適用于制造三維物體的裝置。具體地說，因此可以用根據(jù)本發(fā)明的曝光掩膜生成設(shè)備來改造已經(jīng)可從市場上購得的制造三維物體的裝置。
[0054]如果裝置包括在曝光時(shí)間期間以振動(dòng)的方式曝光構(gòu)造平面的振動(dòng)裝置，則是有利的。具體地說，以振動(dòng)的方式曝光意味著，借助于振動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)形成在構(gòu)造平面上的圖像相對于物體的振動(dòng)。因此，能夠借助于這種振動(dòng)裝置，沿物體層的輪廓使棱角結(jié)構(gòu)平滑化，具體地說，其中，外輪廓在物體層的曝光過程中通過振動(dòng)而有效地變模糊。優(yōu)選地，振動(dòng)設(shè)備使自然數(shù)次數(shù)振動(dòng)在為各自物體層提供的曝光時(shí)間期間能夠?qū)崿F(xiàn)，以獲得沿物體層的輪廓的最均勻可能的邊緣平滑化。
[0055]如果振動(dòng)設(shè)備具有在對應(yīng)于不大于像素的寬度的區(qū)域中的處在平行于構(gòu)造平面的X方向和/或y方向上的曝光的振動(dòng)位移，則是有利的。優(yōu)選地，振動(dòng)位移最大為0.5像素。如果振動(dòng)位移不大于0.25像素，則是有利的。在任何情況下，能夠通過在亞像素范圍內(nèi)的這種振動(dòng)位移來平滑化待固化的物體層的外輪廓或內(nèi)輪廓。
[0056]為了使待固化的物體層的輪廓的邊緣圓化，如果振動(dòng)設(shè)備構(gòu)造用以在曝光時(shí)間期間將曝光在X方向和y方向上的振動(dòng)疊加到圓形或大體圓形的振動(dòng)，則是有利的。具體地說，正好一個(gè)圓形或大體圓形振動(dòng)可以在曝光時(shí)間期間通過振動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)，以由此獲得最均勻可能的邊緣平滑化。
[0057]為了實(shí)現(xiàn)上述振動(dòng)曝光的相對運(yùn)動(dòng)，如果在曝光時(shí)間期間，振動(dòng)裝置聯(lián)接到輻射源和/或曝光掩膜生成設(shè)備和/或?qū)⑤椛涑上裨跇?gòu)造平面上的成像光學(xué)系統(tǒng)和/或待制造的物體的載體，用于輻射源和/或曝光掩膜生成設(shè)備和/或成像光學(xué)系統(tǒng)和/或載體的振動(dòng)，則是有利的。例如，曝光掩膜生成設(shè)備因此可以相對于待制造的物體的載體移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)所述邊緣和角部平滑化。
[0058]如果成像光學(xué)系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)平面平行板，該旋轉(zhuǎn)平面平行板可繞垂直或大體垂直于構(gòu)造平面的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)地安裝并限定板平面，該板平面與旋轉(zhuǎn)軸線形成不等于90°的角，則振動(dòng)裝置可以以特別容易的方式實(shí)現(xiàn)。這樣，能夠在輻射入射到構(gòu)造平面上之前，通過平面平行板傳送輻射，例如，該平面平行板相對于構(gòu)造平面傾斜并且由于其旋轉(zhuǎn)，具體地說繞成像光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)軸線的旋轉(zhuǎn)，其導(dǎo)致投影輻射的旋轉(zhuǎn)以及因此在構(gòu)造平面上的待固化的物體層的投影圖像的旋轉(zhuǎn)。
[0059]有利地，輻射源構(gòu)造用來以電磁輻射或粒子輻射的形式生成輻射。這使得能夠根據(jù)待固化的材料，例如塑料樹脂或預(yù)聚物，使用理想地適于材料的輻射源。具體地說，取決于固化材料所需的能量輸入，可以選擇具有足夠輻射強(qiáng)度的合適輻射源。
[0060]在介紹中提到的目的進(jìn)一步通過如上所述的通過使用曝光掩膜逐層固化能夠在輻射的作用下固化的材料來制造三維物體的裝置的用途來實(shí)現(xiàn)，其用來執(zhí)行同樣如上所述的通過使用曝光掩膜逐層固化能夠在輻射的作用下固化的材料來制造三維物體的方法。
【附圖說明】
[0061]下列描述連同附圖用來提供更詳細(xì)解釋。在圖中:
[0062]圖1示出了制造三維物體的裝置的一部分的示意圖；
[0063]圖2示出了制造三維物體的裝置的另一部分的示意圖；
[0064]圖3示出了制造三維物體的裝置的第二示例性實(shí)施例的另一部分的示意圖；
[0065]圖4示出了具有曝光紋理的曝光掩膜的示意圖；
[0066]圖5示出了有曝光紋理和沒有曝光紋理情況下的硬化深度的示意圖；
[0067]圖6示出了在生成之后和在曝光紋理的表面區(qū)域中的構(gòu)造平面上的入射過程中的輻射強(qiáng)度分布的示意圖，在該情況中，在像素水平上是棋盤圖案；
[0068]圖7示出了具有百分比的關(guān)聯(lián)曝光衰減值的不同的紋理圖案的示意圖；
[0069]圖8示出了曝光連續(xù)的物體層的曝光掩膜的相同紋理圖案的示意剖視圖；
[0070]圖9示出了取決于在待形成的物體層中的待曝光的表面內(nèi)的不同的確定(限制)結(jié)構(gòu)尺寸來選擇具有不同的紋理圖案的曝光掩膜的示意圖；
[0071 ]圖1O示出了輻射源的強(qiáng)度分布的示意圖；
[0072]圖11示出了考慮輻射源的強(qiáng)度分布的曝光掩膜的示意圖；
[0073]圖12示出了沒有考慮輻射源的強(qiáng)度分布的曝光掩膜的示意圖；
[0074]圖13示出了用在邊緣區(qū)域中的示意性表示的散射光來曝光圓形板的示意圖；
[0075]圖14示出了類似于圖13但使用在上面接界有分隔線的外輪廓線的示意圖，以及散射光的減少的示意圖；
[0076]圖15示出了在亞像素范圍內(nèi)的曝光掩膜的圓形振動(dòng)的示意圖；
[0077]圖16示出了圖15中的區(qū)域A的放大圖；以及
[0078]圖17示出了振動(dòng)裝置的另一示例性實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0079]通過逐層固化可在輻射14的作用下固化的材料16來制造三維物體的裝置10的示意結(jié)構(gòu)在圖1至3中示意性示出為兩個(gè)不同構(gòu)造變型。
[0080]裝置10包括輻射源18，輻射源18包括成像光學(xué)系統(tǒng)20，該成像光學(xué)系統(tǒng)20用來將物體層圖像成像在圖像平面/構(gòu)造平面22上。掩膜單元24包含在成像光學(xué)系統(tǒng)20中，能夠借助于曝光掩膜生成設(shè)備26控制掩膜單元24。利用曝光掩膜生成設(shè)備26，可以生成用于物體12的每個(gè)物體層的曝光掩膜28，尤其是以2位位圖30的形式。每個(gè)2位位圖30因此具有僅兩個(gè)位值32和34，其中，對于輻射14，與位值34相比，位值32使透明度能夠更大。在極端情況下，對于輻射14的位值32可以是完全“透明”，對于輻射14的位值34可以是完全“不透明”。在每種情況下，2位位圖30的具有位值32的像素的透明度大于具有位值34的像素的透明度。
[0081]曝光掩膜生成設(shè)備26還包括存儲(chǔ)裝置36，該存儲(chǔ)裝置36可以包含例如待形成的物體12的待形成的物體層的所存儲(chǔ)的固有信息。具體地說，這些可以轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)38或適于其的另一計(jì)算裝置。根據(jù)層信息，通過計(jì)算機(jī)36計(jì)算出2位位圖30，其接著被轉(zhuǎn)移到掩膜單元24，以控制例如傳輸曝光的LCD顯示器或數(shù)字微鏡裝置，以因此將根據(jù)待形成的物體層通過輻射源18生成的輻射14成像到圖像平面/構(gòu)造平面22上。在圖像平面/構(gòu)造平面22上，輻射14入射到在特定時(shí)間之后通過曝光由能量輸入來固化的仍未固化的粘性材料16上。對于每個(gè)物體層，單獨(dú)曝光時(shí)間可以被指定，以便例如掩膜單元24在沒有物體層要形成時(shí)完全阻止輻射14，而在物體層要形成時(shí)選擇性地讓輻射14通過。
[0082]具體地說，兩種類型的載體系統(tǒng)40用來形成物體12。在圖2示意性示出的變型中，載體板42位于充滿材料16的容器44中。當(dāng)另一物體層通過材料固化被固化在已經(jīng)部分形成的物體12的表面上并因此形成另一物體層時(shí)，載體板42可通過驅(qū)動(dòng)裝置46移動(dòng)到容器44中，優(yōu)選地以總是被完成的預(yù)先確定的離散步驟。
[0083]或者，如圖3所示，輻射14也可以通過輻射透明板48成像到圖像平面/構(gòu)造平面22上，輻射透明板48形成替代容器44’的底部50。待形成的物體層也借助于能量輸入出現(xiàn)在圖像平面/構(gòu)造平面22上，具體地說在最后形成的物體層下面。一旦物體層已經(jīng)固化，則借助于驅(qū)動(dòng)單元46，已經(jīng)形成的物體12以預(yù)先確定的方式移動(dòng)遠(yuǎn)離容器44一單位，具體地說對應(yīng)于剛形成的物體層的厚度的距離，即:其實(shí)際上被從所述容器拉出?，F(xiàn)在，在下一步驟中，下一物體層可以通過曝光材料16在圖像平面/構(gòu)造平面22中產(chǎn)生。
[0084]而且，曝光掩膜生成設(shè)備26不僅能夠生成控制掩膜單元24的簡單2位位圖，在該2位位圖中，待形成的物體層中的待固化的像素被分配位值32，而所有其它像素被分配位值
34。而且，可選地，同樣能夠通過曝光掩膜生成設(shè)備26來防止在介紹中提到的大面積區(qū)域過度曝光的問題。因此，為了在物體層的形成過程中能夠以同樣好的質(zhì)量制造彼此相鄰的纖弱結(jié)構(gòu)且大體積結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明，提出:用曝光紋理52填充具有大于限制結(jié)構(gòu)尺寸的尺寸的物體12的表面區(qū)域。這個(gè)過程在圖4中示意性示出。纖弱結(jié)構(gòu)54以在右邊的伸長狹窄矩形的形式在圖4中的2位位圖30中示意性示出。
[0085]在2位位圖30的左邊，相對于伸長狹窄矩形較大的圓形區(qū)域被示出并用獨(dú)立閉合的輪廓線56從外部界定。然而，圓形區(qū)域沒有全部用具有位值32“透明”的像素填充，而是用曝光紋理52填充。曝光紋理52由僅具有兩個(gè)可用的位值32“透明”和位值34“不透明”的單獨(dú)像素組成。曝光紋理52優(yōu)選地以像素級(jí)光柵化的規(guī)則圖案的形式實(shí)現(xiàn)。光柵化具體地構(gòu)造為使得僅使用曝光紋理，對于曝光紋理，至多具有位值34“不透明”的像素的角部彼此相遇，而具有位值34“不透明”的像素的縱向邊緣不彼此毗鄰。例如圖4所示的曝光紋理52精確匹配該規(guī)范。其示出了棋盤狀圖案，其中，具有位值32“透明”和位值34“不透明”的像素交替布置。為了確保物體12的穩(wěn)定性，輪廓線56設(shè)有優(yōu)選地在從2個(gè)至8個(gè)像素的范圍內(nèi)的寬度。具體地說，其可以只是2個(gè)至4個(gè)像素寬。
[0086]使用圖4所示的曝光掩膜30具有的效果在圖5示意性示出。在預(yù)先確定的固定曝光時(shí)間中，對于纖弱結(jié)構(gòu)54，獲得在圖5中在右邊用箭頭示意性示出的硬化深度。如果圓形區(qū)域被全部曝光，則在大表面區(qū)域上將導(dǎo)致顯著較大硬化深度。這在圖5中用連續(xù)箭頭示意性表示。因較低能量輸入而降低相對較大結(jié)構(gòu)的平均硬化深度，曝光紋理52在此用來實(shí)現(xiàn)平衡。因此，能夠利用單個(gè)曝光掩膜在單次曝光過程中通過適當(dāng)選擇曝光紋理52來同時(shí)曝光纖弱結(jié)構(gòu)54和相對較大區(qū)域結(jié)構(gòu)，具體地說持續(xù)最小曝光時(shí)間t。
[0087]具體地包括成像光學(xué)系統(tǒng)20、材料16和可能地還有輻射透明板48的整個(gè)成像系統(tǒng)20限定了根據(jù)位置X的強(qiáng)度的傳遞函數(shù)。例如，正好在微鏡單元或LCD透射光掩膜之后的強(qiáng)度分布用陰影58在圖6中示意性示出。由于整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，強(qiáng)度減小與用陰影60表示的在構(gòu)造平面上的變模糊的強(qiáng)度分布一起產(chǎn)生。換言之，這意味著，由于光學(xué)誤差，像素線對可以僅通過具有小于50%的調(diào)制傳遞函數(shù)的整個(gè)系統(tǒng)來成像。
[0088]如上所述，具體地說，包圍大表面區(qū)域的輪廓線56具有的優(yōu)點(diǎn)是，總體上物體12可以具有平滑、清晰表面。
[0089]具體地說，所用曝光紋理52可以構(gòu)造成使得總體上產(chǎn)生不同的所謂“填充水平”。具體地說，從這應(yīng)理解，各自“填充水平”對應(yīng)于曝光衰減值，該曝光衰減值是進(jìn)入?yún)^(qū)域中的總能量輸入衰減多少的量度。圖7示意性所示的區(qū)域圖案52a至52g表示被給予每個(gè)曝光紋理52a至52b的對應(yīng)曝光衰減值，例如表示為百分比。各自百分比值因此給定了在各自曝光紋理52a至52g中的具有位值34“不透明”的像素的比率。
[0090]如果具有位值34“不透明”的像素均勻分布在各自曝光紋理52a至52g中，則是有利的。優(yōu)選地，具有位值34“不透明”的像素各自分開布置，這意味著，沿其縱向邊緣，具有位值34“不透明”的像素總是頻臨被分配給位值32“透明”的像素。具體地說，曝光紋理52a至52g的這種構(gòu)型具有的優(yōu)點(diǎn)是，在圖像平面/構(gòu)造平面22上的輻射14的強(qiáng)度分布通過整個(gè)系統(tǒng)的所述光學(xué)傳遞函數(shù)而被均勻和平均化。換言之，大表面區(qū)域(雖然其用曝光紋理52填充)同樣以期望的方式曝光并獲得所需硬化深度，該硬化深度同樣為纖弱結(jié)構(gòu)54所獲得。
[0091]為了總體上提高物體12的穩(wěn)定性，曝光連續(xù)的物體層的曝光