[发明专利]通过断层反投影进行三维制造的方法和装置

说明书

一种用于制备三维物体的方法，其包括计算反投影的序列，所述反投影的序列描述待从所述物体的不同取向角度形成的三维物体，使用所述反投影限定光图案的序列，以及用每个所述光图案以各自相应的取向角度并根据限定的序列照射光响应材料，所述光响应材料能够在光照射时改变其材料相，从而在光响应介质内形成变化的三维分布，在物理上再现所述三维物体，从而创建所述三维物体。

本申请是优先权日为2017年8月30日、申请号为201880056309.9、名称为“通过断层反投影进行三维制造的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及由光响应材料制造三维物体的方法和设备(增材制造)。具体地，本发明涉及但不限于制造系统，其中物体通过断层反投影生成。

背景

在传统的增材制造中，通过逐点扫描物体体积或以逐层方式制造三维物体。一个例子是立体光刻(SLA)(参见例如第5,344,298号美国专利)，其中通过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来限定，如第5,344,29号美国专利所建议的，或者通过数字光处理(DLP)技术来限定，如第6,500,378号美国专利所述的。

在这些方法中，物体通常沿优先生长方向构建，这可能导致物体的各向异性机械性质。在DLP中，当使用镜矩阵来投影物体的横截面层时，投影像素之间的小区域保持未固化，导致固化层的平面和构建方向之间的各向异性(M.Z.Ortega,A.Hernández,R.Paz,and F.Ortega,Anisotropy of photopolymer parts made by digital lightprocessing,Materials,vol.10,no.1,pp.64-,Jan.2017)。此外，在激光点选择性扫描和固化层的SLA方法中，部件的构建取向对打印的物体的机械性质有显著影响(R.Quintana,J.-W.Choi,K.Puebla,and R.Wicker,Effects of build orientation on tensilestrength for stereolithography-manufactured ASTM D-638 type i specimens,International Journal of Advanced Manufacturing Technology,vol.46,no.1,pp.201-215,Jan.2010)。因此，可能需要对制造的物体进行后固化，以确保不同层之间和不同层内部的各向同性共价键合。

此外，由于它们的顺序逐层处理，SLA遭受打印速度缓慢的问题。一旦一个层被照射和固化，根据构建方向，一个新的未固化材料层必须提供在固体层之上或之下。在现有技术中，这是通过机械地重新涂覆正在制造的部件来实现的(第7,892,474号美国专利和第7,438,846号美国专利)，这除了降低打印速度之外，还可能使端部变形。

最近，已开发了一种称为连续液体相间打印(CLIP)的新方法(第9,360,757号美国专利)来避免这种重新涂覆操作。CLIP依赖于在聚合物池(polymer pool)的光学透明窗口和构建部件之间形成持久的抑制氧的聚合物液体层。构建部件的向上运动导致补充持久的液体聚合物层的吸力。尽管使用CLIP实现了更快、更连续地制备部件，但它仍然需要对物体的机械驱动和切片，因为一次只固化一薄层构建区域。此外，在CLIP中，液体聚合物的动态粘度限制了打印速度，因为它造成构建部件下方的持久液体层的补充时间。

因此，需要一种三维物体的制造方法，其不需要可能扭曲或污染物体的构建区域的任何逐步的机械驱动；并且没有任何可能减慢制造过程的光响应材料的运动。此外，需要一种制造过程，其快速且各向同性地制备物体，并且不以可能降低端部的机械性质的逐层方式操作。

发明概述

第一方面，本发明提供了一种用于制备三维物体的方法，其包括：