RU2540585C2

RU2540585C2 - Осветительная система для применения в стереолитографическом устройстве

Info

Publication number: RU2540585C2
Application number: RU2011135992/05A
Authority: RU
Inventors: Марк Герман Элсе ВАС; Герман Хендрикус МАЛДЕРИНК; Адрианус Йоханнес Петрус Мариа ВЕРМЕР; Якобус Хюбертус Теодор ЯМАР; Антониус Хюбертус Йоаннес Герардус ЛОММЕН; Андрис РЕЙФЕРС
Original assignee: Недерландсе Органисати Вор Тугепастнатюрветенсхаппелейк Ондерзук Тно
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2015-02-10
Also published as: EP2391498A1; US20120106150A1; CA2750587A1; CN102300698B; RU2011135992A; KR20110113739A; JP5555720B2; US8915620B2; EP2218571A1; CN102300698A; WO2010087708A1; ES2419704T3; EP2391498B1; BRPI1007004A2; CA2750587C; JP2012516539A

Abstract

Изобретение относится к области стереолитографии, а именно к осветительной системе для применения в стереолитографическом устройстве. Техническим результатом заявленного изобретения является разработка осветительной системы на основе СИДов, с возможностью использования совместно с оптической системой, имеющей большую числовую апертуру. Технический результат достигается осветительной системой, содержащей множество светоизлучающих диодов (СИДов). Причем каждый СИД имеет первую светоизлучающую поверхность и вторую поверхность, при этом одна из первой и второй поверхностей является плоской. Множество токопроводов, избирательно соединенных с соответствующими СИДами таким образом, что каждым СИДом можно управлять индивидуально. Выравнивающая поверхность, которая является плоской и находится в выравнивающем контакте с упомянутой плоской поверхностью каждого СИДа, так что в плоскости, параллельной выравнивающей поверхности, простирается двумерная матрица СИДов. При этом выравнивающая поверхность снабжена жестким несущим телом. Причем поверхность несущего тела снабжена пазами, которые ограничены промежуточными ребрами и в которых проложены токопроводы, а СИДы расположены на промежуточных ребрах, которые обеспечивают выравнивающую поверхность. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к области стереолитографии, а более конкретно - к осветительной системе для применения в стереолитографическом устройстве.

Стереолитография, также известная как стереоскопическая печать, представляет собой технологию быстрого макетирования, предназначенную для изготовления деталей с высокой точностью. В ее простом воплощении, стереолитография может предусматривать использование бака жидкой светоотверждаемой фотополимерной смолы и управляемого компьютером лазера ультрафиолетового диапазона (УФ-лазера) для отверждения смолы по одному слою за раз. Процесс конфигурирования является, по существу, циклическим. Для каждого слоя, который соответствует тонкому слою изготавливаемой детали, пятно лазерного луча отслеживает соответствующую структуру поперечного сечения на поверхности жидкой смолы. Воздействие лазерным светом лазера делает твердой отслеживаемую структуру и приклеивает ее к нижележащему слою. Сразу же после отверждения слоя изготавливаемую деталь - которая может находиться на платформе подъемника, погруженной в бак фотополимерной смолы, - можно опустить на толщину одного слоя таким образом, что ее верхний слой снова расположится как раз под поверхностью смолы, позволяя нарастить следующий слой. Эту последовательность этапов повторяют до тех пока, пока деталь не окажется готовой.

Вместо использования лазера, стереолитографическое устройство может быть оснащено осветительной системой, содержащей двумерные матрицы светоизлучающих диодов (СИДов) и линз для обеспечения избирательного освещения фотополимерной смолы. Осветительная система в целом может быть расположена с возможностью перемещения относительно места нахождения заготовки, а СИДы могут быть жестко соединены друг с другом и линзами. Линзы могут служить для отображения светоизлучающих поверхностей СИДов на поверхность фотополимерной смолы. В предпочтительном варианте, каждый СИД связан со своим собственным пятном изображения, так что матрица, содержащая некоторой количество СИДов, может создавать столько же пятен изображения. Во время изготовления, осветительную систему можно избирательно перемещать относительно бака, содержащего фотополимерную смолу, а отдельные СИДы можно избирательно включать и выключать, освещая поверхность смолы в соответствии со структурой поперечного сечения отверждаемого слоя. По сравнению с лазером, осветительная система, основанная на освещении СИДами, оказывается относительно недорогой. Кроме того, она дает такую же высокую точность при больших скоростях изготовления.

Обнаружилось, что экономичное производство надежной осветительной системы является проблематичным. Основной причиной этого является то, что осветительная система, выполненная с возможностью освещать фотополимерную смолу с достижением высокой точности, чтобы обеспечить получение даже очень мелких признаков (элементов) заготовки, должна быть выполнена с возможностью получения достаточно ярких пятен изображения с точно определенными размерами в точно определенных положениях. Требование достаточной яркости к оптимальной системе с большой числовой апертурой гарантирует, что оптическая система будет собирать больше света от СИДов. Однако большая числовая апертура может сопровождаться высокой чувствительностью размеров пятна изображения к точным положениям СИДов.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать экономично изготавливаемую осветительную систему на основе СИДов, конструкция которой обеспечивает ее использование совместно с оптической системой, имеющей большую числовую апертуру.

С этой целью, в изобретении предложена осветительная система, пригодная для применения в стереолитографическом устройстве, содержащая: множество светоизлучающих диодов (СИДов), причем каждый СИД имеет, по меньшей мере, первую светоизлучающую поверхность и вторую поверхность, причем, по меньшей мере, одна из первой и второй поверхностей является, по существу, плоской; множество токопроводов, избирательно соединенных с соответствующими СИДами таким образом, что каждым СИДом можно управлять индивидуально; и выравнивающую поверхность, при этом выравнивающая поверхность является, по существу, плоской и находится в выравнивающем контакте с упомянутой, по меньшей мере, одной, по существу, плоской поверхностью каждого СИДа, так что в плоскости, параллельной выравнивающей поверхности, простирается двумерная матрица СИДов.

Чтобы получить желаемую точность в направлении z, СИДы введены в выравнивающий контакт с, по существу, плоской выравнивающей поверхностью. Термин "по существу, плоская" означает поверхности, имеющие плоскостность поверхности, меньшую чем примерно 10 мкм, а предпочтительно - меньшую чем 5 мкм. Такая степень плоскостности поверхности может быть достигнута, например, посредством оптического полирования. Выравнивающую поверхность может обеспечить, например, механический носитель или несущее тело, либо многолинзовая матрица, как будет рассмотрено ниже. Отметим, что выравнивающая поверхность может быть составлена из многочисленных отдельных выравнивающих поверхностей, которые простираются в одной и той же плоскости. Таким образом, термин "выравнивающая поверхность" необязательно считать обозначающим единственную непрерывную поверхность. См., например, фиг. 2 и ее обсуждение ниже.

Чтобы получить достаточную позиционную точность в плоскости "x-y", т.е. в плоскости двумерной матрицы СИДов, или повысить позиционную точность в этой плоскости, осветительную систему, соответствующую изобретению, можно изготавливать с использованием разрезанных, но не упакованных СИДов: так называемых бескорпусных кристаллов. В основе этого лежит интуитивное понимание того, что обычные СИДы с поверхностным монтажом внедрены в корпус интегральной схемы (ИС), причем ее корпус, когда им манипулирует подъемно-транспортный робот, служит в качестве поверхности отсчета. Поскольку внешние размеры корпуса ИС могут явно превышать желаемый позиционный допуск для упакованных внутри СИДов, у робота может не оказаться возможности позиционировать с желаемой точностью СИДы с поверхностным монтажом. Вместе с тем, при отсутствии мешающего корпуса ИС, подъемно-транспортный робот может определить точное место нахождения бескорпусного кристалла и соответственно позиционировать его. По сравнению с примером использования монолитной матрицы разрезание подложки обеспечивает очень эффективное использование материала подложки и тем самым вносит вклад в экономичный процесс изготовления. Избавление от корпуса ИС также означает устранение термически изолирующего барьера между реальным СИДом и несущим телом, с которым термически связан этот СИД. Поэтому рабочую температуру СИДа можно сделать ниже, что выгодно для его срока службы и светоотдачи.

В соответствии с одним аспектом изобретения, выравнивающая поверхность снабжена, по существу, жестким несущим телом, которое содержит, по меньшей мере, первый слой, который обеспечивает выравнивающую поверхность и который содержит материал, имеющий теплопроводность, по меньшей мере, 150 Вт/(м·К).

Известно, что СИДы демонстрируют чувствительность светоотдачи к температуре и что из свойства фактически постоянно ухудшаются избыточной температурой. Чтобы способствовать продлению ожидаемого срока службы матрицы СИДов и - что одинаково важно - равномерности их светоотдачи, приходится принять меры, чтобы гарантировать, что СИДы не подвергаются избыточному и/или неравномерному нагреву. С этой целью, выравнивающая поверхность, с которой термически связаны СИДы, в предпочтительном варианте может содержать материал, имеющий высокую теплопроводность, например, превышающую 150 Вт/(м·К), такой как медь или алюминий. В некоторых вариантах осуществления, несущее тело может содержать несколько слоев. Несущее тело может, например, содержать основу из инвара, покрытую относительно тонким слоем меди, который обеспечивает выравнивающую поверхность. Слой меди, который обладает теплопроводностью, превышающей 150 Вт/(м·К), может контактировать со вторыми поверхностями СИДов и обеспечивать устранение нагрева СИДов. Слой меди будет рассеивать тепло, и передавать его основе из инвара, которая обладает меньшей теплопроводностью, но более благоприятным (т.е. меньшим) коэффициентом теплового расширения. Основа из инвара будет ограничивать изменения относительных положений СИДов из-за равномерного или неравномерного нагревания основы СИДами. Вообще говоря, любой слой такой основы предпочтительно имеет линейный коэффициент теплового расширения (т.е. незначительное увеличение длины на градус изменения температуры), составляющий 5·10^-6/K или менее.

В качестве альтернативы или дополнения к вариантам выбора материала отметим, что можно наделить, по существу, жесткое несущее тело конструктивными характеристиками, которые обеспечивают ему возможность подходящей передачи тепла. Например, несущее тело может быть снабжено одним или несколькими каналами охлаждения, по которым - при использовании - может циркулировать охлаждающая текучая среда, и/или охлаждающими ребрами, выполненными с возможностью рассеяния тепла, генерируемого СИДами.

Вышеупомянутые и другие признаки и преимущества изобретения станут совершенно ясными из нижеследующего подробного описания некоторых вариантов осуществления изобретения, приводимых со ссылками на прилагаемые чертежи, которые предназначены для иллюстрации изобретения, а не ограничения объема его притязаний.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлено схематическое сечение возможного фотолитографического устройства, в котором может быть применена осветительная система, соответствующая данному изобретению, и

фиг. 2-4 схематически иллюстрируют некоторые варианты осуществления осветительной системы, соответствующей данному изобретению.

На фиг. 5А и 5В показаны схематический вид сбоку и перспективное изображение дополнительного варианта осуществления.

На чертежах одинаковые позиции обозначают сходные элементы. Размеры, формы, относительные положения и углы элементов на чертежах не обязательно показаны в масштабе, и некоторые из этих элементов могут быть произвольно увеличены и расположены для повышения доходчивости чертежей. Кроме того, конкретные показанные формы элементов не следует считать несущими какую-либо информацию, касающуюся фактической формы конкретных элементов, т.е. они могут быть выбраны просто для простоты их узнавания на чертежах.

Подробное описание

Обратимся сначала к фиг. 1, где показано сечение на виде сбоку возможного стереолитографического устройства (СЛУ) 1, в котором можно воплотить осветительную систему, соответствующую данному изобретению. СЛУ 1 можно использовать для послойного изготовления материального объекта 2, такого как макет или модель изделия производства. СЛУ 1 содержит несущую плиту 4, резервуар 10 жидкости и осветительную систему 30.

Во время изготовления, материальный объект 2 свисает с несущей плиты 4, к которой приклеен первый конструктивный слой объекта 2 и косвенно - также любые последующие слои. Несущая плита 4 выполнена с возможностью перемещения в направлении 6 посредством механизма привода (не показан) и перемещается на толщину одного слоя вверх каждый раз, когда сконфигурирован новый слой.

Резервуар 10 жидкости наполнен жидкой светоотверждаемой смолой 14. Нижняя плита 12 резервуара 10 жидкости оптически прозрачна для света, излучаемого осветительной системой 30, которая будет описана ниже. Нижняя плита 12 также функционирует как конструкционный профиль, который ограничивает одну сторону слоя 16 жидкости, подлежащего (частично) отвержению. Должно быть ясно, что как только сконфигурировали слой и переместили несущую плиту 4 вверх на толщину одного слоя, пространство между последним сконфигурированным слоем и нижней плитой 12 заполняется смолой 14, вследствие чего и образуется упомянутый слой 16 жидкости.

СЛУ 1 также содержит осветительную систему 30, которая выполнена с возможностью избирательного освещения заранее определенной области слоя 16 жидкости. В результате этого освещения, можно получить твердый слой 18 материального объекта, причем упомянутый слой 18 имеет заранее определенную форму с рисунком прикладываемого освещения. Осветительная система 30 включает в себя матрицу 32 СИДов и формирующую изображение систему, которая содержит две многолинзовые матрицы 40, 42. В других вариантах осуществления, формирующая изображение система может содержать другое количество многолинзовых матриц, например всего одну, и/или другие элементы, в зависимости от желаемой конфигурации. При большой числовой апертуре, например числовой апертуре в диапазоне 0,3-0,8 или даже более 0,8, небольшие изменения в положении СИДа может оказывать усиленные влияния на размеры сопряженного с этим СИДом пятна изображения. В качестве примера, отметим следующее: пятна изображения, о которых идет речь, могут иметь диаметр порядка 100 мкм, вследствие чего можно достичь расстояний эффективного разнесения пятен порядка 50 мкм. Если бы СИД располагался в 10 мкм от своего идеального положения (в направлении, параллельном оптической оси оптической системы), то это отклонение могло бы вызвать увеличение диметра пятна изображения примерно на 30 мкм. Очевидно, что это значительная и фактически неприемлемая аберрация. Отклонения СИДов от своих идеальных положений в направлениях, перпендикулярных оптической оси оптической системы, могут быть и не увеличенными, а просто переходящими на изображение. И вновь, имея в виду расстояние эффективного разнесения пятен, составляющее 50 мкм или менее, отклонения величиной 10 мкм могут серьезно снизить разрешение системы.

Таким образом, желание воспользоваться оптической системой, имеющей большую числовую апертуру, приводит, между прочим, к относительным допускам позиционирования для СИДов. Как показано на чертежах, желаемые в настоящее время позиционные допуски для СИДов меньше 10 мкм в каждом из направлений "x", "y" и "z", при этом плоскость "x-y" является плоскостью двумерной матрицы СИДов, а направление "z" проходит в направлении, перпендикулярном ей. Такое точное позиционирование представляется недостижимым с использованием обычных СИДов с поверхностным монтажом, устанавливаемых на (многослойных) печатных платах. Размерные допуски СИДов запросто могут превышать вышеупомянутые 10 мкм, не давая подъемно транспортному роботу позиционировать их с желаемой точностью, тогда как многослойные печатные платы - которые обеспечивают электрические соединения для каждого отдельного СИДа - трудно сделать плоскими на относительно больших площадях поверхностей, требуемых матрицами СИДов. В отличие от этого, монолитная матрица СИДов, т.е. вся подложка (секция), содержащая множество СИДов, дает альтернативу, которая лучше по точности позиционирования отдельных СИДов. Вот почему сам процесс изготовления подложек гарантирует точность. Вместе с тем, когда желаемое расстояние разделения между соседними СИДами в матрице увеличивается, больше материала прецизионных подложке идет в отходы. При типичных расстояниях разделения примерно 1 мм или более издержки использования монолитной матрицы становятся неприемлемо высокими.

Хотя позиционная точность СИДов сама по себе является принципиальной проблемой, следует удовлетворять также дополнительные конструкторские требования. Эти требования включают в себя дополнительную управляемость каждого СИДа, которая требует индивидуальных токопроводов для каждого СИДа и хорошей системы теплового управления, которая предотвращает быстрое и/или неравномерное ухудшение свойств СИДов из-за неблагоприятной чувствительности к высоким температурам.

Матрица 32 СИДов содержит множество СИДов 34. СИДы 34 расположены в двумерной плоскости, предпочтительно в виде сетки, так что эти СИДы составляют эквидистантные и перпендикулярно ориентированные строки и столбцы, а каждый СИД определяет узел сетки. Каждый из СИДов 34 обладает светоизлучающей поверхностью 36, которая обращена к нижней плите 12 резервуара 10 жидкости, которая, по существу, параллельна двумерной плоскости матрицы 32 СИДов. Для управления, например, включением и выключением (с желаемой интенсивностью) индивидуальных СИДов в матрице 32 можно предусмотреть контроллер 38, чтобы создавать изменяющийся во времени двумерный рисунок светящихся СИДов, который можно проецировать на слой 16 жидкой смолы.

Между светоизлучающими поверхностями 36 СИДов 34 и избирательно отверждаемым слоем 16 жидкости расположены, по существу, планарные многолинзовые матрицы 40, 42. Каждая из матриц 40, 42 содержит множество линз 44, предпочтительно по одной для каждого Сида 34. Линзы 44 предпочтительно могут быть расположены в соответствии с компоновкой СИДов 34 в матрице 32. Многолинзовые матрицы 40, 42 могут быть матрицами плосковыпуклого типа, имея вследствие этого одну плоскую сторону 46, которая ограничивает плоскую сторону всех линз 44, и множество выпуклых секций 48, имеющих частично сфероидальную форму, по одной для каждой линзы 42. Многолинзовые матрицы 40, 42 могут быть противоположно ориентированными, как показано на фиг. 1. Многолинзовые матрицы 40, 42 совместно образуют формирующую изображение систему, которая выполнена с возможностью отображать рисунок светящихся СИДов на слой 16 жидкости таким образом, что каждый светящийся СИД создает отдельное, сопряженное пятно на заранее определенной площади слоя 16 жидкости. Многолинзовые матрицы 40, 42 могут быть выполнены из множества материалов, включая обычное стекло, кварцевое стекло и пластмассу.

Осветительная система 30 может быть расположена с возможностью перемещения под нижней плитой 12 резервуара 10 жидкости, так что она сможет перемещаться в направлении 8 параллельно нижней плите 12 резервуара 10 жидкости. Перемещением осветительной системы 30 можно управлять посредством вышеупомянутого контроллера 38, который также управляет свечением СИДов 34. При использовании, осветительная система 30 может перемещаться прямолинейно в направлении, которое проходит под углом к направлениям строк и столбцов матрицы 32 СИДов для повышения эффективного разрешения системы.

Этот метод описан подробнее в одновременно рассматриваемой заявке EP 07150447.6, которая подана от имени того же заявителя и упоминается здесь для справок в целях получения дополнительной информации касательно этого аспекта.

Теперь, когда прояснен эксплуатационный контекст осветительной системы 30, обратимся к фиг. 2-4, где некоторые ее варианты осуществления показаны подробнее.

На фиг. 2 представлено схематическое сечение согласно варианту осуществления осветительной системы 30 в соответствии с данным изобретением. Помимо СИДов 34 и многолинзовых матриц 40, 42, уже показанных на фиг. 1, на фиг. 2 изображены несущее тело 50 и токопроводы 56.

СИДы 34, которые в варианте осуществления согласно фиг. 2 представляют собой бескорпусные кристаллы, находятся в механическом и термическом контакте с несущим телом 50 посредством своих вторых поверхностей 37. Несущее тело 50, которое может быть плоским или имеющим другую подходящую форму телом, в частности, может быть выполнено из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например, превышающей 150 Вт/(м·К), такого как алюминий или медь. Хорошая теплопроводность позволяет несущему телу служить в качестве теплоотвода и отводить избыточное тепло от СИДов 34, чтобы увеличить их ожидаемый срок службы и предотвратить снижение из светоотдачи. Это также может предотвратить взаимно неравномерное нагревание СИДов 34, которое могло бы привести к неравномерному генерированию света по матрице 32. Во время изготовления, верхнюю поверхностью несущего тела полируют, например оптически, чтобы получить гладкую и, по существу, плоскую выравнивающую поверхность 52. Плоскостность поверхности, присущая полированной выравнивающей поверхности 52, может быть меньше 10 мкм, а предпочтительно меньше 5 мкм. После обработки полированием, можно - путем механической обработки - заглубить пазы в верхнюю сторону несущего тела 50. В варианте осуществления согласно фиг. 2, в этих пазах заключены токопроводы 56, а ребра 54 между ними обеспечивают механическую опору СИДов 34. Благодаря этому способу изготовления, ребра 54 имеют, по существу, плоские верхние поверхности 52, и все эти поверхности простираются в одной и той же плоскости. Вместе с тем, их вследствие этого можно рассматривать как "выравнивающую поверхность" в данном контексте. По существу, плоские вторые поверхности 37 СИДов 34 могут быть прикреплены к выравнивающей поверхности 52 посредством тонкого слоя клея. В предпочтительном варианте, клей может быть теплопроводным. Если это желательно, то клей также может содержать распорки, такие как стеклянные или полистирольные сферы, чтобы способствовать установлению желаемого расстояния между выравнивающей поверхностью 52 и вторыми поверхностями 37 СИДов 34. Точное расстояние разнесения не только вносит вклад в позиционную точность СИДов, но и точно определяет толщину связующего слоя между СИДами и выравнивающей поверхностью 52. Поскольку толщина связующего слоя приблизительно пропорциональна тепловому сопротивлению этого слоя, постоянство толщины связующего слоя для всех СИДов является особенностью, которая противодействует их неравномерному нагреву и ухудшению их свойств.

Электрические токопроводы 56 могут быть предусмотрены в форме многослойной печатной платы (ПП). Многослойные ПП обеспечивают высокую плотность токопроводов 56, которая является насущным требованием из-за относительно плотной упаковки СИДов 34. Например, в типичном случае каждые 1-2 мм² выравнивающей поверхности 52 можно снабдить СИДом 34, а осветительная система 30 может содержать в целом много тысяч индивидуально управляемых СИДов. Как упоминалось выше, токопроводы 56, по меньшей мере, частично расположены в пазах между ребрами 54. Эта конфигурация предотвращает образование токопроводами 56 препятствия свету, который излучается СИДами 34 по направлению к многолинзовой матрице 40. Электрические соединения СИДов 34 токопроводов 56 можно осуществлять посредством проводных соединений 58, которые могут избирательно соединять электрические контактные площадки СИДов на основе бескорпусных кристаллов с токопроводами 56.

На фиг. 3 показан второй, альтернативный вариант осуществления осветительной системы 30. В этом варианте осуществления используется керамическое несущее тело 50, обладающее высокой теплопроводностью. Для дальнейшего способствования отводу тепла несущее тело 50 может быть дополнительно оснащено одним или более каналами 60, по которым может циркулировать охлаждающая текучая среда. В отличие от варианта осуществления согласно фиг. 2, керамическое несущее тело 50, показанное на фиг. 3, имеет единственную, непрерывную выравнивающую поверхность 52. Эта выравнивающая поверхность 52 отполирована для получения желаемой степени плоскостности поверхности. В несущем теле 50 во время изготовления не проделаны посредством механической обработки пазы для заключения в них токопроводов 56. Вместо этого, токопроводов 56 обеспечиваются слоями толстой пленки, которые можно наносить на выравнивающую поверхность 52, например, посредством трафаретной печати. Схематически изображенные стэки слоев, показанные на фиг. 3, могут быть составлены из чередующихся проводящих и непроводящих слоев. Для избирательного соединения электрических контактных площадок СИДов 34 на основе бескорпусных кристаллов с соответствующими проводящими слоями можно использовать проводные соединения. Как и в варианте осуществления, согласно фиг. 2, СИДы 34 могут быть прикреплены к выравнивающей поверхности 52 посредством предпочтительно теплопроводного клея, содержащего или не содержащего распорки.

В вариантах осуществления согласно фиг. 2 и 3, несущее тело 50 обеспечивает механическую опору и термическое охлаждение СИДов 34. Подача электропитания осуществляется посредством токопроводов 56. Эту ситуацию следует отличать от более традиционной сборки, при которой СИДы с поверхностным монтажом просто помещаются в печатную плату (ПП), а эта ПП должна выполнять все три функции. Такая сборка не обеспечивает точное позиционирование СИДов, в частности, потому, что многослойные ПП обычно имеют неприемлемо большой допуск в направлении "z".

На фиг. 4 показан вариант осуществления, в котором СИДы 34 все же расположены на многослойной ПП, которая сама по себе предусмотрена на верхней поверхности несущего тела 50. Точная ориентация СИДов 34 в направлении "z" достигается не посредством ПП, а посредством крепления СИДов 34 к плоской стороне 46 многолинзовой матрицы 40, а эта поверхность 46 служит в качестве выравнивающей поверхности. Чтобы обеспечить такую конфигурацию, применяемые СИДы 34 предпочтительно являются так называемыми перевернутыми кристаллами (бескорпусными кристаллами). Их светоизлучающие поверхности 36 не содержат электрических контактных площадок и поэтому являются, по существу, плоскими. В одном варианте осуществления, светоизлучающие поверхности 36 СИДов 34 на основе перевернутых кристаллов можно приклеивать к, по существу, плоской стороне 46 многолинзовой матрицы 40, пользуясь оптически прозрачным клеем, чтобы получить надлежащую ориентацию в направлении "z". Во время изготовления СИДы 34 можно сначала крепить к плоской стороне 46 многолинзовой матрицы 40, а затем - после того, как весь клей застыл, а относительные положения СИДов 34 оказались зафиксированными - соединять с токопроводами 56 ПП, например, используя пайку ультразвуком или анизотропный проводящий клей. В альтернативном варианте осуществления, можно не приклеивать СИДы к многолинзовой матрице. Их можно, например, сначала соединять с токопроводами 56 ПП, вследствие чего можно наносить пластифицированный клей между вторыми поверхностями 37 СИДов 34 и верхней поверхностью ПП. Затем можно установить на место многолинзовую матрицу 40, вследствие чего ее плоская сторона будет оказывать небольшой нажим на светоизлучающие поверхности 36 СИДов 34, ориентируя их в направлении "z". Когда все СИДы 34 ориентированы надлежащим образом, можно вызвать отверждение пластифицированного клея, что приведет к постоянной фиксации относительных ориентаций СИДов. Преимущество первого варианта осуществления заключается в том, что СИДы 34 оказываются прикрепленными к многолинзовой матрице 40 с высокой точностью позиционирования. Соответственно, оказывается ненужной раздельная ориентация СИДов 34 и многолинзовой матрицы 40, а различия в коэффициентах теплового расширения между многолинзовой матрицей, с одной стороны, и несущим телом и/или ПП, с другой стороны, больше не смогут вызывать разориентацию СИДов относительно многолинзовой матрицы.

На фиг. 5A и 5B показаны схематический вид сбоку и перспективное изображение, соответственно, дополнительного варианта осуществления, предусматривающего наличие пазов 55, в которых заключены ПП 56, а ребра 54 между пазами 55 обеспечивают механическую опору СИДов 34. Показано, что многочисленные СИДы 34 могут быть предусмотрены на поверхности 52, которые групповым образом управляются с помощью электрической схемы, расположенной на ПП 56 в пазах 55. Это обеспечивает тепловую выгоду, поскольку не предусматривается позиционирование каждого из СИДов на узких ребрах, размеры которых согласованы с расстоянием между СИДами, что в противном случае могло бы ограничить теплопередачу в каналы 60 охлаждения.

Структуры токопроводов 56 на ПП можно укладывать стопой в вертикальной конфигурации, то есть на ПП простирающейся в плоскости, проходящей поперек выравнивающей поверхности 52. Это оптимизирует расстояние зазора, которое можно поддерживать минимальным между последовательными СИДами 34.

Таким образом, за счет использования паза 55 для расширения планарной области ПП, простая одно- или двухслойная структура ПП оказывается достаточной для обеспечения всех токопроводов от СИДов к ИС 57. В дополнение к расположению схемы 57 возбуждения в пазу 55 можно сократить расстояние между ИС 57 возбуждения и СИДами. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления, иллюстрируемая структура 56 ПП простирается в плоскости выравнивающей поверхности 56 и имеет отверстия 59 для заключения в них СИДов 34, которые предусмотрены непосредственно на выравнивающей поверхности. Эти отверстия сделаны существенно превышающими размер СИДов, так что допуск на положение ПП относительно СИДов оказывается большим. ПП 56 является гибкой ПП и загнута так, что, по меньшей мере, часть с ИС 57 сидит в пазах 55, а часть с отверстиями для СИДов лежит плоско на подложке 50.

Хотя иллюстративные варианты осуществления данного изобретения описаны со ссылками на прилагаемые чертежи, следует понять, что изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. Специалист в данной области техники сможет внести изменение и модификации в рамках объема притязаний или существа изобретения, охарактеризованных в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, отметим, что применение вышеописанной осветительной системы не ограничивается областью стереолитографии. Оно также применимо, например, в других областях полиграфической промышленности.

Перечень элементов

1 Стереолитографическое устройство (СЛУ)

2 Материальный объект

4 Несущая плита

6 Направление перемещения несущей плиты

8 Направление перемещения осветительной системы

10 Резервуар жидкости

12 Нижняя плита резервуара жидкости

14 Светоотверждаемая смола

16 Слой жидкости

18 Твердый слой материального объекта 2

30 Осветительная система

32 Матрица СИДов

34 СИД

36 Светоизлучающая поверхность СИДа

38 Контроллер

40 Многолинзовая матрица

42 Многолинзовая матрица

44 Линза

46 Плоская сторона линзы

48 Выпуклая сторона линзы

50 Несущее тело

52 Поверхность несущего тела

54 Ребро

56 Токопроводы

58 Проводное соединение

60 Каналы охлаждения

Claims

1. Осветительная система (30), содержащая
- множество светоизлучающих диодов (СИДов) (34), причем каждый СИД имеет, по меньшей мере, первую светоизлучающую поверхность (36) и вторую поверхность (37), причем, по меньшей мере, одна из первой и второй поверхностей является, по существу, плоской,
- множество токопроводов (56), избирательно соединенных с соответствующими СИДами таким образом, что каждым СИДом можно управлять индивидуально, и
- выравнивающую поверхность (46, 52), при этом выравнивающая поверхность является, по существу, плоской и находится в выравнивающем контакте с упомянутой, по меньшей мере, одной, по существу, плоской поверхностью (37, 36) каждого СИДа, так что в плоскости, параллельной выравнивающей поверхности, простирается двумерная матрица СИДов, отличающаяся тем, что выравнивающая поверхность (52) снабжена жестким несущим телом (50), причем поверхность несущего тела (50) снабжена пазами, которые ограничены промежуточными ребрами (54) и в которых, по меньшей мере, частично проложены токопроводы (56), а СИДы (34) расположены на промежуточных ребрах (54), которые обеспечивают выравнивающую поверхность (52).

2. Осветительная система по п.1, в которой выравнивающая поверхность (46, 52) имеет плоскостность поверхности, по меньшей мере, 10 мкм, предпочтительнее, по меньшей мере, 5 мкм.

3. Осветительная система по п.1 или 2, в которой СИДы (34) представляют собой бескорпусные кристаллы.

4. Осветительная система по п.1 или 2, в которой упомянутая по меньшей мере одна, по существу, плоская поверхность каждого СИДа (34) соединена с выравнивающей поверхностью (46, 52) посредством клея.

5. Осветительная система по п.4, в которой клей содержит распорки, а упомянутые распорки представляют собой сферы из стекла или полистирола.

6. Осветительная система по п.1, в которой несущее тело (50) содержит, по меньшей мере, первый слой, который обеспечивает выравнивающую поверхность (52) и который содержит материал, имеющий теплопроводность, по меньшей мере, 150 Вт/(м·К).

7. Осветительная система по п.6, в которой несущее тело (50) содержит второй слой, содержащий материал, имеющий линейный коэффициент теплового расширения, составляющий 5·10^-6/K или менее.

8. Осветительная система по п.1 или 2, в которой и СИДы (34), и токопроводы (56) предусмотрены на выравнивающей поверхности, так что токопроводы проходят, по меньшей мере, частично между СИДами, вследствие чего токопроводы обеспечиваются посредством толстопленочной технологии, например трафаретной печати.

9. Осветительная система по одному из пп.1, 6 или 7, в которой токопроводы (56) предусмотрены в форме печатной платы.

10. Осветительная система по п.1, в которой СИДы (34) являются перевернутыми кристаллами, имеющими, по существу, плоские светоизлучающие поверхности (36) и имеющими свои электрические соединения на соответствующих вторых поверхностях (37), и при этом плоская сторона (46) многолинзовой матрицы (40) обеспечивает выравнивающую поверхность (46), так что указанные светоизлучающие поверхности (36) СИДов находятся в выравнивающем контакте с плоской стороной многолинзовой матрицы.

11. Осветительная система по п.10, в которой токопроводы (56), с которыми соединены СИДы (34) своими вторыми поверхностями (37), по меньшей мере, частично выполнены в форме печатной платы (50).

12. Осветительная система по п.10 или 11, в которой линзы (44) многолинзовой матрицы (40) расположены в соответствии с компоновкой СИДов (34), так что светоизлучающая поверхность (36) каждого СИДа связана главным образом с одной линзой (44) многолинзовой матрицы (40).

13. Стереолитографическое устройство (1), содержащее осветительную систему (30) по любому из предыдущих пунктов.