[发明专利]用于立体印刷设备的照明系统

说明书

技术领域

本发明涉及立体印刷领域，尤其涉及用于立体印刷设备的照明系统。

背景技术

立体印刷也称为3D印刷，是用于生产高精度部件的快速原型构建技术。在简单实施中，立体印刷可使用大桶的液体光固化光敏树脂和计算机控制的紫外线激光器来固化该树脂，一次一层。该构建方法基本上是循环的。针对与一块要生产的部件相对应的每一层，激光束的光斑描摹该液体树脂表面上的各个横截面图案。激光照射固化或凝固所描摹的图案，并且把该图案粘贴到下面的层上。一旦已经固化了一层，制作中的部件——其可搁置在浸入该大桶光敏树脂的升降平台上——可下降一单层的厚度使得其顶层又刚好置于树脂表面之下，从而允许建造下一层。继续这种步骤的次序直到完成该部件。

该立体印刷设备可装备有照明系统，而不用激光器，该照明系统包括二维阵列的发光二极管(LED)和用于光敏树脂选择性照明的透镜。该照明系统整体上可以可移动地方式相对于工件的位置放置，而发光二极管可刚性地相互连接并刚性连接到透镜。该透镜可用于把发光二极管的发光表面成像到光敏树脂的表面。优选地，每个发光二极管都与自己的共轭像点相关联，使得包括一定数量的发光二极管的阵列可产生刚好同样多的像点。在产生过程中，可相对于容纳光敏树脂的大桶以扫描方式移动该照明系统，而各个发光二极管可以选择性地接通或切断以根据要凝固的层的横截面图案来照明树脂表面。与激光器相比，基于发光二极管照明的照明系统相对来说不贵。此外，其可以更快的生产速度提供同样高的精度。

已发现要以经济的方式生产可靠的照明系统还存在问题。主要原因在于能够照明光敏树脂到高精度以生产工件的相当精细的零件的照明系统必须能够在明确限定的位置产生具有明确限定的尺寸的足够亮的像点。足够光亮这个要求就需要具有高数值孔径的光学系统，因为更高的数值孔径使该光学系统能从发光二极管收集更多的光。然而，高数值孔径可能伴有像点尺寸对于精确的发光二极管位置的高敏感度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可经济生产的发光二极管照明系统，其设计允许该系统与具有高数值孔径的光学系统结合使用。

为达到上述目的，本发明提供一种适用于立体印刷设备的照明系统，包括：多个发光二极管，每个发光二极管具有至少第一发光表面和第二表面，该第一和第二表面中的至少一个基本上是平的；

多个电气路径，该电气路径选择性地连接到各个发光二极管，使得每个发光二极管可单独受控；以及水平表面(levelling surface)，其中该水平表面基本上是平坦的并与每个发光二极管的至少一个基本上平坦的表面水平接触，由此二维阵列的发光二极管在平行于该水平表面的平面内延伸。

为了在z方向获得所需要的精度，该发光二极管与基本上平坦的水平表面水平接触。术语“基本上平坦”指表面不平度小于10um、优选为小于5um的表面。这种表面平整度程度可通过，比如光学抛光，获得。该水平表面，比如，可由机械载体或支撑体，或由多透镜阵列提供，下文中将会阐明。要注意的是，水平表面可由多个在相同表面延伸的分离的水平表面组成。因此，水平表面这个词没必要理解为单个的连续表面。参见例如图2和下文论述。

为了在x-y平面，即二维发光二极管阵列的平面，获得足够的定位精度，或为了在x-y平面提高其定位精度，根据本发明的照明系统可使用被切成方块(diced)但未包装的发光二极管，即裸片，制造。基本思想是将普通的表面安装型发光二极管嵌入集成电路封装，该封装，当由取放型机器人处理时，被作为参考。因为集成电路封装的外部尺寸可能刚好超过封装在内部的发光二极管所期望的位置容差，这样机器人可能无法以所期望的精度来定位表面安装型发光二极管。然而，没有集成电路封装的隐约出现，取放型机器人可确定裸片的精确位置并相应地进行定位。比如，与使用单片阵列相比，把晶片切成方块可以非常有效地使用晶片材料并因此实现经济的生产工艺。去掉集成电路封装也意味着在实际的发光二极管和与发光二极管热连接的支撑体之间去除了热性绝缘挡板。发光二极管的工作温度因此可更低，这有利于其使用寿命和光输出。

根据本发明的一个方面，水平表面由包括至少第一层的基本上为刚性的支撑体提供，该第一层提供该水平表面并包括导热系数至少为150W/mK的材料。