專利名稱：通過掩膜曝光生成三維對象的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過經(jīng)包含預(yù)定個分立成像元件(像素)的成像單元輸入的能量，在電磁輻射的作用下固化可固化材料，生成三維對象的設(shè)備和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及材料的固化基于通過光柵掩膜的曝光，以及掩膜中的最小物理分辨率由像素的大小給出并且將空間光調(diào)制器(SLM)技術(shù)應(yīng)用于成像單元的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
如下的文獻說明了構(gòu)造“光硬化”光聚合物的三維對象的高度可變方法，相關(guān)內(nèi)容請參閱“Automated Fabrication-ImprovingProductivity in Manufacturing”by Marshall Burns，1993(ISBN0-13-119462-3)。
除了其他因素之外，已知可能是通過如下的曝光a)多媒體投影儀；b)LC(液晶)顯示器(反射、透射)；c)LED(發(fā)光二極管)或激光二極管行(在一個區(qū)間中與行垂直地移動)；d)光閥技術(shù)(MEMS)。
在如下的專利中描述了三種方法美國德克薩斯儀器公司的美國專利US005247180A“Stereolithographic Apparatus and Method of use”(1993年9月)；SRI國際公司的美國專利US005980813A“Rapid Prototypingusing multiple materials”(1999年11月)；和Karlsruhe大學信息學研究中心的實用新型公布DE G 93 19405.6“Device for the production of a three-dimensional object(model)according to the principle of photo solidification”；尤其，根據(jù)類似的方法，DeltaMed的實用新型公布DE 299 11 122U1“Device for producing a three-dimensional object”(1999年6月)描述了生成微技術(shù)三維部件的應(yīng)用；Envision Technologies股份有限公司的EP1250997A(＝US2002155189A)“Device for producing athree-dimensional obiect”(2002年4月)；丹麥DICON AS Lystrup公司的德國專利DE69909136T“RapidPrototyping Device and Rapid Prototyping Method”(2003年7月)(等效于歐洲專利EP 1156922“Rapid Prototyping Apparatus andMethod of Rapid Prototyping”(2003年8月))；HAP，Sitec Industrietechnologie and DELTAMEDMedizinprodukte股份有限公司的WO 01/00390A；和Envisiontec股份有限公司的WO 2005/110722A。
對于產(chǎn)生光聚合作用的基于激光系統(tǒng)，通過激光束的能量設(shè)置提供曝光點的光輸出，從而可以在那個點上控制光聚合物的硬化深度。為了可選擇地硬化相應(yīng)層，在要相應(yīng)硬化的橫斷區(qū)上掃描激光束。
可以像曲線那樣用激光束掃描要硬化的橫斷區(qū)的輪廓。
對于通過利用SLM技術(shù)的投影系統(tǒng)，根據(jù)掩膜投影產(chǎn)生光聚合作用的系統(tǒng)，其優(yōu)點在于，可以一次性曝光整個橫斷區(qū)。投影光柵圖像的光區(qū)逐個體素地硬化光聚合物。
利用SLM技術(shù)的投影系統(tǒng)的缺點在于，取決于a)使用的光源；b)將光能耦合到SLM的光學系統(tǒng)；和c)投影光學器件的光暈，圖像面上的光輸出分布非常不均勻(絕對值高達50％)。
在使用壽命期間光源特性的變化導(dǎo)致可變的誤差，因此，導(dǎo)致變化的均勻分布。
此外，光源光強的變化不會導(dǎo)致與激光一樣的選擇性變化，但影響整個投影圖像。
在將光能耦合到SLM的光學系統(tǒng)和投影光學器件引起均勻偏差的情況下，所關(guān)心的是恒定誤差。
要硬化的橫斷區(qū)的輪廓只能出現(xiàn)在光柵中；分辨率取決于圖像點/像素的數(shù)量和取決于投影圖像的大小。
此外，光強隨曝光面結(jié)構(gòu)的大小而變化(相鄰面越大，光強越高；細小面結(jié)構(gòu)越小，光強越低)。
對于上述的WO 01/00390A，通過控制掩膜的滲透率控制光束強度，其中，強度可以通過選擇透射LCD的灰度級來控制。在WO2005/110722A中，為了提高沿著要生成的對象的橫斷區(qū)的輪廓內(nèi)外的分辨率，在每層的子像素層面上進行多次曝光，所述曝光由圖像/構(gòu)建面中在子像素層面上偏移的多個圖像的序列組成，其中，對于每個偏移圖像，生成一個分開的掩膜/位圖。
WO 01/00390A和WO 2005/110722A都沒有闡明如何改善像面中的分辨率和細調(diào)以及如何使光源的固有不均勻性平衡得更好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是改善通過經(jīng)包含規(guī)定個分立成像元件(像素)的成像單元輸入的能量，在電磁輻射的作用下固化可固化材料，生成三維對象的設(shè)備和方法，以便實現(xiàn)系統(tǒng)的高精確度、高分辨率和細調(diào)、和/或高均勻性。
解決問題的方案根據(jù)本發(fā)明，提供了一種生成三維對象的設(shè)備，該設(shè)備包含用于能量輸入能夠在電磁輻射的作用下固化可固化材料、和包含預(yù)定個分立成像元件(像素)的成像單元；計算機單元、IC和/或軟件實現(xiàn)；其中，計算機單元、IC和/或軟件實現(xiàn)分別具有針對要生成的三維對象的橫斷區(qū)，通過多個相繼光柵掩膜(位圖)進行曝光控制能量輸入的能力。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了另一種生成三維對象的設(shè)備，該設(shè)備包含包含排列成點、行或矩陣的預(yù)定個分立成像元件(像素)的光柵成像單元，其中，成像單元將像素組成與要生成的三維對象的特定橫斷區(qū)有關(guān)的圖像，因此，形成光柵掩膜(位圖)；其中，成像單元被設(shè)計成為在電磁輻射的作用下固化可固化材料提供能量輸入；其中，成像單元被安排成受到這樣的控制，至少可以生成兩個掩膜，包括覆蓋橫斷區(qū)的第一總掩膜(位圖1)；和總掩膜內(nèi)的局部掩膜(位圖2)。
本發(fā)明還提供了一種生成三維對象的方法，該方法包含提供包含預(yù)定個分立成像元件(像素)的成像單元；通過經(jīng)成像單元輸入的能量，在電磁輻射的作用下，在體像素(體素)的矩陣中固化可固化材料；其中，通過多個光柵位圖的序列控制針對要生成的三維對象的橫斷區(qū)用于固化要硬化的材料中的體像素的能量輸入，以便影響可固化材料中的每個體素(體像素)的硬化深度。
本發(fā)明還提供了另一種生成三維對象的方法，該方法包含提供包含預(yù)定個分立成像元件(像素)的成像單元；通過經(jīng)成像單元輸入的能量，在電磁輻射的作用下，固化可固化材料；其中，成像單元將像素組成與三維對象的橫斷區(qū)有關(guān)的圖像，因此，形成光柵掩膜(位圖)，其中，三維對象的每個橫斷區(qū)至少使用兩個掩膜，包括覆蓋橫斷區(qū)的第一總掩膜(位圖1)；和總掩膜內(nèi)的局部掩膜(位圖2)。


圖1A-1C示意性地示出了利用與特定橫斷區(qū)有關(guān)的多個位圖的本發(fā)明原理的例子，其中，圖1A例示性地示范了要生成的支持結(jié)構(gòu)，和圖1B和1C分別示出了要用于生成支持結(jié)構(gòu)的位圖1和2；圖2A-2C示意性地示出了利用與特定橫斷區(qū)有關(guān)的多個位圖的本發(fā)明原理的例子，其中，圖2A例示性地示范了包含相對較大橫斷區(qū)的要生成結(jié)構(gòu)，和圖2B和2C分別示出了每個橫斷區(qū)要使用的位圖1和2；
圖3A和3B示意性地例示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的基本概念，其中，通過包括位圖模式1(圖3A)和位圖模式2(圖3B)的相繼位圖模式分步驟地輻照一個具體預(yù)定橫斷區(qū)；圖4示意性地示出了使突出物處于穩(wěn)定狀態(tài)的有利示范性實施例；和圖5A-5C示出了在利用每個X，Y橫斷區(qū)包括位圖1(圖5B)和位圖(5C)的多個位圖同時生成復(fù)雜體素矩陣(圖5A)，以便沿著體素矩陣的Z方向獲得不同硬化深度的進一步有利示范性實施例。
具體實施例方式
下面根據(jù)參照附圖的進一步示范性實施例對本發(fā)明作更詳細描述；但是，本發(fā)明不局限于所述的實施例和例子和圖形，而是可以包含在權(quán)利要求書范圍內(nèi)的任何變化和修改。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法允許消除圖像層面上的不均勻性，因此，實現(xiàn)更高精確度、更高分辨率和細調(diào)。
一方面，本發(fā)明可以通過像素層面上的光輸出控制，控制要硬化材料中的體素的硬化深度，另一方面，可以通過一個或幾個相繼數(shù)字掩膜(位圖)按每個構(gòu)建面/曝光周期有選擇地曝光，不改變包括光源的成像單元的特性地按每個橫斷區(qū)特別過曝光要硬化的橫斷區(qū)的可選擇部分，其中，更進一步，掩膜中的BLACK/WHITE光柵(或分別是LIGHT/DARK光柵和/或COLOR光柵)最好隨掩膜而異，和/或可以改變每個掩膜的曝光時間。
由于通過光柵掩膜曝光，在要硬化的材料中將硬化所謂體素(體像素)的矩陣，其中，XY光柵由像素的大小、數(shù)量和排列預(yù)定，并且材料中體素的高度(＝硬化深度)可以通過多次曝光控制。更進一步，在優(yōu)選實施例中，光強和/或光譜可以通過每個像素的灰度值和/或顏色值(后者通過電磁輻射的波長或波長范圍)具體控制。
按照本發(fā)明和取決于需要，可以標識和選擇要生成的結(jié)構(gòu)的特殊部分-即，只在要硬化的橫斷區(qū)內(nèi)。按照本發(fā)明，能量輸入可以與三維對象通過其輪廓定義的特定橫斷區(qū)有關(guān)地受到非常有效影響。更適當?shù)卣f，在通過第一位圖定義的橫斷區(qū)內(nèi)，生成第二位圖，或進一步的位圖，其中，第一和第二(和可能附加)位圖通過多次曝光疊加在一起。然后，第二和可能附加位圖在由第一位圖形成的總掩膜內(nèi)分別形成局部掩膜。按照本發(fā)明，術(shù)語“局部掩膜”和“在總掩膜內(nèi)”通常意味著，與總掩膜相比，相對于其相同或較小的橫斷區(qū)，一個或幾個較小的區(qū)域被曝光。第二和可能附加位圖無需相同，但可以在第一位圖的總掩膜內(nèi)按需要改變。因此，除了總掩膜之外形成的局部掩膜可以相同或不同，或可以形成不同子局部掩膜。根據(jù)本發(fā)明，可以在構(gòu)建面的預(yù)定、限定的總圖像區(qū)內(nèi)通過多次曝光生成體素矩陣?？梢杂欣厥∪ッ總€橫斷區(qū)的構(gòu)建層面中的圖像的偏移。通過形成體素矩陣，可以細致得多地和更精確地形成，例如，支持結(jié)構(gòu)、突出物和/或，尤其，微小/細小部分。
使用總掩膜和局部掩膜的順序可以隨機選擇，即，“第一”、“第二”和“附加”位圖不規(guī)定任何時間順序，而只指定多次掩膜曝光的不同位圖。但是，更適當?shù)卣f，第一位圖首先與總掩膜一起使用。各個位圖可以通過相應(yīng)軟件算法生成。每個總掩膜和每個局部掩膜的曝光時間可以另外通過機電快門相互無關(guān)地控制。
通過根據(jù)本發(fā)明的多次掩膜曝光，可以精確到像素地控制每個單獨體素的硬化深度，以便可以提高與表面質(zhì)量、生坯硬度、每個細節(jié)精確度、和容限有關(guān)的部件總質(zhì)量，也可以優(yōu)化必要支持結(jié)構(gòu)的條件。
根據(jù)本發(fā)明的多次掩膜曝光還允許在要硬化的體像素矩陣的所選區(qū)域中進行在位圖內(nèi)僅通過灰度值定標不可能實現(xiàn)的“過曝光”，因為灰度值調(diào)整將大體上，或至少部分消除基本上不需要的光能。還有，對于進一步的細調(diào)，在第一、第二、和/或進一步的位圖內(nèi)進行灰度值和/或顏色值調(diào)整尤其有利。由此可以實現(xiàn)附加細調(diào)，同時限制了總掩膜內(nèi)沒有灰度值和/或顏色值調(diào)整地實現(xiàn)相同細調(diào)所需的位圖數(shù)量?；叶戎岛?或顏色值調(diào)整可以按位圖或分別按局部位圖針對各個像素或一部分像素以像素特有方式完成。
例如，對于突出物的硬化、細小結(jié)構(gòu)和材料累積物的過曝光、構(gòu)建面內(nèi)材料收縮的減少等，可以實現(xiàn)按橫斷區(qū)在曝光周期內(nèi)用于局部曝光的掩膜的明智選擇和順序，尤其，曝光策略。
進一步曝光掩膜的生成在技術(shù)上最好完全通過軟件來完成，因此，非常靈活和可應(yīng)用于基于SML技術(shù)的所有掩膜投影系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，可以通過影響可硬化材料中的體素的硬化深度、像素層面上的位圖的附加灰度值和/或顏色通道編碼存儲和應(yīng)用附加參數(shù)；這種影響包括影響a)用亮度值(從白色＝255到黑色＝0的灰度值)表示的光強；和b)通過顏色信息表示的光譜(激發(fā)和吸收行為)。
由于各個像素的附加灰度值和/或顏色通道編碼，可以使位圖內(nèi)的曝光參數(shù)得到細致校正。
附加控制參數(shù)通過可以通過快門控制的每個位圖的各個曝光時間提供。只有當通過成像單元完全建成數(shù)字圖像時，才可以打開和隨后再次關(guān)閉快門。
本發(fā)明與設(shè)備和方法有關(guān)的原理可應(yīng)用于生成三維對象的各種類型或方式。構(gòu)建或構(gòu)造可以按層(逐層)進行，但是，可替代地，可以與層無關(guān)地進行。其它設(shè)計選擇也是可以的。例如，硬化過程可以不分層地連續(xù)進行；不連續(xù)地(相同，不同或可變層厚)進行；部分連續(xù)和部分不連續(xù)地(相同，不同或可變層厚的不連續(xù))進行；或以各種可能的組合進行。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和過程尤其適用于構(gòu)建與層無關(guān)的體素矩陣中的三維對象。
并且，利用多個位圖，或第一和第二或進一步光柵掩膜的應(yīng)用，可以將每個橫斷區(qū)用于要生成的三維對象的一個或多個橫斷區(qū)。
應(yīng)用例子支持結(jié)構(gòu)的過曝光如圖1A示意性例示的那樣，本發(fā)明的重要目的是，一般地說，將支持結(jié)構(gòu)20最小化，具體地說，最小化對于構(gòu)建部件10的它們的觸點21。這可以通過在構(gòu)建過程中由于較高的聚合程度使支持結(jié)構(gòu)20獲得較高的內(nèi)在強度來實現(xiàn)，較高的聚合程度又可以通過應(yīng)用按照本發(fā)明的概念進行過曝光實現(xiàn)。
根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對于整個部件內(nèi)的各個橫斷區(qū)(在圖1A中，通過上橫斷表面用透視圖示意性表示)，可以將支持結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與部件數(shù)據(jù)區(qū)分開，因此，只有對于支持結(jié)構(gòu)20位圖區(qū)，和/或可選擇地，對于觸點21，生成總位圖1(覆蓋整個橫斷區(qū))內(nèi)的附加局部位圖2，位圖2以與第一掩膜曝光有關(guān)的定義、即，相同或不同曝光時間與第一位圖1串聯(lián)，并疊加在第一位圖1上面，因此，只在支持結(jié)構(gòu)(圖1B和1C)的區(qū)域中實現(xiàn)過/后曝光。
大與細小橫斷區(qū)結(jié)構(gòu)的硬化深度/細小結(jié)構(gòu)的過曝光對于較大結(jié)構(gòu)，可比細小結(jié)構(gòu)獲得更多的每個區(qū)域光輸出；這種現(xiàn)象導(dǎo)致每個橫斷區(qū)xy擴展(在輪廓之外)和z擴展(深度)的硬化不同。
如果一次曝光，例如，10mm×10mm的大區(qū)域，將硬化成，例如，130μm的厚度；而2mm×10mm的結(jié)構(gòu)在相同的曝光時間內(nèi)將只硬化100μm。如果現(xiàn)在在，例如，100μm的層中構(gòu)建部件，將可能發(fā)生，在細小部分中，由于過曝光(硬化到前一層中多達30％的130μm深度)，生成的層未締結(jié)足夠的化學鍵接，致使這些層在這個部分中分開，和致使部件存在缺陷。這種現(xiàn)象對于細小支持結(jié)構(gòu)尤其至關(guān)重要。
圖2A示意性地示出了大橫斷區(qū)31和細小橫斷區(qū)32和33的例子。在圖2A中，通過上橫斷區(qū)用透視圖示意性地表示了要生成的部件的整個橫斷區(qū)。根據(jù)適當算法，在橫斷圖像中分別識別不同區(qū)域擴展31或32和33的結(jié)構(gòu)，和為了重新曝光細小結(jié)構(gòu)生成位于總位圖1(覆蓋整個橫斷區(qū))內(nèi)和疊加在后者上的一個或多個相應(yīng)局部位圖2，并提供相應(yīng)曝光時間。這里，局部位圖的結(jié)構(gòu)深度留給操作人員決定。
另外，可以精確到每個像素地將適當灰度值分配給較大橫斷區(qū)31，而精確到每個像素地將較低灰度值或不將灰度值(即，白色)分配給較小橫斷區(qū)32，以便在要曝光的整個結(jié)構(gòu)上獲得更均勻的硬化深度(Z)和硬化擴展部分(XY)。也就是說，較大結(jié)構(gòu)區(qū)因此隨著它們的擴展而變暗。
較高生坯(green compact)硬度、大塊結(jié)構(gòu)的過曝光、或一個部件內(nèi)的較多材料累積。
對于一些部件，存在累積了一方面其壁厚超過后硬化中材料的最大可能硬化深度的材料或處在部件內(nèi)在后硬化過程中光能到達不了或只在有限程度上到達的位置中的體部分。
早在生成過程中，這樣的體部分就可以通過具體過曝光實現(xiàn)較高生坯硬度。這可以通過橫斷區(qū)的多次曝光實現(xiàn)?？商娲兀蛄硗?，這也可以通過隨后橫斷區(qū)的相應(yīng)灰度值分配實現(xiàn)，其中，在后一種情況中，Z方向的硬化深度應(yīng)該超過當前固化好幾倍。
更進一步，取決于所需硬化深度，可以逐步增加用于所選區(qū)的后/過曝光的局部位圖的曝光時間。
減少收縮的曝光策略這里，示意性地例示了圖3A和3B中的基本概念是不整體地和一次性地曝光和硬化，而是分步驟地(圖3A和3B)通過包括位圖1模式和位圖2模式的補充相繼位圖模式曝光和硬化要硬化的預(yù)定橫斷區(qū)(這里，作為黑色陰影總橫斷區(qū)的一部分，通過區(qū)域60表示)。如圖3A所示，尤其適用的位圖模式1在輻射區(qū)中包含各種網(wǎng)格線具有適當厚度的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)61，而根據(jù)圖3B的位圖模式2填充輻射區(qū)的間隙62。因此，在由第一位圖模式1引起的第一局部硬化之后，允許材料回流到由材料收縮形成的“空間”中，以便接著通過補充位圖模式2硬化。相應(yīng)位圖模式不局限于這里所述的那些。此外，可以重疊位圖模式的輻射區(qū)。
突出物(overhang)的曝光策略圖4示意性地示出了使突出物處于穩(wěn)定狀態(tài)的有利示范性實施例。
在某個局部結(jié)構(gòu)40的突出區(qū)域中，為了能夠在突出物41上形成更穩(wěn)定的固化，在曝光周期內(nèi)，在突出區(qū)內(nèi)，最初例如，前3個結(jié)構(gòu)面被留下，以便只在主部件區(qū)42中進行相應(yīng)固化。只有在此之后，才在第四曝光周期內(nèi)多能量地曝光突出區(qū)41。根據(jù)本發(fā)明，在第四曝光周期內(nèi)，首先，在預(yù)定曝光時間t1內(nèi)利用位圖1曝光整個曝光區(qū)(即，主部件區(qū)40和處在其左右的突出區(qū)41)的位圖1進行曝光；然后，在較長曝光時間t2，例如，與位圖1的曝光時間t1相比，4至5倍的曝光時間內(nèi)，利用只覆蓋左右突出區(qū)41的局部位圖2重新曝光(參見圖4)。標號45示出了承載板。
通過組合多次掩膜曝光和灰度值和/或顏色值調(diào)整形成復(fù)雜體素矩陣形成復(fù)雜體素矩陣的另一個有利示范性實施例通過圖5A-5C示出。這只對3×3像素的小局部區(qū)域作了示意性說明。顯然，相同的原理也可應(yīng)用于其它，尤其，更多像素的較大區(qū)域。為了獲得如圖5A所示具有三種不同硬化深度的體素矩陣，通過利用第一位圖1生成的掩膜，針對由x和y定義的橫斷區(qū)進行第一次曝光，其中，將附加灰度值分配給最低硬化深度的兩個像素(處在圖左前側(cè)，用標號51表示)，和將白色分配給其它像素(無灰度值；在圖中用標號52表示)。然后，針對由x和y定義的相同橫斷區(qū)，通過利用第二位圖2生成的局部掩膜進行第二次曝光，其中，將白色分配給最高硬化深度的兩個像素(無灰度值；處在圖右后側(cè)，用標號53表示)，而其它像素完全變黑(黑色；在圖中用標號54表示)。
結(jié)果，每個橫斷區(qū)只用兩個曝光步驟就獲得了復(fù)雜體素矩陣。
對于上述所有應(yīng)用，局部位圖內(nèi)的細調(diào)可以通過精確到像素顏色通道編碼進行，即，位圖掩膜/曝光掩膜每個像素都可以包含通過其可精確到每個像素地控制位圖內(nèi)的曝光強度的附加黑色/白色、灰度值和/或顏色信息。此外，在所有應(yīng)用中，可以相互無關(guān)地調(diào)整每個位圖的曝光時間，以便為體素矩陣的可選擇硬化深度提供附加參數(shù)。
關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的多次曝光的每個總體掩膜和每個局部掩膜的曝光模式的順序和設(shè)計，沒有什么限制。唯一應(yīng)該注意的是，對于每次局部曝光，能量至少達到使材料開始硬化或使它完全硬化所需的能量。
所述的示范性實施例可以隨機地相互組合。并且，它們只是示范性的，而決不能理解成限制性的。相反，可以容易地將它們修改成通過其它實施例實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的原理。
權(quán)利要求
1.一種生成三維對象的設(shè)備，包含用于能量輸入能夠在電磁輻射的作用下固化可固化材料、和包含預(yù)定個分立成像元件(像素)的成像單元；計算機單元、IC和/或軟件實現(xiàn)；其中，計算機單元、IC和/或軟件實現(xiàn)分別具有針對要生成的三維對象的橫斷區(qū)，通過多個相繼光柵掩膜(位圖)進行曝光控制能量輸入的能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，能量輸入的控制生成體像素(體素)的矩陣；和/或其中，可固化材料中每個體素(體像素)的硬化深度可通過應(yīng)用光強和/或所選光波長而改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，更進一步，至少一個光柵掩膜被安排成在灰度值和/或顏色值方面按圖像點(像素)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，對于可變能量輸入，可以將不止兩個能級分配給至少一部分像素，其中，不止兩個能級包括a)打開和關(guān)閉狀態(tài)(黑色/白色)；和b1)預(yù)定個灰度級，或b2)預(yù)定個顏色值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，成像單元包含在投影單元中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，成像單元是空間光調(diào)制器(SLM)類型的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，成像單元涉及在MEMS技術(shù)中包含光閥的發(fā)射點、發(fā)射行或發(fā)射矩陣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，成像單元涉及分別包含LED的發(fā)射點、發(fā)射行或發(fā)射矩陣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，進一步將快門安排在要硬化的材料與能量源之間，以便控制每個光柵掩膜的曝光時間。
10.一種生成三維對象的設(shè)備，包含包含排列成點、行或矩陣的預(yù)定個分立成像元件(像素)的光柵成像單元，其中，成像單元將像素組成與要生成的三維對象的特定橫斷區(qū)有關(guān)的圖像，由此，形成光柵掩膜(位圖)；其中，成像單元被設(shè)計成為在電磁輻射的作用下固化可固化材料提供能量輸入；其中，成像單元被安排成受到這樣的控制，至少可以生成兩個掩膜，包括覆蓋橫斷區(qū)的第一總掩膜(位圖1)；和總掩膜內(nèi)的局部掩膜(位圖2)。
11.一種生成三維對象的方法，包含提供包含預(yù)定個分立成像元件(像素)的成像單元；通過經(jīng)成像單元輸入的能量，在電磁輻射的作用下，在體像素(體素)的矩陣中固化可固化材料；其中，通過相繼多個光柵位圖控制針對要生成的三維對象的橫斷區(qū)用于固化要硬化的材料中的體像素的能量輸入，以便影響可固化材料中的每個體素(體像素)的硬化深度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，為了固化材料，通過投影單元將圖像投影到構(gòu)建面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，按橫斷區(qū)確定要硬化的體素的矩陣中的將不被曝光或?qū)⒈桓郊悠毓獾膮^(qū)域，并從該信息中生成相應(yīng)局部位圖和將相應(yīng)局部位圖用于曝光。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在按橫斷區(qū)生成的橫斷圖像中，識別不同區(qū)域擴展的分開區(qū)，并對于擴展較小的區(qū)域，生成與較小區(qū)域擴展的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的一個或多個附加位圖和將一個或多個附加位圖用于隨后局部曝光。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，識別部件內(nèi)的特定結(jié)構(gòu)，對該特定結(jié)構(gòu)的橫斷面，為了每個橫斷區(qū)的多次擴展生成附加位圖。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，通過生成每個橫斷區(qū)的具有不同信息的一個或多個位圖掩膜和隨后利用生成的一個或多個位圖掩膜曝光，經(jīng)過單次或多次曝光進行所選區(qū)域的增強硬化，其中，實現(xiàn)的體素的硬化深度(沿著Z方向)超過多次曝光的區(qū)域中當前固化的厚度好幾倍。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在要硬化的材料與能量源之間進一步使用快門，以便控制每個掩膜的曝光時間。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，將有關(guān)灰度值和/或顏色值的信息按圖像點(像素)存儲在光柵圖像(位圖)中。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，為每個光柵圖像(位圖)當前在線計算有關(guān)每個圖像點(像素)的灰度值和/或顏色值的信息。
20.一種生成三維對象的方法，包含提供包含預(yù)定個分立成像元件(像素)的成像單元；通過經(jīng)成像單元輸入的能量，在電磁輻射的作用下，固化可固化材料；其中，成像單元將像素組成與三維對象的橫斷區(qū)有關(guān)的圖像，由此，形成光柵掩膜(位圖)，其中，三維對象的每個橫斷區(qū)至少使用兩個掩膜，包括覆蓋橫斷區(qū)的第一總掩膜(位圖1)；和總掩膜內(nèi)的局部掩膜(位圖2)。
全文摘要
本發(fā)明描述了通過經(jīng)包含預(yù)定個分立成像元件(像素)的成像單元輸入的能量，在電磁輻射的作用下固化可固化材料，生成三維對象的設(shè)備和方法。通過多個相繼光柵掩膜(位圖；例如，位圖1和位圖2和可能附加位圖)進行曝光，控制與三維對象的特定橫斷區(qū)有關(guān)的能量輸入。成像單元可適當控制成至少可以生成兩個掩膜，包括覆蓋橫斷區(qū)的第一總掩膜(位圖1；用白光曝光的專用于像素區(qū)域元件)；和總掩膜內(nèi)的局部掩膜(位圖2；其中，用白光專用于像素地只曝光一部分區(qū)域元件)?？梢孕纬审w素矩陣?？梢栽诳晒袒牧现芯唧w和精確地影響每個體素(體像素)的硬化深度。
文檔編號G03F7/20GK101063812SQ200710101018
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者亨德里克·約翰, 沃爾科爾·希勒恩, 阿里·埃爾-斯博蘭尼 申請人:想象科技有限公司