WO2022171704A1 - Procédé d'impression d'un objet 3d dans une composition photoréactive, et imprimante adaptée pour la mise en oeuvre du procédé. - Google Patents

Procédé d'impression d'un objet 3d dans une composition photoréactive, et imprimante adaptée pour la mise en oeuvre du procédé. Download PDF

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WO2022171704A1
WO2022171704A1 PCT/EP2022/053176 EP2022053176W WO2022171704A1 WO 2022171704 A1 WO2022171704 A1 WO 2022171704A1 EP 2022053176 W EP2022053176 W EP 2022053176W WO 2022171704 A1 WO2022171704 A1 WO 2022171704A1
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mosaic
composition
image
mosaics
volume
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/053176
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Inventor
Patrice Baldeck
Azeddine TELLAL
Kevin Heggarty
Original Assignee
Universite Claude Bernard Lyon 1
Centre National De La Recherche Scientifique
Ecole Normale Superieure De Lyon
Institut Mines Telecom
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Publication date
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    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • Title of the invention Process for printing a 3D object in a photoreactive composition, and printer suitable for implementing the process.
  • the present application relates to an optical projection method suitable for printing in three dimensions (3D) in a volume of composition, as well as a 3D printer, using a nonlinear photochemical reaction induced by absorption of an energy supplied by a beam luminous to modify a photoreactive composition.
  • the composition to be modified can be of various types.
  • This composition may comprise a resin solidifying by polymerization or photo-crosslinking, a resin whose solubility properties are modified by photochemistry, proteins solidifying by photo-crosslinking, or metal salts solidifying by photo-reduction, or more generally any composition of which a physical (color, mechanical resistance, etc.) or chemical property is modified under the effect of a light signal.
  • the excess of unmodified composition is dissolved by a suitable solvent after the modification.
  • the modification of the composition is very localized because the yields of these photochemical reactions result from a nonlinear chemistry in irradiation or in fluence.
  • the yields of these photochemical reactions induced by two-photon absorption are proportional to the square of the intensity of the laser source used, so that the modification of the composition is very localized.
  • the nonlinearity is obtained by a mechanism of successive addition of photons, or by a threshold polymerization mechanism, or by a nonlinear chemical mechanism.
  • the patent DI FR3023012 describes a 3D printer in which a laser beam of appropriate wavelength and power is focused successively at points of a reactive composition so that the volumes of the material located at the successive focusing points of the beam are modified by a photochemical reaction induced by two-photon absorption.
  • the 3D printer comprises a laser source, a focusing lens and a composition tray to be modified resting on a table, said table being able to be moved according to directions orthogonal (X, Y directions) or parallel (Z axial direction) to the direction of propagation of a laser beam produced by the source.
  • the laser beam is focused by the lens at a focal point located in the composition to be modified, the power of the beam decreasing as it moves away from the focal point.
  • Focal volume is a volume of composition centered on a focal point, volume in which the energy of the light beam is sufficient to trigger the modification of the composition.
  • the XYZ table is controlled so that the focal volume associated with the focal point of the beam is moved through the material to form voxels one after another until the volume of the 3D object to be printed has been solidified.
  • the object is thus printed voxel by voxel, first in a plane orthogonal to the beam and defined by the directions X, Y then plane by plane along the direction Z.
  • Dl proposes a solution for adjusting the size of the voxels during printing, thus making it possible to print successively very small voxels and larger voxels.
  • This technical solution effectively makes it possible to accelerate the printing time of an object, but to the detriment of the resolution, in particular the axial resolution (along the Z axis), in the zones where the voxels are of larger size.
  • the resolution in particular the axial resolution (along the Z axis)
  • D2 "Hernandez-Cubero, O.
  • Document D4 “Saha, Sourabh K., et al. "Scalable submicrometer additive manufacturing.” Science 366.6461 (2019): 105-109. describes the use of a space-time compression technique to achieve axial resolution when projecting a 2D image within the volume of a light-cured composition. This process requires the use of laser sources with femtosecond pulses and cannot be generalized to other photopolymerization light sources.
  • the document D5 “Regehly, Martin, et al. "Xolography for linear volumetry 3D printing.” Nature 588.7839 (2020): 620-624. describes the use of a 3D light-curing technique based on the intersection of two light beams of different colors.
  • the first beam projects, without axial resolution, the images to be polymerized into the resin tank. Propagation takes place without photochemical reaction up to the point of intersection with the second beam, a perpendicular sheet of light, which makes the photoinitiator molecules sensitive to the color of the first beam, and therefore makes it possible to obtain the axial resolution.
  • This process is limited to the use of very specific photoinitiator molecules and radical polymerization resins. It cannot be generalized to the photo-chemical systems used in the state of the art.
  • Document D6 “One-Step volumetry additive manufacturing of complex polymer structures” Shusteff, Maxim, Allison EM Browar, Brett E. Kelly, Johannes Henriksson, Todd H. Weisgraber, Robert M. Panas, Nicholas X. Fang, and Christopher M Spadaccini. "One-step volumetric additive manufacturing of complex polymer structures.” Science advances 3, no. 12 (2017): eaao5496, describes a new technology of projecting a solid 3D image into the nonlinear photoreactive composition tray, which can dramatically speed up print time.
  • the projection takes place inside the composition tank itself and not on the surface, so that it is no longer necessary to move the table supporting the composition tray or to use a mobile sample holder in the composition tray.
  • viscous photoreactive compositions insofar as the projection is carried out inside the volume of composition and where it is no longer necessary to move a sample holder in the composition tank.
  • the fabrication of millimetric objects requires the orthogonal addition of three 2D images to obtain the axial resolution by nonlinear polymerization only at the places of addition of the projected irradiations. This makes the optical assembly complex and limits the 3D geometric shapes that can be printed.
  • the present invention aims to overcome at least one of the drawbacks of the known printing methods and printers mentioned above, and in particular the problem of the loss of axial resolution in the luminous zones to be reacted by the image projection.
  • the invention proposes a process for printing a 3D object in a volume of photoreactive composition, an object defined by a 3D image comprising a plurality of illuminated points, a printing process characterized in that it comprises the following steps, consisting of:
  • each mosaic comprising a plurality of flat areas and each flat area comprising an illuminated point or a group of adjacent illuminated points , and
  • the number of illuminated points and the distribution of the illuminated points in the said solid are adjusted so that the projection of the said mosaic in the composition volume, the luminous zone associated with the said solid generates the photoreacting a composition block having a desired axial resolution, and
  • the flat areas of illuminated dots are distributed so that, during the projection of the said mosaic in the volume of composition, the composition does not photoreact between the luminous zones associated with the plurality of flat areas of the said mosaic.
  • the desired axial resolution is a process parameter, chosen by the user, depending on the resolution he wishes to obtain for the printed physical object.
  • solids can have various shapes, for example a compact shape, an elongated shape, a hollow shape, etc.
  • the resolution of a printed object is directly related to the resolution of the optical image projected into the composition for printing.
  • the projection of a digital image comprising solid areas (or groups of illuminated dots) comprising a large number of illuminated dots results in practice in an optical image with low axial resolution, and results in a printed object with low axial resolution.
  • the invention proposes to print the same object by successive projections of partial images (or mosaics) comprising solid areas each comprising a smaller number of illuminated points to maintain optimum axial resolution.
  • the small flat areas have sufficient irradiations to polymerize only around their focal points, and their diffracted intensities are too low to trigger a parasitic polymerization reaction degrading the axial resolution, as will be better seen further on.
  • the essential step ET2 of the invention thus aims to limit the size of the flat areas projected.
  • the image of the object to be printed is a 3-dimensional image, and the mosaics and the solid areas in said mosaics are also in 3D.
  • the method can comprise an initial step (ET1) consisting in cutting the 3D image of the 3D object into a series of 2D images representative of the object to be printed in parallel planes between them and perpendicular to the axial direction of image projection in the composition volume, and in that it also comprises the following steps ET2 to ET4, repeated for each 2D image and consisting of:
  • This embodiment allows layer-by-layer printing of the 3D object directly in the composition volume, and not on the surface of the composition as is the case with conventional layer-by-layer stereolithography methods.
  • moving the focal plane in the composition avoids moving the object being printed in the composition volume. It thus becomes possible to use viscous or even solid compositions. Also, it is no longer necessary to use reinforcements to maintain, during its movement in the composition, a fragile object being printed.
  • the invention also proposes a printer suitable for the implementation of a printing method described above, printer comprising in particular:
  • the printer also comprising means arranged to implement the printing method according to one of preceding claims, said means comprising a generator (15) of mosaic sequences arranged to extract from the image of the object to be printed a sequence of mosaics and supplying the sequence of mosaics to the projector for performing step ET3 of projection.
  • the image projector is chosen with lateral and axial optical resolutions adapted to the lateral and axial resolutions desired for the object to be printed.
  • FIG. 1 schematically presents a printer according to the invention
  • FIG. 2 schematically presents an essential step of a printing process according to the invention
  • FIG. 3 presents test results facilitating the understanding of the essential step of the invention.
  • a digital image of a physical object to be printed is defined by a plurality of illuminated dots distributed in a matrix comprising illuminated dots and unlit dots, the illuminated dots defining the object to be printed.
  • a flat object can be represented by a two-dimensional (2D) dot matrix, the dots of which are commonly called pixels.
  • a three-dimensional (3D) solid object can be represented by a three-dimensional point matrix, a matrix whose points are commonly called voxels.
  • adjacent By convention, we will use the adjective “adjacent” to talk about two elements that are side by side and that touch each other; for example, in an image or a matrix representing an image, adjacent points touch on one side.
  • an axial direction Z is defined as being a direction of projection of an image by a projector in a composition volume, and we define two lateral directions, X, Y, perpendicular to each other and perpendicular to the axial direction Z (see the reference figure 1).
  • volume of composition is meant conventionally the contents of a container containing said composition, the volume of composition being delimited by the edges of the container.
  • projection in a composition volume we mean a projection of an image inside the composition volume, and not a projection under the surface of the composition volume, as is commonly carried out according to conventional methods of layer-by-layer printing (stereolithography).
  • a "solid” comprises a lit point or a group of adjacent lit points in which each lit point is adjacent to at least one other lit point of the same group.
  • the dimension of a compact solid corresponds to its mean diameter
  • the dimension of an elongated solid corresponds to its mean width.
  • a spacing between two flat areas is a measured spacing (in millimeters, micrometers, nanometers, etc.) between an illuminated point located on one edge of one of the areas and an illuminated point located on an edge of the other of the areas.
  • the distance between two solids is the minimum value of the spacing between two solids.
  • luminous area is meant an illuminated area in the composition during the projection of a solid area of illuminated dots, where the light intensity is sufficient to generate a reaction of the composition.
  • a luminous zone is generally larger than a zone in which a solid color is projected, as will be seen later in the examples of FIGS. 3 and 4, due to the propagation of the light beam beyond the projection zone.
  • a mosaic is a partial digital image of the global digital image of a real object; a mosaic is extracted from a (complete) image of said object; a mosaic is of the same size, in terms of number of light points, as the digital image from which the mosaic is extracted; a mosaic includes only part of the illuminated points of the image from which the mosaic is extracted.
  • optical resolution also called optical "axial length”
  • optical "lateral resolution” of a light beam is the distance, in a lateral direction perpendicular to the direction of propagation, between two opposite points of a peak of maximum intensity which correspond to half of the maximum intensity.
  • the “resolution of the photoreaction” is determined by the optical resolution of the light beam generating the photoreaction; it can be smaller or larger than the optical resolution of the light beam, depending on the type of composition and the conditions of irradiation above the minimum irradiation necessary for the photoreaction.
  • the invention relates to the printing of 3D objects by projection of images in a volume of photoreactive composition, the modification of the composition of which is localized in the places of intense irradiation.
  • the invention more specifically proposes a method for printing a 3D object in a volume of photoreactive composition, an object defined by a 3D image comprising a plurality of illuminated points.
  • the printing process according to the invention comprises the following steps, consisting of:
  • each mosaic comprising a plurality of flat areas and each flat area comprising an illuminated point or a group of adjacent illuminated points , and
  • each mosaic in the composition volume, a plurality of zones luminous zones, each luminous zone corresponding to a flat area of the projected mosaic and each luminous zone being adapted to generate a photoreaction of an associated composition block.
  • a solid can be two-dimensional (X, Y) or three-dimensional (X, Y, Z), depending on whether the mosaic that contains the solid is two-dimensional or three-dimensional.
  • FIG. 3 shows the influence of the dimensions of the solid tints on the optical resolution necessary to obtain the axial resolution of the transformed composition block after projection of a solid tint image.
  • Figures 3a, 3b represent the XY projections
  • Figures 3ay, 3by represent the YZ projections
  • Figures 3az, 3bz represent the XZ projections of the images obtained with a CMOS camera at different axial positions around the XY focal plane in which the images are projected.
  • FIG. 3a shows an optical image comprising a single luminous zone resulting from the projection of a digital image comprising a single square solid area.
  • the luminous zone corresponding to the solid area, of dimension 20 pm * 20 pm, is well delimited in the X,Y plane of projection (fig 3a), it spreads out on the other hand very widely in the YZ plane (fig. 3ay) as in the X,Z plane (fig. 3az) on either side of the focal plane in the Z axial direction and in very diffracted directions with respect to the Z axial direction.
  • the optical axial resolution is 22 pm whereas the axial resolution of an optical solid with a single light point is 0.5 ⁇ m.
  • FIG. 3b shows an optical image comprising luminous zones resulting from the projection of a digital image comprising a plurality of smaller square flat areas, fairly distant from each other; the distance between two luminous zones is 10 ⁇ m in the X, Y plane of projection.
  • FIGS. 4 show the influence of the distance between flat tints each comprising an illuminated point on the luminous zones resulting from the projection of said flat tints, and therefore the influence of said distance on the reaction of the illuminated composition.
  • the tests are carried out here with the same optical projection system as that of the tests presented in fig 3.
  • Figures 4 are results of projection tests of a digital image comprising a plurality of equidistant areas, the projections of the areas having dimensions of 0.25 ⁇ m * 0.25 ⁇ m, in the X,Y projection plane, and dimensions of 0.5 ⁇ m in Z. the diffraction limit, that is to say with perfect focusing, imposed by the characteristics of the optical system used.
  • the flat areas When the flat areas are separated by a distance of 2 ⁇ m from each other in the projection plane, the light areas they generate are very sharp and distinct from each other, both in the projection focal plane (fig. 4a) than along the axial plane X Z (fig 4az). Between the luminous zones, the luminous intensity is weak and insufficient to cause a modification of the composition.
  • the flat areas When the flat areas are only separated by a distance of 0.8 ⁇ m from each other in the projection plane, the light areas they generate are not very sharp and not very distinct from each other in the XY projection plane (fig. 4b).
  • the light zones In the axial direction Z, in the plane XZ (FIG. 4bz) and more generally in any plane parallel to the axial direction, the light zones spread out to the point of overlapping.
  • the resulting energy can become sufficient to trigger a reaction of the composition. This results in a strong degradation of the axial resolution, as well as an undesired reaction of the composition between the flat areas where the beams of light overlap.
  • the printing time is reduced by carrying out the steps ET2 and ET3 described above, which make it possible, from a breakdown into mosaics, partial images of the object to be printed, to simultaneously print pluralities of illuminated dots , instead of printing them one by one, which greatly speeds up printing.
  • the axial resolution desired for the printed object is maintained by an appropriate distribution of the illuminated points in the mosaics and in the flat areas of the mosaics:
  • the number of lit points and the distribution of illuminated points in the said flat area are adjusted so that, during the projection of the said mosaic in the composition volume, the luminous zone associated with the said flat area generates the photoreaction of a composition block having a desired axial resolution, and
  • the flat areas of illuminated dots are distributed so that, during the projection of the said mosaic in the volume of composition, the composition does not photoreact between the luminous zones associated with the plurality of flat areas of the said mosaic.
  • the number of lit points and the distribution of the lit points in the solid must be optimized.
  • the number of illuminated points must be as large as possible to project as few mosaics as possible to print the complete object.
  • the number of illuminated points must be limited and the distribution of illuminated points in a solid area must be optimized to maintain the desired axial resolution.
  • the distribution of the lit points is materialized by the shape of the solid.
  • the flat areas must be distributed in an optimized way.
  • the distance between two flat areas must be minimized so that the number of illuminated points in a mosaic is as large as possible.
  • the distance between two flat areas must be sufficient so that the composition does not react between two flat areas.
  • Tests carried out under the test conditions presented in FIG. 3 and 4 show that, in a mosaic, flat areas having a dimension less than the desired axial resolution and preferably twice as small, give good results in terms of axial resolution.
  • a compact shape for example a disc, a solid ball, a square, a cube, .etc. ; , for the purposes of the invention, it is considered that the dimension of such a solid is its average diameter
  • an elongated shape for example an elliptical shape, an oblong shape, a cylinder, a bar, etc. ; , for the purposes of the invention, it is considered that the dimension of such a flat area is its average width
  • a hollow shape for example a ring, a hollow sphere, a hollow cylinder, a hollow rectangle...
  • the method according to the invention can be used to produce an object to be printed having macroscopic properties and having a desired lateral (XY) and/or axial (Z) resolution of the details which can be greater than 10 ⁇ m.
  • the method can also be used to produce a printable object having microscopic properties with a desired lateral (XY) and/or axial (Z) resolution of detail which may be less than 10 ⁇ m.
  • FIG. 2 shows, by way of simple example, the decomposition of an initial 2D image into a sequence of four 2D mosaics, the 2D image and the mosaics comprising 24*24 pixels (2D luminous points).
  • the solid areas of the initial 2D image include 2*10 pixels
  • the decomposition is such that the solid areas in the mosaics include at most 2*2 lit points.
  • the decomposition according to the invention of images into mosaic sequences applies in a similar way to the decomposition of a 3D image representing a 3D object and defined by a three-dimensional matrix.
  • a breakdown into four mosaics only makes it possible to obtain mosaics comprising flat areas comprising at most 4 lit points.
  • larger images for example images of microscopic or macroscopic images defined by a matrix of 10000* 10000 pixels (in 2D) or by a matrix of 10000*10000*10000 voxels (in 3D)
  • the number of mosaics in a sequence can quickly become large, even if flat areas comprising more than 1 lit point are acceptable.
  • the number of mosaics will thus depend in practice on the density of the object to be printed or said, otherwise, the number of illuminated dots and the size of the initial solids in the initial image representing the object to be printed, and the desired resolution for the printed object.
  • the step ET2 of extracting the sequence of mosaics can be carried out by trial and error, by choosing flat areas of simple shapes in line with the general shape or the local shapes of the object to be printed.
  • step ET2 can be performed iteratively.
  • a first version comprising alternately an illuminated point and an extinguished point can be tested with the composition to be modified and the associated optical means.
  • turning points off or on ET22.
  • steps ET21 and ET22 until a first satisfactory mosaic is obtained. Then repeat steps ET21 and ET22 for the following mosaics.
  • the distance between solids and the distribution of solids in each mosaic, as well as the number and distribution of illuminated dots in each solid of a mosaic according to the desired axial resolution for the object to be printed must be characterized by tests with the projection means and the photoreactive composition chosen.
  • tests carried out under the material conditions (projection means and choice of composition) of the experiment described in document D2 show that the axial resolution of a spot (modified composition element) obtained by holographic projection is equal at 1.6 times the diameter of the projected solid.
  • an axial resolution equal to 16 ⁇ m, 8 ⁇ m or 1.6 ⁇ m
  • the maximum dimension of an isotropic solid is chosen equal to 10 ⁇ m, 5 ⁇ m or 1 ⁇ m.
  • each illuminated point of the image of the object is present in at least one solid area of a mosaic; the successive projection of each of the mosaics of the mosaic sequence thus makes it possible to constitute the entire object in the volume of composition. If each lit point is present in a single mosaic dataset, all points will be projected only once during the projection of the mosaic sequence; this makes it possible to obtain a printed object produced in a homogeneous material. A lit point present in several mosaics will be projected as many times, which amounts to increasing the projection time of said point, and therefore increasing the conversion rate of the composition; this makes it possible, for example, to locally reinforce a physical or chemical property of the printed object.
  • At least one mosaic is projected several times, successively shifted along the axial direction and/or in a focal plane (XY) in the composition volume.
  • This embodiment makes it possible, for example, to print parallel bars.
  • first desired axial resolution with a first part of a mosaic and at least one second desired axial resolution with at least a second part of said mosaic.
  • the mosaics of the sequence of mosaics can each be projected for an identical time, necessary for the reaction of the composition. This makes it possible, for example, to produce an object in a substantially homogeneous material.
  • the mosaics of the sequence of mosaics are projected for different exposure times; this makes it possible, for example, to locally refine the mechanical properties of an object.
  • a method according to the invention comprises an essential step ET2 of extracting a sequence of mosaics in an image of an object to be printing, and a step ET3 of projecting said sequence of mosaics into the volume of photoreactive composition.
  • the image to be projected and the mosaics are also in 2D.
  • the mosaics are projected successively in the same focal plane (perpendicular to the axial direction) in the composition volume inside the composition tray so that the object is formed in the composition volume as the projecting mosaics.
  • the image of the object to be printed is a 3D image and the mosaics and the flat areas in the mosaics, obtained during step ET2, are also in 3D.
  • 3D mosaics are projected, either as a real or holographic 3D image, into the composition volume within the composition so that the object forms in 3D within the composition volume as the projecting mosaics.
  • the printing of a 3D object is carried out layer by layer by the successive printing of adjacent 2D layers.
  • the method according to the invention comprises an initial step (ET1) consisting in cutting the 3D image of the 3D object into a series of 2D images representative of the object to be printed in parallel planes between them and perpendicular to the axial direction of image projection in the composition volume, and it comprises the following steps ET2 to ET4, repeated for each 2D image and consisting in
  • step ET4 of displacement of the focal plane is carried out by spatial modulation of an initial light beam produced by a light source of the projector used to carry out step ET3 of projection, the modulated beam integrating information relative to the position of the focal plane.
  • the invention also proposes a printer for implementing the method described above, the principle of which is shown in a deliberately simplified manner in FIG. 1.
  • the printer comprises:
  • a tank 2 containing a volume of a photoreactive composition for example a photopolymerizable resin solidifying by a nonlinear polymerization mechanism
  • an image projector 10 arranged to project a focused image, with a desired axial resolution, in the composition volume.
  • the photoreactive composition is for example a photopolymerizable resin solidifying by a multiphoton absorption process, by a photon addition mechanism, by a threshold polymerization mechanism, or by a nonlinear chemistry mechanism.
  • the printer according to the invention also comprises means arranged to implement the printing method as described above, in particular a generator (15) of mosaic sequences arranged to extract from the image of the object to printing a sequence of mosaics and supplying the sequence of mosaics to the projector for carrying out step ET3 of projection.
  • a generator (15) of mosaic sequences arranged to extract from the image of the object to printing a sequence of mosaics and supplying the sequence of mosaics to the projector for carrying out step ET3 of projection.
  • the projector 10 projects an image into the composition and the illuminated areas react by forming all or part of the object to be printed.
  • the projector 10 comprises:
  • a light source (4) producing, for each mosaic to be projected, an initial beam having appropriate parameters to trigger a photoreaction of the composition, the said parameters comprising for example a power, a wavelength and/or an exposure time,
  • a spatial light modulator (12) arranged to, from the initial beam and the mosaic to be projected, produce a beam to be projected by the optical device, and
  • an optical imaging device (11) arranged to focus the beam to be projected in a focal plane associated with the mosaic to be projected.
  • the means for implementing the printing process can also comprise cutting means, for cutting a 3D image into a series of 2D images representative of the object to be printed in planes parallel to each other and perpendicular to the axial direction. image projection in the composition volume.
  • the slicing means supply the mosaic generator 15 one after the other with the 2D images of the series of 2D images resulting from the decomposition.
  • the means for implementing the printing method according to the invention also comprise means for controlling the positioning of the focal plane.
  • the composition tray 2 is placed on a motorized table 3 movable in axial translation in the direction of projection of the projector 10, and means for controlling the motorized table are arranged to provide said motorized table with a movement command signal in the axial direction or in a lateral direction (X, Y). The focal plane in the tray is thus moved by moving the tray.
  • the composition tray 2 is placed on a fixed table, and projector control means are arranged to supply the projector with a control signal comprising an axial position of a focal plane.
  • the distance between the tray and the projector remains fixed, but the focal plane is moved in the tray.
  • the projector control means supply the imaging device 11 with the control signal comprising the axial position of the focal plane and the imaging device focuses the beam to be projected in the focal plane at the interior of the composition volume.
  • the projector control means supply the modulator 12 with the control signal comprising the axial position of the focal plane and the modulator produces a phase-modulated beam to be projected incorporating information relating to the focal plane.
  • the printer according to the invention can be an electro-opto-mechanical machine such as that conventionally used in a photoplotter, in a DLP 3D printer, in an LCD 3D printer, in a printer implementing a microstereolithography process or in a microscope; the machine is diverted from its usual use, and adapted and supplemented by the means of implementing the invention in particular: a generator of mosaic images 15, a projector 10 and means for controlling the electro-opto-mechanical machine and, if the table is mobile, means for controlling the mobile table.
  • composition tray 2 and/or the optical imaging device 11 can be arranged with lateral displacement means (in the XY plane) to produce larger objects by the successive projection of several sequences of mosaics in the lateral plane .
  • the invention proposes a 3D printing process and means for implementing said process, which in particular provide the following technical and economic benefits:

Abstract

Un procédé d'impression d'un objet 3D dans un volume de composition photoréactive, objet défini par une image 3D comprenant une pluralité de points éclairés, le procédé d'impression comprenant les étapes suivantes, consistant à : • extraire (ET2) de l'image une séquence d'images partielles autrement nommées mosaïques, la dite séquence comprenant au moins une mosaïque, chaque mosaïque comprenant une pluralité d'aplats et chaque aplat comprenant un point éclairé ou un groupe de points éclairés adjacents, • selon une direction axiale (Z) et à l'intérieur du volume de composition, projeter (ET3) la séquence de mosaïques, la projection de chaque mosaïque formant, dans le volume de composition, une pluralité de zones lumineuses, chaque zone lumineuse correspondant à un aplat de la mosaïque projetée et chaque étant adaptée pour générer une photoréaction d'un bloc de composition associé, • dans un aplat d'une mosaïque, le nombre de points éclairés et une répartition des points éclairés dans ledit aplat sont ajustés de sorte que, lors de la projection de la dite mosaïque dans le volume de composition, la zone lumineuse associée au dit aplat génère la photoréaction d'un bloc de composition associé ayant une résolution axiale souhaitée, et • dans une même mosaïque, les aplats sont répartis de sorte que, lors de la projection de la dite mosaïque dans le volume de composition, la composition ne réagit pas entre les zones lumineuses associées à la pluralité d'aplats de la dite mosaïque. Il est également présenté une imprimante adaptée pour la mise en oeuvre d'un procédé d'impression tel que décrit ci-dessus. La divulgation s'applique à l'impression 3D d'objets ayant des dimensions microscopiques et/ou macroscopiques par projection d'images à haute résolution axiale dans des compositions photoréactives non linéaires en irradiance

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Procédé d’impression d’un objet 3D dans une composition photoréactive, et imprimante adaptée pour la mise en oeuvre du procédé.
Domaine technique
La présente demande concerne un procédé de projection optique adapté pour l’impression en trois dimensions (3D) dans un volume de composition, ainsi qu’une imprimante 3D, utilisant une réaction photochimique non linéaire induite par absorption d’une énergie fournie par un faisceau lumineux pour modifier une composition photoréactive.
Etat de l’art
La composition à modifier peut être de divers types. Cette composition peut comprendre une résine se solidifiant par polymérisation ou photo-réticulation, une résine dont les propriétés de solubilité se modifient par photochimie, des protéines se solidifiant par photo-réticulation, ou des sels métalliques se solidifiant par photo-réduction, ou plus généralement toute composition dont une propriété physique (couleur, résistance mécanique, etc.) ou chimique est modifiée sous l'effet d'un signal lumineux. L’excédent de composition non modifiée est dissous par un solvant approprié après la modification. La modification de la composition est très localisée parce que les rendements de ces réactions photochimiques résultent d'une chimie non linéaire en irradiation ou en fluence. Par exemple, les rendements de ces réactions photochimiques induites par absorption à deux photons sont proportionnels au carré de l’intensité de la source laser utilisée de sorte que la modification de la composition est très localisée. Dans d'autres exemples la non linéarité est obtenue par un mécanisme d'addition successives de photons, ou par un mécanisme de polymérisation à seuil, ou par un mécanisme non linéaire de chimie.
Le brevet DI = FR3023012 décrit une imprimante 3D dans laquelle un faisceau laser de longueur d’onde et de puissance appropriées est focalisé successivement en des points d’une composition réactive de sorte que les volumes du matériau situés aux points de focalisation successifs du faisceau se modifient par une réaction photochimique induite par absorption à deux photons.
Dans Dl, l’imprimante 3D comprend une source laser, un objectif de focalisation et un bac de composition à modifier reposant sur une table, la dite table pouvant être déplacée selon des directions orthogonales (directions X, Y) ou parallèle (direction axiale Z) à la direction de propagation d'un faisceau laser produit par la source.
En fonctionnement, le faisceau laser est focalisé par l'objectif en un point focal situé dans la composition à modifier, la puissance du faisceau diminuant en s'éloignant du point focal.
Autour du point focal, là où la puissance du faisceau lumineux est suffisante, la composition se modifie localement pour former un voxel de cette composition. On appelle volume focal un volume de composition centré sur un point focal, volume dans lequel l'énergie du faisceau lumineux est suffisante pour déclencher la modification de la composition.
Dans Dl, la table XYZ est commandée de sorte que le volume focal associé au point focal du faisceau est déplacé dans le matériau pour former des voxels les uns après les autres jusqu'à ce que le volume de l'objet 3D à imprimer ait été solidifié. L'objet est ainsi imprimé voxel par voxel, d'abord dans un plan orthogonal au faisceau et défini par les directions X, Y puis plan par plan selon la direction Z.
Comme exprimé dans l'art antérieur de Dl, l'utilisation d'une telle imprimante 3D permet d'imprimer des voxels de dimensions inférieures au micromètre, voire à la centaine de nanomètres avec une très grande résolution, de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres. Une telle imprimante est ainsi appropriée pour réaliser des objets de très petite taille, comprenant un petit nombre de voxels.
Mais pour la réalisation d'objets ayant des dimensions au moins 1000 fois supérieures aux dimensions d'un voxel, c'est à dire de l'ordre du millimètre ou plus, le temps d'impression devient très long lorsqu'une très grande résolution est recherchée.
Pour raccourcir le temps d'impression, Dl propose propose une solution pour ajuster la dimension des voxels en cours d'impression, permettant ainsi d'imprimer successivement des voxels de très petite taille et des voxels de plus grande taille. Cette solution technique permet effectivement d'accélérer le temps d'impression d'un objet, mais au détriment de la résolution, notamment la résolution axiale (selon l'axe Z), dans les zones où les voxels sont de plus grande taille. Ceci s'explique parce qu'une augmentation des dimensions latérales (selon les axes X et Y) des voxels entraîne mécaniquement une diminution de la résolution latérale mais aussi axiale comme montré dans le document D2 = « Hernandez-Cubero, O. "Advanced Optical methods for fast and three-dimensional control of neural activity." Paris Descartes University, France (2016) ». Le document D3 = "Microstereophotolithography using a liquid cristal display as dynamic mask-generator", A. Bertsch, S. Zissi, J. Y. Jézéquel, S. Corbel, J. C. André, Microsystem Technologies (1997)42-47, Springer Verlag 1997, propose une procédé d'impression 3D plus rapide par la photopolymérisation d'images 2D à la surface de la résine. La résolution axiale est obtenue par fabrication stéréolithographie (couche par couche) et l'ajout d'un absorbant pour limiter la propagation de la lumière hors de la couche. La mise en oeuvre de ce procédé est de plus limité à l'utilisation de résines liquides pour pouvoir déplacer l'objet en fabrication dans la résine au changement de couche.
Le document D4 = « Saha, Sourabh K., et al. "Scalable submicrometer additive manufacturing." Science 366.6461 (2019): 105-109. » décrit l'utilisation d'une technique de compression spatio-temporelle pour obtenir une résolution axiale lors de la projection d'une image 2D dans le volume d'une composition photopolymérisable. Ce procédé nécessite l'utilisation de sources laser à impulsions femtosecondes et ne peut être généralisé aux autres sources lumineuses de photopolymérisation.
Le document D5= « Regehly, Martin, et al. "Xolography for linear volumétrie 3D printing." Nature 588.7839 (2020): 620-624. » décrit l'utilisation d'une technique de photopolymérisation 3D basée sur l'intersection de deux faisceaux lumineux de couleurs différentes. Le premier faisceau projette, sans résolution axiale, les images à polymériser dans le bac de résine. La propagation se fait sans réaction photochimique jusqu'au point d'intersection avec le deuxième faisceau, une feuille de lumière perpendiculaire, qui rend les molécules photo-initiatrices sensibles à la couleur du premier faisceau, et donc permet d'obtenir la résolution axiale. Ce procédé est limité à l'utilisation de molécules photo initiateurs très spécifiques et aux résines à polymérisation radicalaire. Il ne peut pas être généralisé aux systèmes photo-chimiques utilisés dans l'état de l'art.
Le document D6 = "One-Step volumétrie additive manufacturing of complex polymer structures" Shusteff, Maxim, Allison EM Browar, Brett E. Kelly, Johannes Henriksson, Todd H. Weisgraber, Robert M. Panas, Nicholas X. Fang, and Christopher M. Spadaccini. "One- step volumétrie additive manufacturing of complex polymer structures." Science advances 3, no. 12 (2017): eaao5496, décrit une nouvelle technologie consistant à projeter une image 3D volumique dans le bac de composition photoréactive non linéaire, ce qui permet d’accélérer considérablement le temps d’impression. De plus, la projection, et donc la réaction chimique, se fait à l’intérieur même du bac de composition et non en surface, de sorte qu'il n'est plus nécessaire de déplacer la table supportant le bac de composition ni d'utiliser un porte-échantillon mobile dans le bac de composition. Egalement, il devient possible d'utiliser des compositions photoréactives visqueuses dans la mesure où la projection est effectuée à l'intérieur du volume de composition et où il n'est plus nécessaire de déplacer un porte-échantillon dans le bac de composition. Pour cette nouvelle technologie, la fabrication d'objets millimétriques nécessite l'addition orthogonale de trois images 2D pour obtenir la résolution axiale par polymérisation non linéaire uniquement aux lieux d'addition des irradiations projetées. Ce qui rend le montage optique complexe et limite les formes géométriques 3D pouvant être imprimées.
Le développement récent de résines non linéaires, telles que celles décrites dans le document D7 = WO2019025717, optimisées à la photopolymérisation très localisée comme STTA-UC permet d'envisager le développement de nouvelles imprimantes 3D ultrarapides utilisant la projection directe d'images 2D ou 3D dans le volume de la résine.
Mais il est reste nécessaire de résoudre le problème de la perte de résolution axiale liée à la dimension latérale des zones lumineuses à polymériser.
Description de l'invention
La présente invention vise à pallier au moins un des inconvénients des procédés d'impression et des imprimantes connus rappelés ci-dessus, et en particulier le problème de la perte de résolution axiale dans des zones lumineuses à faire réagir par la projection d'image.
A cet effet, l’invention propose un procédé d’impression d’un objet 3D dans un volume de composition photoréactive, objet défini par une image 3D comprenant une pluralité de points éclairés , procédé d’impression caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes, consistant à :
- extraire (ET2) de l’image une séquence d'images partielles autrement nommées mosaïques, la dite séquence comprenant au moins une mosaïque, chaque mosaïque comprenant une pluralité d'aplats et chaque aplat comprenant un point éclairé ou un groupe de points éclairés adjacents , et
- selon une direction axiale (Z) et à l'intérieur du volume de composition, projeter (ET3) la séquence de mosaïques , la projection de chaque mosaïque formant, dans le volume de composition, une pluralité de zones lumineuses, chaque zone lumineuse correspondant à un aplat de la mosaïque projetée et chaque zone lumineuse étant adaptée pour générer une photoréaction d'un bloc de composition associé, et procédé caractérisé en ce que :
- dans un aplat d'une mosaïque, le nombre de points éclairés et la répartition des points éclairés dans le dit aplat sont ajustés de sorte que la projection de la dite mosaïque dans le volume de composition, la zone lumineuse associée au dit aplat génère la photoréaction d'un bloc de composition ayant une résolution axiale souhaitée, et
- dans une même mosaïque, les aplats de points éclairés sont répartis de sorte que, lors de la projection de la dite mosaïque dans le volume de composition, la composition ne photoréagit pas entre les zones lumineuses associées à la pluralité d'aplats de la dite mosaïque.
La résolution axiale ouhaitée est un paramètre du procédé, choisi par l'utilisateur, en fonction de la résolution qu'il souhaite obtenir pour l'objet physique imprimé.
Dans les mosaïques, les aplats peuvent avoir des formes diverses, par exemple une forme compacte, une forme allongée, une forme creuse, etc.
La résolution d'un objet imprimé est directement liée à la résolution de l'image optique projetée dans la composition pour l'impression. La projection d'une image digitale comprenant des aplats (ou groupes de points éclairés) comprenant un grand nombre de points éclairés se traduit en pratique par une image optique à résolution axiale faible, et aboutit à un objet imprimé à résolution axiale faible. Aussi, plutôt que d’imprimer un objet en projetant une seule image digitale se traduisant dans la composition par une image optique à résolution axiale faible et aboutissant à un objet imprimé ayant une résolution axiale faible, l’invention propose d’imprimer le même objet par des projections successives d'images partielles (ou mosaïques) comprenant des aplats comprenant chacun un plus petit nombre de points éclairés pour conserver une résolution axiale optimale. En effet, les petits aplats ont des irradiations suffisantes pour polymériser uniquement autour de leurs points focaux, et leurs intensités diffractées sont trop faibles pour déclencher une réaction de polymérisation parasite dégradant la résolution axiale, comme on le verra mieux plus loin. L'étape ET2 essentielle de l'invention vise ainsi à limiter la dimension des aplats projetés. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, l'image de l'objet à imprimer est une image en 3 dimensions, et les mosaïques et les aplats dans les dites mosaïques sont également en 3D.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, le procédé peut comprendre une étape initiale (ET1) consistant à découper l'image 3D de l'objet 3D en une série d’images 2D représentatives de l’objet à imprimer dans des plans parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction axiale de projection d’image dans le volume de composition, et en ce qu'il comprend également les étapes ET2 à ET4 suivantes, répétées pour chaque image 2D et consistant à :
- extraire (ET2) la séquence de mosaïques de la dite image 2D et projeter (ET3) la séquence de mosaïques selon la direction axiale dans un plan focal situé dans le volume de composition photoréactive et perpendiculaire à la direction axiale, et :
- déplacer (ET4) le plan focal dans le volume de composition.
Ce mode de réalisation permet une impression strate par strate de l'objet 3D directement dans le volume de composition, et non pas en surface de la composition comme c'est le cas avec des procédés classiques de stéréolithographie couche par couche. Par ailleurs, le déplacement du plan focal dans la composition évite de déplacer l’objet en cours d’impression dans le volume de composition. Il devient ainsi possible d’utiliser des compositions visqueuses, voire solides. Egalement, il n’est plus nécessaire d’utiliser des renforts pour maintenir, pendant son déplacement dans la composition, un objet fragile en cours d’impression.
L’invention propose également une imprimante adaptée pour la mise en oeuvre d’un procédé d’impression décrit ci-dessus, imprimante comprenant notamment :
- un bac (2) contenant un volume de composition photoréactive, par exemple une résine photopolymérisable se solidifiant par un mécanisme de polymérisation non linéaire et
- un projecteur (10) d’image agencé pour projeter une image focalisée, avec une résolution axiale souhaitée, dans le volume de composition, l’imprimante comprenant également des moyens agencés pour mettre en oeuvre le procédé d’impression selon l’une des revendications précédentes, les dits moyens comprenant un générateur (15) de séquences de mosaïques agencé pour extraire de l'image de l'objet à imprimer une séquence de mosaïques et fournir la séquence de mosaïques au projecteur pour la réalisation de l'étape ET3 de projection.
Le projecteur d'image est choisi avec des résolutions optiques latérales et axiales adaptées aux résolutions latérales et axiales souhaitées pour l'objet à imprimer.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- [Fig. 1] présente schématiquement une imprimante selon l'invention,
- [Fig. 2] présente schématiquement une étape essentielle d'un procédé d'impression selon l'invention
- [Fig. 3] présente des résultats d'essais facilitant la compréhension de l'étape essentielle de l'invention, et
- [Fig. 4] présente d'autres résultats d'essais facilitant la compréhension de l'étape essentielle de l'invention.
Définitions
Une image digitale d’un objet physique à imprimer est définie par une pluralité de points éclairés répartis dans une matrice comprenant des points éclairés et des points éteints, les points éclairés définissant l’objet à imprimer. Un objet plat peut être représenté par une matrice de points à deux dimensions (2D), matrice dont les points sont communément appelés pixels. Un objet volumique en trois dimensions (3D) peut être représenté par une matrice de points à trois dimensions, matrice dont les points sont communément appelés voxels.
Par convention, on utilisera l’adjectif « adjacent » pour parler de deux éléments qui sont côte-à-côte et qui se touchent ; par exemple, dans une image ou une matrice représentant une image, des points adjacents se touchent par un côté.
Par convention également, on définit une direction axiale Z comme étant une direction de projection d’une image par un projecteur dans un volume de composition, et on définit deux directions latérales, X, Y, perpendiculaires entre elles et perpendiculaires à la direction axiale Z (cf le repère figure 1).
Par « volume de composition », on entend de manière classique le contenu d'un bac contenant la dite composition, le volume de composition étant délimité par les bords du bac.
Par « projection dans un volume de composition », on entend une projection d'image à l'intérieur du volume de composition, et non pas une projection sous la surface du volume de composition, comme cela est communément réalisé selon des procédés classiques d'impression strate par strate (stéréolithographie).
Un « aplat » comprend un point éclairé ou un groupe de points éclairés adjacents dans lequel chaque point éclairé est adjacent à au moins un autre point éclairé du même groupe. Pour les besoins de l'invention, on considère que la dimension d'un aplat compact correspond à son diamètre moyen, et que la dimension d'un aplat allongé correspond à sa largeur moyenne.
Un espacement entre deux aplats est un espacement mesuré (en millimètre, micromètre, nanomètre, ...) entre un point éclairé situé sur un bord d'un des aplats et un point éclairé situé sur un bord de l'autre des aplats. La distance entre deux aplats est la valeur minimale des espacements entre deux aplats.
Par "zone lumineuse" on entend une zone éclairée dans la composition lors de la projection d’un aplat de points éclairés, où l'intensité lumineuse est suffisante pour générer une réaction de la composition. Une zone lumineuse est généralement plus grande qu'une zone dans laquelle un aplat est projeté, comme on le verra plus loin dans les exemples des figures 3 et 4, du fait de la propagation du faisceau lumineux au delà de la zone de projection.
Une mosaïque est une image digitale partielle de l'image digitale globale d'un objet réel ; une mosaïque est extraite d'une image (complète) du dit objet ; une mosaïque est de même taille, en terme de nombre de points lumineux, que l'image digitale à partir de laquelle la mosaïque est extraite ; une mosaïque comprend seulement une partie des points éclairés de l'image à partir de laquelle la mosaïque est extraite.
La « résolution axiale » optique, appelée aussi « longueur axial » optique, d'un faisceau lumineux est la distance dans la direction de propagation entre deux points opposés d'un pic d'intensité maximum qui correspondent à la moitié de l'intensité maximum. La « résolution latérale » optique d'un faisceau lumineux est la distance, dans une direction latérale perpendiculaire à la direction de propagation, entre deux points opposés d'un pic d'intensité maximum qui correspondent à la moitié de l'intensité maximum. Enfin, pour une composition photoréactive, la « résolution de la photoréaction » est déterminée par la résolution optique du faisceau lumineux générant la photoréaction ; elle peut être plus petite ou plus grande que la résolution optique du faisceau lumineux, selon le type de composition et les conditions d'irradiation supérieure à l'irradiation minimale nécessaire pour la photoréaction.
Description détaillée de modes de réalisation de l’invention
Comme dit précédemment, l’invention concerne l’impression d’objets 3D par projection d’images dans un volume de composition photoréactive, dont la modification de la composition est localisée dans les lieux d'irradiation intense. L'invention propose plus précisément un procédé d'impression d'un objet 3D dans un volume de composition photoréactive, objet défini par une image 3D comprenant une pluralité de points éclairés.
Le procédé d’impression selon l’invention comprend les étapes suivantes, consistant à :
- extraire (ET2) de l’image une séquence d'images partielles autrement nommées mosaïques, la dite séquence comprenant au moins une mosaïque, chaque mosaïque comprenant une pluralité d'aplats et chaque aplat comprenant un point éclairé ou un groupe de points éclairés adjacents, et
- selon une direction axiale (Z) et à l'intérieur du volume de composition, projeter (ET3) la séquence de mosaïques dans le volume de composition photoréactive, la projection de chaque mosaïque formant, dans le volume de composition, une pluralité de zones lumineuses, chaque zone lumineuse correspondant à un aplat de la mosaïque projetée et chaque zone lumineuse étant adaptée pour générer une photoréaction d'un bloc de composition associé.
Un aplat peut être à deux dimensions (X, Y) ou trois dimensions (X, Y, Z), selon que la mosaïque qui contient l'aplat est à deux ou trois dimensions. La figure 3 montre l'influence des dimension des aplats sur la résolution optique nécessaire pour obtenir la résolution axiale du bloc de composition transformée après projection d'une image d'aplats. L'image projetée a été générée par la projection holographique de la modulation spatiale de phase du faisceau laser, à l'aide d'un objectif de microscope Zeiss *100 Aplan NA = 1.3. Les figures 3a, 3b représentent les projections XY, les figures 3ay, 3by représentent les projection YZ et les figures 3az, 3bz représentent les projection XZ des images obtenues avec une caméra CMOS à différentes positions axiales autour du plan focal XY dans lequel les images sont projetées.
La figure 3a montre une image optique comprenant une unique zone lumineuse résultant de la projection d'une image digitale comprenant un unique aplat carré . La zone lumineuse correspondant à l'aplat, de dimension 20 pm * 20 pm, est bien délimitée dans le plan X,Y de projection (fig 3a), elle s'étale par contre très largement dans le plan YZ (fig. 3ay) comme dans le plan X,Z (fig. 3az) de part et d'autre du plan focal selon la direction axiale Z et selon des directions très diffractées par rapport à la direction axiale Z. La résolution axiale optique est de 22pm alors que la résolution axiale d'un aplat optique avec un seul point lumineux est de 0,5 pm.
La figure 3b montre une image optique comprenant des zones lumineuses résultant de la projection d'une image digitale comprenant une pluralité aplats carrés plus petits, assez éloignés les uns des autres ; la distance entre deux zones lumineuses est de 10 pm dans le plan X, Y de projection. Chaque zone lumineuse, de dimensions 2pm * 2pm dans le repère X, Y, Z (fi g. 3b), reste très lumineuse selon la direction Z (fig 3by et fig3bz) sur une profondeur sensiblement égale aux dimensions X, Y (2pm) de la zone lumineuse, la dite profondeur définissant la résolution axiale de l'objet imprimé. Au delà, l'intensité lumineuse est plus faible et n'est pas suffisante pour entraîner une réaction de la composition.
Les figures 4 montrent l'influence de la distance entre des aplats comprenant chacun un point éclairé sur les zones lumineuses résultant de la projection des dits aplats, et donc l'influence de la dite distance sur la réaction de la composition éclairée. Les essais sont réalisés ici avec le même système optique de projection que celui des essais présentés fig 3.
Les figures 4 sont des résultats d'essais de projection d'une image digitale comprenant une pluralité d'aplats équidistants, les projections des aplats ayant des dimensions de 0,25 pm * 0,25 pm, dans le plan de projection X,Y, et des dimensions de 0,5 pm en Z. Ces dimensions, obtenues avec des aplats à un point éclairé correspondent aux meilleures résolutions XYZ qui peuvent être obtenues pour les points focalisés à la limite de diffraction, c'est-à-dire avec une focalisation parfaite, imposées par les caractéristiques du système optique utilisé.
Lorsque les aplats sont séparés d'une distance de 2 pm les uns des autres dans le plan de projection, les zones lumineuses qu'ils génèrent sont très nettes et distinctes les unes des autres, aussi bien dans le plan focal de projection (fig. 4a) que selon le plan axial X Z (fig 4az). Entre les zones lumineuses, l'intensité lumineuse est faible et insuffisante pour entraîner une modification de la composition.
Lorsque les aplats sont séparés seulement d'une distance de 0,8 pm les uns des autres dans le plan de projection, les zones lumineuses qu'ils génèrent sont peu nettes et peu distinctes les unes des autres dans le plan de projection XY (fig. 4b). Selon la direction axiale Z, dans le plan XZ (fig. 4bz) et plus généralement dans tout plan parallèle à la direction axiale, les zones lumineuses s'étalent au point de se chevaucher. Aux endroits où les zones lumineuses issues de deux aplats se chevauchent, l'énergie résultante peut devenir suffisante pour déclencher une réaction de la composition. Il s'ensuit une forte dégradation de la résolution axiale, ainsi qu'une réaction non souhaitée de la composition entre les aplats où les faisceaux de lumière se chevauchent .
En d'autres termes, si deux aplats dans une image à projeter sont trop proches l’un de l’autre, lors de la projection, l'addition de leurs lumières diffractées peut devenir suffisante pour déclencher une réaction non souhaitée de la composition.
De ces essais et constats, les inventeurs ont déduit le procédé selon l'invention, permettant une impression rapide et ayant une résolution axiale souhaitée.
La durée de l'impression est réduite en réalisant les étapes ET2 et ET3 décrites ci-dessus, qui permettent, à partir d'une décomposition en mosaïques, images partielles de l'objet à imprimer, d'imprimer simultanément des pluralités de points éclairés, au lieu de les imprimer un à un, ce qui accélère considérablement l'impression.
La résolution axiale souhaitée pour l'objet imprimé est conservée par une répartition appropriée des points éclairés dans les mosaïques et dans les aplats des mosaïques :
- dans un aplat d'une mosaïque, le nombre de points éclairés et la répartition des points éclairés dans le dit aplat sont ajustés de sorte que, lors de la projection de la dite mosaïque dans le volume de composition, la zone lumineuse associée au dit aplat génère la photoréaction d'un bloc de composition ayant une résolution axiale souhaitée, et
- dans une même mosaïque, les aplats de points éclairés sont répartis de sorte que, lors de la projection de la dite mosaïque dans le volume de composition, la composition ne photoréagit pas entre les zones lumineuses associées à la pluralité d'aplats de la dite mosaïque.
La décomposition en mosaïques d'aplats selon l'invention résulte ainsi de compromis.
Dans un aplat, le nombre de points éclairés et la répartition des points éclairés dans l'aplat (c'est-à-dire la forme de l'aplat) doivent être optimisés. Le nombre de points éclairés doit être le plus grand possible pour projeter le moins possible de mosaïques pour imprimer l'objet complet. En même temps le nombre de points éclairés doit être limité et la répartition des points éclairés dans un aplat doit être optimisée pour conserver la résolution axiale souhaitée. La répartition des points éclairés est matérialisée par la forme de l'aplat.
Egalement, dans une même mosaïque, les aplats doivent être répartis de façon optimisée. La distance entre deux aplats doit être minimisée pour que le nombre de points éclairés dans une mosaïque soit le plus grand possible. En même temps, la distance entre deux aplats doit être suffisante pour que la composition ne réagisse pas entre deux aplats.
Des essais réalisés dans les conditions des essais présentés fig. 3 et 4 montrent que, dans une mosaïque, des aplats ayant une dimension inférieure à la résolution axiale souhaitée et de préférence deux fois plus petite, donnent de bons résultats en terme de résolution axiale.
Dautres essais réalisés dans les conditions des essais présentés fig. 3 et 4 montrent que, dans une mosaïque, des aplats répartis de sorte qu'une distance entre des bords de deux aplats est supérieure à la résolution axiale souhaitée et de préférence trois (3) fois la résolution axiale souhaitée donnent de bons résultats.
L'expérience montre également que la décomposition de l'image en mosaïque est facilitée par le choix d'aplats ayant des formes générales telles que :
- une forme compacte, par exemple un disque, une boule pleine, un carré, un cube, .etc. ; , pour les besoins de l'invention, on considère que la dimension d'un tel aplat est son diamètre moyen
- une forme allongée, par exemple une forme elliptique, une forme oblongue, un cylindre, un barreau, etc. ; , pour les besoins de l'invention, on considère que la dimension d'un tel aplat est sa largeur moyenne
- ou une forme creuse, par exemple un anneau, une sphère creuse, un cylindre creux, un rectangle creux...
Le procédé selon l'invention peut être utilisé pour réaliser un objet à imprimer ayant des propriétés macroscopiques et ayant une résolution latérale (XY) et / ou axiale (Z) souhaitée des détails pouvant être supérieure à 10 pm.
Le procédé peut également être utilisé pour réaliser un objet à imprimer ayant des propriétés microscopiques ayant une résolution latérale (XY) et / ou axiale (Z) souhaitée des détails pouvant être inférieure à 10 pm.
La figure 2 montre à titre d'exemple simple la décomposition d'une image 2D initiale en une séquence de quatre mosaïques 2D, l'image 2D et les mosaïques comprenant 24*24 pixels (pointslumineux 2D). Dans cet exemple simple, les aplats de l’image 2D initiale comprennent 2*10 pixels, et la décomposition est telle que les aplats dans les mosaïques comprennent au maximum 2*2 points éclairés. La décomposition selon l’invention d’images en séquences de mosaïques s'applique de manière similaire à la décomposition d'une image 3D représentant un objet 3D et définie par une matrice à trois dimensions.
Egalement, dans l'exemple simplifié de la figure 2, où les aplats dans l'image initiale comprennent au plus 20 points éclairés adjacents, une décomposition en quatre mosaïques seulement permet d'obtenir des mosaïques comprenant des aplats comprenant au maximum 4 points éclairés. Bien sûr, pour des objets à imprimer de plus grande taille, par exemple de l'ordre de 1 à 10 millimètres, représentés par des images de plus grande taille, par exemple des images des images microscopiques ou macroscopiques définies par une matrice de 10000*10000 pixels (en 2D) ou par une matrice de 10000*10000*10000 voxels (en 3D) le nombre de mosaïques dans une séquence peut devenir rapidement important, même si des aplats comprenant plus de 1 point éclairé sont acceptables. Le nombre de mosaïques dépendra ainsi en pratique de la densité de l'objet à imprimer ou dit, autrement, du nombre de points éclairés et de la dimension des aplats initiaux dans l’image initiale représentant l’objet à imprimer, et de la résolution souhaitée pour l’objet imprimé.
L'étape ET2 d'extraction de la séquence de mosaïques peut être réalisées par tâtonnement, en choisissant des aplats de formes simples en adéquation avec la forme générale ou les formes locales de l'objet à imprimer..
Pour des objets quelconques, l'étape ET2 peut être réalisée de manière itérative. Pour la première mosaïque, une première version (ET21) comprenant alternativement un point éclairé et un point éteint peut être testée avec la composition à modifier et les moyens optiques associés. En fonction de la profondeur de composition ayant réagi, et de l'éventuelle présence de composition ayant réagi dans des zones non souhaitées, éteindre ou allumer des points (ET22). Répéter les étapes ET21 et ET22 jusqu'à obtenir une première mosaïque satisfaisante. Puis répéter les étapes ET21 et ET22 pour les mosaïques suivantes.
La distance entre aplats et la répartition des aplats dans chaque mosaïque, ainsi que le nombre et la répartition des points éclairés dans chaque aplat d'une mosaïque en fonction de la résolution axiale souhaitée pour l’objet à imprimer doivent être caractérisés par des essais avec les moyens de projection et la composition photoréactive choisis.
Par exemple, des essais réalisés dans les conditions matérielles (moyens de projection et choix de composition) de l’expérience décrite dans le document D2, montrent que la résolution axiale d’un spot (élément de composition modifié) obtenu par projection holographique est égale à 1,6 fois le diamètre de l’aplat projeté. Dit autrement, pour obtenir, pour l’objet à imprimer, une résolution axiale égale à 16 pm, 8 pm ou 1,6 pm, la dimension maximale d’un aplat isotrope est choisie égale à 10 pm, 5 pm ou 1 pm.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé, chaque point éclairé de l'image de l'objet est présent dans au moins un aplat d'une mosaïque ; la projection successive de chacune des mosaïques de la séquence de mosaïque permet ainsi de constituer l'objet entier dans le volume de composition. Si chaque point éclairé est présent dans une seule mosaïque, tous les points seront projetés une seule fois au cours de la projection de la séquence de mosaïque ; ceci permet d'obtenir un objet imprimé réalisé dans un matériau homogène. Un point éclairé présent dans plusieurs mosaïques sera projeté autant de fois, ce qui revient à augmenter le temps de projection du dit point, et donc augmenter le taux de conversion de la composition ; ceci permet par exemple de renforcer localement une propriété physique ou chimique de l'objet imprimé.
Selon un autre mode de mise en œuvre, au moins une mosaïque est projetée plusieurs fois, décalée successivement selon la direction axiale et / ou dans un plan focal (XY) dans le volume de composition. Ce mode de réalisation permet par exemple d'imprimer des barreaux parallèles.
Selon un autre aspect de l'invention, il est possible d'associer une première résolution axiale souhaitée à une première partie d'une mosaïque et au moins une deuxième résolution axiale souhaitée à au moins une deuxième partie de la dite mosaïque. Ceci est notamment intéressant pour réaliser un objet pour lequel :
- une résolution très fine est nécessaire localement, par exemple sur les bords de l'objet,
- une résolution un peu dégradée est acceptable localement, par exemple au centre de l'objet.
Le choix d'une profondeur de résolution axiale plus grande permet de réaliser des mosaïques comprenant des aplats de plus grande taille, ce qui permet de réduire le nombre de mosaïques. Ceci peut être utilisé pour réaliser une lentille par exemple.
Selon un autre aspect encore, lors de l'impression d'un objet, les mosaïques de la séquence de mosaïques peuvent être projetées chacune pendant un temps identique, nécessaire à la réaction de la composition. Ceci permet par exemple de réaliser un objet dans un matériau sensiblement homogène. En variante, les mosaïques de la séquence de mosaïques sont projetées pendant des temps d'exposition différents ; ceci permet par exemple d'affiner localement les propriétés mécaniques d'un objet.
Selon un autre aspect encore, il est possible de projeter une mosaïque avec des intensités différentes pour certains aplats ou pour chaque aplat (projection en niveau de gris). Ceci peut permettre de compenser l'augmentation thermique de l'effet phot-actif qui apparaît au centre des aplats transformés dans certains matériaux.
Comme dit précédemment, un procédé selon l'invention comprend une étape essentiel le ET2 d'extraction d'une séquence de mosaïques dans une image d’un objet à imprimer, et une étape ET3 de projection de la dite séquence de mosaïques dans le volume de composition photoréactive.
Dans un mode de mise en oeuvre où l'objet à imprimer est en 2D (objet avec une très faible épaisseur), l'image à projeter et les mosaïques sont également en 2D. Les mosaïques sont projetées successivement dans un même plan focal (perpendiculaire à la direction axiale) dans le volume de composition à l'intérieur du bac de composition de sorte que l'objet se forme dans le volume de composition au fur et à mesure de la projection des mosaïques.
Dans un autre mode de mise en oeuvre, l'image de l'objet à imprimer est une image 3D et les mosaïques et les aplats dans les mosaïques, obtenus au cours de l'étape ET2, sont également en 3D. Les mosaïques 3D sont projetées, sous forme d'image 3D réelles ou holographiques, dans le volume de composition à l'intérieur de la composition de sorte que l'objet se forme en 3D dans le volume de composition au fur et à mesure de la projection des mosaïques.
Dans un autre mode de mise en oeuvre encore, l'impression d'un objet 3D est réalisée couche par couche par l'impression successive de couches 2D adjacentes. Pour mettre en oeuvre cela, le procédé selon l'invention comprend une étape initiale (ET1) consistant à découper l'image 3D de l'objet 3D en une série d’images 2D représentatives de l’objet à imprimer dans des plans parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction axiale de projection d’image dans le volume de composition, et il comprend les étapes ET2 à ET4 suivantes, répétées pour chaque image 2D et consistant à
- extraire (ET2) la séquence de mosaïques de la dite image 2D et projeter (ET3) la séquence de mosaïques extraite dans un plan focal situé dans le volume de composition photoréactive et perpendiculaire à la direction axiale, et :
- déplacer (ET4) le plan focal dans le volume de composition.
A titre d’exemple, pour des objets ayant des propriétés microscopiques, nos tests montrent que la polymérisation d'une image 2D mosaïque peut être obtenue avec un temps d'exposition d'une milliseconde. Il est nécessaire d'utiliser une centaine d'images mosaïques pour obtenir une résolution axiale de 1 pm, soit une séquence de projection durant 0.1 seconde. La fabrication d'un réseau (100x100 pm2) de microlentilles de 5 pm de hauteur nécessite la projection de 10 couches, soit une durée de fabrication de 1 seconde. Ainsi, la fabrication d'une surface microstructurée de 1 mm2 serait possible quelques minutes, et de 1 cm2 en quelques heures au lieu de quelques journées avec l'état de l'art. Selon une variante, l’étape ET4 de déplacement du plan focal est réalisée :
- par déplacement d’un bac contenant le volume de composition par rapport à un projecteur utilisé pour réaliser l’étape ET3 de projection, ou
- par déplacement du projecteur par rapport au bac contenant le volume de composition.
Selon une autre variante, l’étape ET4 de déplacement du plan focal est réalisée par une modulation spatiale d’un faisceau lumineux initial produit par une source de lumière du projecteur utilisé pour réaliser l’étape ET3 de projection, le faisceau modulé intégrant une information relative à la position du plan focal. La réalisation concrète de ces étapes sera détaillée plus loin.
L'invention propose également une imprimante pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, imprimante dont le principe est représenté de manière volontairement simplifié sur la figure 1. L'imprimante comprend :
- un bac 2 contenant un volume d'une composition photoréactive, par exemple une résine photopolymérisable se solidifiant par un mécanisme de polymérisation non linéaire,
- un projecteur 10 d'image agencé pour projeter une image focalisée, avec une résolution axiale souhaitée, dans le volume de composition.
La composition photoréactive est par exemple une résine photopolymérisable se solidifiant par un processus d'absorption multiphotonique, par un mécanisme d'addition de photons, par un mécanisme de polymérisation à seuil, ou par un mécanisme de chimie non linéaire.
L’imprimante selon l’invention comprend également des moyens agencés pour mettre en oeuvre le procédé d’impression tel que décrit ci-dessus, notamment un générateur (15) de séquences de mosaïques agencé pour extraire de l’image de l’objet à imprimer une séquence de mosaïques et fournir la séquence de mosaïques au projecteur pour la réalisation de l’étape ET3 de projection.
Lors de l’impression, le projecteur 10 projette une image dans la composition et les zones éclairées réagissent en formant tout ou partie de l’objet à imprimer.
Selon le mode de réalisation de la figure 1, le projecteur 10 comprend :
- une source (4) de lumière produisant, pour chaque mosaïque à projeter, un faisceau initial ayant des paramètres appropriés pour déclencher une photoréaction de la composition, les dits paramètres comprenant par exemple une puissance, une longueur d'onde et / ou un temps d'exposition,
- un modulateur spatial de lumière (12), agencé pour, à partir du faisceau initial et de la mosaïque à projeter, produire un faisceau à projeter par le dispositif optique, et
- un dispositif optique d’imagerie (11) agencé pour focaliser le faisceau à projeter dans un plan focal associé à la mosaïque à projeter.
Les moyens de mise en oeuvre du procédé d’impression peuvent également comprendre des moyens de découpage, pour découper une image 3D en une série d’images 2D représentatives de l’objet à imprimer dans des plans parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction axiale de projection d’image dans le volume de composition. Les moyens de découpage fournissent au générateur de mosaïques 15 les unes après les autres les images 2D de la série d’images 2D résultant de la décomposition.
En vue de réaliser l’étape ET4, les moyens de mise en oeuvre du procédé d’impression selon l’invention comprennent également des moyens de pilotage du positionnement du plan focal.
Selon un mode de réalisation, le bac de composition 2 est posé sur une table motorisée 3 mobile en translation axiale selon la direction de projection du projecteur 10, et des moyens de pilotage de la table motorisée sont agencés pour fournir à la dite table motorisée un signal de commande de déplacement selon la direction axiale ou selon une direction latérale (X, Y). Le plan focal dans le bac est ainsi déplacé par déplacement du bac.
Selon un autre mode de réalisation, le bac de composition 2 est posé sur une table fixe, et des moyens de pilotage du projecteur sont agencés pour fournir au projecteur un signal de commande comprenant une position axiale d’un plan focal. Ainsi, la distance entre le bac et le projecteur reste fixe, mais le plan focal est déplacé dans le bac. Dans une variante de mise en oeuvre, les moyens de pilotage du projecteur fournissent au dispositif d’imagerie 11 le signal de commande comprenant la position axiale du plan focal et le dispositif d’imagerie focalise le faisceau à projeter dans le plan focal à l’intérieur du volume de composition. Dans une autre variante de mise en oeuvre, les moyens de pilotage du projecteur fournissent au modulateur 12 le signal de commande comprenant la position axiale du plan focal et le modulateur produit un faisceau modulé en phase à projeter intégrant une information relative au plan focal. Dans un mode de réalisation pratique, l'imprimante selon l'invention peut être une machine électro-opto-mécanique telle que celle utilisée classiquement dans un photoplotter, dans une imprimante 3D DLP, dans une imprimante 3D LCD, dans une imprimante mettant en oeuvre un procédé de microstéréolithographie ou dans un microscope ; la machine est détournée de son usage habituel, et adaptée et complétée par les moyens de mise en oeuvre de l'invention notamment : un générateur d'images mosaïques 15, un projecteur 10 et des moyens de pilotage de la machine électro-opto- mécanique et, si la table est mobile, des moyens de pilotage de la table mobile.
Egalement, le bac de composition 2 et / ou le dispositif optique d'imagerie 11 peuvent être agencés de moyens de déplacement latéraux (dans le plan XY) pour réaliser des objets plus larges par la projection successive de plusieurs séquences de mosaïques dans le plan latéral.
D'autres modes de réalisation pourront facilement être imaginés par l'homme de l'art. Par exemple pour étendre la zone de fabrication limitée par le champ optique latéral d'un projecteur d'image, il est possible d'utiliser simultanément plusieurs composants de modulation spatiale ou d’effectuer des déplacements latéraux du projecteur optique ou du bac de résine. Egalement, pour étendre la longueur de la zone de fabrication des résines liquides, il est possible de déplacer axialement un élément adapté du projecteur optique dans le bac de la résine. Pour diversifier le mode de dépôt des résines sans utiliser de bac de composition, il et possible de faire des dépôts localisés de résines visqueuses ou solides sur des composants ou surfaces fonctionnelles. Ou encore, pour atteindre des zones à polymériser difficiles d'accès, il est possible d’utiliser des projecteurs d'images non conventionnels à base de fibres optiques ou de composants optiques miniatures.
En synthèse, l'invention propose un procédé d'impression 3D et des moyens pour la mise en oeuvre du dit procédé, qui apportent notamment les bénéfices techniques et économiques suivants :
- la possibilité de réaliser, par impression 3D volumique, des objets de grande dimension, de l'ordre de 1000 à 10000 fois les dimensions d'un point, avec une très grande résolution axiale et en des temps relativement courts, de l'ordre de quelques dizaines de secondes à quelques dizaines de minutes selon la taille de leur dimension axiale,
- la possibilité d'imprimer un objet directement dans un bac contenant la composition à modifier, sans déplacer le porte-échantillon positionné dans le bac et sur lequel l'objet est imprimé, sans utiliser de porte-échantillon et / ou sans déplacer le bac de composition
- des compositions visqueuses, voire solides, peuvent être utilisées ; il suffit qu'elles soient transparentes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'impression d'un objet 3D dans un volume de composition photoréactive, objet défini par une image 3D comprenant une pluralité de points éclairés, procédé d'impression caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, consistant à :
- extraire (ET2) de l'image une séquence d'images partielles autrement nommées mosaïques, la dite séquence comprenant au moins une mosaïque, chaque mosaïque comprenant une pluralité d'aplats et chaque aplat comprenant un point éclairé ou un groupe de points éclairés adjacents, et
- selon une direction axiale (Z) et à l'intérieur du volume de composition, projeter (ET3) la séquence de mosaïques, la projection de chaque mosaïque formant, dans le volume de composition, une pluralité de zones lumineuses, chaque zone lumineuse correspondant à un aplat de la mosaïque projetée et chaque zone lumineuse étant adaptée pour générer une photoréaction d'un bloc de composition associé, et procédé caractérisé en ce que :
- dans un aplat d'une mosaïque, le nombre de points éclairés et une répartition des points éclairés dans ledit aplat sont ajustés de sorte que, lors de la projection de la dite mosaïque dans le volume de composition, la zone lumineuse associée au dit aplat génère la photoréaction d'un bloc de composition associé ayant une résolution axiale souhaitée, et
- dans une même mosaïque, les aplats sont répartis de sorte que, lors de la projection de la dite mosaïque dans le volume de composition, la composition ne réagit pas entre les zones lumineuses associées à la pluralité d'aplats de la dite mosaïque.
2. Procédé selon la revendication 1 utilisé pour réaliser un objet à imprimer ayant des propriétés macroscopiques et ayant une résolution latérale (XY) et / ou axiale (Z) souhaitée des détails pouvant être supérieure à 10 pm.
3. Procédé selon la revendication 1 utilisé pour réaliser un objet à imprimer ayant des propriétés microscopiques ayant une résolution latérale (XY) et / ou axiale (Z) souhaitée des détails pouvant être inférieure à 10 pm..
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la dimension des aplats est inférieure à la résolution axiale souhaitée et de préférence deux fois plus petite.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel une distance entre les bords de deux aplats est supérieure à la résolution axiale souhaitée et de préférence supérieure à 3 fois la résolution axiale souhaitée.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un aplat a une forme isotrope, une forme allongée ou une forme creuse.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel chaque point éclairé de l'image de l'objet est présent dans au moins un aplat d'au moins une mosaïque, la projection successive de chacune des mosaïques de la séquence de mosaïque permettant de constituer l'objet dans le volume de composition.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel au moins un point éclairé de l'image de l'objet est présent dans un aplat d'au moins deux mosaïques.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel au moins une mosaïque est projetée plusieurs fois, décalée successivement selon la direction axiale et / ou dans un plan focal (XY) dans le volume de composition.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel une première résolution axiale souhaitée est associée à une première partie d'une mosaïque et une deuxième résolution axiale souhaitée est associée à une deuxième partie de la dite mosaïque.
11. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel les mosaïques de la séquence de mosaïques sont projetées pendant des temps d'exposition différents.
12 Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel certains aplats d'une mosaïque sont projetés avec des intensités différentes.
13. Procédé selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l’image de l’objet à imprimer est une image en trois dimensions (3D) et en ce que les mosaïques et les aplats dans les dites mosaïques sont en trois dimensions (3D).
14. Procédé selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que qu'il comprend une étape initiale (ET1) consistant à découper l'image 3D de l'objet à imprimer en une série d’images 2D représentatives de l’objet à imprimer dans des plans parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction axiale (Z) de projection d’image dans le volume de composition, et en ce qu'il comprend les étapes ET2 à ET4 suivantes, répétées pour chaque image 2D et consistant à - extraire (ET2) la séquence de mosaïques de la dite image 2D et projeter (ET3) la séquence de mosaïques selon la direction axiale dans un plan focal situé dans le volume de composition photoréactive et perpendiculaire à la direction axiale, et :
- déplacer (ET4) le plan focal dans le volume de composition.
15. Procédé selon la revendication 14 dans lequel l’étape ET4 de déplacement du plan focal est réalisée :
- par déplacement d’un bac contenant le volume de composition par rapport à un projecteur utilisé pour réaliser l’étape ET3 de projection, ou
- par déplacement du projecteur par rapport au bac. .
16. Procédé selon la revendication 14 dans lequel l’étape ET4 de déplacement du plan focal est réalisée par une modulation spatiale de phase d’un faisceau lumineux initial produit par une source de lumière du projecteur utilisé pour réaliser l’étape ET3 de projection, le faisceau modulé intégrant une information relative à la position du plan focal.
17. Imprimante adaptée pour la mise en oeuvre d'un procédé d'impression selon l'une des revendications précédentes, imprimante comprenant notamment :
- un bac (2) contenant un volume de composition photoréactive, par exemple une résine photopolymérisable se solidifiant par un mécanisme de polymérisation non linéaire et
- un projecteur (10) d'image agencé pour projeter une image focalisée, avec une résolution axiale souhaitée, dans le volume de composition, l'imprimante comprenant également des moyens agencés pour mettre en oeuvre le procédé d'impression selon l'une des revendications précédentes, les dits moyens comprenant un générateur (15) de séquences de mosaïques agencé pour extraire de l'image de l'objet à imprimer une séquence de mosaïques et fournir la séquence de mosaïques au projecteur pour la réalisation de l'étape ET3 de projection.
18. Imprimante selon la revendication 17 dans laquelle le projecteur comprend :
- une source (4) de lumière produisant, pour chaque mosaïque à projeter, un faisceau initial ayant des paramètres appropriés pour déclencher une photoréaction de la composition , les dits paramètres comprenant par exemple une puissance, une longueur d'onde et / ou un temps d'exposition,
- un modulateur spatial de lumière (12), agencé pour, à partir du faisceau initial et de la mosaïque à projeter, produire un faisceau à projeter par le dispositif optique, et
- un dispositif optique d'imagerie (11) agencé pour focaliser le faisceau à projeter dans un plan focal associé à la mosaïque à projeter.
19. Imprimante selon la revendication 17 ou 18 en combinaison avec la revendication 14, dans laquelle, en vue de déplacer (ET4) le plan focal de projection, les moyens de mise en oeuvre du procédé d'impression comprennent également :
- des moyens de pilotage d'une table motorisée supportant le bac de composition, agencés pour fournir à la dite table motorisée un signal de commande de déplacement selon la direction axiale ou selon une direction latérale (X, Y) et / ou
- des moyens de pilotage du projecteur, agencés pour fournir au projecteur un signal de commande comprenant une position axiale du plan focal.
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