각각의 각도 θ에서 특정 z 평면에 대하여 1차원(1D) 강도 패턴을 생성하는 것으로서, 복수의 z 평면 각각은 상기 z 축을 통해 연장하는 것; 및
    각각의 z 평면에 대하여, 특정 각도 θ에 대한 상기 1차원(1D) 강도 패턴을 조합하여 그 각도 θ로부터의 2차원(2D) 이미지 프로젝션을 생성하고, 이것을 각각의 θ에 대해 수행하는 것;에 의해 상기 2차원(2D) 광 프로젝션을 생성하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 시스템.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 필터링된 역-프로젝션(FBP) 또는 재귀적인 최적화-기반 기술 중의 적어도 하나를 포함하는 푸리에 도메인 방법을 사용하도록 구성되어, 광학 서브시스템은 복수의 각도 θ에서 상기 광 프로젝션을 전달하도록 야기하는, 3차원(3D) 물체를 형성하는 시스템.
  20. 삭제
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  23. 삭제
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  25. 삭제
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