[发明专利]使用反馈用于校正体积断层扫描打印机中的三维物体的系统和方法

说明书

一种用于由期望的3D制品的模拟断层扫描二维反投影(9)监测在断层扫描增材制造系统中正在形成的三维物体(5)的生成的方法，其包括以下步骤：‑用由所述二维反投影(9)以多个角度产生的二维光图案的光束(2a)照射包含光响应材料(103)的容器(3)，优选地通过容器(3)的旋转进行，以便在容器(3)中形成物体(5)；‑用围绕物体(5)正在其中形成的容器(3)设置的成像系统(6、7、8)捕获通过体积打印正在形成的所述物体(5)的图像；‑由所述图像确定物体已经形成的形状或程度。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种系统和方法，其通过使用3D物体的原位测量、随后校正动作以改善用于由光响应材料体积制造三维物体或制品的体积断层扫描打印机中的3D物体的质量，诸如分辨率和保真度，这是相对于现有技术的显著改善。特别地，本发明涉及体积制造系统，其中被制造的制品或物体被实时成像和监测。

2.背景技术

体积断层扫描打印的工作原理(WO2019/043529A1)完全不同于常规增材制造(AM)中的传统逐层方法(即在一层上形成另一层的3D打印)。

在常规增材制造中，三维物体通过物体体积的逐点扫描或以逐层方式制造。一个实例是立体光刻(SLA)(参见例如US-5,344,298)，其中通过在施加随后的层之前在光照射下固化可光固化抗蚀剂一次一层地形成物体。物体的连续层可以例如通过逐点扫描激光束限定，如US-5,344,29中所建议的，或者通过数字光处理(DLP)技术限定，如US-6,500,378中所描述的。

在这些方法中，通过使用高度吸收性和强反应性树脂控制连续物体层的光聚合过程。层厚度的范围通常为10μm至200μm。为了使良好限定的树脂层固化，在树脂中通常包含高浓度的一种或多种光引发剂和染料，使得它们具有高度吸收性和强反应性(T.Baldacchini,Three-Dimensional Microfabrication Using Two-PhotonPolymerization,William Andrew,2015)。因此，在SLA和DLP中使用高度吸收性油墨是有益的，因为它防止已经加工的层被正在形成的下一层暴光，这可能导致制造假象，在增材制造中称为过固化的现象。

为了克服逐层光基AM技术即数字光处理(DLP)和立体光刻(SLA)的几何约束和生产量限制，已经提出了多光束AM技术(Shusteff,M.等人,One-step volumetric additivemanufacturing of complex polymer structures,Sci Adv 3,eaao5496–(2017)；Kelly,B.E.等人,Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction,Science 363,1075–1079(2019)；Loterie,D.,Delrot,P.Moser,C.,VOLUMETRIC 3DPRINTING OF ELASTOMERS BY TOMOGRAPHIC BACK-PROJECTION(2018),预印本DOI:10.13140/RG.2.2.20027.46889)。这些技术随后被称为体积断层扫描打印或基于断层扫描的增材制造(断层扫描增材制造)。

在基于断层扫描的增材制造方法中，物体不是通过使光聚合物的层顺序固化形成的，而是用计算的光图案从多个角度照射一定体积的透明光响应材料，这导致光剂量的局部累积和随后的具体物体体素的同时固化，以便在单个步骤中制造三维物体。与现有方法相比，该方法的主要优点是其非常快的制造时间(低至几十秒)，以及其打印复杂中空结构而不需要逐层制造系统中所需的支撑结构的能力。

为了在构建体积中实现正确的三维光剂量沉积，从多个角度投射的二维光图案必须照射整个构建体积。因此，使用在照射波长下具有低吸收率的树脂。通常，在具有等于构建体积的直径的1/e的照射光的衰减长度的断层扫描增材制造方法中实现正确的光剂量沉积，其设定光引发剂浓度的上限。