TW201036804A - Compensation of actinic radiation intensity profiles for three-dimensional modelers - Google Patents

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201036804 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用一三維製模器產生部件，且更具體而 言係關於用於提供對可凝固液體材料之大致—致及/或受 控固化之方法及裝置。 【先前技術】 目刚存在針對有限運行的製造或其他應用快速產生模 型、原型及部件之若干加性製造技術。可使用固體自由成 形製備技術製作此等部件，該等技術包括但不限於立體微 景:成形、選擇性沈積模塑、分層實體製造、選擇性相位區 或λ積多相位噴射凝固、粒子衝擊製造、熔融沈積模 塑粒子沈積、雷射燒結、膜轉印成像及類似方法。此等 技術中^某些技術但並非全部技術係由三維製模器來執 行a等—維製模器提供_層可凝固液體材料且將一二維 光，學幸田射衫像投射至該材料上來選擇性地固化該材料以 界定欲生產之部件之一剖面區域。重複提供若干層可凝固 液體材料及藉助光化學輻射選擇性地固化該材料之此過程 直至生產出-部件為^如本文所使用，「光化學輕射」 包括在曝露於電磁輻射之材料中產生一光化學反應之任一 及全部電磁韓射。舲本 此先化子輻射包括但不限於導致吸收輻 射之任何可放射性交聯㈣⑽。WW)材料之交聯之 輻射。光化學輻朝_夕杳 及紅外輕射。實例包括但不限於紫外輕射、可見光 與給本申請案之受讓人 實例性二維製模器係揭示於均讓 144079.doc 201036804 之美國專利公開案第2008/0206383號及第2〇〇8/〇i69589號 中，且該等公開案之全文以引用方式併入本文中。此等三 維製模器利用膜轉印成像技術來接近影像平面提供若干單 層可凝固液體材料且藉助自一成像器投射之光化學輻射選 擇性地固化該材料。圖1圖解說明此一先前技術三維製模 器10，其中經由一轉印膜14接近一影像平面16提供一單層 可凝固液體材料12。材料12被供應於一可替換筒18中。一 〇 成像器（參見圖2之成像器2〇)自影像平面16下方投射一二維 光化學輻射圖案且透過該影像平面及膜14以選擇性地固化 位於該膜之上表面上之可凝固液體材料12。 在材料12之對應於正生產之部件之各別剖面之一圖案已 被選擇性地固化一期望量之後，建造平臺22(其連接至正 生產之部件）升高以將經固化材料圖案與膜分離。使膜及 任何未經固化之可凝固液體材料12返回至筒且然後再一次 跨過影像平面牽拉該膜以再次接近影像平面提供一完整單 Q 層可凝固液體材料且重複該過程直至生產出部件為止。 如以上所陳述，成像器投射對應於正生產之部件之各別 剖面之一二維光化學輻射圖案。然而，某些成像器並不在 影像平面之二維區域上投射一相等量之光化學輻射及/或 由成像器投射之光化學輻射量隨時間減少。因此，具有此 等成像器之三維製模器可生產具有由對經選擇性地固化以 形成部件的材料之過度固化及/或不足固化引起之不期望 部件品質（美學的及/或結構的）之部件。 【發明内容】 144079.doc 201036804 本發明提供用於三維製模器補償成像器效能之方法及裝 置。更特定而言，本發明之方法及裝置提供受控地使用在 影像平面之二維區域上方提供不同量之光化學轄射之成像 f及/或在-時間週期内提供不同量之光化學輻射之成像 益。本發明之某些實施例確定由成像器投射之光化學輕射 之-強度剖面以提供複數個光化學輻射圖案以便選擇性地 固化該層可凝固液體材料，而非如習用三維製模器通常所 實施提供對應於整個剖面之—單個光化學㈣圖案。另 外’本發明之其他實施例基於強度剖面調整部件相對於影 像平面之位置以減少三維製模器所生產的部件之建 間。 本發明之㈤實例性方法包括確定自成像器投射之光化 學輻射之強度剖面且每單層經接近影像提供之可凝固液體 材料投射複數個光化學輻射圖案。該複數個光化學輻射圖 案係與光化學輻射之強度剖面大致相關以使該單層可凝固 液體材料藉助每單位表面積一大致相等量之光化學輕射固 化。該複數個圖案基於光化學輕射之各種強度而曝露不同 持續時間’基於強度剖面之最高強度與最低強度之間的差 確定數目及/或基於強度剖面確定形狀。藉由使複數個光 化學輪射圖案與所確定強度剖面相關，成像器能夠向一單 層可凝固液體材料投射每單位表面積一大致相等或受控量 之光化學輻射從而使由三維製模器生產之部件具有知曉的 且受控的品質。 本發明之另-實例性實施例確定自成像器投射之光化學 144079.doc 201036804 輕射之強度剖面且將部件之一中心定位於（若適用，或複 數個部件之一中心）接近強度剖面之界定光化學輻射之最 高強度之一部分處。將部件定位於投射最大光化學輕射強 度處通常將藉由需要較少時間來選擇性地固化部件之每一 層（不管針對每一層所投射之圖案之數目如何）而使三維製 模器能夠較快地生產部件。習用三維製模器通常將部件之 位置預設在影像平面之中心處或在影像平面之一拐角或一 〇 側處而不管光化學輻射之強度如何，因此將部件定位於投 射最高光化學輻射強度處將使部件能夠較快地生產，由此 增加三維製模器之呑吐量。 本發明之各種實施例包括用於確定由成像器投射之光化 學輻射之強度刮面之方法。可使用經定位接近影像平面之 手動操作感測器（諸如藉由沿一二維柵格移動一探針）量 測強度剖面以收集針對柵格之每一段之感測器讀數且手動 地將強度剖面輸入至三維製模器之控制系統。可替代地， 〇 可將一對光化學輻射敏感之材料（諸如光敏印刷紙）曝露於 成像器之光化學輻射以使得該材料顯示表示強度剖面之一 梯度。然後可掃描該經曝露之對光化學輻射敏感之材料以 ㈣該梯度且因此敎強度剖面。用以敎強度剖面之一 進步可替代方法係將光化學輻射直接投射至掃描機（諸 如平板掃描機）上。&可藉由暫時將掃描機接近三維製 模裔之衫像平面放置來執行。可在任何時間執行用於確定 強度刳面之此等方法’諸如在將一成像器安裝於一製模器 中之别、在將成像器組裝於製模器中期間、在製模器已被 144079.doc 201036804 安裝於最終使用者之位置處之後，及/或週期性地在最終 使用者已使用製模器一特定量的時間之後。 本發明之更進一步實施例包括位於三維製模器内之一強 度剖面儀，其用以允許自動確定強度剖面及/或自動監視 強度剖面以確定成像器之強度之總變化及/或強度剖面自 身之變化。此一強度剖面儀通常容納於三維製模器中或三 維製模器上且經定位以使得強度剖面儀能夠量測強度剖面 但不會負面地影響可凝固液體材料（由其生產部件）之選擇 性固化。 如以下詳細說明中所揭示，本發明之更進一步實施例包 括用於改良可凝固液體材料之固化之額外方法及裝置。 【實施方式】 現將參照附圖在後文更全面地闡述本發明，附圖中顯示 了本發明之某些但非全部實施例。實際上’可以眾多不同 形式體現本發明且不應認為本發明僅限於本文所列之實施 例，相反，提供此等實施例意在使此發明滿足現行法律之 要求。儘管相關於利用膜轉印成像技術之—三維製模器在 附圖中闡述且顯示該等方法及裝置，但預想到本發明之該 等方法及裝置可應用於任何現今知曉或以後設計之三維製 =器（其中期望用每表面積_大致相等（或以其他方式受控、) 量之光化學輻射固化材料以生產三維部件）。通篇中相同 之編號係指代相同之組件。 三維製模器之成像器通常具有沿二維影像平面之X軸及y 轴投射之-不均句強度光化學輻射。圖3圖解說明根據本 144079.doc 201036804 發明之一實施例自一成像器投射之光化學輻射之—強度刻 面。陰影區界定具有不同光化學輻射強度之區域，其中最 高強度對應於較密集陰影且反之亦然。如本文所使用， 「強度」主要係指光化學輻射之能量密度。能量密度係重 要的，此乃因可凝固液體材料之固化量係直接與投射至該 可凝固液體材料上之能量之量有關。因此，若正自可凝固 液體材料生產之一部件之一部分曝露於太多的能量，則其

可生長一不期望的量，由此使該部件尺寸過大及/或不成 比例。相反’若正自可凝固液體材料生產之一部件之一部 分曝露於太少的能量，則其可生長不足，由此使該部件尺 寸過小及/或具有不充分之部件強度。即使對於經受後處 理（諸如對完成的「生」部件之深固化）之部件而言，太多 的能量曝露及/或太少的能量曝露之此等問題亦可對最終 部件有負面影響。 ' 本發明使用之可凝固液體材料係任一輻射可固化化合 物，當其曝露於-特定量之光化學輕射時其自一一般液體 狀態或觸變狀態轉換至—般固體狀態。適用於本發明之 某些實施例之一可凝固液體材料之兩個非限制實例係揭示 於2008年9月3日提出申請之第7,358,283號美國專利中及序 列號為12/2G3，177之美國專财請案中，該兩個中請案均 讓與給本申請案之受讓人’且該兩個申請案之全部揭示内 :以引用方式併人本文中。本發明之進—步實施例包括可 藉由曝露於光化學輻射而凝固之任一一般液體材料。 可凝固液體材料可係以任— 如本文所使用，—「單層 144079.doc 201036804 方式施加之任-量之材料’其在接近影像平面添加任一新 材料（下一層）之前曝露於光化學輻射以選擇性地固化可凝 固液體材料之—部分。因此，若多個個別材料層-起曝露 於光化學輻射，則可由全部彼等層界定一單層。通常，接 近影像平面提供一單層材料，選擇性地固化該材料及當該 绞固化材料變為正生產之部件之一層時相對於影像平面移 除該經固化材料且用未經固化之材料替換或補充未經固化 之材料以界定下一單層材料。 再次參照沿二維影像平面之x軸及y轴投射之不均勻強度 光化學輻射（諸如於圖3中所圖解說明），當與影像平面之中 心或中間區域處之強度相比時，某些成像器之強度在影像 平面之拐角中可僅為其25%。因此，為使拐角區域充分地 固化，接近影像平面之中間之可凝固液體材料將係過度曝 露或為使中間區域適當地固化’接近拐角之可凝固液體材 料將係不足曝露。本發明量測光化學輻射之強度之此等差 異且補償此等差異以提供每單位表面積一大致相等量之光 化學輻射。本發明之某些其他實施例提供大致受控量之光 化學輻射（其等未必相等），該等光化學輻射使部件之若干 層能夠以一受控方式固化從而生產期望之部件。 再次參照圖3 ’強度剖面30使用陰影區32至42(圖3之右 側提供各別陰影密度之一標度）圖解說明不同光化學輻射 強度。藉助最密集陰影圖解說明具有最高強度之區，區 32;相反藉助最不密集陰影圖解說明具有最低強度之區， 區42。自0至1〇〇〇圖解說明影像平面之X軸且自〇至7〇〇圖解 144079.doc •10- 201036804 說明影像平面之y轴；然而，本發明之進_步實施例之影 像平面可包含具有任一編號之軸，可包含任一整體大小及/ 或可包含任一形狀。將區32至區42圖解說明為具有介於該 * 等區之間的線（類似於地圖上之地勢線）；然而應瞭解該等 區未必界定 致強度而僅表示一強度之範圍以使得在自 區32中之最高強度至區42中之最低強度之平均強度中存在 一大體線性關係而在各區之間的線之處不存在任何顯著改 〇 變。在圖3之圖解說明性實施例中，具有最高強度之區-區 32係大體在沿χ軸之中心處且在稍微低於沿y轴之中心處； 然而，根據本發明之其他三維製模器之強度剖面可界定強 度區之任何相對定向、大小、分佈等等。 本發月之方法及裝置能夠使強度剖面得以確定（如以下 更王面之_述）且使所確定強度剖面用於改良部件之生 產。圖4A至圖4F圖解說明可如何使用所確定的圖3之強度 剖面來改良使用三維製模器生產部件。與將—單個二維圖 〇 木技射於層可凝固液體材料上從而以該二維圖案之形狀 選擇性地固化該材料之習用三維製模器相反，本發明之方 法及裝置將複數個圖案投射於該層可凝固液體材料上從而 以該一維圖案之形狀選擇性地固化該材料。在圖4A至圖4F 中，出於圖解說明之目的，選擇性地固化之二維圖案係影 像平面之整個表面積，但亦在以下論述之圖5a至圖π中 圖解說明複數個圖案之更實際使用。 為藉助母可凝固液體材料之表面積單位一大致相等（或 以其他方式％控）量之光化學輻射選擇性地固化圖至圖 144079.doc 201036804 4F中接近影像平面之整個量之可凝固液體材料，必須確定 圖解說明於圖3中之強度剖面30(如以下所論述）。一旦確定 強度面3 0 ’二維製模器之控制系統便控制成像器以投射 與光化學輻射之強度剖面大致相關之複數個圖案。如本文 所使用，「相關」意指複數個圖案之個別圖案之形狀部分 地相依於所確定強度剖面。相關未必意指光化學輻射之圖 案嚴格地對應於強度剖面之區（如於圖4A至圖4F中（相對於 圖3)所顯不），·相關僅意指當針對欲用三維製模器生產之部 件之若干層選擇複數個圖案中之個別圖案之形狀時會考量 強度剖面。 圖4A至圖4F之複數個圖案被投射於接近影像平面之該 層可凝固液體材料上以使該材料曝露於每可凝固液體材料 之表面積單位一大致相等（或以其他方式受控）量之光化學 輻射圖4A之光化學輻射之圖案44大致係影像平面之整個 二維區域，此乃因圖4A至圖4F中正生產之部件（或至少該 件之單層）之剖面區域係影像平面之整個二維區域。將 圖案44投射於影像平面上達一充足量之時間（舉例而言， JI於3秒與10秒之間）以充分地固化（大體固化預定量之區域 以生產出期望之部件）對應於強度剖面3〇之區32(參見圖 之材料。 投射至接近影像平面之可凝固液體材料上之複數個光化 學輻射圖案中之下一個圖案係圖4Β之圖案46(光化學輻射 由陰影區域表不且光化學輻射之一缺失由陰影之一缺失表 不）。投射圖案46達一充足量之時間（舉例而言，少於一秒） 144079.doc 201036804 以充分地固化對應於強度剖面3〇之區％參見圖3)之材料。 由於區34在圖案44期間曝露於光化學輻射故圖㈣投射 料料上之_㈣基域得區3姆露於每單位表面積與 & 3曰2大致相等量之光化學輻射而區34所需之額外光化學輕 射置。換·τ之’投射圖案46之時間量對應於圖3之強度剖 面之區32與區34之強度差。

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由於諸如區32及34之區的強度係針對各別區之平均強 度：故應瞭解並非區32及34中之每一點皆曝露於精準的相 同ϊ之光化學輻射。然:而，本發明之各種實施例基於複數 個圖案中之圖案之數目、複數個圖案中之圖案之投射時間 及在嘗試投射每單位表面積Α致㈣量之光化學輻射中之 其他參數。因此，應瞭解存在複數個圖案中之圖案數目 (針對部件之一既定層）與光化學輻射之相等之間的一大體 關係以使得提供較大數目個圖案會提供改良的光化學輻射 曝露相等且反之亦然。熟習此項技術者將瞭解各種參數之 間的更進一步關係且該等關係包括於本發明之範疇中。 再次返回圖3及圖4Α至4F，圖4C之圖案48係投射至接近 影像平面之可凝固液體材料上之複數個光化學輻射圖案中 之下一個圖案（在圖4Β之圖案46之後）。投射圖案48達一充 足量之時間以便以類似於以上關於圖案46所論述之方式充 分地固化對應於強度剖面30之區36(參見圖3)之材料。類似 地’圖4D之圖案50係用於充分地固化區38之下一個圖案； 圖4Ε之圖案52係用於充分地固化區40之下一個圖案；及圖 4F之圖案54係用於充分地固化區42之下一個圖案。因此， 144079.doc •13- 201036804 藉助一成像器用每單位表面積一大致相等量之光化學輻射 固化整個層可凝固材料，該成像器投射圖3之強度剖面， 該強度剖面不界定每單位表面積之一大致相等量之光化學 輻射（強度）。 現轉至圖5A至圖5C，其等圖解說明一種生產一部件之 一星形剖面區域之方法。在已確定成像器2〇之強度剖面之 後，二維製模器之控制系統（藉助或不藉助人類干涉）確定 應投射以從可凝固液體材料12充分地固化出星形區域的特 疋數目個圖案，該等圖案係自鏡面6〇及成像器2〇與影像平 面16相對地提供。在圖5a至5C之所圖解說明實施例中， 三個圖案界定針對單層可凝固液體材料欲投射之複數個圖 案。圖5A圖解說明圖案44,之投射（經由一個或更多個鏡面 60投射於影像平面上），圖案44，具有正生產之部件之整個 星形剖面區域之一形狀。圖5B圖解說明圖案46,之投射， 圖案46’係圖案44,之星形圖案減去最高強度（與圖3之強度 區32相當）之一區。圖5C圖解說明圖案48,之投射，圖案48, 係圖案44’之星形圖案減去兩個最高強度之區（與圖3之強度 區32及34相當）。因此，圖5A至圖5C圖解說明以複數個圖 案投射光化學輻射以選擇性地固化一單層可凝固液體材 料。本發明之更進一步實施例使用此發明之方法及裝置以 生產具有各種形狀部件及/或使用可替代數目之不同圖案 以界定一單層材料之複數個圖案。 已闡述使用所確定強度剖面30來改良針對一層材料使用 複數個圖案來生產部件之方法，提供圖6A至圖i〇c來圖解 144079.doc -14· 201036804 說明用於確定強度剖面之方法及裝置。本發明之進一步實 施例包括用於確定強度剖面之額外方法及裝置。

圖6 A至圖6F圖解說明用於藉助—手動操作感測器總成 6 2確定光化學轄射之強度吾】面之一第一裝置及相關聯方 法。圖6A之感測器總成62包含具有一探針64及一過濾器件 66之一輻射計，其中該探針包含任一類型之光化學輻射感 測器。感測器總成亦包含與探針結合使用之—顯示器單元 68以向操作者顯不光化學輻射之值以便供操作者手動地記 錄該等值。圖6B圖解說明插人過濾器祕中之探⑽，以 使得該過濾、n件料由探針量測之光化學輻射。圖6c及圖 6D圖解5兒日月-操作者沿界^複數個柵格段π之—柵格7〇移 動探針64(與過瀘、ϋ件66—起移動）。圖6£圖解說明接近三 =製模器1G之影像平面16放置之栅格，其中請之拇格界 定9x12個（共1()8個）栅格段以供操作者量測。在所圖解說明 :實施例中’操作者量測每—栅格段兩次，在探針定向於 第方向之月形下量測一次（例如，圖6C中）及在探針定 向於一第二方向之情形下量測第二次（舉例而言，在圖6〇 中，在—與圖6C之位置相對180之位置中）。 操作者记錄光化學輕射資料之全部經量測值（諸如於圖 6F中之-圖表上)(對該等值求平均且將其輸入至三維製模 器之控制系統)，以使得製模器或與三維製模器控制系統 結合使用之其他軟體能夠確定強度剖面3〇。較佳地，針對 每=柵格段之兩個值求平均以提供對強度剖面之—更準確 表不H本發明之進—步實施例可利料—個別值及/ 144079.doc -15· 201036804 或可提供更多或更少柵格段以提供所確定強度剖面之更多 或更少解析度。 現轉至用於確定光化學輻射之強度剖面之一第二裝置及 相關聯方法，圖7圖解說明包含對輻射敏感之材料之柵格 線82之一薄片80，其已曝露於光化學輻射達一特定持續時 間。該薄片對光或其他光化學輻射係敏感的以使得該薄片 回應於曝露於一能量而改變色彩或色彩之色調（例如，灰 階）。在所圖解說明之實施例中，薄片8〇經定位接近影像 平面（諸如圖1之影像平面16)且曝露於一光化學輻射全曝 露，以使得整個薄片曝露達相同量之時間。然後薄片改 變色彩、色調或其他類似方面以表示跨過整個影像平面之 光化學輻射強度，因此♦示強度剖面。出於圖解說明之目 的’圖解說明於圖7中之薄片8〇上之強度剖面繪示圖3之強 度剖面30，其中圖7中之區82至92分別對應於區取叫但 應瞭解出於以上相關於圖3所闡述之原因區之間的邊界線 將有可能不出現於薄片8〇上）。然後可使用一習用掃描機 及能夠獲取所掃描色彩、色調或其他類似方面且自其讀定 強度剖面之軟體掃描經曝露薄片。 圖7之裝置及方法之—個優點係其將允許在終端使用者 =持有三維製模器之後且不需要—現場卫程師到達三維製 模器4置之清形下確疋強度剖面。相反，圖6八至圖π之裝 置及方法較佳地係於組裳三維製模器之前、期間或緊跟其 後使用/執行，或由檢修一使用過的三維製模器之一經培 訓現場卫程師使用或執行，㈣7之裝置及方法可由終端 144079.doc 201036804 P刀地執订。終端使用者將接收（自負責檢修製模 二：)至夕對輻射敏感材料之-薄片80以及將該薄片 、像平面上且使成像器投射-光化學輻射全曝露達 :特定持續時間之指示一旦薄片8〇已曝露一充足量時 :終端使用者便僅將該薄片郵寄給負責檢修製模器之組 ^織將掃播该薄片以確定強度剖面且然後將該強度 'J面遠*而地通仏（經由網際網路、無線器件或其他通信器

件）至該三維製模器以藉助強度剖面資料有效地校準及/或 重新才又準該製模器。更進一步優點係藉助本發明之 置及方法達成。 於圖8中圖解說明用於確定自成像器投射之光化學韓射 之強度a’j©之又另—袭置及方法。—掃描機器件％可直接 放置於影像平面上，其令對輻射敏感的部分(未顯示)面向 光化學輻射之方向。因此，圖8之實施例有效地消除圖7之 媒介薄片，以使得掃描機器件96直接量測所投射光化學輻 射以破定強度剖面。可隨後將所確定強度剖面通信（直接 或者間接地）至三維製模器以藉助強度剖面資料有效地校 準及/或重新校準製模器。掃描機可直接（諸如以上所闡述） 或間接（諸如藉由以類似於以下相關於圖9A至圖9c所闡述 之方法之一方式使用一擴散器或藉由使用其他輻射重定向 或過濾器件）量測所投射光化學輻射。 現轉至圖9A至圖9C之裝置及方法，其提供一擴散器1〇〇 及強度剖面儀102以允許自動確定由成像器2〇投射之光化 學輻射之強度剖面。圖9A之擴散器100係可旋轉地附接於 144079.doc ••17- 201036804 接近成像器20處，以使得該擴散器可選擇性地移動以定位 於成像器之透鏡104前面。擴散器1〇〇擴散成像器2〇之光化 學輻射，以使得光化學輻射相對於其未經擴散之軌道大體 分散。圖9B之強度剖面儀102包含量測光化學輻射，特定 而言量測經擴散之光化學輻射之兩個光化學輻射感測器 1〇6(進一步實施例包含至少一個光化學輻射感測器）。圖 9C顯示擴散器及強度刳面儀相對於三維製模器之其他組件 之相對疋位。與先則所論述之實施例不同，此實例性實施 例之擴散器及強度剖面儀係適於永久地附接至三維製模 器。因此，應期望（儘管未必如此）擴散器及/或強度剖面儀 不以此一方式定位以使得在三維製模器之正常作業期間將 負面地影響光化學輕射之投射。 如於圖9 C中所顯示，擴散器係可旋轉地附接於接近成像 器20處，且強度剖面儀1 〇2係大體安裝於兩個鏡面6〇之 間，但以此一方式以使得強度剖面儀不干涉自成像器至影 像平面之光化學輪射之正常投射。由於歸因於強度剖面儀 102之位置其不直接量測所投射光化學輻射，故擴散器ι〇〇 選擇性地定位於成像器20之透鏡104上方以擴散所投射光 化學輻射從而使光化學輻射之一部分被引導至強度剖面儀 102之光化學輻射感測器1〇6中之一者或兩者。進一步實施 例包括用於感測光化學輻射來確定強度剖面之可替代方法 及/或強度剖面儀。 為確定強度剖面，擴散器100定位於成像器20之透鏡1〇4 前面（如於圖9A中之幻象所顯示）。然後成像器20投射小的 144079.doc •18- 201036804 光化學輻射區（諸如與圖6E及圖7之拇格段相當之方形或矩 形栅格段)—，隨後以此一方式以使得強度剖面儀⑽能釣量 ^子應於每戶斤投射的光化學輻射柵格段之經擴散輻射量 • '將此等置測傳送至三維製模器之控制系統。在成像器20 射全部光化料射栅格段或特定代純光化學輻射柵 後一、准製模器之控制系統可使用（以與圖6F之圖 ，之使用相當之—自動方式）來自圖9C之強度剖面儀102之 0 里/則來確疋強度剖面。由於圖9A至圖9C之此方法之完全 自動性質’故該方法可在任何時間在不需要來自—現場工 程師或.終女而使用者之任何輔助之情形下執行。因此，由 ^ uj面強度隨時間改變及/或總強度隨時間減少故此方法 可提供強度剖面之週期性確定以藉由更新每層複數個圖案 來連續地重新校準製模器。本發明之更進一步實施例包括 用於確S自成像器投射之光化學輻射之強度剖面之額外及/ 或可替代方法及裝置。 〇 見轉至圖1 〇a至圖1 〇c，揭示本發明之額外方法及裝 置其中。卩件經定位以接近強度剖面之界定光化學輻射之 最尚強度之部分。藉由有目的地將部件定位於可獲得最高 輻射強度處，可使用相對較高強度輻射較快地生產部件之 諸多層（若非全部層）。圖10A表示其中強度刳面30,界定在x 軸及y軸兩者中皆偏移之具有最高強度之一區3 2,（與圖3之 區32相當）之一三維製模器。在已使用本發明之（若干）方法 及/或裝置（諸如藉助擴散器i 〇〇及強度剖面儀丨〇2)確定強度 剖面之後，三維製模器之控制系統將欲生產之部件之中心 144079.doc 201036804 學輻射之最高強度之一部 定位在接近強度剖面之界定光化 分（區32’）。 圖10B圖解說明部件11〇之中 丄丄 ，·工疋位接近區32,而不係 在中心或在一拐角或一側，哕望 ^ μ 4 <置通⑦係部件之預設位 置。右夕個個別部件正被同時生產，則該等部件可以此一 方式定向’使得全體部件（本文中亦稱作部件）之中心經定 位接近強度❹之界定光化學輻射之最高強度之一部分 ⑽。亦應瞭解部件之中心大體係基於部件之全部層而 確定，此乃因部件可具有界定不同中心之諸多不同層，因 此，佳料對此等部件使用平均中心、。由於部衫位於可 獲得最高強度之處，故此與定位於不界定光化學輻射之最 高強度之-預設位置處之相同部件相有可能更快地選 擇性地固化該部件。圖10Β圖解說明複數個圖案之一第一 圖案44’’之投射，且圖1〇c圖解說明複數個圖案之一第二圖 案46"(取決於強度剖面亦可投射額外圖案）。由於用於每一 層之固化時間大體由針對彼特別層欲被固化之任一區域之 最低強度所控制，故生產之速度可藉由將部件定位於接近 袁南強度處而增加。 因此，本發明提供相對於由習用方法及裝置生產之部件 具有較南部件品質及/或具有較快建造時間之三維部件之 生產。熟習此項技術者可聯想與本發明相關的本文所列舉 之發明之眾多修該及其他實施例，其等具有先前說明及以 下相關聯圖式中所呈現之教示内容之優點。因此，應理 解’本發明不受限於所揭示之特定實施例而意欲將該等修 144079.doc -20- 201036804 改及其他實施例皆包括於隨附申請專利範圍之範脅中。倘 若此發明之修改及改變屬於隨附申請專利範圍及其等效物 範缚内，則本發明意欲涵蓋該等修改及改變。儘管本文採 用特定術語，但其等僅以通用及敍述性意義使用且並非出 於限制之目的。 【圖式簡單說明】 由此已以-般術語闡述了本發明，故現將參考隨附圖 式，其等未必按比例繪示且意指具有圖解說明性而非限制 性，且其中： 圖1係用於自可凝固液體材料製作部件之一先前技術三 維製模器之一透視圖； 圖2係一先前技術成像器及影像平面之一透視圖，其圖 解說明成像器透過影像平面投射一星形光化學輻射圖案以 選擇性地固化一單層可凝固液體材料； 圖3圖解說明根據本發明之一實施例自一成像器投射之 光化學輻射之一強度剖面，其中陰影區界定不同光化學輻 射強度之區域（其中最高強度對應於較密集陰影且反之亦 然）且圖解說明影像平面之X坐標及y坐標； 圖4A至圖4F圖解說明自成像器投射以藉助每單位表面 積一大致相等（或以其他方式受控）量之光化學輻射來選擇 性地固化影像平面之整個區域之複數個光化學輻射圖案， 其中该等圖案與圖3之強度剖面大致相關以在與具有相對 高強度之區域相比具有相對低強度之區域中提供一較長累 積固化持續時間； 144079.doc -21- 201036804 圖5A至㈣係類似於圖2之—透視圖，但其圖解說明投 射與所確疋強度剖面大致相關之複數個圖案以提供每正 由三維製模器生產之部件之星形圖案之表面積單位一大致 相等（或以其他方式受控）量之光化學輻射之成像器； 圖6A至圖6F圖解說明藉助一手動操作感測器總成確定 強度剖面之組件及方法，其中該感測器總成包含具有一探 針及過渡器件⑽6B)之-輻射計（B6A)，該輻射計沿經定 位接近影像平面之一栅格（圖6E)移動（圖6C及圖6d)以確定 針對該栅格之每一段之光化學輻射強度資料（圖6f)以便確 疋自δ亥成像器投射之光化學輻射之強度剖面； 圖7圖解說明用以確定自成像器投射之光化學輻射之強 度剖面之一替代技術，其中一薄片對輻射敏感的材料（包 含栅格線）經定位接近影像平面（未顯示）且曝露於一全光化 學輻射曝露（該整個薄片曝露相同量之時間）以表示跨過整 個衫像平面之光化學輻射強度，以使得該經曝露薄片可由 —掃描機掃描以確定自該成像器投射之光化學輻射之強度 剖面。 圖8圖解說明用以確定自成像器投射之光化學輕射之強 度剖面之又一替代技術，其中一掃描機經定位接近三維製 模器（舉例而言’圖1之先前技術製模器）之影像平面以使得 該掃描機曝露於一全光化學輻射曝露（該整個影像平面曝 露相同量之時間）以確定自該成像器投射之光化學轄射之 強度剖面。 圖9Α至圖9C係根據本發明之又一實施例之一擴散器及 144079.doc -22- 201036804 強度剖面儀之透視圖，其中圖9A之擴散器係可選擇性地移 動為接近成像器以擴散成像器之光化學輻射；圖9b之強度 剖面儀包含兩個光化學輻射感測器以量測經擴散光化學輻 射之量；且圖9C之三維製模器之一部分圖解說明該擴散器 及強度剖面儀之各別位置，其中該擴散器及強度剖面儀適 於自動地確定自該成像器投射之光化學輻射之強度剖面 (藉由成像器投射一柵格之個別段及強度剖面儀量測該經 〇 擴散光化學輻射）及/或藉由週期性地確定強度剖面來自動 地彳貞測總強度隨時間之變化及/或強度剖面儀之變化；及 圖10A至圖10C係本發明之一實施例之方法及裝置之作 業之透視圖，其中所確定的自成像器投射之光化學輻射之 強度剖面係圖解說明於圖10A中，確定該強度剖面之界定 最高光化學輻射強度之一部分且部件（星形部件）之一中心 經定位接近該強度剖面之界定最高光化學輻射強度之部分 (與在先前技術三維模型中通常將部件定位於影像平面之 〇 中心處不同）（如於圖10B中所圖解說明），且成像器投射複 數個光化學輻射圖案（圖10B及圖10C)以選擇性地固化經提 供接近製模器之影像平面之單層可凝固液體材料，且其中 圖10B及圖10C圖解說明三維部件，其包含在與自成像器 (透過兩個鏡面）將光化學輻射投射至影像平面上之方向相 對之方向上延伸之多層選擇性地固化之可凝固液體材料。 【主要元件符號說明】 10 三維製模器 12 單層可凝固液體材料 144079.doc -23- 201036804 14 16 18 20 22 30 30' 32、34、36、38、40、 32， 60 62 64 66 68 70 72 96 100 102 104 106 110 轉印膜 影像平面 可替換筒 成像器 建造平臺 強度剖面 強度剖面 42 陰影區 具有最南強度之一區 鏡面 手動操作感測器總成 探針 過濾器件 顯示器單元 柵格 柵格段 掃描器件 擴散器 強度剖面儀 透鏡 光化學輻射感測器 部件 144079.doc •24-

Claims (1)

1. 201036804 七、申請專利範圍： -種使用-三維製模器生產一部件之方法，其中該製模 器藉由用自-成像器投射之光化學㈣選擇性地固化若 干層一可凝固液體材料來生產該部件，該方法包含： 確定自言亥成像器投射之該光化學輕射之一強度剖面； 接近該製模器之-影像平面提供一單層該可凝固液體 材料； 以複數個圖案投射該光化學輻射以選擇性地固化該單 層該可凝m液體材料，其中該等圖案係與該光化學輕射 之該強度剖面大致相關； 接近該製模器之該影像平面提供一單層該可凝固液體 材料；及 重複該投射光化學輻射及該提供一單層以生產該部 件。 2. 〇 如請求項1之方法，其中確定該強度剖面包含在—位置 量測該光化學輻射，該位置包含該成像器與該影像平面 之間的位£、接近該影像平面的位£及自該成像器與該 影像平面相對的位置中之至少一者β 3. 4. 如請求項1之方法，其中確定該強度剖面包含藉助一手 動操作感測裔接近該影像平面來量測該光化學輻射。 如凊求項1之方法，其中確定該強度剖面包含： 將一對光化學輻射敏感之材料曝露於一光化學輕射 量； 掃描該經曝露對光化學輻射敏感之材料；及 144079.doc 201036804 使用經掃描資料以確定該強度剖面。 5. 如請求項1之方法’其中確定該強度剖面包含藉助可移 動疋位於接近該影像平面處之一掃描機器件量測該光化 學輻射。 6. 如請求項1之方法’其中確定該強度剖面包含在將該成 像器安裝於該三維製模器中之前量測自該成像器投射之 該光化學輻射。 7·如請求項1之方法，其中確定該強度剖面包含使用至少 一個強度剖面儀來量測自該成像器投射之經擴散光化學 輻射。 8.如請求項1之方法，其中以複數個圖案投射該光化學輻 射包含投射各圖案達不同持續時間。 9·如請求項1之方法，其中以複數個圖案投射該光化學輻 射I έ使圖案之數目與該強度剖面之一最高強度與一最 低強度之間的一強度差相關。 10.如清求項丨之方法，其中以複數個圖案投射該光化學輻 射包含使該複數個圖案中之個別圖案之形狀與該強度剖 面相關。 請求们之方法，其中藉助每單位表面積—大致相等 =之光化學輕射固化由該光化學輻射選擇性地固化之該 單層之該可凝固液體材料。 12.如明求们之方法，|中投射該光化學輻射係大致無灰 階以補償該強度剖面之不同強度。 -種使用-三維製模器生產一部件之方法，其中該製模 144079.doc 201036804 器藉由用自一成像器投射之光化學輻射選擇性地固化若 干層可凝固液體材料來生產該部件，該方法包含： 確定自該成像器投射之該光化學輻射之一強度剖面； _ ㈣生產之該部件之-中心定位於接近該強度剖面之 界定該光化學輻射之該最高強度之一部分處； 接近該製模器之該影像平面提供一單層該可凝固液體 材料； 投射該光化學輻射以選擇性地固化該單層該可凝固液 體材料； 接近該製模器之該影像平面提供一單層該可凝固液體 材料；及 重複邊投射光化學輻射及該提供一單層該可凝固液體 材料以生產該部件。 14.如=求項13之方法，其中確定該強度剖面包含在將該成 像二女裝於§亥二維製模器中之前量測該光化學輻射。 ◎ I5·如請求項13之方法，其中投射該光化學輻射包含以複數 個圖案投射該光化學輻射以選擇性地固化一單層該可凝 固液體材料。 16.如明求項15之方法，其中以複數個圖案投射該光化學輻 射包含投射各圖案達不同持續時間。 月求項15之方法，其中以複數個圖案投射該光化學輻 射I δ將圖案之數目與該強度剖面之一最高強度與一最 低強度之間的一強度差相關。 18.如π求項15之方法，其中以複數個圖案投射該光化學輻 144079.doc 201036804 射包含使該複數個圖案中之個別圖案之形狀與該強度剖 面相關。 又0 19·如請求項13之方法，其中藉助每單位表面積—大致相等 量之光化學輻射固化由該光化學輻射選擇性地固化之該 單層之該可凝固液體材料。 月求項13之方法，其中投射該光化學輻射係大致無灰 階以補償該強度剖面之不同強度。 21. 一種用於藉由選擇性地固化若干層一可凝固液體材料來 生產—部件之三維製模器，該三維製模器包含： 一影像平面； 一可凝固液體材料遞送器件，其適於接近該影像平面 &供該可凝固液體材料；及 一成像益，其與接近該影像平面之該可凝固液體材料 光學連通，其中該成像器投射界定一所確定強度剖面之 光化學韓射， 其中該成像器投射複數個光化學輻射圖案以選擇性地 固化單層s亥可凝固液體材料，其中該等圖案係與該光 化學輻射之該強度剖面大致相關。 22. 如請求項21之三維製模器，其進一步包含適於確定自該 成像器投射之該光化學輻射之該強度剖面之一強度剖面 儀。 23·如請求項21之三維製模器，其中該成像器包含一空間光 調變器。 24.如請求項23之一三維製模器，其中該空間光調變器包含 144079.doc 201036804 一數位投光器。 25.如請求項21之三維製模器，其進一步包含至少一個強度 剖面儀以偵測由該成像器投射之該光化學輻射之一強度 之變化。

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