TWI622488B - 改良型光固化機 - Google Patents

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艾托瑞 莫利齊奧 寇斯塔貝伯爾
Ettore Maurizio Costabeber
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艾托瑞 莫利齊奧 寇斯塔貝伯爾
Ettore Maurizio Costabeber
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Abstract

一種光固化機(1)，包含：一容器(2)，內含一基礎材料(3)，該基礎材料(3)界定一定界基礎材料的的外表面(4)；一發光單元(5)，適合發射一光束(6)；一光反射裝置(7)，適合朝一屬於外表面(4)的入射區域(8)偏斜光束(6)；一邏輯控制單元(19)，適合以光束(6)選擇性地入射於一屬於入射區域(8)的操作區域(10)上的方式控制光反射裝置(7)；以及，一光學單元(11)，適合聚焦光束(6)於一聚焦面(12)上，在該聚焦面(12)處光束(6)具有最小剖面(15)。光學單元(11)係配置於發光單元(5)和光反射裝置(7)之間，發光單元(5)以及光學單元(11)係以光束(6)與操作區域(10)的交叉區域的最大直徑和最小剖面的直徑(wF)之間的比例不超過1.15的方式被設置。

Description

改良型光固化機
本發明相關於一種光固化機，適合藉由複數層的液態或漿態的基礎材料的重疊產生一三度空間物體，該等複數層基礎材料係藉由選擇性曝曬於光束被固化。
一已知形式的光固化機包含一適合內含基礎材料的容器。
該光固化機更包含一發光單元，該發光單元設置成發射一光束，該光束係實質圓形形狀且平行，意味著具有實質平行的光線。
每一層的三度空間物體被固化於一屬於基礎材料的外表面的預定的平面入射區域的高度，光束係入射在該外表面上。
取決於光束相對於容器從下面或從上面到達，入射區域可屬於內含基礎材料的容器的底部或屬於基礎材料本身的自由表面。
該光固化機亦包含光反射手段，該光反射手段朝入射區域的任何點選擇性地偏移光束。
一般而言，光反射手段係兩個檢流計反射鏡，該兩個檢流計反射鏡係能對著分別的互相垂直軸旋轉移動，以此方式能對著分別的互相正交平面偏移光束。
該光固化機亦包含一所謂的“F-θ”透鏡，位於光反射手 段和入射區域之間。
該F-θ透鏡讓平行光束收斂成聚焦它於平面入射區域，而與次射光束的方向無關。
上述的光固化機具有缺點：特別昂貴且因此它的使用主要界限於專業及工業領域，而不適合一較大範圍的應用。
該缺點的成因係F-θ透鏡的使用，實質影響光固化機的整體成本。
F-θ透鏡的另一缺點係來自以下的事實：它的大小與入射區域的大小有關，且因此與所能得到的三度空間物體的最大尺寸有關。
因為該等透鏡的成本係對該等透鏡能得到的入射區域的大小成超過比例的增加，入射區域的大小的增加導致大量增加F-θ透鏡的成本且如此增加光固化機成本的缺點。
更且，由於F-θ透鏡的高成本，該等透鏡市場僅以有限數目的標準版本發售，每一個版本係設計成得到一具有特定大小的方形入射區域。
因而，光固化機的製造商必須在一有限數目的預定大小當中選擇入射區域的大小，這具有缺點，不能產生所有可能應用的最佳化光固化機。
更且，以光學理由而言，被該等F-θ透鏡聚焦的光束的最小剖面增加至一實質與該等F-θ透鏡的焦距成比例的程度，且因此增加至與入射區域的大小成比例的程度，如此惡化可在入射區域上被追蹤的圖像的清晰度，且因此惡化物體的清晰度。
因而，有如下的缺點：入射區域的大小的增加只有對抗光固化機的成本的顯著增加以及物體的減少的清晰度可被得到。
由於該缺點，光固化機的製造商較喜歡使用具有短焦距的F-θ透鏡，接受一相應減少的大小的入射區域，因為此使能相對於可得到的清晰度的級別限制光固化機的成本。
因而，有如下的缺點：這些光固化機對可得到的物體的大小構成限制。
本發明的目的係克服上述的習知的光固化機的典型的缺點。
特別地，本發明的首要目的係提供一光固化機，適合被使用於於較廣泛的行業，而不僅僅限制於專門及工業行業。
特別地，本發明的目的係提供一光固化機，具有同樣大小的入射區域以及同樣的光束清晰度，成本顯著少於習知光固化機。
較之於發生在使用習知光固化機時，本發明的又一目的係提供製造商於入射區域的大小的選擇方面更多彈性。
上述的目的可依照一主申請專利範圍項所建構的光固化機被得到。
本發明的其它特徵和細節被敘述於相應的附屬項中。
有利地，較之於習知光固化機，本發明的光固化機的增加的可利用性使能增加光固化造型的彈性及擴散。
又有利地，本發明的光固化機的減少的成本使特別有利於增加入射區域的面積，因而使能得到較那些使用習知光固化機能得到的更大 的三度空間物體。
更且，有利地，入射區域的大小的較高彈性的選擇基於其延伸的使用使能最佳化光固化機。
將在以下變得顯著的該等目的及優點，加上其它細節，被以本發明的一較佳實施例的敘述說明，該敘述參照所附圖式經由非限制性的實例提供，其中：
1‧‧‧光固化機
2‧‧‧容器
3‧‧‧基礎材料
4‧‧‧外表面
5‧‧‧發光單元
6‧‧‧光束
7‧‧‧光反射裝置
7a、7b‧‧‧鏡子
8‧‧‧入射區域
9‧‧‧平分線
10‧‧‧操作區域
11‧‧‧光學單元
12‧‧‧聚焦面
13‧‧‧第一部分
14‧‧‧第二部分
15‧‧‧最小剖面
16‧‧‧圓周
17‧‧‧透鏡組
18‧‧‧定型板
19‧‧‧邏輯控制單元
20‧‧‧操作區域
第1圖概略顯示本發明的主題的光固化機的軸側視圖；第2圖顯示在操作設置狀態的第1圖中所顯示的光固化機的側剖面視圖；第3和4圖顯示在兩個分別的操作設置狀態的第1圖中所顯示的光固化機的放大詳細側剖面視圖；以及第5圖概略顯示第1圖中所顯示的光固化機的操作區域。
本發明的光固化機在第1圖中整體標示為元件號碼1，係適合藉由得自一被配置在一容器2中的液態或漿態的基礎材料3的固化的複數個層的重疊產生一三度空間物體。
該等層係被一定型板18支撐，該定型板18係依一垂直軸Z被驅動並適合配置三度空間物體的任何固化層於使該固化化層用為後繼的層的支撐的位置。
一被設置成發射光束6的發光單元5亦被提供。
較佳地，該發光單元5包含一雷射光源及一光束6的平行光管。
較佳地，該發光單元5亦包含一裝置，該裝置適合為平行光束得到一具有依據兩個互相垂直的對稱軸的對稱形狀且較佳為圓形或實質圓形的剖面。
從現在開始應指出，在此以下，當提及光束的通用剖面的直徑時，此將意味著圓周的直徑，該圓周的表面面積係等於該通用剖面的表面面積。
光固化機1更包含一光反射裝置7，該光反射裝置7適合偏斜光束6並適合被控制成讓光束6被入射於屬於一基礎材料3的外表面4的入射區域8的任何點上。
較佳地，使用一包含兩個鏡子7a、7b的光反射裝置7符合上面剛敘述的需要，該兩面鏡子7a、7b繞著分別的互相垂直的轉動軸X1、X2以預定的角度大小獨立於彼此轉動。
較佳地，每一鏡子7a、7b係藉由一對應的振鏡馬達繞著分別的轉動軸做轉動。
依據在此未圖示的本發明的一變化實施例，光反射裝置7僅包含一面鏡子，該鏡子繞著兩個互相獨立且垂直的軸轉動。
在此情形中，該鏡子係較佳為所謂的MOEMS形式，係為“微光電機械系統”的首字母縮寫字。
在顯示於圖式中的實施例中，該入射區域8係與容器2的底部相鄰。
此設置係以入射於容器上的光束6被得到，該容器具有一透明底部，以此方式而容許光束6到達基礎材料3。
依據未圖示於圖式中的本發明的一變化實施例，光束6係入射於容器2本身的頂部且入射區域8如此屬於基礎材料的自由表面。在此情形，光固化機較佳包含一水平調整裝置，該水平調整裝置適合給予該自由表面一平表面。
在任何情形中，光束6與入射區域8相交的區域在技術術語被定義為“光點”並決定被固化的基礎材料3的區域的大小且如此決定三度空間物體的清晰度。
光固化機1亦包含一蓋略顯示於第2圖中的邏輯控制單元19，該邏輯控制單元19被設置來以光束6被選擇性地入射於屬於入射區域8的操作區域10的任何點的方式控制光反射裝置7。
應強調的是，當入射區域8被光反射單元7的操作限制決定時，操作區域10係被邏輯控制單元19決定且因此能被限制於入射區域8的一部份。
光固化機1亦具有一光學單元11，該光學單元11被被設置成聚焦光束6於一由點界定的聚焦面上，在該聚焦面12沿著由光反射裝置7所界定的不同方向光束6具有最小的剖面。
顯然地，該聚焦面12由光學單元11的組合動作界定，該組合動作界定從光學反射裝置7算起的光束6的焦距，且界定光反射裝置7本身的焦距，該光反射裝置7界定聚焦方向。
明顯地，沿著光束6的傳播的方向的該聚焦面12的下游，光 束6的剖面的表面面積相對於最小剖面的表面積增加。
對於依雷射光束而言，已知在該光束的每一剖面中的能量分佈係高斯形式的。
在此以下，一“高斯光束”意味著一具有剛在上面所述的性質的光束。
如已知，高斯光束的通用剖面係習知地被定義為波前區域，在該波前區域中該能量的強度係高於或等於1/e 2 倍的出現在該光束本身的中心的最大強度，其中e係Nepero數。
依照一另外的的定義，高斯光束的剖面係波前的區域，在該區域中能量的強度係高於或等於最大強度的一半。
從現在開始應被詳細指明的是本敘述係與為光束的剖面所提供的定義無關，且特別地，不限於上面所述的兩個定義中的特定的一個。
亦如已知，收斂高斯光束的最小剖面在技術術語被定義為“腰”，具有一大於零的表面面積。
因此，關於一高斯光束，術語“焦點”不是表示一單一點，而是最小的剖面。
特別地，藉由聚焦一高斯光束所得的光束6的最小剖面15的表面面積取決於各種參數，在這些參數當中，特別地取決於光學單元11的焦距以及平行雷射光束的剖面，依據已知的公式：
其中w F 係光束的最小剖面(“腰”)的直徑；λ係波長，f係光學單元11的焦距；M 2 係光束的質量係數，該質量係數表示相較於高斯分布的理想情形的能量的真實分布；以及w L 係入射於光學單元11上的平行光束的剖面的直徑。
亦係已知的是一高斯光束的直徑W作為從具有最小直徑w F 的剖面的通用距離Z的函數可以下面公式表示：
該公式(2)強調一高斯光束如何以實質比例於距離Z的方式朝具有最小直徑WF收斂並從具有最小直徑WF叉開，除了最小剖面的相鄰處，在該相鄰處光束的幾何形狀係圓形，類似於沙漏的頸部。
依據本發明，產生光束聚焦的光學單元11係位於發光單元5和光反射裝置7之間。
因為依據光束6的傳播方向，光學單元11係配置於光反射裝置7的上游，光反射裝置7通常入射於光學單元11的相同點，與光束入射於操作區域10的點無關。
因此，能使用一基於例如是球形的、雙錐形的或平凸的形式的一普通透鏡或串聯配置的透鏡組的光學單元11，在任何情形都遠較F-θ透鏡便宜。
以光固化機的簡單建構結構，相似於一F-θ透鏡，該 光學單元11亦是固定形式的，因此該光學單元11不需任何裝置用來移動光學單元11以便調整焦點。
另一方面，該光學單元11的固定設置不容許光束6被聚焦於操作區域10上。
事實上，光學單元11聚焦光束6於光反射裝置7的固定距離，與由光反射裝置7本身所決定的光束6的入射方向無關。因此，聚焦面12具有一球形狀而不是一平面形狀，該球形狀以光反射裝置7的高度為中心，如第2圖所示，該第2圖概略顯示一依據通經操作區域10的剖面的光固化機1的剖面視圖。
從現在起強調，在第2圖中為了清晰起見光反射裝置係被概略顯示。
明顯地，球狀聚焦面12不能與平面的操作區域10相一致。因此，在本發明的光固化機1中，光點的表面面積依照在操作區域10上的入射點變化，其結果是固化的基礎材料3的部分的表面面積從一個點到另一個點而變化。
特別地，依據公式(2)，當沿著光束6的方向所測量的聚焦面12和操作區域10之間的距離增加時光點的大小增加。
一般而言，上述的狀態不容許一三度空間物體的足夠均勻及清晰的固化被得到。
然而，本發明的申請人發現藉由適當設置光束6、聚焦面12以及操作區域10，至少在要求不是很高的專業或工業行業能限止該缺點至一可接受的程度。
因此，本發明經由合適選擇發光單元5以及光學單元11，亦包含光束6、聚焦面12以及操作區域10的界定，因而光點的最大直徑和最小剖面15的直徑w F 之間的比例不超過1.15。
以此方式，在整個操作區域10的光點的直徑的最大變化被限於15%。
本發明的申請人已觀察到該光點大小的變化實際上讓操作區域10上的基礎材料3的固化的差異可以被忽略，如此使能得到一光固化機1，其性能適合使用於要求不是很高的專業或工業行業。
根據上述，可理解的是就成本和性能來說，本發明達成目的而提供一實際適合使用於要求不是很高的專業或工業行業的光固化機1。
為了得到在光固化機1的性能方面的進一步優點，較佳地，該直徑間的比例是包含在1.10和1.15之間。本發明的申請人已觀察到在該區間之內的比率的變化可藉由成本遠低於F-θ光學單元的光學單元11得到。
將光學單元11配置於光反射裝置7的上游亦使能達成目的而得到在操作區域10的大小的選擇方面較習知的光固化機更多的彈性。
事實上，在本發明的光固化機1中，具有一給定的角運動幅度α的光反射裝置7的操作區域10的大小實質取決於可容易被修正的從入射區域8的光反射裝置的距離，並取決於一具有合適的焦距的透鏡的有效性。
相反地，在使用F-θ透鏡的已知形式的光固化機中， 操作區域10的大小由透鏡決定，如上面已說明，該透鏡在市場上僅出現有限的版本。
總是在光點的直徑被維持在上面指明的數值之內的條件下，發光單元5以及光學單元11係較佳藉由決定直徑w L 以及平行光束的質量係數M 2 加上光學單元11的焦距f選定，其等使能最小化光束的最小直徑w F 。
當其它條件保持相同時，最小化最小直徑w F 意味著亦最小化光點的最大直徑，且因此最小化使用光固化機1能得到的清晰度。
假設光學單元11不呈現任何像差，使用公式(1)以及(2)該w F 的最小化可被執行，其中在公式(2)中Z必須是等於聚焦面12和操作區域10之間的最大距離z max 的值且比率w(z max )/w F 必須等於上述的最大比率。
實際上，光學單元11不可能永遠沒有像差。特別地，與此有關的像差係球狀像差，在此以下，該球狀像差會被簡短地簡單定義為“像差”。
如已知，像差具有放大一給定的光束的光線的聚焦區域的效果。
在一受到像差的高斯光束的情形中，該高斯光束可利用較該等公式(1)以及(2)更複雜的公式被敘述，為了簡明起見該公式在此未被說明，但在文獻中為已知。
此處，足以說明對於一高斯光束，其它條件保持相同，一較高像差的意味著於上述的直徑的變化上符合條件的光束的部分的一較 大的最小直徑w F 以及一較長的長度L。
因此，若在一側上最小直徑w F 的增加會建議像差被盡可能限制，另一方面，一較高像差使能減少光學單元11的下游的直徑w L ，因而亦減少最小直徑w F 。兩個效果中的那一個會佔優勢取決於為光固化機1所選擇的特定設置且因此不能預先知曉。
因此，考慮到對於一給定的焦距f，一些具有不同於彼此的像差值的透鏡一般在市場上有售，較佳地，於計算最小直徑w F 的最小化時，像差被使用為一進一步的未知參數。
有利地，在很多情形中作為計算的未知參數的像差的使用使能得到最小直徑w F ，該最小直徑w F 短於考慮一具有預定像差的光學單元11會被得到的直徑，該具有預定像差的光學單元11例如係一對於一給定的焦距市場上有售的最小像差的光學單元。
上述的優點必須被加到事實：一般而言，當光學單元11的像差增加時光學單元11的成本降低。因此，對於光固化機1的整體成本的優點而言，若該計算提供一較對於一給定的焦距市場有售的最小值更高的像差，相應的光學單元11的成本會少於具有最小像差的光學單元。
至於聚焦面12，此較佳定義成與入射區域8相交，以便得到一配置在基礎材料3內部的第一部分13以及一配置在基礎材料3外部的第二部分14。
因此，如第4圖概略顯示，當光束6被導向聚焦面12的第一部分13時，在到達最小剖面15之前該光束6係入射於操作區域10。在最小剖面15的上游的光束6的一部份如此被利用。
反之亦然，如第3圖所示，當光束6被導向聚焦面12的第二部分14時，在通過最小剖面15之後該光束6到達操作區域10。在最小剖面15的下游的光束6的一部份如此被利用。
有利地，其它的條件維持不變，該設置使能減少聚焦面12和工作面10之間的最大距離z max ，使最小直徑w F 被減少。
較佳地，聚焦面12係配置成當光束6被導向第一部分13時所得的光點的最大表面面積等於當光束6被導向第二部分14時所得的光點的最大表面面積。
有利地，剛在上面所述的設置使能最小化一預定大小的操作區域10的最小直徑w F 。
剛在上面所述的符合需要意味著以沿著光束6的傳播的方向所測量的第一部分13和操作區域10之間的最大距離加上第二部分14和操作區域10之間的最大距離的總和相等於符合上面所述的最大直徑上的條件的光束6的部分的長度L的方式，相對於操作區域10配置聚焦面12。
實際上，由於像差，該光束6的部分不是相對於最小剖面15對稱配置，若沒有像差，這應會發生，但該光束6的部分相對於最小剖面15被移向上游。
較佳地，光反射裝置7被設置成聚焦面12和操作區域10之間的交叉處係一圓周16，該圓周16與入射區域8以及操作區域10一起被蓋略顯示於第5圖中。
該圓周16藉由配置外表面4被得到，因而該圓周16係正交於繞著兩個軸X1、X2的光反射裝置7的整體操作角α的平分線9。
該狀態使能得到一光點，該光點係繞著該平分線9以一軸向對稱方式可變化，亦即，對於與平分線9形成相同角度的所有入射方向具有相同的幾何。
因而，有利地，對於操作區域10的一給定表面面積最小化在操作區域10中的光點的最大大小。
更有利地，該軸向對稱使能簡化在三度空間物體本身的實際建構期間用來規劃光束6的路徑的三度空間物體的數值表示。
較佳地，邏輯控制單元19係設置成操作區域10具有一圓形形狀，與該圓周16同心。
剛在上面所述的設置使能最小化操作區域10和聚焦面12之間的最大距離z max ，如此使能減少具有操作區域10的相同表面面積的光點的最大大小。
明顯地，剛在上面所述的結果藉由配置聚焦面12被得到，因而在操作區域10的中心和外周的水平光點同時具有其最大表面面積。
在常見的情況中，在該情況中光反射裝置7界定一方形形狀的入射區域8，界定一圓形操作區域10意味著排除被配置在頂點的高度的入射區域8的部分，如此大量減少該最大距離z max 。
因而，有利地，較之於使用一與整個方形入射區域8相一致的操作區域應被得到的光點大小更能減少光點的大小。
如第5圖概略顯示，較佳地，圓形操作區域10係以它被內接於入射區域8的方式界定，如此對於一給定的入射區域8最大化操作區域10的表面面積並盡可能利用光反射裝置7的解析度。
藉由事例，大部分普遍使用的習知形式的光固化機係具有一操作於角幅度40°的光反射裝置以及一具有焦距等於160毫米的F-θ透鏡。此組合提供一量測110 x 110毫米的操作區域20以及一直徑等於大約40微米的直徑的圓形光點。
使用上述的本發明的概念，本發明的申請人能得到一具有直徑等於180毫米的圓形操作區域10以及一具有直徑等於大約60微米的光點.
第5圖定性地顯示上面已敘述的。特別地，可觀察到操作區域10雖然小於入射區域8，但遠大於習知光固化機的操作區域20。
因此，較之於習知形式的光固化機，接受一輕微的清晰度的減少，已能加倍操作區域10的表面面積，而無須增加光固化機的成本而是減少成本。
可理解的是本發明的光固化機的降低的成本讓本發明的光固化機特別適合被使用於一較大範圍的行業而不是那些使用習知光固化機的專業或工業行業，確切而言，那些行業的主需求是滿足光固化機的成本，而清晰度還在其次。
另一方面，利用一習知形式的光固化機，為了得到一操作區域其表面面積能與上述的具有一直徑180毫米的的操作區域比較，需要使用一具有焦距大約250毫米的F-θ透鏡，該焦距相應於一量測大約160 x 160毫米的方形操作區域。
然而，該F-θ透鏡遠較以前情形的F-θ透鏡昂貴，更且，使能得到一大小的光點，該大小在任何情形能與該利用本發明的光 固化機能得到的大小相比較。
實際上，操作區域10的直徑係包含在170毫米和190毫米之間。該區間適合一大範圍的應用，並更且，使能得到可與利用該具有等於大約250毫米的焦距的F-θ透鏡所能得到的相比擬的清晰度和操作區域，但卻遠較便宜。
上面所述清楚顯示上述光固化機達成本發明所有的目的。
特別地，較之於習知形式的光固化機，光學單元以及發光單元的特定設置使能大量減少光固化機的成本，讓光固化機適合使用於較大範圍的行業，而不僅限於專業或工業行業。
更且，該設置亦使能讓操作區域的大小與一特定的光學單元無關，如此增加光固化機設計的彈性且容許操作區域被擴寬而無過量增加光固化機的成本。

Claims (16)

  1. 一種光固化機(1)，包含：一容器(2)，內含一液態或漿態的基礎材料(3)，該基礎材料(3)界定一定界該基礎材料的外表面(4)；一發光單元(5)，設置成發射一光束(6)；一光反射裝置(7)，適合偏斜該光束(6)並適合以該光束(6)入射於一屬於該外表面(4)的入射區域(8)的任何點上的方式被控制；一邏輯控制單元(19)，設置成以該光束(6)被選擇性地入射於一屬於該入射區域(8)的平面的操作區域(10)的任何點上的方式控制該光反射裝置(7)；以及一光學單元(11)，設置成聚焦該光束(6)於一由第一點所界定的聚焦面(12)上，該等第一點係沿著該光束(6)的方向而位於該光反射裝置(7)的下游位置，且該等第一點對應並沿著每一個由該光反射裝置(7)所界定的不同方向，在該等點處該光束(6)具有最小的剖面(15)；其中該光學單元(11)係配置於該發光單元(5)和該光反射裝置(7)之間，該聚焦面(12)係為球形，進一步的特徵在於：該發光單元(5)以及該光學單元(11)的方式設置，係以該光束(6)在一側面完全穿越該操作區域(10)，該光束(6)和該操作區域(10)之間的交叉處的最大直徑和另一側面的該最小剖面(15)的直徑(wF)之間的比例不超過1.15。
  2. 如申請專利範圍第1項之光固化機(1)，其中該光學單元(11)係固定的。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之光固化機(1)，其中該發光單元(5)和該光學單元(11)係以該比例被包含於1.10和1.15之間的方式被設置。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之光固化機(1)，其中利用該操作區域(10)的一給定的預先界定的設置以及該操作區域(10)和該光反射裝置(7)之間的一給定的預先界定的距離，該發光單元(5)以及該光學單元(11)被設置成最小化該最小剖面(15)的該直徑(wF)。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之光固化機(1)，其中該聚焦面(12)被配置成以該聚焦面(12)的一第一部份(13)被配置於該基礎材料(3)之內的方式與該操作區域(10)相交，且其中該聚焦面(12)的一第二部分(14)被配置於該基礎材料(3)的外部。
  6. 如申請專利範圍第5項之光固化機(1)，其中該發光單元(5)以及該光學單元(11)係以當該光束(6)被導向該第一部份(13)時該光束(6)和該操作區域(10)之間的最大交叉區域相等於當該光束(6)被導向該第二部分(14)時該光束(6)和該操作區域(10)之間的最大交叉區域的方式被設置。
  7. 如申請專利範圍第5項之光固化機(1)，其中該光反射裝置(7)係以該聚焦面(12)和該操作區域(10)之間的交叉處係一圓周(16)的方式被設置。
  8. 如申請專利範圍第7項之光固化機(1)，其中該邏輯控制單元(19)係以該操作區域(10)係圓形且與該圓周(16)同心的方式被設置。
  9. 如申請專利範圍第8項之光固化機(1)，其中該圓形操作區域(10)係內接於該入射區域(8)中。
  10. 如申請專利範圍第9項之光固化機(1)，其中該圓形操作區域(10)的直徑被包含於170毫米和190毫米之間。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之光固化機(1)，其中該光學單元(11)係一透鏡或串聯配置的透鏡(17)的組。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之光固化機(1)，其中該發光單元(5)係以該發光單元(5)發射一平行光束(6)的方式被設置。
  13. 如申請專利範圍第12項之光固化機(1)，其中該發光單元(5)包含一雷射光發射器。
  14. 如申請專利範圍第12項之光固化機(1)，其中該光發射單元(5)係以該平行光束(6)的剖面對稱於兩個互相正交的對稱軸的方式被設置。
  15. 一種如申請專利範圍第1至14項中任一項的光固化機(1)的設計方法，其中該方法包含以下的操作：界定該操作區域(10)的設置；界定該光反射裝置(7)和該操作區域(10)之間的一距離；計算該發光單元(5)和該光學單元(11)的一些設計參數的值，該等設計參數因而最小化該最小剖面(15)的該直徑(wF)的值，根據該發光單元(5)以及該光學單元(11)的方式設置，係以該光束(6)在一側面完全穿越該操作區域(10)，該光束(6)和該操作區域(10)之間的交叉處的最大直徑和另一側面的該最小剖面(15)的直徑(wF)之間的比例不超過1.15，其中該設計參數至少包含該入射於光學單元(11)上的該光束(6)的質量係數(M2)以及該光學單元(11)的焦距(f)；以及依據該等設計參數的該等值選擇該發光單元(5)以及該光學單元(11)。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該等設計參數包含一代表該光學單元(11)的像差的參數。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3290188A1 (de) * 2016-08-30 2018-03-07 Lithoz GmbH Verfahren zum verfestigen eines photopolymerisierbaren, diffus reflektierenden materials
CN110869210B (zh) * 2017-05-11 2022-09-13 速尔特技术有限公司 用于增材制造的图案化光的开关站射束路由

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4758068A (en) * 1986-01-31 1988-07-19 Crosfield Electronics Limited Controlling radiation beam diameters
TWI298030B (en) * 2005-06-03 2008-06-21 Mitsubishi Electric Corp Laser processing method and laser processing machine
WO2013093612A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Ettore Maurizio Costabeber Stereolithography machine with improved optical unit

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01237123A (ja) * 1988-03-17 1989-09-21 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 光学的造形法における光束の走査法
US5015424A (en) * 1988-04-18 1991-05-14 3D Systems, Inc. Methods and apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography
JP2715527B2 (ja) * 1989-03-14 1998-02-18 ソニー株式会社 立体形状形成方法
US5389196A (en) * 1992-01-30 1995-02-14 Massachusetts Institute Of Technology Methods for fabricating three-dimensional micro structures
JP3171478B2 (ja) * 1992-02-28 2001-05-28 帝人製機株式会社 光造形装置の反射光学系
JP3166130B2 (ja) * 1992-04-14 2001-05-14 ソニー株式会社 光学的造形装置及び造形方法
US6391245B1 (en) * 1999-04-13 2002-05-21 Eom Technologies, L.L.C. Method for creating three-dimensional objects by cross-sectional lithography
US6426840B1 (en) * 2001-02-23 2002-07-30 3D Systems, Inc. Electronic spot light control
WO2010043275A1 (en) * 2008-10-17 2010-04-22 Huntsman Advanced Materials (Switzerland) Gmbh Improvements for rapid prototyping apparatus
WO2010043274A1 (en) * 2008-10-17 2010-04-22 Huntsman Advanced Materials (Switzerland) Gmbh Improvements for rapid prototyping apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4758068A (en) * 1986-01-31 1988-07-19 Crosfield Electronics Limited Controlling radiation beam diameters
TWI298030B (en) * 2005-06-03 2008-06-21 Mitsubishi Electric Corp Laser processing method and laser processing machine
WO2013093612A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Ettore Maurizio Costabeber Stereolithography machine with improved optical unit

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