快速原型製作設備的改進的製作方法

2023-06-14 20:43:46 2

專利名稱：快速原型製作設備的改進的製作方法
技術領域：
本發明涉及與用於通過截面的加成處理(additive treatment)來製造三維物體的快速原型製作(prototyping)設備有關的改進。
背景技術：
用於在立體光刻中使用的設備近年來得到發展。它們現在包含UV燈泡和發光二極體這二者作為光源。將發光二極體實現為光源引起不同問題，這些問題在本申請中得以解決。

發明內容
本發明涉及一種用於立體光刻設備的曝光系統，該曝光系統包含發射波長介於 200nm和IOOOOnm之間的光的至少一個發光二極體，具有多個單獨可控光調製器的至少一個空間光調製器，光學耦合到所述至少一個空間光調製器的輸入光學元件，光學耦合到所述至少一個空間光調製器的輸出光學元件，至少一個控制單元，其中所述輸入光學元件和輸出光學元件促進從所述至少一個發光二極體發射的光經由所述空間光調製器的所述單獨可控光調製器透射到照射區域，其中所述空間光調製器使得能夠依照來自所述控制單元的控制信號建立來自所述輸入光學元件的光的圖案，其中所述輸出光學元件使得能夠將來自所述至少一個空間光調製器的光的圖案聚焦在照射斑點上，以及其中所述曝光系統能夠將從所述發光二極體發射的相對於發光二極體的光軸所成角度大於45度的光對齊，從而使所述光指向與所述光軸平行的方向。
本發明的發光二極體可以發射深UV到遠頂範圍內的輻射，例如200nm到 IOOOOOnm範圍內的輻射。因此，術語光適用於深UV到遠頂範圍內的輻射，例如200nm到 IOOOOOnm範圍內的輻射。類似於材料的粉末燒結來製作三維固體物體的應用優選地在波長高達IOOOOOnm的紅外能量範圍內實施。利用可固化液體樹脂的立體光刻浴的應用優選地在波長從200nm到高至500nm的紫外能量範圍內實施。
根據本發明的有利方面，空間光調製器的光調製器將來自發光二極體的光圖案化在光敏材料上。光敏材料被固化成反映光調製器在空間光調製器中的位置的圖案。越多的來自發光二極體的光指向光敏材料，則在控制立體光刻設備時的可用控制選項越多。這樣的控制選項可以例如為曝光系統經過光敏材料的掃描速度、能耗控制(例如降低來自發光二極體的光的強度導致減小的能耗)等。
根據本發明的另一有利方面，曝光系統包含空間光調製器的模塊，其中每個模塊包含多於一個空間光調製器。
此外，輸入光學元件可以由模塊製成，因此一個輸入光學元件模塊對應於一個空間光調製器模塊。
此外，輸出光學元件可以由模塊製成，因此一個輸出光學元件模塊對應於一個空間光調製器模塊。
曝光系統的元件的模塊化結構促進了容易改變曝光系統，從而滿足對於曝光系統尺寸的特定用戶限定的要求。
根據本發明的另一有利方面，多於一個空間光調製器用於增大曝光系統的寬度， 藉此增大可能照射的區域；因此有可能構建更大的物體或者同時構建更大數目的小物體。
根據本發明的另一有利方面，多於一個發光二極體用於增大來自曝光系統的發射光的強度。利用增大強度的光，有可能增大曝光系統經過光敏材料的掃描速度。
根據本發明的另一有利方面，用於圖案化來自發光二極體的光的空間光調製器可以相當於微光開關、液晶顯示器、數字微鏡裝置等。
根據本發明的另一有利方面，發光二極體可以相當於雷射二極體、紫外發光二極體等。此外，可以使用與發光二極體相當的任何將來開發的二極體或光源。
根據本發明的另一有利方面，光被理解為任何電磁波。
在本發明一實施例中，所述曝光系統包含用於將從所述至少一個發光二極體發射的相對於所述至少一個發光二極體的光軸所成角度大於45度的那部分光進行方向對齊的裝置，從而按照所述對齊光相對於所述至少一個發光二極體的光軸所成角度為1. 5度或更小的方式改變所述光的方向。
根據本發明的有利實施例，從發光二極體發射的光的對齊結果是在準直光學元件和微透鏡之間的輸入光學元件內被測量的。
根據本發明的有利實施例，會是非常有利的是能夠將從發光二極體發射的光指向、反射或對齊為其中與發光二極體的光軸的角度小於當光從發光二極體發射時的情形的方向。這可以使得例如在輸入光學元件中進一步處理光更加容易。
在本發明一實施例中，所述曝光系統包含用於在所述光被引入輸入光學元件之前使從所述至少一個發光二極體發射的光對齊的裝置。
根據本發明的有利實施例，從發光二極體發射的光被方向對齊為使得光至少部分地在同一方向上發射。根據本發明的實施例，這是至關重要的，因為越多的從發光二極體發射的光指向發光材料，則可以越快地將曝光系統掃描經過光敏材料。
在本發明一實施例中，所述用於使從所述至少一個發光二極體發射的光對齊的裝置包含至少一個反射器。
根據本發明的有利實施例，該發光二極體可以與打算用於最優化從發光二極體發射的光的外部反射器一起使用。當使用反射器時，更多的發射光可以指向輸入光學元件且因此來自同一發光二極體的更多光強可以應用到輸入光學元件。
根據本發明的另一有利實施例，發光二極體可以設有位於內部的反射器。對於具有外部反射器的情形，具有內部反射器的發光二極體可以增多指向輸入光學元件且因此指向光敏材料的表面上的照射斑點的那部分發射光。
根據本發明的另一有利實施例，反射器與發光二極體關聯使用，從而增大發光二極體的效率且因此增大曝光系統經過光敏材料的掃描速度的上限。
在本發明一實施例中，所述用於使從所述至少一個發光二極體發射的光對齊的裝置包含至少一個光學透鏡。
根據本發明的有利實施例，來自發光二極體的光可以藉助包含在照射源中的至少一個光學透鏡而被至少部分地方向對齊。所述光藉此被至少部分地對齊且因此對於輸入光學元件的要求可以降低。此外，照射源中的光學元件可以是準直光學元件的部分。
根據本發明的另一有利實施例，照射源中包含的光學元件可以安裝或者鑄造成為發光二極體的部分或者成為印刷電路板的部分，發光二極體可以安裝在所述印刷電路板上。
在本發明一實施例中，所述用於使從所述至少一個發光二極體發射的光對齊的裝置包含至少一個防護罩。
根據本發明的有利實施例，發光二極體包含發光中心和發光中心的防護件、反射器等。發光中心的防護件可以成形為促進發射光方向的至少某些變化。光方向的變化可以是光對齊的一部分；因此對準直光學元件的要求可以不相同，從而不使用光指向防護件處理來自發光二極體的光。
在本發明一實施例中，聚焦在相應照射斑點上的源於一個空間光調製器的光的能量總和與從對應於所述空間光調製器的所述至少一個發光二極體發射的光的能量總和之間的比例至少為0. 1。
利用的係數越高，則曝光系統所要求的能量越少；藉此最小化整個立體光刻設備的能耗。
此外，本發明涉及通過使用根據權利要求1-7中任意一項的設備由光敏材料製造三維物體的方法。
在本發明一實施例中，將所述曝光系統掃描經過所述光敏材料。
根據本發明的有利實施例，將該曝光系統掃描經過光敏材料。當將曝光系統掃描經過光敏材料時，空間光調製器對光進行圖案化從而固化光敏材料上的一個或多個照射斑點。對於待構建的物體的每一層，將曝光系統至少部分地掃描經過光敏材料至少一次。
此外，本發明涉及立體光刻設備的曝光系統，其包含發射波長介於200nm和 IOOOOOnm之間的光的至少兩個發光二極體，具有多個單獨可控光調製器的至少兩個空間光調製器，光學耦合到所述至少兩個空間光調製器的輸入光學元件，光學耦合到所述至少兩個空間光調製器的輸出光學元件，至少一個測量單元，至少一個控制單元，其中所述輸入光學元件和輸出光學元件促進從所述發光二極體發射的光經由所述空間光調製器的所述單獨可控光調製器透射到照射區域，其中所述空間光調製器使得能夠依照來自所述控制單元的控制信號建立來自所述輸入光學元件的光的圖案，其中所述輸出光學元件使得能夠將來自所述至少兩個空間光調製器的光的圖案聚焦在照射區域上，其中所述測量單元使得能夠測量由每個單獨空間光調製器透射的光的強度，以及其中所述控制單元使得能夠基於所述測量值調節由每一個單獨發光二極體發射的光的強度。
根據本發明的有利方面，有可能斷開一個或多個發光二極體。如果例如物體的一個層不需要來自所有發光二極體的光，則發光二極體被簡單地斷開。按照相同的方式，當光敏材料的新層應用到三維物體時，所有發光二極體斷開，這減小了雜散光對光敏材料的影響。
根據本發明的有利方面，能夠斷開發光二極體從而減小從發光二極體生成的熱， 這是非常有利的。在曝光系統內生成的熱將被移除，從而避免損壞曝光系統中的電氣部件。
根據本發明的有利方面，儘可能減小熱生成，從而避免曝光系統中的結構(例如在空間光調製器中，發光二極體緊固在其中的框架等)由於熱原因而變化，這會是非常有利的。曝光系統中的容差非常小；因此甚至微小的變化也會影響曝光系統的精確度。
根據本發明的另一有利方面，多於一個空間光調製器用於例如增大曝光系統的寬度且藉此增大有可能照射的區域；因此有可能構建更大的物體或者同時構建更大數目的小物體。
根據本發明的另一有利方面，多於一個發光二極體用於增大來自曝光系統的發射光的強度。利用增大的光強度，例如有可能增大曝光系統經過光敏材料的掃描速度。
根據本發明的另一有利方面，用於圖案化來自發光二極體的光的空間光調製器可以相當於微光開關、液晶顯示器、數字微鏡裝置等。
根據本發明的另一有利方面，發光二極體可以相當於雷射二極體、紫外發光二極體等。
此外，可以使用與發光二極體相當的任何將來開發的二極體或光源。
根據本發明的另一有利方面，光被理解為任何類型的電磁波。
在本發明一實施例中，所述測量值為與所述至少兩個空間光調製器中的每一個單獨空間光調製器相關的光的強度的代表值，其中所述控制單元使得能夠基於所述測量的代表值調節來自所述至少兩個發光二極體中的每一個單獨發光二極體的光的強度。
根據本發明的有利實施例，所述一個或多個測量單元測量來自從發光二極體發射的光的一個或多個代表值。這樣的代表值可以例如為光強度、從發光二極體發射的光的均勻性、發射光的溫度等。
根據本發明的另一實施例，發光二極體的發射區域的溫度也可以用作調節發光二極體的基礎。
根據本發明的有利實施例，一個或多個測量單元用於測量來自曝光系統的光調製器的光的代表值。使用多於一個測量單元增大測量過程的速度且因此用於構建物體的總時間增大，這是非常有利的。
在本發明一實施例中，所述曝光系統為立體光刻設備的一部分且所述立體光刻設備包含用於使光敏材料的表面平整的重塗覆器(recoater)，三維物體將由該光敏材料製備。
在本發明一實施例中，所述測量單元包含至少一個光敏傳感器且所述光敏傳感器的輸出代表從所述至少兩個發光二極體中的每一個單獨發光二極體發射的光的強度的代表值。
根據本發明的有利實施例，一個光敏傳感器可足以測量來自所有單獨發光二極體的光。如果使用多於一個光敏傳感器，則測量來自每個單獨發光二極體的光所需的時間可以減少。
在本發明一實施例中，所述至少一個光敏傳感器響應於在200nm到IOOOOOnm範圍內的光。
根據本發明的有利實施例，該代表值可以藉助適於對光起反應的任何傳感器來測量。這是有利的，因為不需要特殊構造的傳感器，這降低了成本。
在本發明一實施例中，所述至少一個光敏傳感器在該設備中位於使得能夠在光被所述空間光調製器圖案化之前測量所述光的強度的位置處。
根據本發明的有利實施例，該測量單元在光被空間光調製器圖案化之前測量所述光的代表值。這可以至少部分地促進動態測量，從而允許對來自發光二極體的光的實時測量。例如通過在光被引到空間光調製器之前插入分束器，可以促進這樣的測量。
在本發明一實施例中，所述至少一個光敏傳感器在該設備中位於使得能夠在光被所述空間光調製器圖案化之後測量所述光的強度的位置處。
根據本發明的有利實施例，當光被空間光調製器圖案化時，該測量單元測量所述光的代表值。這是有利的，因為是在要使用所述光的位置處進行經過圖案化的光的代表值的測量。因此通過在光被圖案化時測量代表值，進一步損失的風險且由此或多或少不正確的測量被最小化或者完全消除。
根據本發明的另一有利實施例，(多個)代表值的測量可以非常容易實施，因為僅僅將曝光系統在一個或多個測量單元上掃描。可替換地，也可能使一個或多個測量單元經過曝光系統的所有空間光調製器，或者甚至通過將曝光系統掃描經過測量設備和使測量單元經過空間光調製器的組合來測量代表值。
在本發明一實施例中，所述控制單元使得能夠基於一個或多個所測量的代表值控制從所述至少兩個發光二極體中的每一個單獨發光二極體發射的光的強度。
根據本發明的有利實施例，所測量的代表值由控制單元在控制發光二極體時使用。具有來自所有空間光調製器的用於固化物體的特定層的經過圖案化的光的均勻的強度或者至少接近均勻的強度是非常重要的。因此當在空間光調製器A下測量的代表值小於在空間光調製器B下測量的代表值時，與空間光調製器A和B關聯的發光二極體藉助控制單元來調節，使得空間光調製器A和B下的代表值變得均勻。
在本發明一實施例中，所述控制單元使得能夠以下述方式基於一個或多個測量的代表值控制從所述至少兩個發光二極體中的每個單獨發光二極體發射的光的強度，所述方式為使得從所述至少兩個發光二極體中的每個單獨發光二極體發射的光的強度是均勻的。
根據本發明的有利實施例，在光敏材料上的照射斑點上具有均勻的經過圖案化的光的強度是重要的。這可以通過調節所有發光二極體使得每束來自空間光調製器的經過圖案化的光以相同強度照射該照射斑點至少部分地得以促進。此外，這可以增大將曝光系統掃描經過光敏材料的掃描速度。這是因為曝光系統不必「等待」光敏材料通過低強度的照射斑點來固化。
在本發明一實施例中，所述控制單元包含用於通過控制應用到所述至少兩個發光二極體的電壓或電流來控制從所述至少兩個發光二極體發射的光的強度的裝置。
根據本發明的有利實施例，調節來自發光二極體的光可以緊密地與由發光二極體消耗的功率有關。因此通過控制發光二極體可消耗的功率水平，來獲得對從發光二極體發射的光的控制。
在本發明一實施例中，所述光敏傳感器安裝在所述重塗覆器上。
根據本發明的有利實施例，該重塗覆器的掃描方向垂直於曝光系統的掃描方向。 因此將測量單元或光敏傳感器安裝在重塗覆器上是非常時間高效的，因為當將重塗覆器掃描經過光敏材料時，它也經過所有單獨發光二極體。
此外，本發明涉及通過使用根據權利要求10-20中任意一項的設備由光敏材料製造三維物體的方法。
在本發明一實施例中，當曝光系統處於其中所述曝光系統不掃描經過由照射區域限定的平面的狀態時，從所述至少兩個發光二極體中的每個單獨發光二極體發射的光的強度被測量。
根據本發明的有利實施例，當曝光系統不掃描經過光敏材料時，進行對來自發光二極體的光的強度的測量和控制。例如當新的層用光敏材料重塗覆時，至少進行代表值的測量或者發光二極體的調節，這會是有利的。
根據本發明的另一有利實施例，例如當承載固化物體的槽或構建板被更換時，對來自發光二極體的光進行強度的測量和控制或者對該光進行校準。此外，在開始構建新物體之前進行發光二極體的校準或調節，這會是有利的。
根據本發明的有利實施例，該曝光系統在不使用時停泊在構建板或槽的一個側面處。這可能是在這樣的情形中重塗覆器重塗覆光敏材料的新層，構建板或槽改變，等等。 當曝光系統停泊時，測量來自發光二極體的光會是有利的，特別是當槽或構建板改變時，因為這時來自測量的雜散光效應對光敏材料的影響最小。
根據本發明的另一有利實施例，藉助例如分離板、防護裝置等可以減少來自測量的雜散光。
在本發明一實施例中，在一個掃描運動中進行對來自所述至少兩個發光二極體中的每個單獨發光二極體的代表值的測量。
根據有利實施例，該測量單元被設置為使得曝光系統有可能在一個掃描運動中掃描經過測量單元。這是有利的，因為測量和控制來自發光二極體的光所使用的時間減少；因此剩下更多的時間來構建三維物體。
在本發明一實施例中，將所述曝光系統掃描經過所述光敏材料。
根據本發明的有利實施例，將該曝光系統掃描經過光敏材料。當將曝光系統掃描經過光敏材料時，空間光調製器對光進行圖案化從而利用光敏材料上的一個或多個照射斑點進行固化。對於待構建的物體的每一層，將曝光系統至少部分地掃描經過光敏材料至少一次。
此外，本發明涉及一種具有曝光系統的立體光刻設備，所述曝光系統包含具有至少一個插座和至少一個發光二極體的至少一個印刷電路板，具有多個單獨可控光調製器的至少兩個空間光調製器，光學耦合到所述空間光調製器的輸入光學元件，光學耦合到所述空間光調製器的輸出光學元件，至少一個控制單元，至少一個光源底座(bed)，其中所述至少一個光源底座以使得發光二極體的光軸與所述輸入光學元件的光軸對齊的方式可鬆開地鎖定所述印刷電路板，其中所述輸入光學元件和輸出光學元件促進從所述發光二極體發射的光經由所述空間光調製器的所述單獨可控光調製器透射到照射區域，其中所述空間光調製器使得能夠依照來自所述控制單元的控制信號建立來自所述輸入光學元件的光的圖案，其中所述輸出光學元件使得能夠將來自所述空間光調製器的光的圖案聚焦在照射區域上。
根據本發明的有利方面，有可能更換發光二極體。整個立體光刻設備的壽命為發光二極體的壽命的若干倍，因此發光二極體的更換是必要的。
根據本發明的另一有利方面，該光源底座為曝光系統的一部分，例如包含至少一些輸入光學元件且因此不容易從立體光刻設備移除。因此，能夠從光源底座移除發光二極體而不移除光源底座本身，這是非常有利的。
根據本發明的另一有利方面，使用多於一個空間光調製器例如以增大曝光系統的寬度且藉此增大可能照射的區域；因此有可能構建更大的物體或者同時構建更大數目的小物體。
根據本發明的有利方面，如果一個或多個發光二極體連接到印刷電路板，則發光二極體更容易處理。與更換4個單獨發光二極體相比，更換包含例如4個發光二極體的印刷電路板會更容易且更快。
在本發明一實施例中，所述印刷電路板藉助所述可鬆開鎖定機構而可鬆開地鎖定到所述光源底座，
其中所述印刷電路板以這樣的方式藉助所述可鬆開鎖定機構而可鬆開地鎖定，即使得所述至少一個發光二極體的光軸與所述輸入光學元件的光軸一致。
在本發明一實施例中，所述曝光系統包含多於一個光源底座。
根據本發明的有利實施例，光源底座構被建成模塊且因此多於一個光源底座模塊可以在同一立體光刻設備中使用，從而促進增大數目的照射斑點的照射。
根據本發明的另一有利實施例，通過包含可鬆開鎖定機構的光源底座來滿足對曝光系統中的精度的高要求。因此當發光二極體置於光源底座中時，發光二極體的光軸與輸入光學元件的光軸在給定容差內對齊並且藉助可鬆開鎖定機構而鎖定在該位置。
根據本發明的有利實施例，當印刷電路板可鬆開地鎖定到所述光源底座時，對於附連到印刷電路板的發光二極體的光軸與輸入光學元件的光軸的一致，不需要進一步的對齊或調整。
根據本發明的另一有利實施例，當印刷電路板藉助可鬆開鎖定機構而可鬆開地鎖定到光源底座時，容易且快速地更換印刷電路板。
在本發明一實施例中，所述立體光刻設備包含用於指示設備工作中的故障或異常的警報。
根據本發明的有利實施例，警報指示何時該變更一個或多個發光二極體。該警報可以是例如聲音、光(例如閃爍的或旋轉的)、電子數據警報等的形式。警報可以是非常有利的，因為這時發光二極體不會無故變更並且不需要維修人員檢查例如所需要的發光二極體的強度。
根據本發明的另一有利實施例，維修人員可以藉助例如計算機檢查發光二極體例如已經使用了多少小時、當前強度等；為了籌劃立體光刻設備的部件的維護，這對於維修人員而言會是非常有利的。
在本發明一實施例中，所述至少一個印刷電路板包含所述輸入光學元件的至少一部分。
根據本發明的有利實施例，該印刷電路板包含至少一部分所述對齊或輸入光學元件。為印刷電路板提供例如反射器或光學設備會是非常有利的，因為以此方式，例如反射器或光學設備被允許靠近發光二極體或者甚至接觸發光二極體放置。
在本發明一實施例中，所述至少一個印刷電路板包含冷卻裝置，該冷卻裝置包含至少一個冷卻表面。
根據本發明的有利實施例，冷卻表面附連到印刷電路板以促進對印刷電路板上電子器件的冷卻，從而降低損壞電子器件或印刷電路板的風險。
根據本發明的另一有利實施例，該冷卻表面設有風扇，該風扇用於最優化從印刷電路板移除熱。
根據本發明的另一有利實施例，製作穿過印刷電路板的孔，從而最優化熱從印刷電路板的一個側面到印刷電路板的另一個側面的移除。
在本發明一實施例中，所述至少一個印刷電路板PCB包含例如用於電源和/或控制信號的至少一組電連接(galvanic connection)。
根據本發明的有利實施例，印刷電路板包含例如用於發光二極體的電源的電子器件，該電子器件也位於印刷電路板上。將電子器件分布在更小的單元或印刷電路板上，這會是非常有利的。如果一個電源損壞，則與替換包含多個功能部件的一個大的印刷電路板相比，僅僅用更小的單元或印刷電路板替換損壞的部件更為廉價。
根據本發明的另一有利實施例，印刷電路板上的電連接可以例如實施為用於直接或間接傳遞功率到發光二極體或者用於傳遞用於控制印刷電路板上的電子器件的控制信號的插頭或插座。控制信號可以是控制電源或繼電器從而接通和斷開發光二極體。
在本發明一實施例中，所述可鬆開鎖定機構可移動地連接到所述光源底座。
根據本發明的有利實施例，有可能將可鬆開鎖定機構從一個位置轉動或以任何其它方式移動到另一位置。當印刷電路板插入光源底座或從光源底座移除時，這是有利的。
根據本發明的另一有利實施例，有可能從光源底座移除可鬆開鎖定機構。
根據本發明的另一有利實施例，可鬆開鎖定機構、印刷電路板引導裝置和光源引導裝置之間的相互作用促進發光二極體的光軸與輸入光學元件的光軸一致。
根據本發明的另一有利實施例，該光源底座可包含引導裝置，該引導裝置可包含光源底座中的孔。相對於發光二極體，印刷電路板引導裝置可定位為適於與光源底座引導裝置相互作用。印刷電路板引導裝置可以例如為印刷電路板上的在其中安裝發光二極體的條(bar)。因此當與發光二極體相關的條被置於光源底座中的孔內時，發光二極體的光軸與輸入光學元件的光軸對齊。該可鬆開鎖定機構可用於確保與發光二極體相關的條被固定到光源底座中的孔內。
根據本發明的另一有利實施例，該引導裝置可包含例如印刷電路板上的其中附連發光二極體的與發光二極體相關的幾何圖形。這些幾何圖形適於配合光源底座中的幾何圖形，從而確保發光二極體的光軸與輸入光學元件的光軸的對齊。這種幾何圖形可包含光源底座中的凹部或凹口，其適於配合發光二極體或在其上附連發光二極體的印刷電路板。
根據本發明的另一有利實施例，關於發光二極體和/或印刷電路板描述的引導裝置可以關於光源底座來使用。以相同的方式，關於光源底座描述的引導裝置可以關於發光二極體和/或印刷電路板來使用。
在本發明一實施例中，發光二極體的光軸和輸入光學元件的光軸的對齊誤差小於 20Mm。
在本發明一實施例中，所述光源底座、所述曝光系統或所述印刷電路板包含用於調整所述至少一個發光二極體的光軸的位置或所述輸入光學元件的光軸的位置的調整機構。
根據本發明的有利實施例，光源底座可以設有用於調整印刷電路板的機構，或者印刷電路板可以設有用於手動或電動調整發光二極體的機構。當例如發光二極體或印刷電路板被更換且例如測量表明發光二極體的光軸與輸入光學元件的光軸不完全一致時，能夠校準發光二極體或印刷電路板直至兩個光軸出現一致會是有利的。可替換地，可以調整曝光系統的元件，比如輸入和或輸出光學元件。
根據本發明的另一有利實施例，安裝在印刷電路板上的發光二極體可以在除所述立體光刻設備之外的另一位置被校準。
此外，本發明涉及通過使用根據權利要求25-34中任意一項的設備由光敏材料製造三維物體的方法。
在本發明一實施例中，將所述曝光系統掃描經過所述光敏材料。
根據本發明的有利實施例，將該曝光系統掃描經過光敏材料。當曝光系統掃描經過光敏材料時，空間光調製器對光進行圖案化以固化光敏材料上的一個或多個照射斑點。 對於待構建的物體的每一層，將曝光系統至少部分地掃描經過光敏材料至少一次。
在本發明一實施例中，發光二極體的數目等於或小於空間光調製器的數目。
根據本發明的有利實施例，一個特定發光二極體專用於一個特定空間光調製器。 這會是非常有利的，因為如果來自空間光調製器之一的經過圖案化的光不必用於構建物體的一個層，則變得有可能完全斷開一個發光二極體。斷開一個發光二極體減小了能耗，並且減小了熱產生。
根據本發明的另一有利實施例，發光二極體和空間光調製器之間的關係為一對一的關係。此一對一的關係允許高度的靈活性，例如它使得曝光系統能夠接通或斷開每個單獨的空間光調製器。
在本發明一實施例中，發光二極體的數目等於空間光調製器的數目。
根據本發明的有利實施例，多於一個發光二極體用於增大來自曝光系統的發射光的強度。利用增大強度的光例如有可能增大曝光系統經過光敏材料的掃描速度。
根據本發明的另一有利實施例，該發光二極體可以相當於雷射二極體、紫外發光二極體等。此外，可以使用與發光二極體相當的任何將來開發的二極體或光源。
根據本發明的另一有利實施例，用於圖案化來自發光二極體的光的空間光調製器可以相當於微光開關、液晶顯示器、數字微鏡裝置等。
在本發明一實施例中，所述輸入光學元件包含至少一個微透鏡陣列。
根據本發明的有利實施例，該輸入光學元件可以至少部分地為微透鏡陣列。微透鏡陣列可以例如用於將來自發光二極體的光聚焦到空間光調製器的孔徑(aperture)。
根據本發明的另一有利實施例，該輸入光學元件可包含用於準直來自發光二極體的光的準直光學元件。此外，取決於輸入光學元件的功能，附加光學元件可以包含在該輸入光學元件中。
根據本發明的另一有利實施例，該輸入光學元件可包含微透鏡和/或光學元件的模塊，因此如果該曝光系統包含多於一個空間光調製器，則每個空間光調製器可附連到一個輸入光學元件模塊。
在本發明一實施例中，所述輸入光學元件包含至少一個準直透鏡。
在本發明一實施例中，所述輸入光學元件使得能夠將來自發光二極體的光分離為多個不同的光束。
根據本發明的有利實施例，來自輸入光學元件的多個光束與一個或多個空間光調製器的孔徑為一對一的關係。這會是非常有利的，因為這時所有來自發光二極體的光可用於照射光敏材料。
根據本發明的另一有利實施例，來自輸入光學元件的多個光束超過一個或多個空間光調製器的孔徑的數目。允許來自輸入光學元件的光束多於空間光調製器中的孔徑可以增加輸入光學元件的靈活性，因為輸入光學元件這時可以不準確地配合到空間光調製器。 因此來自輸入光學元件的附加光束可以用於例如測量來自發光二極體的光的強度。
在本發明一實施例中，所述輸出光學元件包含至少一個微透鏡陣列。
根據本發明的有利實施例，來自至少一個空間光調製器的經過圖案化的光藉助所述微透鏡陣列被聚焦在光敏材料上，例如以確保光敏材料上的照射斑點中最高的光強度。
根據本發明的另一有利實施例，該輸出光學元件可包含微透鏡和/或光學元件的模塊，因此如果曝光系統包含多於一個空間光調製器，那麼每個空間光調製器可以附連到一個輸出光學元件模塊。
在本發明的有利實施例中，光被聚焦在空間光調製器的孔徑上。空間光調製器接著藉助光調製器建立聚焦光的圖案。來自空間光調製器的經過圖案化的光接著藉助輸出光學元件被聚焦在表面光敏材料上的照射斑點中。
在本發明一實施例中，所述設備包含用於將從一個或多個所述發光二極體發射的光引導到所述空間光調製器的導光裝置，所述導光裝置為光纖的形式。
根據本發明的有利實施例，發光二極體物理上被置於離空間光調製器某一距離處，因此使用比如例如光纖(例如由玻璃、塑料等製成)的光導來將來自發光二極體的光引導到空間光調製器是非常有利的。
根據另一有利實施例，該光導可以是輸入光學元件的一部分，因此該光導可以例如使光成形、對齊光或引導光，使得其準備由空間光調製器來圖案化。
在本發明一實施例中，所述曝光系統為立體光刻設備的一部分，所述立體光刻設備包含槽。
在本發明的有利實施例中，該光敏材料容納在槽內。構建板可以在容納光敏材料的槽內上升和下降；因此當曝光系統掃描經過槽內的構建板時，物體的新層得以固化。
在本發明一實施例中，所述控制單元使得能夠控制所述曝光系統。
在本發明的有利實施例中，藉助控制單元控制該發光二極體和空間光調製器。此外，可以藉助控制單元校準曝光系統。
此外，本發明涉及一種光敏材料在根據權利要求1-7或10-20或25_34或37_45 中任意一項的設備中的用途。
此外，本發明涉及一種在根據權利要求1-7或10-20或25-34或37_45中任意一項的設備中固化光敏材料的方法。
此外，本發明涉及一種通過根據權利要求8或9或21-M或35-36中任意一項的方法生產的三維物體。
此外，本發明涉及一種通過使用根據權利要求1-7或10-20或25_34或37_45中任意一項的設備生產的三維物體。
此外，本發明涉及根據權利要求49和50的三維物體。


現在將參考附圖更詳細地描述本發明，在附圖中 圖1說明立體光刻設備的簡化截面圖；
圖2說明根據本發明一方面的曝光系統； 圖3A-E說明曝光系統的照射源的簡化截面圖； 圖4說明包含照射源的印刷電路板的簡化截面圖； 圖5A-C說明對齊來自發光二極體的光的一個實例； 圖6說明測量和控制曝光系統的一個實例； 圖7A-B說明更換發光二極體的一個實例； 圖8說明根據本發明一方面的立體光刻設備的實例； 圖9說明根據本發明一方面的立體光刻設備的另一實例；以及圖10說明根據本發明一方面的立體光刻設備的另一實例。
具體實施例方式在使用根據本發明的設備製造三維物體時，光敏材料LSM被用作形成物體的材料。本領域技術人員將知曉適合於這種目的的各種類型的光敏材料。
圖1說明根據本發明一個方面的用於構建三維物體OB的立體光刻設備SA的簡化截面圖。三維物體OB是通過在光敏材料LSM暴露於來自曝光系統ES的光時使之固化而分層構建的。
立體光刻設備SA包含構建板BP，一個或多個三維物體OB構建在該構建板BP上。 藉助升降器EL，構建板BP豎直地移動到包含光敏材料LSM的槽V內。根據本發明一方面， 將重塗覆器REC掃描經過光敏材料LSM的新層從而確保新層的均勻性。
根據上述描述，三維物體OB是通過利用來自曝光系統ES的經過圖案化的光曝光光敏材料LSM的層來構建的。光敏材料LSM的層依照將其暴露的光的圖案而被固化。當第一層被固化時，具有三維物體OB的經固化的第一層的構建板BP下降到槽V中且重塗覆器 REC掃描經過光敏材料LSM的層，從而建立光敏材料LSM的新做的上層。接著將曝光系統 ES再次掃描經過光敏材料LSM，從而固化三維物體OB的新層。
如所述，立體光刻設備SA包含曝光系統ES。曝光系統ES包含照射源IS(未說明) 和照射單元IU (未說明)。將至少一部分曝光系統ES在掃描方向SD上掃描經過光敏材料 LSM。
在本發明一方面，槽V可以配備有用於移動槽V的裝置，比如輪子，與路軌、軌道、 升降機(forklift)等的相互作用。因此槽V可以可拆除地位於立體光刻設備SA中，該槽經由開孔OP可接入，例如用光敏材料LSM再填充槽V或者用以從構建板BP容易地移除三維物體OB。
應注意，例如有可能藉助所說明的升降器EL或者其它裝置來豎直地移動槽V，而不是移動構建板BP。
根據本發明一方面，三維物體OB的數字分層表示可以經由接口單元IFU被提供到立體光刻設備SA。接口單元IFU可包含例如鍵盤或指針的輸入接口以及例如屏幕或印表機的輸出接口，以經由例如LAN (LAN :區域網)、WLAN (WLAN 無線區域網)、串行通信等的接口
17來處理通信。此外，接口單元IFU可包含數據處理器、存儲器和/或用於永久存儲數據的裝置。
圖2說明根據本發明一方面的曝光系統ES的元件的簡化截面圖。根據本發明的此方面，曝光系統ES的元件為照射源IS和照射單元IU。
根據本發明一方面，照射源IS包含至少一個發光二極體LD，並且在本發明的另外方面中，照射源IS還包含反射器(未說明)。在本發明的甚至又一方面，照射源IS進一步包含光學元件，該光學元件可以是或者不是輸入光學元件IO的一部分。該光學元件可以例如是對來自發光二極體LD的光的準直的一部分。根據本發明一方面，各種照射源IS可以結合或者不結合反射器和光學元件或其任意組合來使用。
根據本發明一方面，發光二極體LD可以被定位為與空間光調製器SLM成一對一的關係。因此一個發光二極體LD照射空間光調製器SLM的至少一部分光調製器LM。這種一對一的關係可以促進發光二極體的光軸OALD與至少一些輸入光學元件的光軸OAOP —致。
根據本發明的優選方面，發光二極體LD被定位於空間光調製器SLM之上，使得至少一個空間光調製器SLM的至少一部分調製器LM被來自發光二極體LD的光照射。
根據本發明的另一方面，照射源IS，因此發光二極體LD可以被定位為使得光導會是有必要的，以將來自發光二極體LD的光透射到至少一個空間光調製器SLM的至少一部分光調製器LM。這種光導可以例如包含光纖(例如由聚合物、塑料、玻璃等製成)、光學元件、透鏡陣列、反射器等。
發光二極體LD可以是任何已知類型或者其任意開發。根據本發明一方面，發光二極體LD可以是例如雷射二極體、紫外二極體或者發射電磁輻射形式的光的任何其它光源。
空間光調製器SLM建立多個單獨光束，從而照射一起形成照射區域的多個照射斑點 ISP。
在此說明書和所附權利要求的上下文中，術語「照射區域」是指由許多焦點限定的近似平面，其也稱為單獨光束的照射斑點ISP。
照射區域可以依照三維物體OB的數字分層表示形成光敏材料LSM的表面上的近似平面。
根據本發明一方面，曝光系統ES依照數字分層表示將光敏材料LSM固化成圖案， 藉此形成三維物體OB。
根據本發明一方面，光敏材料LSM可以是選擇發光二極體LD的決定因素。典型地， 光敏材料LSM在用波長介於200nm-100000nm之間的高強度光曝光或照射時被固化。典型地，波長中心頻率介於300nm和400nm之間的光是用於固化優選類型的光敏材料LSM的最優選擇。當然，如果需要特殊的光敏材料LSM，則可以使用具有不同於所述波長的光。
其它因素也會確定發光二極體LD的選擇。這樣的因素可以是例如當暴露於某些波長的光時會被損壞的光學元件或空間光調製器SLM。一個特定實例為塗覆有聚合物並且用高強度光或者用低強度光在更長時間段期間曝光的光學元件；在250nm之下的波長，光學元件的壽命會顯著降低。
應注意，光敏材料LSM在其暴露於寬光譜光(例如來自房間內的漫射光分布)時也被固化，因為房間的漫射光分布經常也含有光敏材料LSM起反應的波長的光。用這種雜散光固化光敏材料LSM是不期望的，因為它是緩慢且不可控制的。
根據本發明一方面，發射自發光二極體LD的光的強度會變化。強度越高，光敏材料LSM必須暴露於固化光的時間越短。因此曝光系統ES在光敏材料LSM上掃描的速度可以更快。當然，其它因素也確定掃描速度，比如光敏材料LSM的類型、空間光調製器SLM中的響應時間等。
根據本發明一方面，照射單元IU包含輸入光學元件10、至少一個空間光調製器 SLM和輸出光學元件00。因此來自照射源IS的光藉助輸入光學元件IO被準直和聚焦，被空間光調製器SLM圖案化並且由輸出光學元件00聚焦在光敏材料上。
光被聚焦在至少一個空間光調製器SLM的至少一些孔徑上。所述至少一個空間光調製器SLM接著在輸出光學元件00上建立光的圖案，該輸出光學元件再次將經過圖案化的光聚焦在光敏材料LSM上的照射斑點ISP上。
應注意，光的圖案也包含當空間光調製器SLM的所有單獨光調製器LM處於讓光經過空間光調製器SLM的所有孔徑或者根本不讓任何光經過空間光調製器SLM的孔徑的位置的情形。
根據本發明的優選方面，立體光刻設備SA包含多於64個空間光調製器SLM。應注意，根據本發明一方面，立體光刻設備SA在空間光調製器SLM的數量方面是非常靈活的。 因此空間光調製器SLM的數目可以在1和例如高至多於100之間變化。
根據本發明一方面，單獨空間光調製器SLM可以組合在4個模塊中。因此，根據本發明的優選方面，當需要多於4個空間光調製器SLM時，多於1個模塊組合在一起形成曝光系統ES。與此相關，照射源IS可以適於空間光調製器SLM的模塊，例如具有4個發光二極體LD的照射源模塊。
根據本發明一方面，每個空間光調製器SLM包含多於500個單獨可控光調製器LM。 當然，可以使用具有數目不同於500、有時與500相差很大的單獨可控光調製器LM的空間光調製器SLM。為了簡化附圖，在此說明書通篇中，附圖僅說明具有例如4個光調製器的空間光調製器SLM，不過如所述，可存在多於500個光調製器。
根據本發明一方面，輸入光學元件IO可包含透鏡系統，其包含例如準直光學元件 CO、例如形式為微透鏡陣列ML、透鏡的聚焦光學元件等等。微透鏡ML的一個實例為例如玻璃板，聚合物層沉積在該玻璃板上。該聚合物層接著被成形以便具有正好位於空間光調製器SLM的一個孔徑前方的一個球形表面。
準直光學元件CO用於方向對齊來自發光二極體LD的光；因此形成來自準直光學元件CO的輸出的光優選地是平行的。引入準直光學元件CO會將大的光學損耗引入到曝光系統ES。此外，會引入對來自發光二極體LD的光的非故意過濾。在本發明一方面，所述損耗和過濾的影響會導致不是所有的從發光二極體LD發射的光存在於準直光學元件CO之後。本領域中公知的問題為，從發光二極體LD的發光區域LE發射的光的損耗高於50%。由於這個原因，重要的是能夠對齊和準直該發射光。
在此說明書和所附權利要求中，術語「平行」不應解釋為嚴格數學意義上的平行。 相反，上述術語應解釋為具有物理可能極限之內的精確度的平行。
如所解釋，輸入光學元件IO也可包含例如形式為微透鏡陣列ML的聚焦光學元件。 微透鏡ML的功能是將準直光聚焦在至少一個空間光調製器SLM上。如下文所解釋，至少一個空間光調製器SLM包含多個孔徑，並且微透鏡ML將準直光聚焦到這些孔徑上或向下穿過這些孔徑。根據本發明一方面，孔徑的尺寸可以介於20Mffl-40Mffl之間，但是優選地為30Mm。
圖2說明本發明一方面，其中輸入光學元件IO僅僅包含一個微透鏡陣列ML且準直光學元件CO僅僅包含一個光學部件。
輸入光學元件可以首先通過第一級光學部件(也稱為準直光學元件CO)來對光進行準直，且接著通過第二級光學部件(例如形式為微透鏡ML)聚焦光。光學部件可以是例如反射鏡或者單透鏡、雙透鏡或非球面透鏡等的光學部件的任意組合。
當然，可以關於本發明使用微透鏡ML和準直透鏡CO的類型和數目的不同組合。在本發明的優選方面中，準直光學元件CO可包含4個透鏡。實施準直光學元件CO和微透鏡 ML的一個原因是最優化從發光二極體LD發射的光的效率。此外，應注意，準直光學元件CO 和/或微透鏡ML的至少一部分可以包含在照射源IS中。
根據本發明一方面，至少一個空間光調製器SLM可用於將經準直和聚焦的光圖案化在光敏材料LSM上的照射斑點ISP上。至少一個空間光調製器SLM包含多個單獨的光調製器LM (也稱為光開關、光閥、微快門(shutter)等)。
根據本發明一方面，單獨可控光調製器LM由控制單元⑶控制。控制單元⑶可以依照待構建的三維物體的數字分層表示控制曝光系統ES。所說明的控制單元CU可以控制發光二極體LD以及至少一個空間光調製器SLM的單獨可控光調製器LM。
根據本發明一方面，如果例如將僅僅構建物體的一小部分或者小物體，這不需要來自包含在曝光系統ES中的至少一個空間光調製器SLM的經過圖案化的光，則控制發光二極體LD暗示斷開發光二極體LD。
根據本發明一方面，對至少一個空間光調製器SLM中的光調製器LM的控制可以通過依照圖案尋址光調製器LM來完成。該圖案可代表待構建的三維物體的一個層。
在本發明一實施例中，所說明的控制單元CU也可控制立體光刻設備SA的除了曝光系統ES之外的其它部分。可替換地，控制單元⑶可以被包含在與立體光刻設備SA相關的其它控制系統中。
根據本發明一方面，立體光刻設備SA可以提供有待構建的三維物體的數字分層描述。如果三維物體在構建過程期間需要支撐，則三維物體的分層描述可包含支撐結構。對於三維物體的每個層，將曝光系統ES掃描經過光敏材料LSM且三維物體的單獨數字分層描述確定來自空間光調製器SLM的光的圖案。
根據本發明一方面，輸出光學元件00將來自空間光調製器SLM的經過圖案化的光聚焦在光敏材料LSM的表面上的一個或多個照射斑點ISP上。與輸入光學元件IO相似，輸出光學元件00可包含多於一個透鏡系統，例如多於一個微透鏡陣列ML。
根據本發明一方面，照射斑點ISP可以是位於光敏材料LSM的表面上的焦點。應注意，照射斑點ISP也可以位於光敏材料LSM的表面之下。
根據本發明一方面，照射斑點ISP的尺寸介於80μπι和120Mm之間，優選地為 lOOMm。
圖3A-E說明根據本發明一方面的位於照射源IS中的發光二極體LD的發光區域 LE的原理。圖3A-E說明的實施例僅僅說明照射源IS中使用的發光二極體LD背後的某些可能原理。圖3A-E上的每個實施例說明發光區域LE，即發光二極體LD的發射光的部分。
根據本發明一方面，照射源IS中使用的優選發光二極體LD具有例如聚合物、玻璃
20或塑料材料的覆蓋件(未說明)，該覆蓋件覆蓋發光區域LE。此覆蓋件可以用作從發光區域 LE發射的光的預聚焦和/或預準直光學元件。因此，根據本發明一方面，這個覆蓋件可以是例如關於圖2如上所述的準直光學元件CO的一部分。
圖3A說明本發明的實施例，其中從發光區域LE發射的光的光分布角度為偏離發光二極體的光軸OALD成60度。
圖;3B說明本發明的實施例，其中從發光區域LE發射的光的光分布角度為偏離發光二極體的光軸OALD成90度。
圖3C說明本發明的實施例，其中從發光區域LE發射的光的光分布角度為偏離發光二極體的光軸OALD成60度，以及其中反射器RE反射至少一部分從發光區域LE發射的光。插入反射器RE可用於若干目的。首先，反射器RE幫助使從發光區域LE發射的光至少部分地指向同一方向。因此反射器可以看作來自發光區域LE的光的預對齊或預準直裝置。 第二，反射器RE可以被成形或設計成在可以促進對光的進一步處理的某些方向上反射來自發光區域LE的光。此外，反射器RE的使用可以減少來自於發光二極體LD的背面的雜散光。
圖3D說明本發明的實施例，其中從發光區域LE發射的光的光分布角度為偏離發光二極體的光軸OALD成90度，以及其中反射器RE反射至少一部分從發光區域LE發射的光。
圖3E說明本發明的實施例，其中光從發光區域LE的兩個側面發射，其光分布角度偏離光軸OALD成高至90度。圖示了區域AE，其中沒有光從發光區域LE發射，這只是表示構建從發光區域LE的橫向側面SI發射光的發光二極體LD會是非常困難的。如果構建這種發光二極體，則將有可能利用至少一部分從這種發光二極體的側面SI發射的光。
根據本發明一方面，發光二極體LD的發光中心LE被定位為儘可能靠近反射器RE 的焦點。
關於圖3C-3E，反射器的實施可以提供對從發光二極體LD的發光區域LE發射的光的最優化利用。因此在這些實施例中，對於例如按mW、mA、mV等單位測量的增加的功率量， 可以利用來自發光二極體LD的更多的光子。
反射器RE可以是發光二極體LD的集成部分或者反射器RE可以位於發光二極體 LD外部。在後一種情形中，反射器RE可以是照射源IS的一部分。此外注意，如從附圖理解的，不是所有的反射光都是平行的。
在本發明的另一實施例(未說明)中，照射源IS可包含具有內部反射器的發光二極體LD，該內部反射器與位於發光二極體LD外部的反射器一起反射從發光二極體LD發射的光。
注意關於圖3A-3E，從發光二極體LD發射的光的光分布角度可以偏離所述的60度和90度變化。因此根據本發明的方面，光分布角度偏離發光二極體的光軸OALD更小，例如小至30度或者甚至10度。
注意關於圖3A-3E，僅說明發光二極體LD的發光區域LE ；因此均未說明例如固定和電連接。
注意關於圖3A-3E，光學元件(未示出)可以緊接著在發光二極體之後插入例如作為照射源IS的一部分。這種光學元件(未示出)可以優選地為準直來自發光二極體LD的光的準直光學元件CO的一部分，也可以僅僅用於聚焦來自發光二極體LD的光。
根據本發明一方面，包含發光二極體LD和例如光學元件的照射源IS安裝在圖4 上說明的印刷電路板PCB上。圖4上的說明僅僅說明在立體光刻設備SA中實施照射源IS 的一種實施方式。
如所說明，與電子器件EL、冷卻裝置CM和用於為印刷電路板PCB提供控制信號和 /或功率的至少一個插座SO —起，至少一個發光二極體LD被安裝在印刷電路板PCB上。
根據本發明一方面，印刷電路板PCB可包含位於印刷電路板PCB上的至少一個發光二極體LD的電源。此外，用於控制例如供應到發光二極體LD的電流或電壓的至少一部分控制電子器件也可以位於印刷電路板PCB上。
在本發明的其中電子器件EL安裝在印刷電路板PCB上的實施例中，優選的是，印刷電路板PCB也包含插座SO。這促進了容易移除例如為印刷電路板PCB供電或提供控制信號的引線W，因此促進了容易從立體光刻設備SA移除印刷電路板PCB。例如在某些電子器件EL被損壞且印刷電路板PCB將被變更或修理的情形下，這會是有利的。
應注意，當然有可能為印刷電路板PCB供電和或提供控制信號而不使用插座S0， 一個實例可以是將引線直接安裝在印刷電路板PCB上。
當發光二極體LD在發光時，它們產生熱H ；因此可能有必要為印刷電路板PCB提供冷卻裝置CM，從而防止損壞安裝在印刷電路板PCB上或者與之相關的部件。此外，來自發光二極體LD的熱H也會造成不同材料中的結構變化，例如鐵中的結構變化，鐵在被加熱時膨脹，對系統的精確度產生影響。
在本發明一實施例中，冷卻裝置CM可以是在一起工作以最優化對安裝在印刷電路板PCB上的部件的冷卻的不同布置的組合。
一種布置可以是被最優化以用於將熱H傳輸離開印刷電路板PCB的一個或多個冷卻表面CS。所述一個或多個冷卻表面CS還可以設有風扇FA，該風扇使空氣在一個或多個冷卻表面CS之間循環。用於例如從一個或多個發光二極體LD移除熱H的附加布置是從一個或多個發光二極體LD穿過印刷電路板PCB到冷卻表面CS的冷卻通道CC。當然，除了上述之外的其它冷卻布置或元件可以應用到冷卻裝置CM以最優化從印刷電路板PCB上的部件移除熱H。這種另外的元件可以是例如用於從印刷電路板PCB移除熱H的冷卻膏、水或金屬。再者，某些帕爾帖(Peltier)模塊可以結合冷卻裝置CM使用，以控制印刷電路板PCB 的溫度/印刷電路板PCB上的溫度。應注意，一個或多個帕爾帖模塊可足以控制印刷電路板PCB的溫度/印刷電路板PCB上的溫度。
此外，印刷電路板可以用印刷電路板弓丨導裝置PCBG來改進。這些印刷電路板弓丨導裝置PCBG僅僅是可選的，並且這些印刷電路板引導裝置PCBG是否形成印刷電路板PCB的一部分(如果它們是必需的)以及它們在印刷電路板PCB上的確切位置取決於在曝光系統 ES中安裝印刷電路板PCB的系統或方法。這結合圖7A和7B更詳細地公開。
根據本發明實施例的關於介質的點照射以及如何準直光和照射的方法和照射單元的實例可以例如在W098/47048中找到，W098/47048通過引用結合於此。
例如從通過引用結合於此的W098/47042可以看到關於介質的點照射的照射單元和方法的實例，其包含形式為光導的多個光發射器，所述光發射器布置成根據本發明實施例經由光閥布置照射至少一個照射面。
通過引用結合於此的W000/21735中描述了一種用於通過對包含全部或部分光敏材料的截面的加成處理製造三維物體的快速原型製作設備的實例。該設備包含用於通過單獨可控光調製器的至少一個空間光調製器照射光敏材料的截面的至少一個光源，其中至少一個光源與多個光導光學耦合，所述多個光導以每個光導照射截面的子區域的方式相對於空間光調製器布置而得以布置。
圖5A-C說明本發明的第一方面，其中曝光系統ES利用偏離發光二極體的光軸 OALD高達90度的發射自發光二極體LD的光。
本發明第一方面的範圍是儘可能利用從發光二極體LD發射的光。來自發光二極體LD的發光區域LE的光的光分布角度可以依照照射源IS中使用哪種類型的發光二極體而變化。因此某些類型的發光二極體LD可以發射聚焦程度很高的光，例如其中偏離發光二極體的光軸OALD的光分布角度小於20度。另一方面其它類型的發光二極體LD可以發射偏離發光二極體的光軸OALD的光分布角度大於60度的漫射光。
根據本發明的第一方面，在曝光系統ES中使用發射聚焦光的發光區域LE，該聚焦光例如偏離發光二極體的光軸OALD的光分布角度小於20度。因此本領域技術人員有可能利用大部分的發射光。圖5A說明根據本發明第一方面的照射源IS，其中來自發光區域LE 的光從發光區域LE直接指向第一光學透鏡0P。由於來自發光二極體LD的光在被發射時相對聚焦，因此可以不需要包含在光進入準直光學元件之前對光成形的任何對齊光學元件。 第一光學透鏡OP因此可以是準直系統的一部分，準直來自發光二極體LD的光。因此根據本發明的此方面，光損耗被最小化，這種損耗可能例如源於反射器、光學元件等，因為該曝光系統ES的構造簡單。
如上所述，光分布角度越寬，則利用大多數從發光二極體LD發射的光就越複雜。 因此根據本發明的另一方面，當發光二極體LD發射其偏離發光二極體的光軸OALD的光分布角度大於例如60度的光時，必需採取動作以至少利用所述光中一些光。
這種動作例如可以包含一個或多個反射器、光學元件等，如圖5B所說明。此處反射器將至少一部分來自發光區域LE的光引導朝向第一光學透鏡0P。根據本發明一方面，此第一光學透鏡OP可以例如為聚焦光學元件、準直光學元件等。
因此，圖5A和5B說明的照射源IS可以是適於將來自發光二極體LD的光朝向第一光學透鏡OP對齊的多個不同系統中的兩種。如所示，可以使用其它照射源IS，其包含作為將光朝向輸入光學元件IO對齊/引導朝向輸入光學元件IO的一部分的發光二極體LD 的防護件P。哪個照射源IS是優選的選擇取決於發光二極體LD的選擇，並且光學元件、反射器、光導等的任意組合可用於最優化來自發光二極體LD的可以使用的光的量。
根據本發明一方面，圖5B和5C說明的反射器RE可以位於發光二極體的內部或外部。此外，內部和外部反射器RE的組合可用於最優化對於來自發光二極體LD的光的利用。
圖5C說明的照射源IS包含發光區域LE的防護件P、反射器RE和用於方向對齊所述光的第一光學元件的組合。圖5C所說明的本發明的方面說明了方向對齊的光指向輸入光學元件10。
輸入光學元件IO包含被示為準直光學元件CO的一個或多個準直透鏡以及形式為至少一個微透鏡陣列ML的聚焦光學元件。
至少一個微透鏡陣列ML將準直光聚焦穿過空間光調製器SLM，該空間光調製器藉助單獨可控光調製器LM來建立光的圖案。這個光的圖案藉助至少一個微透鏡陣列ML在輸出光學元件00中被指向。輸出光學元件然後將經過圖案化的光聚焦為光敏材料LSM的表面上的照射斑點ISP。
控制單元⑶控制發光二極體LD和空間光調製器SLM。
圖6說明促進對照射源IS中包含的單獨發光二極體LD的測量和控制的本發明第二方面。特別是當這些三維物體覆蓋大的區域(例如100-300cm2)時，在構建三維物體中的重要因素為光敏材料LSM使用具有相同強度的光來照射。如果光敏材料LSM不使用具有相同強度的光照射，則光敏材料LSM的多層不是均勻地固化。因為掃描速度部分地取決於光敏材料LSM接收的光的量，如果發射光的強度增大，則掃描速度可以增大。因此光的強度越高，可以將曝光系統ES越快地掃描經過光敏材料LSM。
為了簡化對測量和控制系統的解釋，圖6僅僅說明第一照射源IIS和第二照射源 2IS。根據本發明的優選方面，這兩個所說明的照射源IIS和2IS將是包含4個照射單元IU 和4個照射源IS的模塊的一部分。此外，根據本發明的優選方面，多於一個模塊將耦合在一起，形成掃描條(bar)。
如圖6所說明，第一照射源IIS照射第一照射單元1IU，該第一照射單元又照射測量單元MU。圖6說明的空間光調製器SLM使得所有所說明的光調製器LM位於使光穿過空間光調製器SLM的位置，從而讓儘可能多的從照射源IS發射的光被測量單元MU接收。測量單元MU可以基於電氣耦合到控制單元CU的任何接收光的傳感器或光敏材料。
測量單元MU測量來自發光二極體LD的光的一個或多個代表值。代表值可以例如為照射斑點ISP的尺寸、波長、強度和位置的表示等。代表值接著用作控制單獨發光二極體 LD的基礎。
應注意，不必要求所有光調製器LM位於使光穿過空間光調製器SLM的位置，也不必要求測量來自所有發光二極體LM的光，它只是優選的，因為這時變得有可能獲得對光敏材料LSM的更均勻照射。此外，會出現這樣的情形，其中不是所有發光二極體LD必須用於構建物體，因此將不必測量來自這些發光二極體LD的光的強度。
從測量和控制過程排除發光二極體LD，這節約時間且藉此立體光刻設備SA變得更高效。以相同方式，如果與將被使用的發光二極體相比，某些不使用的發光二極體LD表現出低強度發射光，則可以將被使用的發光二極體LD調整成發射具有更高強度的光，並且因此變得有可能增大掃描速度且藉此增加用於構建三維物體的時間。
優選的是，測量單元MU接收儘可能多的來自照射源IS的發光二極體LD的光。這不應與調整發光二極體LD從而以最高可能強度來照射(例如通過調高應用到發光二極體 LD的電壓或電流)混淆。
應注意，如果發光二極體LD允許，控制單元⑶可以通過控制應用到發光二極體LD 的電流或電壓來控制來自發光二極體LD的光的強度以及還有波長。因此可以提供基於與所應用的電壓或電流的變化相關的波長變化的控制簡檔(profile)。
如上所述，曝光系統可包含若干發光二極體，每個發光二極體照射待構建的三維物體的一層的一部分。為了獲得光敏材料LSM的均勻固化，每個單獨的發光二極體LD必須被調整和/或調節。實現這一點的一種方式是測量從發光二極體接收的光的強度。當來自所有單獨發光二極體LD的光的強度已被測量時，每個單獨的發光二極體LD被調整，使得所有測量的發光二極體LD發射相同強度的光。
發光二極體LD的測量和調整/調節二者均藉助控制單元CU來控制。控制單元可包含數據處理器或控制電路，該數據處理器或控制電路可以基於例如比例、積分和/或微分或者其任意組合的不同調節算法執行調整/調節。
應注意，在調節/校準發光二極體LD時使用反饋迴路並不總是優選的，因為這要求以使得通過傳感器防止至少一部分的來自發光二極體LD的光終止在光敏材料LSM上的方式來定位傳感器。此外，這將需要某種裝置來確保所述(一個或多個)傳感器測量來自單獨發光二極體LD的光的相同份額。
在其中光敏材料LSM的新層被重塗覆且曝光系統ES不在使用中的情形中，將傳感器放置為使得傳感器接收來自發光二極體LD的光是有利的。接著將建立反饋迴路且可以進行對發光二極體LD的校準。應注意，取決於控制單元CU或者期望的校準精確度，這可以進行若干次。
根據本發明的優選方面，測量單元MU可以實施為使得來自所有單獨發光二極體 LD的光可以被測量單元MU測量。當然，有可能以使得不是所有來自所有發光二極體LD的光都被接收的方式實施測量單元MU。但是，如果測量單元根據本發明的優選實施例來實施， 則將獲得更好的結果。應注意，測量來自所有發光二極體LD的光可以不被同時完成。
根據本發明的一個方面，測量單元可以安裝在重塗覆器REC (未示出)中。對於光敏材料LSM的每個固化層，將重塗覆器REC垂直於曝光系統ES的掃描方向掃描，因此測量單元接著在重塗覆器REC重塗覆所述新層時掃描單獨的發光二極體LD而不浪費任何時間。根據本發明的此方面，該測量設備可以僅僅適於在該時間測量來自一個發光二極體的光。取決於曝光系統ES的設計，必須使用一個或多個測量單元MU，例如一個或多個光敏傳感器。
根據本發明另一方面，測量單元MU可以安裝在當重塗覆器REC重塗覆光敏材料 LSM的新層時曝光系統ES停泊位置的正下方。這促進了可以在待固化的每層之間進行測量。測量單元MU可以接著也形成為適於同時接收來自所有發光二極體LD的光的光敏板。 可替換地，測量單元可包含在曝光系統ES下被掃描的一個或多個光敏傳感器。傳感器的數目可以由曝光系統ES下方的光敏傳感器的掃描數目確定。
根據本發明一方面，光敏傳感器的直徑必須至少為9mm，從而能夠測量所有來自一個空間光調製器SLM的光。
根據本發明一方面，曝光系統ES或測量單元MU包含用於在測量來自發光二極體 LS的光的強度時避免來自曝光系統的光照射光敏材料LSM的裝置。進行這一點是為了減少雜散光的量，所述雜散光是不期望的，因為它對光敏材料LSM進行不可控的固化。
圖7A和7B說明促進印刷電路板PCB的移除的本發明第三方面。圖7A和7B說明的印刷電路板PCB與關於圖4描述的印刷電路板PCB相似。注意，關於圖7A和7B，僅僅包含發光二極體LD的照射源IS示為位於印刷電路板PCB上。
圖7A所說明的本發明所說明的方面可稱為一個模塊。根據本發明一方面，一個模塊包含4個照射源IS和4個照射單元IU。
圖7A說明的本發明第三方面公開了 4個照射單元和包含4個照射源IS的印刷電路板PCB。僅僅因為立體光刻設備SA的壽命可以為發光二極體LD的壽命的若干倍，所以有
25利的是能夠更換至少一個所述發光二極體LD。
根據本發明一方面，發光二極體LS可以安裝在印刷電路板PCB上；與本發明的此方面相關，進一步有利的是能夠更換整個印刷電路板PCB。如關於圖4所述，可存在安裝在印刷電路板PCB上的若干電氣部件。這些電氣部件(包含發光二極體LD)中的每一個代表曝光系統ES的潛在故障源。對於只有一個電氣部件出故障的情形，曝光系統ES可能不會最優地工作，因此該電氣部件或者甚至整個印刷電路板PCB必須更換。
根據本發明一方面，可鬆開鎖定機構RLM可以至少部分地位於光源底座LSB上。用於促進固定印刷電路板PCB的其它引導裝置可以位於印刷電路板PCB上。
光源底座LSB可以例如為保護曝光系統ES的殼體/覆蓋件的一部分。
圖7A說明本發明的一個方面的側視圖。光源底座LSB可以配備有至少一個但是優選地4個可鬆開鎖定機構(僅示出2個)。在本發明一方面，僅僅1個可鬆開鎖定機構RLM 可以足以將印刷電路板PCB固定到光源底座LSB。
根據圖7A和7B說明的本發明的方面，印刷電路板PCB上的印刷電路板引導裝置 PCBG可以成形為例如掣爪形式的突出部。光源底座LSB上的光源底座引導裝置LSBG可以成形為光源底座LSB中的孔，所述孔適於容納印刷電路板引導裝置PCBG的突出部。當所述至少一個掣爪(印刷電路板引導裝置PCBG)插入至少一個孔(光源引導裝置LSBG)時，印刷電路板PCB可以相對於光源底座LSB固定在一個位置。
當然，所說明的可鬆開鎖定機構RLM僅僅是將印刷電路板PCB固定到光源底座LSB 的一種方式。在本發明其它方面中，光源引導裝置LSBG可以例如為任何幾何形式的凹部或孔。此外，例如如果被示為印刷電路板引導裝置PCBG的突出部位於印刷電路板PCB上或光源底座LSB上，則這可能不重要。
圖7B說明本發明一方面的俯視圖，其中印刷電路板PCB部分連接到光源底座LSB。 可鬆開鎖定機構RLM可移動地連接到光源底座LSB。因此可鬆開鎖定機構RLM可以例如被轉動，藉此交疊或覆蓋至少一部分印刷電路板PCB。接著如所示的那樣，在印刷電路板PCB 的左側LS，印刷電路板PCB固定到光源底座LSB。在印刷電路板PCB的右側RS，兩個可鬆開鎖定機構RLM被轉動，使得它們不交疊或覆蓋部分印刷電路板PCB。
當然，所示的可鬆開鎖定機構RLM僅僅是將印刷電路板PCB固定到光源底座LSB 的一種方式。在本發明的又一方面，可鬆開鎖定機構RLM可以例如以兩種方式轉動，例如藉助閂鎖/凹口系統或螺釘系統而可移除。此外，例如如果可鬆開鎖定機構RLM的可移動部分位於印刷電路板PCB上或光源底座LSB上，則這可能不重要。
根據本發明的另一方面，印刷電路板PCB位於光源底座LSB的頂部上並且不是如圖7A所說明那樣下降到光源底座LSB中。
可存在各種鎖定系統，所述鎖定系統適於將印刷電路板PCB鎖定到光源底座LSB。 根據本發明的優選方面，適合於本發明曝光系統ES的所有鎖定系統的共同特性為，當印刷電路板PCB鎖定/固定到光源底座LSB時，發光二極體的光軸OALD與輸入光學元件的光軸 OAOP 一致。
根據本發明一方面，來自發光二極體LD的光的光線和輸入光學元件的至少一部分的光軸OAOP之間的最大角度為1. 5度或更小。
如果在將印刷電路板PCB鎖定在光源底座LSB上/中之後，兩個所述光軸不一致，
26則曝光系統ES可能不是最優地工作。在一些情形中，這種光軸未對齊的影響可能不值得考慮。在其它情形中，通過進行所述光軸之一的後調整或校準，可以至少部分地校正兩個光軸之間的偏差。這種後調整可以例如機械地或者電學地進行。
在本說明書和所附權利要求中，術語「對齊」不應解釋為嚴格數學意義上的對齊。 而是，上述術語應解釋為具有物理可能極限之內的精確度的對齊。
如圖7A所說明，照射單元IU包含具有一個或多個準直透鏡(被示為準直光學元件CO)的輸入光學元件IO ；以及形式為至少一個微透鏡陣列ML的聚焦光學元件。
至少一個微透鏡陣列ML將經準直的光聚焦穿過空間光調製器SLM，該空間光調製器藉助單獨可控光調製器LM建立光的圖案。藉助至少一個微透鏡陣列ML，所述光的圖案在輸出光學元件00中被指向。輸出光學元件接著將經圖案化的光聚焦在光敏材料LSM的表面上的照射斑點ISP上。
控制單元⑶控制發光二極體LD和空間光調製器SLM。此外，如果需要，該控制單元可控制所述光軸之一或二者的後調整。
圖8-10說明立體光刻設備SA的僅僅一個可能實施例，應注意對於立體光刻設備 SA工作而言，並不需要所有下述特徵。此外應注意，未說明立體光刻設備SA的所有細節並且未說明的附加部分可以是有利的。
圖8以正視圖/側視圖說明根據本發明一方面的立體光刻設備SA。
立體光刻設備SA可以配備有可以例如藉助滑動槽門把手SVDH而打開的一個或多個滑動槽門SVD，該滑動槽門把手例如通過推動、轉動等來激活。藉助滑動到一側或者藉助繞一個或多個鉸鏈旋轉，滑動槽門SVD可接近槽V (未示出)。
一個或多個滑動式前門SFD可以相對於一個或多個前面板FP和側面板SP定位。
藉助滑動到一側或者藉助繞一個或多個鉸鏈旋轉，滑動式前門SFD可接近曝光系統ES (未示出)。應注意，滑動式前門SFD可以是透明的，使得構建過程可以被監測而不打開滑動式前門SFD。
一個或多個前面板FP可以延伸到立體光刻設備SA的側面。所述一個或多個前面板FP可以配備有一個或多個機器狀態指示器MSI，其指示機器的狀態(例如在工作、停止、 故障等)或者在給定時間該立體光刻設備SA處於構建過程的哪個階段。機器狀態指示器 MSI也可以位於立體光刻設備SA的頂板RO或側面，且其可以例如包含顯示器、燈、報警器寸。
此外，立體光刻設備SA可配備有在立體光刻設備SA正常工作時不使用的一個或多個側門SID和一個或多個下側面板LSP。只有在立體光刻設備SA的部件被維護時，側門 SID和下側面板LSP才被拆卸或打開。
應注意，根據本發明一方面，側門SID可以是滑動式前門SFD的一部分，並且根據本發明一方面，下側面板LSP可以是滑動槽門SVD的一部分。
圖9以背視圖/側視圖說明根據本發明一方面的立體光刻設備SA，其中側門SID 和滑動式前門SFD被拆卸以展現曝光系統ES。
根據本發明一方面，立體光刻設備SA可以立在一個或多個機器腳MF上，該機器腳可以是可調整的。這可以使得更容易安裝立體光刻設備SA，使得當槽V (未示出)位於立體光刻設備SA中時，光敏材料LSM的表面和輸出光學元件OP (未示出)基本上平行。
所說明的曝光系統ES包含在維護或維修曝光系統ES時使用的左上側門UD和左下側門LD。此外，曝光系統包含用於接近照射源IS (未示出)的燈殼門LHD。此外，曝光系統ES包含用於保護照射單元IU (未示出)的不同部分的防護板PP。圖9中也說明了防護窗PW的側面以及曝光條的外框0FEB。
用於鬆開防護窗PW (未示出)的把手HD可以位於曝光系統殼體ESC中。
圖10以正視圖說明根據本發明一方面的立體光刻設備SA，其中滑動式前門SFD被移除。當曝光系統ES掃描經過光敏材料LSM (未示出)時，該曝光系統ES在曝光系統滑架狹縫ESCS中移動。此外，圖10說明了機器圍繞其構建的機器框架MFR以及用於曝光系統能量鏈條的支撐基底SBEC。
本發明表現出材料的紅外粉末燒結的顯著且意想不到的優點，藉此可以以高精度快速處理大的表面。
權利要求
1.一種用於立體光刻設備(SA)的曝光系統(ES)，包含發射波長介於200nm和IOOOOOnm之間的光的至少一個發光二極體(LD)， 具有多個單獨可控光調製器(LM)的至少一個空間光調製器(SLM)， 光學耦合到所述至少一個空間光調製器(SLM)的輸入光學元件(10)， 光學耦合到所述至少一個空間光調製器(SLM)的輸出光學元件(00)， 至少一個控制單元(⑶)，其中所述輸入光學元件(IO)和輸出光學元件(00)促進從所述至少一個發光二極體 (LD)發射的光經由所述空間光調製器(SLM)的所述單獨可控光調製器(LM)透射到照射區域(IA)，其中所述空間光調製器(SLM)使得能夠依照來自所述控制單元(CU)的控制信號建立來自所述輸入光學元件(IO)的光的圖案，其中所述輸出光學元件(00)使得能夠將來自所述至少一個空間光調製器(SLM)的光的圖案聚焦在照射斑點(ISP)上，以及其中所述曝光系統(ES)能夠將從所述發光二極體(LD)發射的相對於發光二極體(LD) 的光軸(OALD)所成角度大於45度的光對齊，從而使這樣的光指向相對於光軸(OALD)平行的方向。
2.根據權利要求1的曝光系統(ES)，其中所述曝光系統包含用於將從所述至少一個發光二極體發射的相對於所述至少一個發光二極體的光軸所成角度大於45度的那部分光進行方向對齊的裝置，從而按照所述對齊光相對於所述至少一個發光二極體的光軸所成角度為1.5度或更小的方式改變所述光的方向。
3.根據權利要求1或2的曝光系統(ES)，其中所述曝光系統(ES)包含用於在所述光被引入輸入光學元件(IO)之前使從所述至少一個發光二極體(LD)發射的光對齊的裝置。
4.根據權利要求1-3中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述用於使從所述至少一個發光二極體(LD)發射的光對齊的裝置包含至少一個反射器(RE)。
5.根據權利要求1-4中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述用於使從所述至少一個發光二極體(LD)發射的光對齊的裝置包含至少一個光學透鏡(OP)。
6.根據權利要求1-5中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述用於使從所述至少一個發光二極體(LD)發射的光對齊的裝置包含至少一個防護罩(P)。
7.根據權利要求1-6中任意一項的曝光系統(ES)，其中聚焦在相應照射斑點(ISP)上的源於一個空間光調製器(SLM)的光的能量總和與從對應於所述空間光調製器(SLM)的所述至少一個發光二極體(LD)發射的光的能量總和之間的比例至少為0. 1。
8.通過使用根據權利要求1-7中任意一項的設備由光敏材料製造三維物體的方法。
9.根據權利要求8的方法，其中將所述曝光系統(ES)掃描經過所述光敏材料(LSM)。
10.一種用於立體光刻設備(SA)的曝光系統(ES)，包含發射波長介於200nm和IOOOOOnm之間的光的至少兩個發光二極體(LD)， 具有多個單獨可控光調製器(LM)的至少兩個空間光調製器(SLM)， 光學耦合到所述至少兩個空間光調製器(SLM)的輸入光學元件(10)， 光學耦合到所述至少兩個空間光調製器(SLM)的輸出光學元件(00)， 至少一個測量單元(MU)，至少一個控制單元(⑶)，其中所述輸入光學元件(IO)和輸出光學元件(00)促進從所述發光二極體(LD)發射的光經由所述空間光調製器(SLM)的所述單獨可控光調製器透射到照射區域(IA)，其中所述空間光調製器(SLM)使得能夠依照來自所述控制單元(CU)的控制信號建立來自所述輸入光學元件(IO)的光的圖案，其中所述輸出光學元件(00)使得能夠將來自所述至少兩個空間光調製器(SLM)的光的圖案聚焦在照射區域(IA)上，其中所述測量單元(MU)使得能夠測量由每個單獨空間光調製器(SLM)透射的光的強度，以及其中所述控制單元(CU)使得能夠基於所述測量值調節由每個單獨發光二極體(LD)發射的光的強度。
11.根據權利要求10的曝光系統(ES)，其中所述測量值為與所述至少兩個空間光調製器(SLM)中的每一個單獨空間光調製器相關的光的強度的代表值，以及其中所述控制單元(CU)使得能夠基於所述測量的代表值調節來自所述至少兩個發光二極體(LD)中的每一個單獨發光二極體的光的強度。
12.根據權利要求10或11的曝光系統(ES)，其中所述曝光系統(ES)為立體光刻設備 (SA)的一部分，以及所述立體光刻設備(SA)包含用於使光敏材料(LSM)的表面平整的重塗覆器(REC)，所述三維物體將由該光敏材料(LSM)製備。
13.根據權利要求10-12中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述測量單元(MU)包含至少一個光敏傳感器且所述光敏傳感器的輸出代表從所述至少兩個發光二極體(LD)中的每一個單獨發光二極體發射的光的強度的代表值。
14.根據權利要求10-13中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述至少一個光敏傳感器響應於在200nm到IOOOOOnm範圍內的光。
15.根據權利要求10-14中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述至少一個光敏傳感器在該設備中位於使得能夠在光被所述空間光調製器(SLM)圖案化之前測量所述光的強度的位置處。
16.根據權利要求10-15中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述至少一個光敏傳感器在該設備中位於使得能夠在光被所述空間光調製器(SLM)圖案化之後測量所述光的強度的位置處。
17.根據權利要求10-16中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述控制單元(CU)使得能夠基於一個或多個所測量的代表值控制從所述至少兩個發光二極體(LD)中的每一個單獨發光二極體發射的光的強度。
18.根據權利要求10-17中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述控制單元(CU)使得能夠以下述方式基於一個或多個所測量的代表值控制從所述至少兩個發光二極體(LD)中的每一個單獨發光二極體發射的光的強度，所述方式為使得從所述至少兩個發光二極體(LD) 中的每一個單獨發光二極體發射的光的強度是均勻的。
19.根據權利要求10-18中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述控制單元(⑶)包含用於通過控制應用到所述至少兩個發光二極體(LD)的電壓或電流來控制從所述至少兩個發光二極體(LD)發射的光的強度的裝置。
20.根據權利要求10-19中任意一項的曝光系統(ES)，其中所述光敏傳感器安裝在所述重塗覆器(REC)上。
21.通過使用根據權利要求10-20中任意一項的設備由光敏材料製造三維物體的方法。
22.根據權利要求21的方法，其中當曝光系統(ES)處於其中將所述曝光系統(ES)不掃描經過由照射區域限定的平面的狀態時，從所述至少兩個發光二極體(LD)中的每一個單獨發光二極體發射的光的強度被測量。
23.根據權利要求21或22的方法，其中在一個掃描運動中進行對來自所述至少兩個發光二極體(LD)中的每一個單獨發光二極體的代表值的測量。
24.根據權利要求21-23中任意一項的方法，其中將所述曝光系統(ES)掃描經過所述光敏材料(LSM)。
25.一種具有曝光系統(ES)的立體光刻設備(SA)，所述曝光系統包含具有至少一個插座(SO)和至少一個發光二極體(LD)的至少一個印刷電路板(PCB)， 具有多個單獨可控光調製器的至少兩個空間光調製器(SLM)， 光學耦合到所述空間光調製器(SLM)的輸入光學元件(10)， 光學耦合到所述空間光調製器(SLM)的輸出光學元件(00)， 至少一個控制單元(⑶)，至少一個光源底座(LSB)，其以使得發光二極體的光軸(OALD)與所述輸入光學元件的光軸(OAOP)對齊的方式能夠鬆開地鎖定所述印刷電路板(PCB)，其中所述輸入光學元件(IO)和輸出光學元件(00)促進從所述發光二極體(LD)發射的光經由所述空間光調製器(SLM)的所述單獨可控光調製器(LM)透射到照射區域(IA)，其中所述空間光調製器(SLM)使得能夠依照來自所述控制單元(CU)的控制信號建立來自所述輸入光學元件(IO)的光的圖案，其中所述輸出光學元件(00)使得能夠將來自所述空間光調製器(SLM)的光的圖案聚焦在照射區域(IA)上。
26.根據權利要求25的立體光刻設備(SA)，其中所述印刷電路板(PCB)藉助可鬆開鎖定機構(RLM)而能夠鬆開地鎖定到所述光源底座(LSB)，以及其中所述印刷電路板(PCB)以使得所述至少一個發光二極體(LD)的光軸(OALD)與所述輸入光學元件(IO)的光軸(OAOP) —致的方式藉助所述可鬆開鎖定機構(RLM)而能夠鬆開地鎖定。
27.根據權利要求25或沈的立體光刻設備(SA)，其中所述曝光系統(ES)包含多於一個光源底座(LSB)。
28.根據權利要求25-27中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述立體光刻設備 (SA)包含用於指示該設備工作中的故障或異常的警報。
29.根據權利要求25-28中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述至少一個印刷電路板(PCB)包含所述輸入光學元件(IO)的至少一部分。
30.根據權利要求25-29中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述至少一個印刷電路板(PCB)包含冷卻裝置(CM)，所述冷卻裝置(CM)包含至少一個冷卻表面(CS)。
31.根據權利要求25-30中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述至少一個印刷電路板(PCB)包含例如用於電源和/或控制信號的至少一組電連接。
32.根據權利要求25-31中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述可鬆開鎖定機構 (RLM)能夠移動地連接到所述光源底座(LSB)。
33.根據權利要求25-32中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中發光二極體的光軸 (OALD)和輸入光學元件的光軸(OAOP)的對齊誤差小於20Mm。
34.根據權利要求25-33中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述光源底座(LSB)、 所述曝光系統(ES)或所述印刷電路板(PCB)包含用於調整所述至少一個發光二極體的光軸(OALD)的位置或所述輸入光學元件的光軸(OAOP)的位置的調整機構。
35.通過使用根據權利要求25-34中任意一項的設備由光敏材料製造三維物體的方法。
36.根據權利要求35的方法，其中將所述曝光系統(ES)掃描經過所述光敏材料(LSM)。
37.根據權利要求1-7或10-20中任意一項的曝光系統(ES)或者根據權利要求25-34 中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中發光二極體(LD)的數目等於或小於空間光調製器 (SLM)的數目。
38.根據權利要求1-7或10-20或37中任意一項的曝光系統(ES)或者根據權利要求 25-34或37中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中發光二極體(LD)的數目等於空間光調製器(SLM)的數目。
39.根據權利要求1-7或10-20或37或38中任意一項的曝光系統(ES)或者根據權利要求25-34或37或38中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述輸入光學元件(IO)包含至少一個微透鏡陣列(ML)。
40.根據權利要求1-7或10-20或37-39中任意一項的曝光系統(ES)或者根據權利要求25-34或37-39中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述輸入光學元件(IO)包含至少一個準直透鏡。
41.根據權利要求1-7或10-20或37-40中任意一項的曝光系統(ES)或者根據權利要求25-34或37-40中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述輸入光學元件(IO)使得能夠將來自發光二極體(LD)的光分離為多個不同的光束。
42.根據權利要求1-7或10-20或37-41中任意一項的曝光系統(ES)或者根據權利要求25-34或37-41中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述輸出光學元件(00)包含至少一個微透鏡陣列(ML)。
43.根據權利要求1-7或10-20或37-42中任意一項的曝光系統(ES)或者根據權利要求25-34或37-42中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述設備包含用於將從一個或多個所述發光二極體(LD)發射的光引導到所述空間光調製器(SLM)的導光裝置，所述導光裝置為光纖的形式。
44.根據權利要求1-7或10-20或37-43中任意一項的曝光系統(ES)或者根據權利要求25-34或37-43中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述曝光系統(ES)為立體光刻設備(SA)的一部分，所述立體光刻設備(SA)包含槽(V)。
45.根據權利要求1-7或10-20或37-44中任意一項的曝光系統(ES)或者根據權利要求25-34或37-44中任意一項的立體光刻設備(SA)，其中所述控制單元(⑶)使得能夠控制所述曝光系統(ES)。
46.光敏材料(LSM)在根據權利要求1-7或10-20或25-34或37-45中任意一項的設備中的用途。
47.在根據權利要求1-7或10-20或25-34或37-45中任意一項的設備中固化光敏材料(LSM)的方法。
48.。
49.通過根據權利要求8或9或21-M或35-36中任意一項的方法生產的三維物體。
50.通過使用根據權利要求1-7或10-20或25-34或37-45中任意一項的設備生產的三維物體。
51.根據權利要求49和50的三維物體。
全文摘要
立體光刻設備和用於立體光刻設備的曝光系統，其中發光二極體被用作光源。本發明涉及對齊來自發光二極體的光並且涉及發光二極體的更換和控制。
文檔編號B29C67/00GK102186651SQ200980141030
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月9日 優先權日2008年10月17日
發明者普茹瓦斯 E., H. 拉森 N., 格雷林 J., 漢加爾德 O. 申請人:亨斯邁先進材料(瑞士)有限公司