KR20240004560A - 스테레오리소그래피 시스템의 캘리브레이션의 방법들 - Google Patents

스테레오리소그래피 시스템의 캘리브레이션의 방법들 Download PDF

Info

Publication number
KR20240004560A
KR20240004560A KR1020237039856A KR20237039856A KR20240004560A KR 20240004560 A KR20240004560 A KR 20240004560A KR 1020237039856 A KR1020237039856 A KR 1020237039856A KR 20237039856 A KR20237039856 A KR 20237039856A KR 20240004560 A KR20240004560 A KR 20240004560A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stereolithography system
stereolithography
reference target
build plane
calibrating
Prior art date
Application number
KR1020237039856A
Other languages
English (en)
Inventor
브라이언 디 모란
브라이언 제이 바우먼
매튜 케네스 겔버
조던 밀러
Original Assignee
로렌스 리버모어 내셔널 시큐리티, 엘엘씨
3디 시스템즈 인코오퍼레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 로렌스 리버모어 내셔널 시큐리티, 엘엘씨, 3디 시스템즈 인코오퍼레이티드 filed Critical 로렌스 리버모어 내셔널 시큐리티, 엘엘씨
Publication of KR20240004560A publication Critical patent/KR20240004560A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/277—Arrangements for irradiation using multiple radiation means, e.g. micromirrors or multiple light-emitting diodes [LED]
    • B29C64/282—Arrangements for irradiation using multiple radiation means, e.g. micromirrors or multiple light-emitting diodes [LED] of the same type, e.g. using different energy levels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/286—Optical filters, e.g. masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)

Abstract

제품을 제조하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 일반적으로 대면적 마이크로-스테레오리소그래피 시스템, 광학 이미징 시스템, 및 대면적 마이크로-스테레오리소그래피 시스템 및 광학 이미징 시스템과 통신하는 제어기를 포함한다. 대면적 마이크로 스테레오리소그래피 시스템은 빌드 평면에서 경화성 수지의 연속적인 레이어들을 광학적으로 중합시키는 것에 의해 제품을 생성하는 것이 가능하다. 제어기는 캡처된 이미지에 기초하여 레퍼런스 타겟의 포커스 레벨을 분석하고; 그리고 분석하는 것에 기초하여, 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 것이 가능하다.

Description

스테레오리소그래피 시스템의 캘리브레이션의 방법들
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은, 개시가 전부 참조로 본 명세서에 통합되는, 2021년 4월 26일로 출원된 미국 가출원 제63/179,876호의 35 U.S.C. 119(e) 하의 이익을 주장하는 정규출원이다.
연방정부 지원 연구에 관한 진술
본 발명은 미국 에너지국 (United States Department of Energy) 에 의해 수여받은 계약 번호 DE-AC52-07NA27344 하에 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 갖는다.
기술분야
본 명세서에 설명된 청구대상은 제품을 제조하기 위한 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오 리소그래피 시스템, 및 이와 관련된 장치 및 방법들에 관한 것이다. 이 마이크로스테레오리소그래피 시스템은 구체적으로 그러나 비배타적으로 부품의 3D 프린팅의 유틸리티를 갖는다.
마이크로스테레오리소그래피 (microstereolithography) 의 개념은 플라스틱 컴포넌트 및 다른 복합 3D 오브젝트들의 신속한 프로토타이핑 (prototyping) 및 소규모 생산에 사용된다. 오브젝트는 매체의 표면에 또는 그 근처에 위치된 빌드 평면 (build plane) 또는 프린트 평면 (print plane) 에 포커싱된 방사선 빔에 의한 매체의 선택적 경화에 의해 유체 매체 내에서 생성된다. (예를 들어, CAD 소프트웨어를 사용하여, 3D 스캐닝, 또는 다른 수단에 의해 생성된) 3D 모델은 2D 슬라이스들로 세분될 수도 있고, 각각의 슬라이스는 영역들로 세분될 수도 있다. 프로젝션 장치는 그후 각각의 영역의 이미지를 빌드 평면의 등가 영역 내에 노출시킬 수 있다. 이는 극고해상도의 노출을 허용하며, 여기서 수백 밀리미터 이상 만큼 큰 영역들에 걸쳐 복셀의 사이즈가 수십 미크론에 불과하다. 그 후, 노출된 레이어들은 엘리베이터 시스템으로 매체 내로 하강되어, 새로운 레이어가 현재-비어있는 빌드 평면에서 노출될 수 있다. 이 방식으로, 대형 폼들이 완성된 3D 오브젝트가 생성될 때까지 신속하게, 신뢰성 있게 그리고 반복적으로 형성될 수 있다. 이러한 원리들은 예를 들어, Moran 의 미국 특허 공개 제2016/0303797호에 기재되어 있으며, 이는 본 명세서에 완전히 개시된 바와 같이 참조로 포함된다.
그러나, 이러한 마이크로스테레오리소그래피 시스템들은 빔 평면을 가로질러 빔 포커스 및 강도에서의 원하는 않는 변동들을 포함한 다수의 결함들을 가지며, 그리고 그렇지 않으면, 시스템의 분해능 및/또는 빔 레지스트레이션을 열화시킬 수 있어, 더 낮은 품질의 부품들을 가져온다. 따라서, 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 개선된 마이크로스테레오리소그래피 시스템에 대해 오랜 요구가 존재한다.
본 명세서에 인용된 임의의 참조 및 임의의 설명 또는 설명을 포함하는 본 명세서의 이 배경 섹션에 포함된 정보는 기술적 참조 목적으로만 포함되고, 본 개시의 범위가 한정되는 청구대상으로 간주되지 않는다.
옵틱 시스템, 공간 광 변조기 (SLM), 빔 전달 시스템, 경화가능 수지의 배스, 배스 내의 엘레베이터 시스템, 및 광학 이미징 시스템을 포함하는 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 시스템을 개시한다. 오브젝트의 3D 모델 (예를 들어, CAD 모델 또는 3D 이미지) 은 슬라이스들 및 슬라이스 영역들로 세분된다. 각각의 슬라이스 영역은 경화가능 수지 배스의 표면 근처의 빌드 평면 (build plane) 또는 프린트 평면 (print plane) 의 대응하는 영역 상에 프로젝트되어, 전체 빌드 평면의 원하는 복셀이 노출될 때까지 노출된 영역들을 고체 중합체로 가교시킨다. 그후, 엘리베이터가 하강하여, 새로운 레이어가 노출될 수 있도록 새로운 수지를 빌드 평면에 가져온다. 완성된 3D 오브젝트가 생성될 때까지 새로운 레이어들이 제조된다. 빌드 평면 또는 프린트 평면이 다수의 영역들로 세분되기 때문에, 각각의 노출의 해상도는 매우 높을 수 있는 반면 (예를 들어, 수십 마이크로미터 이하의 복셀 사이즈들), 빌드 평면은 잠재적으로 매우 클 수 있다 (예를 들어, 수백 밀리미터 이상). 광학 이미징 시스템은 빌드 평면을 이미징하고 마이크로스테레오리소그래피 시스템의 광학을 캘리브레이션하기 위해 사용되며, 따라서 전체 빌드 평면에 걸쳐 일관된 레지스트레이션, 노출 및 이미지 해상도를 보장한다. 이 프로세스는 탑-다운 프린팅으로 제한되지 않는다. 프로젝션은 또한 윈도우를 통해, 배트 내로 상향으로, 그리고 각각의 후속 레이어에 대해 상승된 빌드 플랫폼을 통해 행해질 수 있다.
본 명세서에 개시된 광학적으로 캘리브레이션된 마이크로스테레오리소그래피 시스템은 유용한 오브젝트의 3D 프린팅을 위한 특정한, 그러나 배타적이지 않은 유용성을 갖는다.
이 요약은 이하 상세한 설명에서 추가로 설명되는 간단한 형태의 개념들의 선택을 도입하도록 제공된다. 이 요약은 청구된 청구물의 핵심적인 특징들 또는 필수적인 특징들을 식별하도록 의도되는 것도 아니고, 청구된 청구물의 범위를 제한하도록 의도되는 것도 아니다. 청구항들에 정의된 바와 같은, 광학적으로 캘리브레이션된 마이크로스테레오리소그래피 시스템의 피처들, 세부사항들, 유틸리티들, 및 이점들의 보다 광범위한 제시는 본 개시의 다양한 실시형태들의 다음의 기록한 상세한 설명에 제공되고 첨부 도면들에 예시된다.
본 개시의 예시적인 실시형태들이 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 예시적인 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 시스템의 적어도 일부의 개략적 표현이다.
도 2 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템의 적어도 일부의 개략적 표현이다.
도 3 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 OCLAuSL 방법의 플로우 다이어그램을 도시한다.
도 4 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템의 빌드 평면의 적어도 일부의 개략적 표현이다.
도 5 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템의 빌드 평면의 적어도 일부의 개략적 표현이다.
도 6 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템의 적어도 일부의 개략적 측면 단면 뷰이다.
도 7a 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템의 빌드 평면의 적어도 일부의 사시도이다.
도 7b 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템의 경화가능 수지의 배스의 적어도 일부의 사시도이다.
도 8 은 본 개시의 실시형태들에 따른 프로세서 회로의 개략적 다이어그램이다.
도 9 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 방법의 플로우 다이어그램을 도시한다.
도 10 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 방법의 플로우 다이어그램을 도시한다.
도 11 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 포커스 캘리브레이션 방법의 플로우 다이어그램을 도시한다.
도 12 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 정렬 맵핑 캘리브레이션 방법의 플로우 다이어그램을 도시한다.
도 13 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 밝기 캘리브레이션 방법의 플로우 다이어그램을 도시한다.
본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 현미경 피처들을 갖는 복합적인 거시적 3차원 컴포넌트들의 신속한 제조에 사용될 수 있는 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 시스템이 제공된다. 이 시스템은 스캐닝 광학 프로젝션 시스템과 협력하여 액정 디스플레이 (LCD) 스크린 또는 디지털 마이크로미러 디스플레이 (DMD) 와 같은 공간 광 변조기 (SLM) 를 사용하여 미세스테레오리소그래피를 통해 대형의 섬세한 오브젝트들을 제조한다. 3D 컴퓨터 모델은 슬라이스들로 세분되고, 각각의 슬라이스는 영역들로 세분되며, 각각의 영역은 이미지를 형성하기 위해 SLM 으로 전달된다. 그 후, SLM 이미지는 방사선 노출의 결과로서 가교되거나 그렇지 않으면 경화되는 감광성 액체 (예를 들어, 수지) 상에 프로젝트된다. 이 프로젝션은 SLM 이미지를 SLM 이미지 자체보다 훨씬 더 큰 빌드 평면 또는 프린트 평면의 상이한 빌드 영역으로 지향시킬 수 있는 스캐닝 광학 시스템으로 달성된다. SLM 상의 새로운 모델 영역의 이미징은 각각의 이미지가 빌드 평면의 적절한 부분으로 지향되도록 광학 시스템과 조정되며, 이미징된 모델 영역 및 빌드 평면 프로젝션 위치들은 이산적으로 (예를 들어, 플래시-및-무브 이미징) 또는 연속적으로 변화한다. 빔-지향 옵틱스를 사용하여, SLM 패턴이 업데이트됨에 따라 프로젝션이 빌드 평면 상의 새로운 위치로 이동되어, 감광성 유체에 대형의 연속적인 이미지를 생성하고, 이 이미지는 단일의 SLM 이미지보다 훨씬 크다. 이는 그럼에도 불구하고 작은 피처 사이즈를 갖는 매우 큰 부품 또는 제품들이 제조될 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 단일 마이크로스테레오리소그래피 시스템은 상당한 영역을 커버한다. 그러나, 다수의 마이크로스테레오리소그래피 시스템들은 또한 더 큰 아이템들을 제조하기 위해 그들의 빌드 평면들이 훨씬 더 큰 영역을 커버하도록 함께 결합될 수 있다. SLM 이미지 및 2개 이상의 마이크로스테레오리소그래피 시스템의 스캐닝 옵틱스들을 조화시킴으로써, 단일 프로세서 또는 제어기는 조합된 빌드 평면에 걸쳐 필요한 패턴을 생성할 수 있으며, 이는 추가적인 마이크로스테레오리소그래피 시스템의 포함을 통해 임의의 사이즈로 증가될 수 있다.
OCLAuSL 시스템은 또한 광학 이미징 시스템을 포함한다. 광학 이미징 시스템은 빌드 평면을 이미징하는데 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 광학 이미징 시스템은 레퍼런스 컴포넌트 또는 테스트 패턴, 또는 미러 또는 알려진 광학 특성들을 갖는 다른 레퍼런스 타겟과 같은 빌드 평면 내의 아이템을 이미징할 수 있다. CPU, 프로세서, 또는 제어기는 그 후 빌드 평면의 이미지 또는 이미지들을 분석하고, 밝기 또는 포커스와 같은 광학 시스템의 파라미터들, 또는 SLM 이미지의 그레이스케일 속성들과 같은 SLM의 파라미터들, 또는 포커스, 이미지 포지셔닝 등과 같은 빔 전달 시스템의 파라미터들에 대한 조정들을 수행할 수 있다. 이 방식으로, 광학 이미징 시스템은 새로운 제품의 제조 전에, 또는 제품의 제조 동안 실시간 또는 거의 실시간으로 마이크로스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하는 데 사용될 수 있다.
다른 스테레오리소그래피 시스템에서와 같이, 폴리머화의 체적 레이트 (단위 시간 당 액체에서 고체로 전환되는 체적) 는 수지의 임계 에너지 및 폴리머화 광의 총 파워에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수도 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 시스템의 일부 실시 형태는 더 빠르고 더 느린 속도가 또한 고려되는 경우에도, 시간 당 수 리터 정도의 레이트로 수지를 폴리머화는 것이 가능할 수도 있다.
OCLAuSL 시스템들, 장치 및 방법들은 제품의 면적 또는 체적에 걸쳐 일관된 고해상도 피처들 (예를 들어, 수십 마이크론 이하의 복셀 사이즈 - 인간 세포의 스케일에 상응함) 을 갖는 큰 아이템들 (예를 들어, 사이즈가 수십, 수백 또는 수천 밀리미터, 또는 더 크고 더 작은 다른 사이즈) 을 신속하게 제조할 수 있다. 일부 경우에, 제조된 아이템들은 완료된 제품으로서 그대로 사용될 수 있다. 다른 경우에, 제조된 아이템들은 이후 캐스팅, 블로우 몰딩, 사출 성형, 서모포밍, 및 폴리머, 금속 또는 세라믹 오브젝트를 위한 다른 제조 프로세스를 위한 몰드들 또는 마스터들로서 사용될 수 있다.
제조된 오브젝트 또는 제품은 궁극적으로 복셀들 (예를 들어, 3차원 픽셀들) 로 구성되기 때문에, 그의 구조는 충분히 미세한 스케일로 볼 때 "픽셀화된" 것으로 보일 수 있다. 그러나, 이러한 픽셀화는 너무 미세하여 인간의 눈에 의해 인지될 수 없는 스케일로 발생할 수 있다는 것이 본 개시의 이점이다.
큰 부피로 또는 단면을 따라 미세하게 피처링된 아이템들을 일관되게 형성하는 이 능력은 다른 기법들로부터 OCLAuSL 시스템들, 장치 및 방법들을 구별하고, 프로토타입 뿐만 아니라 개별적인 고객들을 위한 마무리된 커스터마이즈된 소-생산-실행 제품들의 고속 제조를 용이하게 한다. 광경화성 매체는 또한 금속, 세라믹, 또는 다른 재료 (예를 들어, 목재) 의 입자들을 포함할 수 있어서, 복합 부품의 제조, 및/또는 폴리머의 제거 및 (예를 들어) 금속 또는 세라믹 성분의 소결을 허용하여, 순수한 금속 또는 세라믹 부품의 제조를 가능하게 한다.
본 개시의 원리들의 이해를 증진시키기 위해, 이제 도면들에 예시된 실시형태들이 참조될 것이고 이를 설명하기 위해 특정 언어가 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 개시의 범위의 제한이 그 때문에 의도되지는 않는다는 것이 이해될 것이다. 설명된 디바이스들, 시스템들, 및 방법들에 대한 임의의 수정 및 추가의 변경들 및 본 개시의 원리의 임의의 추가적인 적용은 본 개시가 관련되어 있는 당해 기술 분야의 당업자에게 통상적으로 발생하는 바와 같이 본 개시 내에서 충분하게 고려되어 포함된다. 특히, 일 실시형태와 관련하여 설명된 특징들, 컴포넌트들, 및/또는 단계들은 본 개시의 다른 실시형태들과 관련하여 설명된 특징들, 컴포넌트들, 액션들, 및/또는 단계들과 결합될 수도 있음이 또한 고려된다. 그러나, 간결함을 위해, 이러한 조합들의 다수의 반복들은 별도로 설명되지 않을 것이다.
이들 설명은 단지 예시적인 목적을 위해 제공되며, 광학적으로 보정된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 시스템의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 특정 피처들이 청구된 청구 대상의 범위를 벗어남이 없이 추가되거나 제거되거나 변경될 수도 있다.
도 1 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 예시적인 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 시스템 (100) 의 적어도 일부의 개략적 표현이다. OCLAuSL 시스템 (100) 은 이미지 빔 (185) 을 빌드 평면 (190) 상에 프로젝션하는 OCLAuSL 빔 유닛 (110) 을 포함한다.
OCLAuSL 빔 유닛 (110) 은 이미지를 생성하는 공간 광 변조기 (SLM) 시스템 (114) 을 통해 또는 그 위에 캐스팅되는 광 빔 (113) 을 생성하는 옵틱 시스템 (112) 을 포함한다. SLM 시스템은, 예를 들어, 빔 (113) 이 통과하는 액정 디스플레이 (LCD) 스크린, 또는 빔 (113) 이 반사되는 디지털 마이크로미러 디스플레이 (DMD), 또는 (스피닝 디스크 공초점 현미경에서와 같이) 어퍼처들을 갖는 하나 이상의 스피닝 디스크들, 또는 광 빔 (113) 으로부터 변조된 이미지 광 (115) 을 생성하는 목적을 보조하는 다른 타입의 공간 광 변조기 (114) 일 수 있다. SLM 시스템은 예를 들어 640x480 픽셀, 1024x768 픽셀, 1920x1080 픽셀의 해상도, 또는 더 크고 더 작은 다른 해상도를 가질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 옵틱 시스템 (112) 및 SLM 시스템 (114) 은 단일 시스템으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 변조된 이미지 광 (115) 을 생성하기 위해, 마이크로LED 어레이와 같은 광원들의 어레이를 직접 이미징할 수 있다. 어떻게 생성되는지에 관계없이, 변조된 이미지광 (115) 은 이어서 이미지 빔 (185) 을 빌드 평면 (190) 상으로 프로젝션하는 빔 전달 시스템 (116) 을 통과한다.
OCLAuSL 시스템 (100) 은 또한 광학 시스템 (112), SLM 시스템 (114), 및 빔 전달 시스템 (116) 을 제어하거나 이에 명령들을 전송할 수 있는 제어기, 중앙 프로세싱 유닛 (CPU), 또는 프로세서 (170) 를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 광학 시스템 (112), SLM 시스템 (114), 또는 빔 전달 시스템 (116) 중 하나 이상은 그 자신의 제어기 (170) 를 포함할 수 있고, 이들 실시형태들 중 일부에서 이들 제어기들 (170) 은 서로 그리고/또는 별개의 제어기 (170) 와 통신한다.
제어기 (170) 는 원하는 제품의 3D 모델 (120) 을 포함하거나 수신한다. 그 다음, 제어기는 3D 모델 (120) 을 복수의 2D 슬라이스들 (130) 로 분할하거나, 다른 소스로부터 복수의 2D 슬라이스들 (130) 을 수신한다. 예를 들어, 3D 모델은 2, 10, 100, 1000, 10,000, 100,000, 100만개 이상의 슬라이스로 분할될 수 있다. 각각의 슬라이스는 구성될 오브젝트 또는 제품을 통해 평면 단면을 정의하고, 이산적으로 (예를 들어, 일련의 BMP, JPEG, 또는 다른 이미지 파일들로서) 저장될 수 있다. 개별 슬라이스 (140) 에 대해, 제어기는 이어서 2D 슬라이스 (140) 를 복수의 영역들 (150) 로 세분화하거나 다른 소스로부터 복수의 영역들 (150) 을 수신한다. 일 예에서, 일부 슬라이스들은 하나의 영역만을 가질 수도 있는 반면, 영역들이 오버랩되지 않으면, 수백 개의 영역들이 존재할 수도 있고, 영역들이 오버랩되면, 각각의 슬라이스에 잠재적으로 수백만 개의 영역들이 존재할 수도 있다. 다른 배열들이 또한 본 개시의 범위 내에서 있으며 가능하다.
이들 영역들은 또한 임의의 원하는 포맷으로 개별 이미지 파일들로서 저장될 수 있다. 그 후, 복수의 영역들 (150) 로부터, 제어기는 현재 영역 (160) 을 선택하고, 현재 영역 (160) 에 관한 정보를 SLM 시스템 (114) 에 전송하며, 이는 원하는 오브젝트 또는 제품의 3D 모델 (120) 의 현재 2D 슬라이스 (140) 의 현재 선택된 영역 (160) 의 이미지일 수 있는 빔 (113) 으로부터 변조된 이미지 광 (115) 을 생성한다. 변조된 이미지 광 (115) 은 그 후 빔 전달 시스템 (116) 을 통과하며, 이는 예를 들어 변조된 이미지 광 (115) 을 3D 모델 (120) 의 대응하는 부분 및 그에 따라 원하는 제품의 대응하는 부분의 이미지를 포함하는 프로젝트된 이미지 빔 (185) 으로 확대 및 포커싱하거나 또는 축소하고 포커싱할 수 있다. 프로젝트된 이미지 빔 (185) 은 SLM (114) 에 의해 생성된 이미지가 빌드 평면 (190) 상에 포커싱되도록 빌드 평면 (190) 과 교차한다. 프로젝트된 이미지 빔 (185) 은 단색 (예를 들어, 흑색 및 백색) 이미지 또는 그레이스케일 이미지, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그레이스케일 픽셀의 밝기 또는 백색도 레벨은 빌드 평면 내의 복셀의 경화량 또는 복셀을 완전히 경화시키는 데 필요한 노출 시간에 영향을 미칠 수 있다. 컬러 이미지도 사용될 수 있지만, 일부 경우들에 감광성 수지의 경화에 영향을 주지 않을 수도 있다. 다른 경우들에서, 이미지의 주어진 픽셀의 컬러 (예를 들어, 파장) 는 하나의 컬러가 수지를 전혀 경화하지 않는 경우들을 포함하여, 빌드 평면 내의 복셀의 경화량 또는 복셀을 완전히 경화시키는데 요구되는 노출 시간에 영향을 미칠 수 있고, 예를 들어, 구성 중인 오브젝트에 영향을 미치지 않는 가이드 마커들을 빌드 평면 상에 프로젝션하는데 사용될 수 있다. 프로젝트된 이미지 빔 (185) 의 이러한 변조는 일부 경우에 "동적 마스킹"으로 지칭될 수 있다.
빌드 평면 (190) 은 복수의 빌드 영역들 (195) 로 세분되고, 빌드 영역들 각각은 현재 선택된 2D 슬라이스 (140) 의 복수의 영역들 (150) 중 영역 (160) 에 대응된다. 현재 조명된 빌드 영역 (197) 은, 후술되는 바와 같이, 빌드 평면의 그 부분에서 광경화성 수지가 프로젝션된 이미지 빔 (185) 의 밝은 부분에 의해 노출 및 고화되는 반면 프로젝트된 이미지 빔 (185) 의 어두운 부분에 액체가 남아 있을 수 있도록 프로젝트된 이미지 빔 (185) 에 의해 노출된다. 이미지 영역들 (160) 및 빌드 평면 영역들 (197) 의 선택 및 노출은 이산적일 수도 있거나 (예를 들어, 플래시-앤드-무브 노출), 연속적일 수 있다. 일부 예들에서, 10-20 kHz 와 같은 공간 광 변조기의 변조 레이트에서, 또는 60 Hz의 비디오 프레임 레이트들에서 노출할 수 있지만, 더 크고 더 작은 다른 레이트들이 대신에 또는 추가적으로 사용될 수 있다.
현재 2D 슬라이스의 복수의 영역들 (150) 중 상이한 영역들 (160) 을 순차적으로 선택하는 동안, 제어기 (170) 는 SLM (114) 으로 대응하는 이미지들을 생성하고, 빌드 평면 (190) 의 복수의 빌드 영역들 (195) 중 상이한 선택된 빌드 영역들 (197) 상에 그들을 노출시키도록 빔 전달 시스템 (116) 에 지시한다. 이 방식으로, 원하는 제품의 완전한 2D 슬라이스가 빌드 평면 (190) 에서 생성될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 엘리베이터 시스템으로 광경화성 수지 배스 내로 제품을 하강시키고, 복수의 2D 슬라이스들 (130) 의 각각의 2D 슬라이스 (140) 를 순차적으로 노출시킴으로써 완성된 3D 제품이 제조될 수 있다.
OCLAuSL 시스템 (100) 의 OCLAuSL 빔 유닛 (110) 은 또한 제어기 (170) 의 제어 하의 광학 이미징 시스템 (118) 을 포함한다. 광학 이미징 시스템은 빌드 평면 (190) 의 적어도 일부를 이미징할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 이미징 시스템 (118) 은 이산적으로 또는 연속적으로 스캐닝되든 단일 이미지 또는 연속적인 이미지들로 전체 빌드 평면 (190) 을 이미징할 수 있다. 구체적으로, 광학 이미징 시스템 (118) 은 구성중인 테스트 제품, 또는 레퍼런스 컴포넌트 또는 테스트 패턴, 또는 미러 또는 알려진 광학 특성들을 갖는 다른 레퍼런스 타겟과 같은 빌드 평면 내의 아이템을 이미징하는데 사용될 수 있다. 제어기 (170) 는 그 후 빌드 평면, 테스트 제품, 또는 레퍼런스 오브젝트의 이미지 또는 이미지들을 분석할 수 있고, 광학 시스템 (112) 의 파라미터들 (예를 들어, 밝기, 초점, 시준, 정렬 등), 또는 SLM (114) 의 파라미터들 (예를 들어, 콘트라스트, 밝기, 이미지의 그레이스케일 특성들 등), 또는 빔 전달 시스템 (116) 의 파라미터들 (예를 들어, 초점, 정렬, 이미지 포지셔닝 등) 에 대한 조정들을 행할 수 있다. 이 방식으로, 광학 이미징 시스템 (118) 은 새로운 제품의 제조 전에, 또는 제품의 제조 동안 실시간 또는 거의 실시간으로 OCLAuSL 시스템 (100) 을 캘리브레이션하는 데 사용될 수 있다.
계속하기 전에, 위에서 설명된 예들은 예시의 목적들을 위해 제공되며, 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것에 유의해야 한다. 다른 디바이스들 및/또는 디바이스 구성들이 본 명세서에 설명된 동작들을 수행하는 데 활용될 수 있다.
도 2 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템 (100) 의 적어도 일부의 개략적 표현이다. OCLAuSL 시스템 (100) 은 광학 시스템 (112), 공간 광 변조기 (SLM) 시스템 (114), 빔 전달 시스템 (116), 및 광학 이미징 시스템 (118) 을 포함한다.
빔 전달 시스템 (116) 은 이미지 빔 (185) 을 선택된 빌드 영역 (197) 상에 프로젝트한다. 일 예에서, 프로젝트된 이미지 빔 (185) 은 옵틱 시스템 (112) 에 의해 생성된 광의 모든 파장들을 포함한다. 다른 예에서, 프로젝트된 이미지 빔은 옵틱 시스템 (112) 에 의해 생성된 광의 선택된 파장 (예를 들어, 빌드 평면에서 감광성 수지를 경화시키기에 가장 적합한 화학선 파장) 만을 포함한다.
광학 이미징 시스템은 선택된 빌드 영역을 이미징할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 이미징 시스템은 프로젝트된 이미지 빔으로부터의 반사된 광을 사용하여 선택된 빌드 영역 (197) 을 이미징한다. 다른 실시형태들에서, 광학 이미징 시스템은 광학 시스템에 의해 생성된 광의 상이한 부분 (예를 들어, 감광성 수지를 경화시키기에 덜 적합한, 또는 빌드 평면 내의 선택된 피처들을 이미징하기에 가장 적합한 비화학선 파장) 으로 선택된 빌드 영역 (197) 을 조명한다.
옵틱 시스템 (112) 은 예를 들어 빔 생성기 (210) 및 컨디션닝 옵틱스 (220) 를 포함할 수 있다. 빔 생성기 (210) 는, 예를 들어, 발광 다이오드 (LED), 초발광 다이오드 (SLD), 레이저, 할로겐 벌브 또는 다른 백열 소스, 제논 플래시 램프 또는 다른 전기 아크 소스, 라임라이트 또는 다른 캔돌루미네센스 소스, 또는 이들의 조합을 포함하는, 당업계에 공지된 다른 광-생성 컴포넌트일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 광은 Kohler 조명을 포함하도록 컨디셔닝될 수 있다. 빔 생성기 (210) 는 단일 파장 또는 좁은 범위의 파장들, 넓은 범위의 파장들 또는 다수의 범위의 파장들의 광을 생성할 수 있다. 방출된 파장들은 적외선, 가시광선, 및 자외선 파장들을 포함할 수 있다. 옵틱 시스템 (112)은 또한 컨디셔닝 옵틱스 (220) 를 포함할 수도 있다. 컨디셔닝 옵틱스 (220) 는 예를 들어, (예를 들어, 빔을 좁히기 위한) 콜리메이터 (collimator), 빔 균질화기, (SLM (114) 의 사이즈에 빔의 사이즈를 매칭시키기 위한) 빔 익스팬더, (광화학 반응을 개시할 수 있는 화학선 파장과 같은 광의 특정 파장을 투과시키는 한편, 비-화학선 파장과 같은 다른 파장을 반사 또는 흡수하는) 하나 이상의 필터들, 하나 이상의 미러들, 하나 이상의 렌즈들, 하나 이상의 빔 스플리터들, 하나 이상의 동공들 (pupils), 하나 이상의 셔터들, 하나 이상의 빔 익스팬더들 또는 빔 리듀서들, 및/또는 생성된 광을 SLM 시스템 (114) 상으로 지향시키고/시키거나 광학 이미징 시스템을 위해 선택된 빌드 영역 (197) 을 조명하기 위해 필요에 따라 당업계에 공지된 다른 옵틱스를 포함할 수 있다. 컨디셔닝 옵틱스 (220) 는 또한 빔의 상태 (예를 들어, 밝기, 정렬 등) 를 모니터링할 수 있는 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있다.
빔 전달 시스템 (116) 은 예를 들어 빔 스티어링 시스템 (230) 및 빔 전달 옵틱스 (240) 를 포함할 수 있다. 빔 스티어링 시스템 (230) 은 예를 들어, 스피닝 폴리곤형 미러 (spinning polygonal mirror) 와 같은 스티어링 가능 미러이거나 이를 포함할 수 있다. 일 예에서, 빔 스티어링 시스템은 제어기 (170) 의 제어 하에서 수지 배스 내의 적절한 위치에 SLM 이미지를 전달하도록 구성된, 10 미크론 이상의 정확도를 갖는 마이크로 작동식 미러이다 (도 1 을 참조할 것). 일부 실시형태들에서, 빔 스티어링 시스템은 2개의 차원들에 걸쳐 이산적으로 또는 연속적으로 스티어링 가능한 하나 이상의 갈바노미터 미러를 포함하고, 하나 이상의 스테퍼 모터 또는 서보 모터에 의해 작동가능할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 빔 스티어링 시스템은 2차원으로 스티어링가능한 단일 미러일 수 있다.
빔 전달 시스템(116)은 또한 빔 전달 옵틱스 (240) 를 포함할 수 있다. 빔 전달 옵틱스 (240) 는 예를 들어 하나 이상의 미러들, (예를 들어, 프로젝트된 이미지 빔 (185) 의 사이즈를 선택된 빌드 영역 (197) 의 사이즈와 매칭시키기 위해) 하나 이상의 빔 익스팬더들 또는 빔 리듀서들, (예를 들어, 프로젝트된 이미지 빔 (185) 의 초점면이 선택된 빌드 영역 (197) 과 동일 평면 상에 있는 것을 보장하기 위해) 하나 이상의 포커싱 렌즈들, 하나 이상의 개구들, 하나 이상의 스캔 렌즈들 (예를 들어, 플랫 필드 스캔 렌즈), 및/또는 빔 스티어링 시스템 (230) 으로부터 선택된 빌드 영역 (197) 으로 프로젝트된 이미지 빔 (185) 을 전달하기 위해 필요에 따라 당업계에 공지된 다른 옵틱스를 포함할 수 있다. 빌드 평면은 광-경화성 재료의 배스의 상부 레이어에서 발생하고, 아래에서 설명되는 바와 같이 재료 내로 원하는 패턴을 노출 또는 경화시키거나, 아래로부터 투명 매체 (예를 들어, 윈도우) 를 통해 노출시켜, 아래로부터 원하는 패턴을 경화시킬 수 있다.
광학 이미징 시스템 (118) 은, 예를 들어, CCD (charge coupled device) 어레이 또는 CMOS (complementary metal oxide semiconductor) 카메라와 같은 이미징 엘리먼트 (250) 뿐만 아니라, 이미징 옵틱스 (260) 를 포함할 수 있다. 이미징 옵틱스 (260) 는 렌즈들, 미러들, 빔 스플리터들, 셔터들, 동공들, 및 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 정확한 이미지가 이미징 엘리먼트 (250) 에 의해 캡처되고 (예를 들어, 도 1의 제어기(170)에 의해) 분석될 수 있도록 빌드 평면 (190) 또는 현재 빌드 영역 (197) 의 정확한 이미지를 이미징 엘리먼트 (250) 에 전달하는 기능을 제공하는 다른 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 광학 이미징 시스템 (118) 및 빔 전달 시스템 (116) 은 공통 렌즈 또는 어퍼처 (180) 를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 광학 이미징 시스템 (118) 및 빔 전달 시스템 (116) 은 각각 자기 자신의 별개의 렌즈 또는 어퍼처 (180) 를 포함할 수도 있다.
OCLAuSL 시스템 (100) 은 또한 필요에 따라 또는 당업자에게 빔을 지향하고 정렬하기 위해 발생할 수 있는 바와 같이 (예를 들어, SLM (114) 과 빔 스티어링 시스템 (230) 등 사이에) 다른 위치들에 다른 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨디셔닝 옵틱스 (220), 빔 전달 옵틱스 (240), 및/또는 이미징 옵틱스 (260) 는 (i) SLM 시스템 (114) 으로부터 변조된 조명 광을 수용하고 변조된 조명 광을 빌드 평면 (190) 의 선택된 빌드 영역 (197) 으로 지향시키고; (ii) 빌드 평면으로부터 이미징 광을 수용하고 이미징 광을 광학 이미징 시스템 (118) 으로 지향시킬 수 있는 빔 스플리터일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 이러한 구성들 및 다른 구성들은 본 개시의 범위 내에 들어온다.
도 3 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 방법 (300) 의 플로우 다이어그램을 도시한다. 엘리베이터 모션, 빔 온/오프, 및 이미징 디스플레이는 컴퓨터, 제어기, 또는 프로세서에 의해 제어되고 동기화된다.
단계 (310) 에서, 방법 (300) 은 원하는 오브젝트 또는 제품의 3D 모델을 생성하는 단계를 포함한다. 이는 예를 들어 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 를 사용하여, 원하는 오브젝트 또는 제품의 예의 3D 스캐닝을 통해, 또는 당업계에 공지된 다른 수단에 의해 수행될 수 있다.
단계 (320) 에서, 방법 (300) 은 3D 모델을 복수의 슬라이스들로 분할하는 단계를 포함한다. 슬라이스들의 수는 예를 들어 원하는 오브젝트 또는 제품이 OCLAuSL 시스템에 의해 생성될 Z-해상도 또는 Z-복셀 사이즈를 결정할 수 있다. 예를 들어, 원하는 오브젝트 또는 제품이 100 밀리미터의 높이이면, 이를 1000개의 슬라이스로 세분하면 Z-축을 따라 100 마이크로미터의 최소 피쳐 사이즈가 생성될 것이다.
단계 (330) 에서, 방법 (300) 은 현재 선택된 슬라이스를 슬라이스 영역들로 세분하는 단계를 포함한다. 슬라이스는 예를 들어 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 1000, 10,000, 또는 그 이상의 슬라이스 영역들으로 세분될 수 있다. 슬라이스 영역들은 동일하거나 유사한 사이즈일 수 있거나, 또는 상이한 사이즈들일 수 있다. 슬라이스 영역들은 이웃하는 슬라이스 영역들 사이에 접하거나, 오버랩하거나, 또는 갭을 포함할 수 있다.
단계 (340) 에서, 방법 (300) 은 선택된 슬라이스 영역을 공간 광 변조기 (SLM) 에 전송하여, SLM 이 광학 시스템에 의해 생성된 광 빔 내에서 선택된 슬라이스 영역의 이미지를 생성하도록 하는 단계를 포함한다. 일부 예에서, SLM 이미지의 각각의 픽셀의 밝기는 단지 2개의 가능한 값 - 온 또는 오프를 가질 수 있다. 다른 예들에서, SLM 이미지의 각각의 픽셀의 밝기는 예를 들어, 8, 16, 128, 256, 512, 1024, 또는 더 많은 가능한 값들의 그레이스케일에 속할 수 있고, 더 큰 값들은 더 밝은 픽셀들을 나타내고 더 작은 값들은 더 어두운 픽셀들을 나타내거나, 그 반대일 수 있다.
단계 (350) 에서, 방법 (300) 은 SLM 이미지를 조정 가능한 빔 전달 시스템으로 전송하는 단계를 포함한다.
단계 (360) 에서, 방법 (300) 은 빌드 평면 내의 포지션이 선택된 2D 슬라이스 내의 선택된 슬라이스 영역의 포지션에 대응하는 빌드 평면의 선택된 빌드 영역 상으로 SLM 이미지를 지향시키도록 조정가능 빔 전달 시스템에 명령하는 단계를 포함한다. 프로젝트된 이미지는 광경화성 수지 또는 액체를 포함하는 빌드 평면에서 초점이 맞춰져서, 화학선 광이 재료 내에 특정 형상 또는 패턴을 형성한다. 이는 SLM 이미지를 이 위치에서 감광성 액체 수지 내로 노출시켜, SLM 이미지가 밝은 곳에서 수지의 부분들 (예를 들어, 복셀들 또는 복셀들의 그룹들) 을 고화시키고, SLM 이미지가 어두운 곳에서 액체 수지의 부분들을 변경하지 않고 남길 것이다. 더 밝은 픽셀은 수지의 더 큰 노출을 초래할 것이고, 따라서 빌드 평면 내의 그 특정 복셀에서 더 많은 가교결합을 초래할 것이다. 더 큰 가교결합은 고화된 수지의 더 조밀한 및/또는 더 단단한 복셀과 연관될 수 있는 반면, 더 적은 가교결합은 고화된 수지의 덜 조밀한 및/또는 더 유연한 복셀과 연관될 수 있다. 가교결합이 완료되거나, 적어도 노출된 영역 내의 패턴이 그 무결성을 유지하기에 충분할 때, 실행은 단계 (370) 로 진행한다.
단계 (370) 에서, 방법 (300) 은 선택된 슬라이스 내의 다음 슬라이스 영역을 선택하는 단계를 포함한다. 그 후, 실행은 단계 (340) 로 리턴한다. 그러나, 현재 슬라이스의 모든 슬라이스 영역들이 빌드 평면 상에 이미징되었다면, 다음 슬라이스 영역이 없고, 실행은 단계 (380) 로 진행한다.
단계 (380) 에서, 방법 (300) 은 수지 배스 내에서 엘리베이터 플랫폼을 하강시키는 단계를 포함한다. 엘리베이터 플랫폼 및 수지 배스는 예를 들어 도 6 에 도시되어 있다. 승강기 플랫폼을 하강시키는 것은 또한 현재 슬라이스를 수지 배스의 더 깊은 레벨로 낮추고, 새로운 수지가 빌드 평면 내로 유동할 수 있게 한다. 일부 경우에, 엘리베이터 플랫폼은 현재 슬라이스의 두께와 동일한 Z 거리만큼 낮아진다. 종종 "덩킹(dunking)"으로 지칭되는 다른 예들에서, 엘리베이터 플랫폼은 더 많은 양만큼 하강되고, 이어서 현재 슬라이스의 두께와 동일한 Z-거리로 상승된다. 덩킹은 부산물들을 가교결합시킴으로써 오염되지 않은 클린 수지가 빌드 평면 내로 유동할 수 있게 한다.
단계 (390) 에서, 방법 (300) 은 3D 모델에서 다음 슬라이스를 선택하는 단계를 포함한다. 그 후, 실행은 단계 (330) 로 리턴한다. 그러나, 3D 모델 내의 모든 슬라이스들이 이전에 선택되었다면, 다음 슬라이스는 존재하지 않고, 실행은 단계 (395) 로 진행한다.
단계 (395) 에서, 원하는 오브젝트 또는 제품의 제조가 완료된다. 즉, 위에서 정의된 레이어-바이-레이어 프로세스는 완성된 3D 오브젝트가 제조될 때까지 계속되었다.
방법 (300) 의 단계들은 도 3 에 도시된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고, 추가적인 단계들이 단계들 이전, 동안, 및 이후에 제공될 수 있고, 및/또는 설명된 단계들 중 일부는 다른 실시형태들에서 대체되거나 제거될 수 있다는 것이 이해된다. 방법 (300) 의 단계들 중 하나 이상은 제어기 (170)(도 1 참조) 및/또는 프로세서 회로 (850)(도 8 참조) 의 컴포넌트들과 같은, 본 명세서에 설명된 하나 이상의 디바이스들 및/또는 시스템들에 의해 수행될 수 있다.
도 4 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템의 빌드 평면 (190) 의 적어도 일부의 개략적 표현이다. 도 4 에 도시된 예에서, 빌드 평면 (190) 은 8개의 빌드 영역들 (195a-195g) 로 세분된다. 모든 8개의 빌드 영역들의 스패닝 부분들은 OCLAuSL 시스템에 의해 제조되는 제품 (420) 의 제품 슬라이스 (410) 이다. 제품 슬라이스 (410) 는, 예를 들어, 복수의 적층식 제품 슬라이스들 (410) 이 최종 제품 (420) 을 구성하도록, 노출된, 가교결합된, 고화된 수지의 복수의 영역들 또는 복셀을 포함할 수 있다.
도 4 에 도시된 예에서, 빌드 평면 (190) 은 또한 제어기 (170)(도 1 참조) 에 의한 OCLAuSL 시스템의 캘리브레이션을 용이하게 하기 위해 광학 이미징 시스템 (118)(도 1 참조) 에 의해 이미징될 수 있는 4개의 레퍼런스 컴포넌트들, 타겟들, 테스트 기판들, 또는 테스트 패턴들 (430) 을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 기준 구성요소, 타겟 또는 테스트 패턴(430)은 예를 들어 수지를 노출시키거나 가교결합시킬 수 있는 광의 화학 파장을 사용하여 빌드 평면 상에 프로젝트함으로써 제품 슬라이스 (410) 와 함께 빌드 평면 내에 구성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 레퍼런스 컴포넌트, 타겟 또는 테스트 패턴 (430) 은 빌드 평면 내에 배치될 수 있거나, 수지를 노출시키거나 가교결합시킬 수 없는 광의 파장을 사용하여 빌드 평면 상에 프로젝트될 수 있다. 레퍼런스 타겟들 또는 테스트 패턴들은 예를 들어, 방사상 대칭 (예를 들어, 점들) 을 가질 수 있거나, 가변 공간 주파수의 피처들 (예를 들어, 상이한 폭들의 라인 쌍들) 을 가질 수 있거나, 상이한 배향들에서 가변 공간 주파수의 피처들 (예를 들어, 스포크 타겟) 을 가질 수 있거나, 또는 인식가능한 텍스트, 심볼들, 또는 당업계에 공지된 다른 피처들 (이들의 조합들을 포함함) 을 포함할 수 있다. 레퍼런스 컴포넌트, 타겟 또는 테스트 패턴 (430) 의 수, 사이즈, 형상, 포지션, 배향 및 다른 특성들은 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 본 명세서에 도시되거나 설명된 것과 상이할 수 있다.
일 예에서, 도 4 에 도시된 바와 같은 영역들(195)이 알파벳 순서: 195a, 195b, 195c, 195d, 195e, 195f, 195g, 및 마지막으로 195h 로 노출되면, 빔 이동은 최소화된다. 구현에 따라, a-d-e-h-g-f-c-b 또는 임의의 다른 가능한 순서와 같은 다른 순서들이 더 효율적임을 알 수 있다. 레이어를 완성하기 위해 요구되는 빔 이동 및/또는 총 노광 시간을 최소화하는 원 또는 나선을 포함하는 다른 연속 또는 이산 노광 패턴들이 또한 바람직할 수 있다. 보다 일반적으로, 노광 패턴은 후속 노광들 사이에서 프로젝트을 재포커싱하는 광학 요소를 이동시키는데 필요한 시간을 최소화하도록 선택될 수 있다. 나선형 패턴은 이것의 예인데, 그 이유는 재포커싱 엘리먼트가 멀리 이동할 필요가 없기 때문이다. 대안적으로, 노출 패턴은 임의의 주어진 타일의 노출과 그의 인접 또는 오버랩 이웃들의 노출 사이의 평균 또는 최대 시간을 최소화하도록 선택될 수 있다. 래스터 스캔은 이것의 양호한 작업이다. 일부 경우에, 이는 인접한 또는 오버랩하는 타일들 사이의 심들의 외관을 감소시킬 수 있다. 그 대신에 또는 추가적으로, 이들의 조합들을 포함하는 다른 배열들 및 최적화들이 사용될 수 있다.
완성된 오브젝트 또는 제품 (420) 의 해상도 및 복셀 사이즈는 SLM (114) 의 해상도(도 1 및 도 2 참조) 및 빌드 평면 (190) 내의 각각의 빌드 영역 (195) 의 사이즈에 의존한다. 유사하게, 완성된 오브젝트 또는 제품 (420) 의 최대 사이즈는 빌드 영역의 수 및 배열뿐만 아니라 그 사이즈에 의존한다. 예를 들어, 도 4 에 도시된 8개의 빌드 영역 (195) 각각이 사이즈가 1024 x 768 밀리미터이고, SLM (114) 의 해상도가 1024 x 768 픽셀이면, 빌드 평면에서의 복셀 사이즈는 1 x 1 mm일 것이고, 빌드 평면의 총 면적은 2048 x 3072 mm일 것이고, 새로운 빌드 영역을 추가함으로써 증가될 수 있다. 유사하게, SLM의 해상도를 감소시키지 않고 빌드 평면의 치수를 100x만큼 감소시키는 것은 0.01 mm 또는 10 마이크론의 최소 피처 사이즈를 갖는 20.48 mm x 30.72 mm의 최대 제품 사이즈를 초래할 것이다. 빌드 평면의 사이즈는 빌드 영역의 사이즈로부터 디커플링되므로, 원칙적으로 임의의 사이즈의 빌드 영역을 갖는 임의의 사이즈의 빌드 평면을 커버할 수 있다. 따라서, 이미지 빔의 배율 및 빌드 평면(190) 내의 빌드 영역들(195)의 사이즈 및 수를 제어함으로써, 사용자는 광학 회절 한계들, 진동 허용오차들, 빔 정렬에 대한 한계들, 및 당업자에 의해 이해될 다른 실제 제약들에 의해서만 제한되는 임의의 원하는 사이즈 및 해상도를 갖는 제품들을 구축할 수 있다.
도 5 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템의 빌드 평면 (190) 의 적어도 일부의 개략적 표현이다. 빌드 영역 (195a, 195b, 195c, 195d) 은 가시적이다. 도 5 에 도시된 예에서, 이들 빌드 영역은 오버랩되어, 빌드 영역 (195a) 및 빌드 영역 (195b) 양쪽 모두의 부분을 포함하는 오버랩 영역 (510a), 빌드 영역 (195b 및 195c) 의 부분을 포함하는 오버랩 영역 (510b), 빌드 영역 (195c 및 195d) 의 부분을 포함하는 오버랩 영역 (510c), 빌드 영역 (195d 및 195a) 의 부분을 포함하는 오버랩 영역 (510d) 및 빌드 영역 (195a, 195b, 195c 및 195d) 의 부분을 포함하는 오버랩 부분 (510e) 이 존재한다. 빌드 영역이 인접하거나 두 빌드 영역 사이에 갭이 있을 때, (실수로 또는 고의로) 최종 제품에 심이 생성될 수 있다. 반대로, 빌드 영역들이 오버랩될 때, 빌드 영역들 사이의 적합한 레지스트레이션을 가정하면, 심들이 최소화되거나 제거될 수 있고, 따라서 제품의 전체 품질은 심들이 존재하는 경우보다 더 클 수 있다 (또는, 심들로서 인식될 수 있다).
도 6 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템 (100) 의 적어도 일부의 개략적 측면 단면 뷰이다. 가시적인 것은 OCLAuSL 빔 유닛 (110), 프로젝트된 이미지 빔 (185), 엘리베이터 시스템 (620), 및 배스 인클로저 (bath enclosure)(640) 내에 위치된 광경화성 수지 (640) 의 배스이다. 수지 배스 (640) 내에는 엘리베이터 시스템 (620) 에 연결된 빌드 플랫폼(650), 빌드 플랫폼의 상부에 배치된 기판, 및 원하는 오브젝트 또는 제품 (420) 의 완성된 레이어 (670) 가 있다. 다른 배열들이 또한 본 개시의 범위 내에서 있으며 가능하다.
OCLAuSL 시스템 (100) 은 다수의 OCLAuSL 빔 유닛 (110) 을 함께 집단화하여 초대면적 프로젝션 마이크로스테레오리소그래피 시스템을 생성함으로써 개선될 수 있다. 이러한 집단화는 시스템에 의해 제조될 수 있는 오브젝트의 사이즈의 본질적으로 무제한의 증가를 가능하게 한다. 둘 이상의 빔 유닛들 (110) 에 의해 빌드 평면 내로 노출된 이미지들은 더 큰 전체 면적을 이용하기 위해 함께 조정된다. 2개의 빔 유닛들 (110) 에 의해, 커버되는 영역은 2x 마이너스 오버랩 영역이다. 유사하게, 3개의 빔 유닛들 (110) 이 결합되면, 이들은 3x 마이너스 오버랩 영역 등을 커버할 수 있다. 이러한 방식으로, 점점더 큰 제품들이 제조될 수 있다.
도 6 에 도시된 비제한적인 실시예에서, 4개의 OCLAuSL 빔 유닛들 (110) 은 그들의 프로젝트된 이미지 빔들 (185) 이 빌드 평면 (190) 내에서 약간 오버랩되는 방식으로 함께 집단화되었다. 일부 실시형태들에서, OCLAuSL 빔 유닛들 (110) 은 그들의 액션들이 빌드 평면 (190) 내에 원하는 제품 (420) 의 2D 슬라이스 (410) 를 형성하도록 조정되도록 단일 제어기 (170)(도 1 참조) 에 의해 제어될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 각각의 OCLAuSL 빔 유닛 (110) 은 그 자신의 제어기 (170) 로 제어될 수 있고, 제어기들 (170) 은 비교가능한 레벨의 조정을 달성하기 위해 그들의 활동들을 조정한다. 다른 배열들이 또한 본 개시의 범위 내에서 있으며 가능하다.
도 6 에서 알 수 있는 바와 같이, 빌드 평면 (190) 은 광경화성 수지 (640) 의 배스의 상부 부분에 포지셔닝된다. 광경화성 수지의 배스는 수십 또는 수백 센티미터의 길이, 폭 또는 깊이일 수 있거나, 또는 더 크고 더 작은 다른 사이즈일 수 있다.
비제한적인 예에서, 주요 수지 성분들은 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 (PEGDA, 분자량 575 초과, 구체적으로 575-6000) 및/또는 젤라틴 메타크릴레이트 (GelMA) 와 같은 단량체 또는 중합체; 리튬 페닐-2,4,6-트리메틸벤조일포스피네이트 (LAP), 이르가큐어 2959 및/또는 루테늄과 같은 광개시제; 타르트라진과 같은 흡수제; 및 PBS 및/또는 물과 같은 희석제를 포함할 수도 있다. 전형적인 포뮬레이션은 10-50 wt%의 PEGDA (분자량 700-6000의 단일 PEGDA의 혼합물) 또는 10-25 wt%의 GelMA, 2-68 밀리몰 (mM) LAP, 2-20 mM 타르트라진을 포함할 수 있고, 나머지 wt%는 물을 포함한다. 잘 동작하는 것으로 밝혀진 한 가지 예시적인 제제는 40 wt% PEGDA 6000, 34 mM LAP, 9 mM 타르트라진, 15 wt% GelMA, 17 mM LAP, 및 2.255 mM 타르트라진이다. 용어 "수지"는 플라스틱의 액체, 겔, 용액, 현탁액, 및 콜로이드, 단량체계 광경화 물질 및/또는 연화제, 친수성 중합체계 물질, 또는 이들의 조합을 포함하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다.
개시된 장치 및 방법은 또한 세라믹 및/또는 금속 부품을 제조하기 위한 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 시스템을 제공한다. 일 예에서, 빔 전달 시스템은 입자로서 현탁되든, 특수 분자로서 화학적으로 결합되든, 또는 다른 방식이든 금속 또는 세라믹을 포함하는 경화성 수지에 레이어 이미지를 프로젝트 및 스캔한다. 이어서, 시스템은 오브젝트 전체에 분산된 금속 또는 세라믹을 함유하는 베이스 폴리머로 원하는 오브젝트 또는 제품을 제조한다. 일부 경우에, 이는 블렌딩된 특성을 갖는 재료, 이를 테면, 전기 전도성 폴리머 또는 통상의 인장 또는 압축 강도보다 높은 폴리머를 생성할 수 있다. 다른 경우에, 베이스 폴리머는 후속적으로 열 분해에 의해 제거되어, 콜로이드 금속 또는 세라믹 입자로 구성된 제품을 남긴다. 일부 경우에, 이들 콜로이드 입자는 소결되어 고체 재료를 형성할 수 있다.
일 예에서, 빌드 평면의 두께는 (당업자에 의해 예상되는 합리적인 기계적 허용오차 내에서) 3D 모델 (120) 의 슬라이스 (140) 의 두께와 동일하다 (도 1 참조). 제품 제조의 시작시에, 빌드 평면 (190) 은 기판 (660) 과 광경화성 수지 배스 (640) 의 상부 표면 사이에 포지셔닝될 수 있고, 원하는 제품 슬라이스 (140) 와 두께가 동일한 액체 광경화성 수지의 레이어를 포함할 수 있다.
새로운 레이어 (670) 가 완료될 때마다 (예를 들어, 완전히 경화되거나, 또는 레이어 내에 새로 생성된 구조체들이 그들의 완전성을 유지하기에 충분히 적어도 부분적으로 경화됨), 엘리베이터 시스템 (620) 은 다음의 슬라이스 (140) 의 두께와 동일한 거리만큼 수지 배스 내에서 빌드 플랫폼 (650) 및 기판 (660) 을 하향으로 이동시킨다. 일부 실시형태들에서, 모든 슬라이스들 (140) 은 동일한 두께이지만, 다른 실시형태들에서 슬라이스들 (140) 은 다양한 두께들일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 엘리베이터 시스템 (620) 은 원하는 슬라이스 두께보다 큰 거리 (예를 들어, 10배, 100배, 1000배, 또는 10,000배 슬라이스 두께, 또는 더 크고 더 작은 다른 값) 만큼 z-방향으로 이들을 하강시키고, 이어서 원하는 슬라이스 두께의 높이로 이들을 상승시킴으로써, 빌드 플랫폼 (650), 기판 (660), 및 완성된 레이어 (670) 를 "덩킹"한다. 일부 경우에, 제품 레이어 (670) 의 광경화는 다음 레이어의 광경화와 간섭할 수 있는 화학적 부산물 또는 불순물 (산화제, 라디칼, 부분 가교 수지의 미세 입자, 및 부반응을 포함하지만 이에 제한되지 않음) 을 생성한다. 이 덩킹 프로세스는 이러한 부산물 또는 불순물을 수지 배스 내에 분산시키는 것을 도울 수 있고, 빌드 평면 (190) 이 미반응 수지의 클린 레이어에 의해 점유되는 것을 보장할 수 있다. 이상에서는 탑-다운 시스템을 설명한다. 본 개시는 또한 적절하게 배향된 엘리베이터 시스템을 갖는 바텀-업 및 측면식 실시형태들을 포함한다는 것이 이해되어야 한다.
일부 실시형태들에서, 엘리베이터는 배트의 에지 위에 매달린 아암에 의해, 또는 배트의 하부를 통과하는 포스트 또는 샤프트들의 세트에 의해 빌드 플랫폼에 커플링될 수 있다. 일부 예들에서, 샤프트들은 그 주위에서 수지가 누설되는 것을 방지하기 위해 o-링들 또는 다른 밀봉부들을 통과할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 엘리베이터 시스템은 도 1 의 제어기 (170) 와 같은 프로세서의 제어 하에 서보 또는 스테퍼 모터를 사용하여 Z-축 상에서 이동 가능한 스테이지를 포함한다.
도 7a 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템 (100) 의 빌드 평면 (190) 의 적어도 일부의 사시도이다. 빌드 평면 (190) 내에는 원하는 오브젝트 또는 제품 (420) 의 슬라이스 (410) 가 가시적이다. 제품 슬라이스 (410) 의 구조는 3D 모델 (120) 의 특정 모델 슬라이스 (140) 의 구조를 모방한다 (도 1 참조). 제품 슬라이스 (410) 는 연속적인 고체 피스일 수 있거나, 이산적으로 고화된 복셀 또는 빌드 평면 내에서 반드시 접속할 필요가 있는 것은 아닌 다른 구조로 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 미시적 구조 피처들을 갖는 거시적 형상들을 포함하는 3차원 격자들, 네트워크들, 발포체들, 및 다른 복잡한 3D 형상들은 새로운 패턴들이 레이어별로 노출됨에 따라 형성될 수 있다.
도 7b 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른, 일 예의 OCLAuSL 시스템 (100) 의 경화가능 수지 (640) 의 배스의 적어도 일부의 사시도이다. 완성된 레이어들 (670) 의 상단에 포지셔닝되는, 현재 제조중인 레이어 또는 슬라이스 (410) 와 함께 원하는 오브젝트 또는 제품 (420) 의 완료된 레이어들 (670) 이 가시적이다. 또한, 도 7b 에는 원하는 오브젝트 또는 제품 (420) 의 계획된 레이어 (770) 가 가시적이다. 이러한 계획된 레이어들은, 예를 들어 도 1 에 도시된 바와 같이, 3D 모델 (120) 의 복수의 슬라이스들 (130) 의 컨텐츠들을 나타낼 수 있다. 원하는 오브젝트 또는 제품 (420) 의 3D 모델 (120) 은 서로 유사하거나 유사하지 않은 거시적 및 미시적 피처들의 혼합을 포함할 수 있다.
도 8 은 본 개시의 실시형태들에 따른 프로세서 회로 (850) 의 개략적 다이어그램이다. 프로세서 회로 (850) 는 예를 들어, 방법을 구현하기 위해 필요한 바와 같이, OCLAuSL 빔 유닛 (110) 의 제어기 (170) (도 1 참조) 에서, 또는 다른 디바이스들 또는 워크스테이션들 (예를 들어, 제3자 워크스테이션들, 네트워크 라우터들 등) 에서, 또는 클라우드 프로세서 또는 다른 원격 프로세싱 유닛에서 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 프로세서 회로 (850) 는 프로세서 (860), 메모리 (864), 및 통신 모듈 (868) 을 포함할 수 있다. 이들 엘리먼트들은, 예를 들어 하나 이상의 버스들을 통해, 서로와 직접 또는 간접 통신할 수도 있다.
프로세서 (860) 는 중앙 처리 유닛 (CPU), 디지털 신호 프로세서 (DSP), ASIC, 제어기, 또는 범용 컴퓨팅 디바이스들, RISC (reduced instruction set computing) 디바이스들, ASIC들 (application-specific integrated circuits), FPGA들 (field programmable gate arrays), 또는 기계적 및 양자 컴퓨터들을 포함하는 다른 관련 논리 디바이스들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 프로세서 (860) 는 또한 다른 하드웨어 디바이스, 펌웨어 디바이스, 또는 본 명세서에서 설명된 동작들을 수행하도록 구성된 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 프로세서 (860) 는 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들면, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수도 있다.
메모리 (864) 는 캐시 메모리 (예컨대, 프로세서 (860) 의 캐시 메모리), 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 자기저항성 RAM (MRAM), 판독 전용 메모리 (ROM), 프로그래밍가능 판독 전용 메모리 (PROM), 소거가능한 프로그래밍가능 판독 전용 메모리 (EPROM), 전기적으로 소거가능한 프로그래밍가능 판독 전용 메모리 (EEPROM), 플래시 메모리, 솔리드 스테이트 메모리 디바이스, 하드 디스크 드라이브들, 휘발성 및 비휘발성 메모리의 다른 형태들, 또는 메모리의 상이한 타입들의 조합을 포함할 수도 있다. 실시형태에서, 메모리 (864) 는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 메모리 (864) 는 명령들 (866) 을 저장할 수도 있다. 명령들 (866) 은, 프로세서 (860) 에 의해 실행될 경우, 프로세서 (860) 로 하여금, 본 명세서에서 설명된 동작들을 수행하게 하는 명령들을 포함할 수도 있다. 명령들 (866) 은 또한 코드로서 지칭될 수도 있다. 용어들 "명령들" 및 "코드" 는 임의의 타입의 컴퓨터 판독가능 스테이트먼트(들)를 포함하도록 광범위하게 해석되어야 한다. 예를 들어, 용어들 "명령들" 및 "코드" 는 하나 이상의 프로그램들, 루틴들, 서브 루틴들, 함수들, 절차들 등을 지칭할 수도 있다. "명령들" 및 "코드" 는 단일 컴퓨터 판독가능 진술문 또는 다수의 컴퓨터 판독가능 진술문들을 포함할 수도 있다.
통신 모듈 (868) 은 프로세서 회로 (850) 와 다른 프로세서들 또는 디바이스들 사이의 데이터의 직접 또는 간접 통신을 용이하게 하기 위한 임의의 전자 회로 및/또는 논리 회로를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 통신 모듈 (868) 은 입력/출력 (I/O) 디바이스일 수 있다. 일부 경우들에서, 통신 모듈 (868) 은 프로세서 회로 (850) 및/또는 제어기 (170)(도 1 참조) 의 다양한 엘리먼트들 사이의 직접 또는 간접 통신을 가능하게 한다. 통신 모듈 (868) 은 다수의 방법들 또는 프로토콜들을 통해 프로세서 회로 (850) 내에서 통신할 수 있다. 직렬 통신 프로토콜들은 US SPI, I2C, RS-232, RS-485, CAN, Ethernet, ARINC 429, MODBUS, MIL-STD-1553, 또는 임의의 다른 적절한 방법 또는 프로토콜을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 병렬 프로토콜들은 ISA, ATA, SCSI, PCI, IEEE-488, IEEE-1284, 및 다른 적절한 프로토콜들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 적절한 경우, 직렬 및 병렬 통신은 UART, USART, 또는 다른 적절한 서브시스템에 의해 브리징될 수 있다.
외부 통신 (소프트웨어 업데이트들, 펌웨어 업데이트들, 프로세서와 중앙 서버 사이의 미리 설정된 공유, 또는 초음파 디바이스로부터의 판독들을 포함하지만 이에 제한되지 않음) 은 USB, 마이크로 USB, 라이트닝, 또는 파이어와이어 인터페이스와 같은 케이블 인터페이스, 블루투스, Wi-Fi, 지그비, Li-Fi, 또는 2G/GSM, 3G/UMTS, 4G/LTE/WiMax, 또는 5G와 같은 셀룰러 데이터 접속들과 같은 임의의 적합한 무선 또는 유선 통신 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, BLE (Bluetooth Low Energy) 라디오는 클라우드 서비스와의 접속을 확립하고, 데이터의 송신을 위해, 및 소프트웨어 패치들의 수신을 위해 사용될 수 있다. 제어기는 원격 서버, 또는 랩톱, 태블릿, 또는 핸드헬드 디바이스와 같은 로컬 디바이스와 통신하도록 구성될 수 있거나, 상태 변수들 및 다른 정보를 보여줄 수 있는 디스플레이를 포함할 수 있다. 정보는 또한 USB 플래시 드라이브 또는 메모리 스틱과 같은 물리적 매체 상에서 전송될 수 있다.
도 9 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 방법 (900) 의 플로우 다이어그램을 도시한다. 엘리베이터 모션, 빔 온/오프, 및 이미징 디스플레이는 컴퓨터, 제어기, 또는 프로세서에 의해 제어되고 동기화된다.
단계 (910) 에서, 방법 (900) 은 원하는 오브젝트 또는 제품의 3D 모델을 생성하는 단계를 포함한다. 이는 예를 들어 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 를 사용하여, 원하는 오브젝트 또는 제품의 예의 3D 스캐닝을 통해 수행될 수 있다.
단계 (920) 에서, 방법 (900) 은 3D 모델을 복수의 슬라이스들로 분할하는 단계를 포함한다. 슬라이스들의 수는 예를 들어 원하는 오브젝트 또는 제품이 OCLAuSL 시스템에 의해 생성될 Z-해상도 또는 Z-복셀 사이즈를 결정할 수 있다. 예를 들어, 원하는 오브젝트 또는 제품이 100 밀리미터의 높이이면, 이를 1000개의 슬라이스로 세분하면 Z-축을 따라 100 마이크로미터의 최소 피쳐 사이즈가 생성될 것이다.
단계 (924) 에서, 방법 (900) 은 선택적으로 광학 시스템, SLM 시스템, 및/또는 빔 전달 시스템에 대한 포커스 캘리브레이션 절차를 수행하는 단계를 포함한다. 포커스 캘리브레이션 절차는 프로젝트된 이미지 빔 (185) 이 빌드 평면 상에 적절하게 포커싱되는 것을 보장하고, 또한 프로젝트된 이미지 빔이 빌드 평면의 모든 위치들에서 동등하게 잘 포커싱되는 것을 보장할 수 있다.
단계 (926) 에서, 방법 (900) 은 선택적으로 SLM 시스템 및/또는 빔 전달 시스템에 대한 정렬 맵핑 캘리브레이션을 수행하는 단계 (926) 를 포함한다. 정렬 맵핑 절차는, 프로젝트된 이미지 빔이 빌드 평면 내의 특정 X-Y 위치로 지향될 때, 빔의 정렬이 커맨드된 위치로 정확하게 이동하도록 하는 것을 보장한다.
단계 (930) 에서, 방법 (900) 은 현재 선택된 슬라이스를 슬라이스 영역들로 세분하는 단계를 포함한다. 슬라이스는 예를 들어 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 또는 그 이상의 슬라이스 영역들으로 세분될 수 있다. 슬라이스 영역들은 동일하거나 유사한 사이즈일 수 있거나, 또는 상이한 사이즈들일 수 있다. 슬라이스 영역들은 이웃하는 슬라이스 영역들 사이에 접하거나, 오버랩하거나, 또는 갭을 포함할 수 있다.
단계 (940) 에서, 방법 (900) 은 선택된 슬라이스 영역을 공간 광 변조기 (SLM) 에 전송하여, SLM 이 광학 시스템에 의해 생성된 광 빔 내에서 선택된 슬라이스 영역의 이미지를 생성하도록 하는 단계를 포함한다. 일부 예에서, SLM 이미지의 각각의 픽셀의 밝기는 단지 2개의 가능한 값 - 온 또는 오프를 가질 수 있다. 다른 예들에서, SLM 이미지의 각각의 픽셀의 밝기는 예를 들어, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 또는 더 많은 가능한 값들의 그레이스케일에 속할 수 있고, 더 큰 값들은 더 밝은 픽셀들을 나타내고 더 작은 값들은 더 어두운 픽셀들을 나타낸다.
단계 (950) 에서, 방법 (900) 은 SLM 이미지를 조정 가능한 빔 전달 시스템으로 전송하는 단계를 포함한다.
단계 (960) 에서, 방법 (900) 은 빌드 평면 내의 포지션이 선택된 2D 슬라이스 내의 선택된 슬라이스 영역의 포지션에 대응하는 빌드 평면의 선택된 빌드 영역 상으로 SLM 이미지를 지향시키도록 조정가능 빔 전달 시스템에 명령하는 단계를 포함한다. 프로젝트된 이미지는 광경화성 수지 또는 액체를 포함하는 빌드 평면에서 초점이 맞춰져서, 화학선 광이 재료 내에 특정 형상 또는 패턴을 형성한다. 이는 SLM 이미지를 이 위치에서 감광성 액체 수지 내로 노출시켜, SLM 이미지가 밝은 곳에서 수지의 부분들을 고화시키고, SLM 이미지가 어두운 곳에서 액체 수지의 부분들을 변경하지 않고 남길 것이다. 더 밝은 픽셀은 수지의 더 큰 노출을 초래할 것이고, 따라서 빌드 평면 내의 그 특정 복셀에서 더 많은 가교결합을 초래할 것이다. 더 큰 가교결합은 고화된 수지의 더 조밀한 및/또는 더 단단한 복셀과 연관될 수 있는 반면, 더 적은 가교결합은 고화된 수지의 더 조밀한 및/또는 더 유연한 복셀과 연관될 수 있다. 가교결합이 완료되거나, 적어도 노출된 영역 내의 패턴이 그 무결성을 유지하기에 충분할 때, 실행은 단계 (970)로 진행한다.
단계 (970) 에서, 방법 (900) 은 선택된 슬라이스 내의 다음 슬라이스 영역을 선택하는 단계를 포함한다. 그 후, 실행은 단계 (940) 로 리턴한다. 그러나, 현재 슬라이스의 모든 슬라이스 영역들이 빌드 평면 상에 이미징되었다면, 다음 슬라이스 영역이 없고, 실행은 단계 (980) 로 진행한다.
단계 (980) 에서, 방법 (900) 은 수지 배스 내에서 엘리베이터 플랫폼을 하강시키는 단계를 포함한다. 엘리베이터 플랫폼 및 수지 배스는 예를 들어 도 6 에 도시되어 있다. 승강기 플랫폼을 하강시키는 것은 또한 현재 슬라이스를 수지 배스의 더 깊은 레벨로 낮추고, 새로운 수지가 빌드 평면 내로 플로우할 수 있게 한다. 일부 경우에, 엘리베이터 플랫폼은 현재 슬라이스의 두께와 동일한 Z 거리만큼 낮아진다. 종종 "덩킹(dunking)"으로 지칭되는 다른 예들에서, 엘리베이터 플랫폼은 더 많은 양만큼 하강되고, 이어서 현재 슬라이스의 두께와 동일한 Z-거리로 상승된다. 덩킹은 부산물들을 가교결합시킴으로써 오염되지 않은 깨끗한 수지가 빌드 평면 내로 유동할 수 있게 한다.
단계 (990) 에서, 방법 (900) 은 3D 모델에서 다음 슬라이스를 선택하는 단계를 포함한다. 그 후, 실행은 단계 (930) 로 리턴한다. 그러나, 3D 모델 내의 모든 슬라이스들이 이전에 선택되었다면, 다음 슬라이스는 존재하지 않고, 실행은 단계 (995) 로 진행한다.
단계 (995) 에서, 원하는 오브젝트 또는 제품의 제조가 완료된다. 즉, 위에서 정의된 레이어-바이-레이어 프로세스는 완성된 3D 오브젝트가 제조될 때까지 계속되었다.
방법 (900) 의 단계들은 도 9 에 도시된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고, 추가적인 단계들이 단계들 이전, 동안, 및 이후에 제공될 수 있고, 및/또는 설명된 단계들 중 일부는 다른 실시형태들에서 대체되거나 제거될 수 있다는 것이 이해된다. 방법 (900) 의 단계들 중 하나 이상은 제어기 (170)(도 1 참조) 및/또는 프로세서 회로 (850)(도 8 참조) 의 컴포넌트들과 같은, 본 명세서에 설명된 하나 이상의 디바이스들 및/또는 시스템들에 의해 수행될 수 있다.
도 10 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 포커스 캘리브레이션 방법 (1000) 의 플로우 다이어그램을 도시한다.
단계 (1005) 에서, 방법 (1000) 은 프린트 평면에 레퍼런스 타겟을 배치하는 단계를 포함한다. 레퍼런스 타겟은 예를 들어 원하는 위치에서 OCLAuSL 시스템에 의해 생성된 발광, 형광 또는 반사성 피처 또는 테스트 타겟일 수 있다.
단계 (1010) 에서, 방법 (1000) 은 광학 이미징 시스템을 레퍼런스 타겟에 조준하는 단계를 포함한다.
단계 (1020) 에서, 방법 (1000) 은 광학 이미징 시스템을 사용하여 레퍼런스 타겟의 이미지를 캡처하는 단계를 포함한다.
단계 (1030) 에서, 방법 (1000) 은 레퍼런스 타겟의 포커스를 분석하는 단계를 포함한다. 프로젝트된 이미지 빔이 빌드 평면에서 적절히 포커싱되면, 레퍼런스 타겟의 복셀들은 형상이 대략적으로 직사각형일 수 있고, 잘 정의된 에지들을 가지며, OCLAuSL 시스템의 현재 구성의 해상도 및 예상된 최소 피처 사이즈에 기초하여 특정한 예상된 사이즈를 가질 수 있다. 반대로, 프로젝트된 이미지 빔이 빌드 평면에서 포커싱되지 않으면, 레퍼런스 타겟의 복셀들은 형상이 더 원형이거나 원통형일 수 있으며, 불량하게 정의된 에지들을 갖고 예상된 최소 피처 사이즈보다 큰 사이즈를 갖는다.
단계 (1040) 에서, 방법 (1000) 은 프로젝트된 이미지 빔이 레퍼런스 타겟의 위치에 적절하게 포커싱되는 것을 보장하기 위해 광학 시스템, SLM 시스템, 및/또는 빔 전달 시스템의 빔 포커스 전달 파라미터들을 조정하는 단계를 포함한다.
단계 (1050) 에서, 시스템은 이것이 마지막 레퍼런스 타겟인지의 여부를 알기 위해 체크한다. 아니오이면, 실행은 단계 (1060) 로 진행한다. 예이면, 실행은 단계 (1070) 로 진행한다.
단계 (1060) 에서, 방법은 다음 레퍼런스 타겟을 선택하는 단계를 포함한다. 그 후, 실행은 단계 (1010) 로 리턴한다.
단계 (1070) 에서, 포커스 캘리브레이션 방법 (1070) 이 완료된다.
방법 (1000) 의 단계들은 도 10 에 도시된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고, 추가적인 단계들이 단계들 이전, 동안, 및 이후에 제공될 수 있고, 및/또는 설명된 단계들 중 일부는 다른 실시형태들에서 대체되거나 제거될 수 있다는 것이 이해된다. 방법 (1000) 의 단계들 중 하나 이상은 제어기 (170)(도 1 참조) 및/또는 프로세서 회로 (850)(도 8 참조) 의 컴포넌트들과 같은, 본 명세서에 설명된 하나 이상의 디바이스들 및/또는 시스템들에 의해 수행될 수 있다.
도 11 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 포커스 캘리브레이션 방법 (1100) 의 플로우 다이어그램을 도시한다.
단계 (1110) 에서, 방법은 OCLAuSL 시스템의 광학 시스템, SLM 시스템, 및 빔 전달 시스템을 사용하여 빌드 평면 상에 테스트 패턴을 프로젝트하는 단계를 포함한다. 테스트 패턴은 예를 들어 알려진 사이즈 및 형상의 피처들을 포함할 수 있다.
단계 (1120) 에서, 방법 (1100) 은 광학 이미징 시스템으로, 프로젝트된 테스트 패턴의 적어도 일부를 포함하는 빌드 평면의 이미지를 캡처하는 단계를 포함한다.
단계 (1130) 에서, 방법 (1100) 은 OCLAuSL 시스템에 의해 프로젝트된 테스트 패턴의 초점을 선명하게 하기 위해 빔 전달 포커스 파라미터들을 조정하는 단계를 포함한다. 구현에 따라, 이러한 포커싱 절차는 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다. 프로젝트된 이미지 빔이 빌드 평면에서 적절히 포커싱되면, 테스트 패턴의 복셀들은 형상이 대략적으로 직사각형일 수 있고, 잘 정의된 에지들을 가지며, OCLAuSL 시스템의 현재 구성의 해상도 및 예상된 최소 피처 사이즈에 기초하여 특정한 예상된 사이즈를 가질 수 있다. 반대로, 프로젝트된 이미지 빔이 빌드 평면에서 포커싱되지 않으면, 테스트 패턴의 복셀들은 형상이 더 원형이거나 원통형일 수 있으며, 불량하게 정의된 에지들을 갖고 예상된 최소 피처 사이즈보다 큰 사이즈를 갖는다. 일부 경우에, 최상의 포커스는 여전히 예리한 에지를 생성하지 않을 것이다. 이 경우, 예를 들어, 이미지의 최대 콘트라스트 또는 최대 표준 편차와 같은, "최상의 포커스"에 대한 다른 메트릭이 사용될 수 있다. 조정될 수 있는 투영된 이미지 빔의 초점 파라미터는 예를 들어 (조리개를 좁히거나 넓히는 것에 의해 조정되는) 피사계 심도; (최대 선명도(sharpness)를 결정하는 데 도움이 되고 개구 사이즈를 변경하는 것에 의해 조정됨) 개구수; (하나 이상의 광학 요소를 이동시키는 것에 의해 조정되는) Z를 따른 초점 평면 위치; 또는 (광학 축을 멤브레인 또는 수지 표면에 대해 틸팅함으로써 조정되거나, 또는 DMD 또는 다른 공간 광 변조기를 틸팅하는 것에 의해 조정되는) 초점 평면 기울기를 포함한다.
단계 (1140) 에서, 방법 (1100) 은 이전 이미지에 대한 비교를 위하여, 광학 이미징 시스템으로, 프로젝트된 테스트 패턴의 적어도 일부를 포함하는 빌드 평면의 제 2 이미지를 캡처하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 이들 이미지들은 이산 간격들보다는 연속적으로 취해진다.
단계 (1150) 에서, 방법 (1100) 은 OCLAuSL 시스템에 의해 프로젝트된 테스트 패턴의 포커스가 광학 이미징 시스템에 의해 관찰되는 바와 같이 빌드 평면 상에 최적으로 (또는 적어도 허용가능하게) 포커싱되는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 아니오이면, 실행은 단계 (1130) 로 리턴한다. 예이면, 실행은 단계 (1160) 로 진행한다.
단계 (1160) 에서, 방법 (1100) 은 완료되고, OCLAuSL 빔의 프로젝트된 이미지 빔은 빌드 평면 상에 적절히 포커싱되는 것으로 간주된다.
방법 (1100) 의 단계들은 도 11 에 도시된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고, 추가적인 단계들이 단계들 이전, 동안, 및 이후에 제공될 수 있고, 및/또는 설명된 단계들 중 일부는 다른 실시형태들에서 대체되거나 제거될 수 있다는 것이 이해된다. 방법 (1100) 의 단계들 중 하나 이상은 제어기 (170)(도 1 참조) 및/또는 프로세서 회로 (850)(도 8 참조) 의 컴포넌트들과 같은, 본 명세서에 설명된 하나 이상의 디바이스들 및/또는 시스템들에 의해 수행될 수 있다.
방법의 정확한 세부사항들은 구현하기 위해 사용되는 하드웨어와 함께 변경될 수도 있다. 일부 실시형태들은 조명이 중합화를 야기하지 않도록, 낮은 총 방사조도 (total irradiance) 를 사용하는 투사 조명을 사용하여 포커싱하는 것을 포함한다. 다른 실시형태들은 SLM을 통해 또한 프로젝트되는 다른 컬러의 조명을 사용하여 포커싱하는 것을 포함한다. 예를 들어, 미러가 "오프" 위치에 있을 때, 미러를 1차 중합화 조명과 상이한 각도로부터 조명함으로써 이러한 다른 컬러가 프로젝트될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 이 다른 컬러는, 예를 들어, 2개의 상이한 컬러들의 빔들을 조합하기 위해 빔 스플리터 또는 이색성 미러를 사용하여, 동일한 축을 따라 상이한 컬러로 조명함으로써 프로젝트될 수 있다. 또 다른 실시형태는 OCLAuSL 광학계를 통해 프로젝트된 스폿 또는 다른 형상 또는 패턴의 콘트라스트를 포커싱하는 것을 포함하며, 여기서 스폿 또는 다른 형상 또는 패턴은 수지가 중합되지 않도록 하는 스펙트럼을 갖는다. 렌즈로부터 표면까지의 정밀한 거리가 알려져 있으면, 포커스가 직접 측정 없이 최적화될 수 있다. 수지 또는 멤브레인 표면의 정확한 위치는 하나 이상의 접촉 또는 비접촉 센서들을 이용하여 측정될 수 있다. 또한, 거리는 프로젝트 옵틱스를 통해 또는 다른 방식으로 광대역 조명으로 조명하고, 수집된 파장들의 상대 강도들을 분석하는 것에 의해 결정될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발생할 수 있는 또 다른 변형이 가능하며, 본 발명의 범위 내에 속한다.
도 12 는 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 정렬 맵핑 캘리브레이션 방법 (1200) 의 플로우 다이어그램을 도시한다.
단계 (1210) 에서, 방법 (1200) 은 XY 스테이지를 OCLAuSL 시스템의 빌드 평면에 또는 그 근처에 배치하는 단계를 포함하고, 빌드 평면과 정렬된다. XY 스테이지는 주어진 평면 내에서 2개의 방향들로 정확한 이동들을 제공할 수 있어서, 스테이지의 임의의 부분의 X 및 Y 위치들이 정확하게 알려지고 평면 내에서 정확하게 변경될 수 있다.
단계 (1220) 에서, 방법 (1200) 은 레퍼런스 타겟의 상부 가시적 표면이 빌드 평면 내에 있고 그와 정렬되도록 레퍼런스 타겟을 XY 스테이지 상에 배치하는 단계를 포함한다. 레퍼런스 타겟은 예를 들어 알려진 피처 사이즈 및 위치들을 갖는 포토마스크일 수 있다.
단계 (1230) 에서, 방법 (1200) 은 XY 스테이지를 특정 테스트 포지션으로 이동시키는 단계를 포함한다.
단계 (1240) 에서, 방법 (1200) 은 XY 스테이지의 포지션과 정렬되도록 빔 전달 시스템을 재배향시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, OCLAuSL 시스템은 레퍼런스 타겟의 중심에 위치된 마커에서 단일 조명 픽셀을 조준할 수 있거나, 레퍼런스 타겟의 코너들에 또는 그 근처에 위치된 마커들에서 4개의 조명 픽셀들을 조준할 수 있거나, 마스크 자체 상에 마스크의 이미지를 프로젝트할 수 있어서, 프로젝트된 마스크의 임의의 오배치 또는 다른 오정렬이 XY 스테이지 상에 위치된 물리적 마스크에 대해 명확하게 보여질 수 있다.
단계 (1250) 에서, 방법은 광학 이미징 시스템을 사용하여 빌드 평면의 이미지를 캡처하는 단계를 포함한다. 이 이미지는, 예를 들어, 빌드 평면 내의 XY 스테이지 상에 위치된 레퍼런스 타겟(예를 들어, 포토마스크)뿐만 아니라 OCLAuSL 시스템에 의해 프로젝트된 임의의 조명된 픽셀들을 포함할 수 있다.
단계(1260)에서, 방법(1200)은 캡처된 이미지를 이용하여, XY 스테이지 상에 위치된 레퍼런스 마커 상의 마킹들의 알려진 위치들에 대해 OCLAuSL 시스템으로부터의 조명된 픽셀들의 정렬을 체크하는 단계를 포함한다. 조명된 픽셀들의 포지션들이 (허용가능한 엔지니어링 허용오차들 내에서) 레퍼런스 타겟 상의 레퍼런스 마크들의 위치들과 일치하면, 이미지 빔은 적절하게 정렬된 것으로 간주되고, 실행은 단계 (1280) 로 진행한다. 아니오이면, 실행은 단계 (1270) 로 진행한다.
단계 (1270) 에서, OCLAuSL 시스템은 OCLAuSL 시스템으로부터의 프로젝트된 픽셀들과 레퍼런스 타겟 상의 기준 마크들 사이의 임의의 관찰된 오정렬을 보상하기 위해 빔 전달 시스템의 XY 맵핑을 조정한다.
다른 실시형태에서, 광학 이미징 시스템은 XY 스테이지 자체에 포함된다. XY 스테이지는 일부 경우들에서 빌드 평면 위에 또는 아래에 배치될 수도 있고, 위에서 설명된 동일한 결과들을 달성하기 위해 OCLAuSL 시스템에 의해 빌드 평면 상에 프로젝트된 마스크를 이미징할 수도 있다. 따라서, 본 방법은 갈바노미터 미러에 전송된 위치 명령을 프로젝트 및 이미지의 위치에 맵핑하기 위해 카메라가 그 위에 있는 XY 스테이지를 사용하는 갈바노미터 미러 맵핑을 사용하고, 예를 들어, 공지된 치수의 특징을 갖는 포토마스크 및 동축 광학기를 사용하여 XY 스테이지 자체를 맵핑하는 것을 사용한다. 이 구성에서, 갈바노미터 미러는 하나의 포지션으로 유지된다. 마스크는 스테이지 상에 배치되고 카메라 아래에서 병진운동된다. 동일한 효과를 달성하기 위해 다른 배열도 가능하며, 본 출원의 범위 내에 속한다. 예를 들어, 구현에 따라, XY 스테이지는 XZ 스테이지, YZ 스테이지, XYZ 스테이지, 또는 다른 이동가능한 스테이지로 대체될 수도 있다.
방법 (1200) 의 단계들은 도 12 에 도시된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고, 추가적인 단계들이 단계들 이전, 동안, 및 이후에 제공될 수 있고, 및/또는 설명된 단계들 중 일부는 다른 실시형태들에서 대체되거나 제거될 수 있다는 것이 이해된다. 방법 (1200) 의 단계들 중 하나 이상은 제어기 (170)(도 1 참조) 및/또는 프로세서 회로 (850)(도 8 참조) 의 컴포넌트들과 같은, 본 명세서에 설명된 하나 이상의 디바이스들 및/또는 시스템들에 의해 수행될 수 있다.
도 13 은 본 개시의 적어도 하나의 실시형태에 따른 일 예의 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 (OCLAuSL) 포커스 캘리브레이션 방법 (1300) 의 플로우 다이어그램을 도시한다.
단계 (1310) 에서, 방법 (1300) 은 빌드 평면에 균일한 반사성의 레퍼런스 타겟을 배치하는 단계를 포함한다. 레퍼런스 타겟은 예를 들어 전체 빌드 평면 또는 빌드 평면의 특정 빌드 영역을 덮을 수 있거나, 빌드 영역보다 작을 수 있다.
단계 (1320) 에서, 방법 (1300) 은 균일한 밝기 빔으로 레퍼런스 타겟을 조명하는 단계를 포함한다. 균일한 밝기 빔은 예를 들어, 모든 픽셀이 그레이스케일 범위의 중간으로 설정되는 SLM으로부터 이미지를 전송함으로써 생성될 수 있다.
단계 (1330) 에서, 방법 (1300) 은 레퍼런스 타겟의 적어도 일부가 이미지에 포함되도록 광학 이미징 시스템으로 빌드 평면의 이미지를 캡처하는 단계를 포함한다.
단계 (1340) 에서, 방법 (1300) 은 밝기가 밝은 또는 어두운 픽셀들, 예를 들어, 균일한 반사성 타겟을 조명하는 균일한 밝기 빔에 대해 예상된 레벨로부터 벗어나는 픽셀들에 대해 캡처된 이미지를 검사하는 단계를 포함한다. 그러한 밝은 또는 어두운 스폿들이 발견되면, 실행은 단계 (1350) 로 진행한다. 아니오이면, 실행은 단계 (1360) 로 진행한다.
단계 (1350) 에서, 방법 (1300) 은, 예를 들어, 그레이스케일 범위의 중간으로 디폴트하는 대신에, 중간보다 더 높거나 더 낮은 설정된 수의 증분으로 디폴트하도록, 영향받은 픽셀들의 그레이스케일 바이어스를 조정하는 단계를 포함한다. 따라서, 그 픽셀로부터 명령된 임의의 특정 밝기는 바이어스에 의해 오프셋될 것이고, 따라서 (예를 들어) 제어기가 균일한 밝기의 빔을 명령하면, 바이어스된 픽셀들은 면내에서 이미지 내의 다른 픽셀들과 동일한 밝기를 전달할 것이고, 따라서 빔에 걸친 각각의 픽셀의 밝기는 대략 동일할 것이다. 그 후, 실행은 단계 (1320) 로 리턴한다.
단계 (1360) 에서, 방법 (1300) 은 완료되고, OCLAuSL 시스템의 밝기는 적절히 계산되는 것으로 가정된다.
일부 실시형태들에서, 타겟의 반사율 및/또는 프로젝트된 이미지 빔의 밝기는 각각의 프로젝트된 및/또는 반사된 픽셀의 예상 밝기가 알려져 있는 한 균일하지 않을 수 있다. 방법 (1300) 의 단계들은 도 13 에 도시된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고, 추가적인 단계들이 단계들 이전, 동안, 및 이후에 제공될 수 있고, 및/또는 설명된 단계들 중 일부는 다른 실시형태들에서 대체되거나 제거될 수 있다는 것이 이해된다. 방법 (1200) 의 단계들 중 하나 이상은 제어기 (170)(도 1 참조) 및/또는 프로세서 회로 (850)(도 8 참조) 의 컴포넌트들과 같은, 본 명세서에 설명된 하나 이상의 디바이스들 및/또는 시스템들에 의해 수행될 수 있다.
본 명세서의 교시 내용을 숙지한 후에 당업자에 의해 용이하게 인식되는 바와 같이, 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 시스템은 유리하게는 마이크로스코픽 피처 (예를 들어, 사이즈가 수십 마이크로미터 이하) 를 갖는 큰 오브젝트 (예를 들어, 사이즈가 수백 밀리미터 이상) 의 신속하고, 신뢰성있고, 반복가능한 제조를 허용하고, 검출가능한 시임이 적거나 없고, 픽셀화가 인간의 눈에 의해 인식되기에는 너무 미세한 스케일에서 발생한다. 따라서, 광학적으로 캘리브레이션된 대면적 마이크로스테레오리소그래피 시스템은 전체 빌드 평면에 걸쳐 복셀의 일관된 사이즈 및 경화 레벨을 보장하기 위해, 그러나 크거나 작을 수 있는, 프로젝트된 이미지 및 이미지를 생성하는 광학체를 캘리브레이션하기 위한 수단을 제공함으로써, 당업계의 요구를 충족한다는 것을 알 수 있다.
다수의 변형들이 위에서 설명된 예들 및 실시형태들에 대해 가능하다. 예를 들어, 빌드 평면 및/또는 수지 배스는 본 명세서에 도시된 것보다 크거나 작을 수 있다. 해상도는 본 명세서에서 논의된 것보다 더 클 수 있고(또는 복셀 사이즈는 더 작을 수 있고), 일반적인 회절 한계들에 의해서만 제한된다. 반대로, 본 명세서에서 논의된 기술들은 산업-규모 컴포넌트들의 생산을 위해, 매우 큰 구축 볼륨 및/또는 복셀 사이즈를 갖는 시스템들에 동등하게 적용될 수 있다. 수지 배스의 조성, 및 수지를 가교결합시킬 수 있는 상응하는 화학 파장은 본원에 개시된 것과 상이할 수 있다. 경화된 수지는 적외선, 가시광 또는 자외선에 대해 투명할 수 있거나, 반투명 또는 불투명할 수 있거나, 또는 이들의 조합일 수 있다. 수지는 인간의 눈으로 인지할 수 없는 컬러를 포함하여, 완성된 부품에 임의의 원하는 컬러 또는 컬러들의 조합을 부여하기 위한 염료 분자 또는 염료 입자(형광 분자 또는 입자를 포함함)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명된 기술은 의약, 예술, 과학, 제조, 농업, 자동차, 항공 우주 및 가전 제품을 포함하지만 이에 제한되지 않는 거의 모든 산업을 위한 프로토타입 또는 완제품 (예를 들어, 도구, 하우징, 모델 또는 컴포넌트) 을 제조하는 데 사용될 수 있다. 비제한적인 예는 치관 및 임플란트, 생물학적 스캐폴드, 이식 가능한 조직 및 기관, 수퍼커패시터, 및 식품을 포함한다.
본 명세서에 설명된 기술의 실시형태들을 구성하는 논리 동작들은 동작들, 단계들, 오브젝트들, 요소들, 컴포넌트들, 또는 모듈들로 다양하게 지칭된다. 또한, 달리 명시적으로 청구되거나 특정 순서가 청구 언어에 의해 본질적으로 필요한 경우가 아니라면, 이들은 임의의 순서로 발생하거나 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
모든 방향 참조들, 예를 들어, 상, 하, 내측, 외측, 상향, 하향, 좌측, 우측, 측방향, 전방, 후방, 상부, 하부, 위, 아래, 수직, 수평, 시계 방향, 시계 반대 방향, 근위 및 원위는 청구된 청구물들에 대한 독자의 이해를 돕기 위한 식별 목적으로만 사용되며, 특히 광학적으로 캘리브레이션되는 마이크로스테레오리소그래피의 포지션, 배향 또는 사용에 관한 제한을 생성하지 않는다. 연결 참조들, 예를 들어, 부착됨, 커플링됨, 접속됨 및 결합됨은 광범위하게 해석되어야 하며, 엘리먼트들의 집합과 엘리먼트들 간의 상대적 이동 사이에 중간 부재를 포함할 수도 있다. 따라서, 접속 참조들은 2 개의 엘리먼트들이 직접 연결되고 서로 고 된 관계에 있다고 반드시 암시하는 것은 아니다. 용어 "또는"은 "배타적 또는"이 아닌 "및/또는"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. "포함하는"이라는 단어는 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 청구항들에서 달리 명시되지 않는 한, 언급된 값들은 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다.
위의 명세서, 실시예들 및 데이터는 청구항에 정의된 바와 같은 광학적으로 보정된 마이크로스테레오리소그래피 시스템의 예시적인 실시형태의 구조 및 사용에 대한 완전한 설명을 제공한다. 청구된 청구물의 다양한 실시형태들이 어느 정도 또는 하나 이상의 개별적인 실시형태들을 참조하여 상세하게 위에서 설명되었지만, 당업자는 청구된 청구물들의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 개시된 실시형태들에 대해 수많은 변경들을 수행할 수 있게 된다.
또 다른 실시형태들이 고려된다. 위에 설명에 포함되거나 첨부된 도면에 도시된 모든 사항은 단지 특정 실시형태들의 예시에 불과하며, 제한이 아닌 것으로 해석되어야 하는 것이 의도된다. 다음의 청구항들에서 정의된 바와 같이 청구물의 기본 엘리먼트들로부터 벗어나지 않고 세부사항 또는 구조의 변경이 이루어질 수도 있다.
본 개시의 여러 실시형태들의 인용
실시형태 1: 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법은: 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면 내에 레퍼런스 타겟을 배치하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 광학 이미징 시스템으로, 레퍼런스 타겟의 이미지를 캡처하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 프로세서로, 캡처된 이미지에 기초하여 레퍼런스 타겟의 포커스 레벨을 분석하는 단계; 및 분석하는 것에 기초하여, 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계를 포함한다.
실시형태 2: 실시형태 1 의 방법에서, 레퍼런스 타겟의 포커스 레벨을 분석하는 단계는 사이즈, 형상, 에지 정세도 (definition), 컨트라스트, 표준 편차, 공간 주파수 스펙트럼, 또는 캡처된 이미지 내의 픽셀들의 상대 강도로부터 도출된 다른 메트릭을 분석하는 단계를 포함한다.
실시형태 3: 실시형태 1 또는 2 의 방법에서, 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계는 피사계 심도 (depth of field), 개구수 (numerical aperture), 선명도 (sharpness), 초점 평면 위치, 또는 초점 평면 기울기 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함한다.
실시형태 4: 실시형태 1-3 중 어느 것의 방법에서, 레퍼런스 타겟은 반사성이다.
실시형태 5: 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법은: 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔으로, 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면 (build plane) 상에 테스트 패턴을 프로젝트하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 광학 이미징 시스템으로, 테스트 패턴의 이미지를 캡처하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 프로세서로, 캡처된 이미지에 기초하여 테스트 패턴의 포커스 레벨을 분석하는 단계; 및 분석하는 것에 기초하여, 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계를 포함한다.
실시형태 6: 실시형태 5 의 방법으로서, 테스트 패턴의 포커스 레벨을 분석하는 단계는 사이즈, 형상, 에지 정세도 (definition), 컨트라스트, 표준 편차, 공간 주파수 스펙트럼, 또는 캡처된 이미지 내의 픽셀들의 상대 강도로부터 도출된 다른 메트릭을 분석하는 단계를 포함한다.
실시형태 7: 실시형태 5 또는 6 의 방법으로서, 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계는 피사계 심도 (depth of field), 개구수 (numerical aperture), 선명도 (sharpness), 초점 평면 위치, 또는 초점 평면 기울기 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함한다.
실시형태 8: 실시형태 5-7 중 어느 것의 방법에서, 프로젝트된 이미지 빔은 프로젝트된 이미지 빔이 빌드 평면에 포지셔닝된 감광성 수지의 중합화를 야기하지 않도록 선택된 파장, 방사조도 및 노출 시간을 포함한다.
실시형태 9: 실시형태 5-8 중 어느 것의 방법에서, 테스트 패턴은 스폿이다.
실시형태 10: 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법은: 이동가능 스테이지를 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면에 근접하게 배치하는 단계; 레퍼런스 타겟의 가시적 표면이 빌드 평면 내에 있고 빌드 평면과 정렬되도록 레퍼런스 타겟을 이동가능 스테이지 상에 배치하는 단계로서, 레퍼런스 타겟은 마킹들을 포함하는, 레퍼런스 타겟을 배치하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔으로, 조명된 픽셀들을 빌드 평면 상에 프로젝트하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 광학 이미징 시스템으로, 조명된 픽셀들 및 마킹들의 이미지를 캡처하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 프로세서로, 조명된 픽셀들 및 마킹들의 상대 포지션들을 분석하는 단계; 및 분석하는 것에 기초하여, 프로젝트된 이미지 빔의 정렬 특성을 조정하는 단계를 포함한다.
실시형태 11: 실시형태 10 의 방법에서, 레퍼런스 타겟은 포토마스크이다.
실시형태 12: 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법은: 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면 내에 레퍼런스 타겟을 배치하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔으로, 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면 (build plane) 상에 알려진 강도의 픽셀들을 프로젝트하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 광학 이미징 시스템으로, 픽셀들의 이미지를 캡처하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 프로세서로, 이미지 내의 픽셀들의 밝기를 분석하는 단계; 및 분석하는 것에 기초하여, 프로젝트된 이미지 빔의 그레이스케일 바이어스 특성을 조정하는 단계를 포함한다.
실시형태 13: 실시형태 12 의 방법으로서, 레퍼런스 타겟은 반사성이다.
실시형태 14: 실시형태 12 또는 13 의 방법으로서, 레퍼런스 타겟은 발광성 또는 형광성이다.
실시형태 15: 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법은: 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔으로, 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면에 레퍼런스 타겟을 생성하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 광학 이미징 시스템에 의해, 레퍼런스 타겟의 이미지를 캡처하는 단계; 스테레오리소그래피 시스템의 프로세서로, 캡처된 이미지에 기초하여 레퍼런스 타겟의 포커스 레벨을 분석하는 단계; 및 분석하는 것에 기초하여, 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계를 포함한다.
실시형태 16: 실시형태 15 의 방법으로서, 레퍼런스 타겟의 포커스 레벨을 분석하는 단계는 사이즈, 형상, 에지 정세도 (definition), 컨트라스트, 표준 편차, 공간 주파수 스펙트럼, 또는 캡처된 이미지 내의 픽셀들의 상대 강도로부터 도출된 다른 메트릭을 분석하는 단계를 포함한다.
실시형태 17: 실시형태 15 또는 16 의 방법으로서, 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계는 피사계 심도 (depth of field), 개구수 (numerical aperture), 선명도 (sharpness), 초점 평면 위치, 또는 초점 평면 기울기 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함한다.
실시형태 18: 실시형태 1-17 중 어느 것의 방법에서, 광학 이미징 시스템은 빌드 평면과 정렬되는 이동가능 스테이지 평면 상에 포지셔닝된 카메라를 포함한다.

Claims (20)

  1. 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법으로서,
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면 내에 레퍼런스 타겟을 배치하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 광학 이미징 시스템으로, 상기 레퍼런스 타겟의 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 프로세서로, 캡처된 상기 이미지에 기초하여 상기 레퍼런스 타겟의 포커스 레벨을 분석하는 단계; 및
    상기 분석하는 단계에 기초하여, 상기 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 타겟의 포커스 레벨을 분석하는 단계는 사이즈, 형상, 에지 정세도 (definition), 컨트라스트, 표준 편차, 공간 주파수 스펙트럼, 또는 캡처된 이미지 내의 픽셀들의 상대 강도로부터 도출된 다른 메트릭을 분석하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계는 피사계 심도 (depth of field), 개구수 (numerical aperture), 선명도 (sharpness), 초점 평면 위치, 또는 초점 평면 기울기 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 타겟은 반사성인, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 이미징 시스템은 상기 빌드 평면과 정렬되는 이동가능 스테이지 평면 상에 포지셔닝된 카메라를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  6. 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법으로서,
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔으로, 상기 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면 (build plane) 상에 테스트 패턴을 프로젝트하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 광학 이미징 시스템으로, 상기 테스트 패턴의 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 프로세서로, 캡처된 상기 이미지에 기초하여 테스트 패턴의 포커스 레벨을 분석하는 단계; 및
    상기 분석하는 단계에 기초하여, 상기 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴의 포커스 레벨을 분석하는 단계는 사이즈, 형상, 에지 정세도 (definition), 컨트라스트, 표준 편차, 공간 주파수 스펙트럼, 또는 캡처된 이미지 내의 픽셀들의 상대 강도로부터 도출된 다른 메트릭을 분석하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계는 피사계 심도 (depth of field), 개구수 (numerical aperture), 선명도 (sharpness), 초점 평면 위치, 또는 초점 평면 기울기 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로젝트된 이미지 빔은 상기 프로젝트된 이미지 빔이 빌드 평면에 포지셔닝된 감광성 수지의 중합화를 야기하지 않도록 선택된 파장, 방사조도 및 노출 시간을 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴은 스폿인, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학 이미징 시스템은 상기 빌드 평면과 정렬되는 이동가능 스테이지 평면 상에 포지셔닝된 카메라를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  12. 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법으로서,
    이동가능 스테이지를 상기 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면에 근접하게 배치하는 단계;
    레퍼런스 타겟의 가시적 표면이 상기 빌드 평면 내에 있고 상기 빌드 평면과 정렬되도록 상기 레퍼런스 타겟을 상기 이동가능 스테이지 상에 배치하는 단계로서, 상기 레퍼런스 타겟은 마킹들을 포함하는, 상기 레퍼런스 타겟을 배치하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔으로, 조명된 픽셀들을 상기 빌드 평면 상에 프로젝트하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 광학 이미징 시스템으로, 상기 조명된 픽셀들 및 상기 마킹들의 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 프로세서로, 상기 조명된 픽셀들 및 상기 마킹들의 상대 포지션들을 분석하는 단계; 및
    상기 분석하는 단계에 기초하여, 상기 프로젝트된 이미지 빔의 정렬 특성을 조정하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 타겟은 포토마스크인, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  14. 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법으로서,
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면 내에 레퍼런스 타겟을 배치하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔으로, 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면 상에 알려진 강도의 픽셀들을 프로젝트하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 광학 이미징 시스템으로, 상기 픽셀들의 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 프로세서로, 상기 이미지 내의 상기 픽셀들의 밝기를 분석하는 단계; 및
    상기 분석하는 단계에 기초하여, 상기 프로젝트된 이미지 빔의 그레이스케일 바이어스 특성을 조정하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 타겟은 반사성인, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 타겟은 발광 또는 형광인, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  17. 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법으로서,
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 프로젝트된 이미지 빔으로, 상기 스테레오리소그래피 시스템의 빌드 평면에 레퍼런스 타겟을 생성하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 광학 이미징 시스템으로, 상기 레퍼런스 타겟의 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 스테레오리소그래피 시스템의 프로세서로, 캡처된 상기 이미지에 기초하여 상기 레퍼런스 타겟의 포커스 레벨을 분석하는 단계; 및
    상기 분석하는 단계에 기초하여, 상기 스테레오리소그래피 시스템의 상기 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 타겟의 포커스 레벨을 분석하는 단계는 사이즈, 형상, 에지 정세도 (definition), 컨트라스트, 표준 편차, 공간 주파수 스펙트럼, 또는 캡처된 이미지 내의 픽셀들의 상대 강도로부터 도출된 다른 메트릭을 분석하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로젝트된 이미지 빔의 포커스 특성을 조정하는 단계는 피사계 심도 (depth of field), 개구수 (numerical aperture), 선명도 (sharpness), 초점 평면 위치, 또는 초점 평면 기울기 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 광학 이미징 시스템은 상기 빌드 평면과 정렬되는 이동가능 스테이지 평면 상에 포지셔닝된 카메라를 포함하는, 스테레오리소그래피 시스템을 캘리브레이션하기 위한 방법.
KR1020237039856A 2021-04-26 2022-04-25 스테레오리소그래피 시스템의 캘리브레이션의 방법들 KR20240004560A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163179876P 2021-04-26 2021-04-26
US63/179,876 2021-04-26
PCT/US2022/026196 WO2022232058A1 (en) 2021-04-26 2022-04-25 Methods of calibration of a stereolithography system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240004560A true KR20240004560A (ko) 2024-01-11

Family

ID=83693768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237039856A KR20240004560A (ko) 2021-04-26 2022-04-25 스테레오리소그래피 시스템의 캘리브레이션의 방법들

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20220339883A1 (ko)
EP (1) EP4330018A1 (ko)
KR (1) KR20240004560A (ko)
CN (1) CN117222514A (ko)
AU (1) AU2022264758A1 (ko)
CA (1) CA3215376A1 (ko)
IL (1) IL307785A (ko)
WO (1) WO2022232058A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7288489B2 (ja) * 2021-10-04 2023-06-07 株式会社ソディック 積層造形装置及び積層造形物の製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004223792A (ja) * 2003-01-21 2004-08-12 Seiko Instruments Inc 焦点位置確認機能を備えたマイクロ光造形装置
US8157434B2 (en) * 2007-01-19 2012-04-17 Fluidigm Corporation High efficiency and high precision microfluidic devices and methods
US20110033887A1 (en) * 2007-09-24 2011-02-10 Fang Nicholas X Three-Dimensional Microfabricated Bioreactors with Embedded Capillary Network
US8613716B2 (en) * 2008-11-09 2013-12-24 3D Systems, Inc. Custom braces, casts and devices having limited flexibility and methods for designing and fabricating
GB201317974D0 (en) * 2013-09-19 2013-11-27 Materialise Nv System and method for calibrating a laser scanning system
CN108463838A (zh) * 2015-11-16 2018-08-28 物化股份有限公司 增材制造过程中的差错检测
CN108463300A (zh) * 2015-11-16 2018-08-28 瑞尼斯豪公司 用于增材制造设备和方法的模块
US10611093B2 (en) * 2018-01-09 2020-04-07 Formlabs, Inc. Optical sensing techniques for calibration of an additive fabrication device and related systems and methods
EP3708369B1 (en) * 2019-03-11 2023-03-22 DENTSPLY SIRONA Inc. Stereolithography apparatus having a detection unit for optical adjustment and image modification

Also Published As

Publication number Publication date
EP4330018A1 (en) 2024-03-06
AU2022264758A1 (en) 2023-10-12
CN117222514A (zh) 2023-12-12
IL307785A (en) 2023-12-01
CA3215376A1 (en) 2022-11-03
US20220339883A1 (en) 2022-10-27
WO2022232058A1 (en) 2022-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4937044B2 (ja) １層ずつ三次元物体を成形する方法
US7088432B2 (en) Dynamic mask projection stereo micro lithography
CN110509546B (zh) 一种利用多波长紫外投影的可编程4d打印方法
US20220168960A1 (en) Method of 3d printing shapes defined by surface equations
CN113334767B (zh) 3d打印方法、设备、数据处理方法、系统及存储介质
US11820079B2 (en) Stereolithography apparatus having a detection unit for optical adjustment and image modification
CN113508023A (zh) 用于超高吞吐量增材制造的系统、方法及材料
EP3560712B1 (en) Three-dimensional printing system
US20220339883A1 (en) Methods of calibration of a stereolithography system
EP3970882A1 (en) Calibrating beam generation systems and imaging systems for additive manufacturing
Suryatal et al. Fabrication of medium scale 3D components using a stereolithography system for rapid prototyping
Lehtinen Projection microstereolithography equipment
CN113119459B (zh) 3d打印设备的标定系统、方法及3d打印设备
Pan et al. Dynamic resolution control in a laser projection-based stereolithography system
US20220339882A1 (en) Systems and methods for performing optically calibrated large-area microstereolithography
US20220339858A1 (en) Systems and methods for layer leveling in large-area microstereolithography
CN113059796A (zh) 3d打印设备的标定机构、方法、系统及存储介质
JP2004155156A (ja) ３次元造形装置および３次元造形方法
Jakkinapalli et al. Femtosecond 3D photolithography through a digital micromirror device and a microlens array
CN114228153B (zh) 双激光头标定方法
Zulfiqar Process modeling for projection based stereo lithography
JPH09141749A (ja) 立体像の造形方法及びその装置
Baskar Design and Fabrication of Simple Microstructures for Biomedical Applications Using Two-Photon Femtosecond 3D Light Field Lithography
Syvänen et al. The Effect of Filters on the Accuracy of Stereolithography
Dagli Dynamic resolution control in a laser projection based stereolithography system