用于增材制造的多图像投影系统技术方案

一种增材制造系统及相关联的方法，包括图像投影系统，所述图像投影系统包括多个图像投影仪，所述多个图像投影仪将合成图像投影到树脂池内的构建区域上。所述合成图像包括以阵列布置的多个子图像。每个子图像的特性和每个子图像在所述合成图像内的位置的对准可使用滤波器叠堆来调整，所述滤波器叠堆包括：1)辐照度掩模，所述辐照度掩模将辐照度归一化；2)伽马调整掩模，所述伽马调整掩模基于所述树脂的反应性来调整子图像能量；3)扭曲校正滤波器，所述扭曲校正滤波器提供几何校正；以及4)边缘融合条，所述边缘融合条位于一个或多个子图像边缘处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造的多图像投影系统相关申请本申请要求以下申请的权益：2018年7月30日提交的并且名称为“MultipleImageProjectionSystemforAdditiveManufacturing”的美国临时专利申请号62/711,719；2018年9月20日提交的并且名称为“MultipleImageProjectionSystemforAdditiveManufacturing”的美国临时专利申请号62/734,003；以及2019年3月29日提交的并且名称为“MultipleImageProjectionSystemforAdditiveManufacturing”的美国非临时专利申请号16/370,337；这些申请出于所有目的据此以引用方式并入。
技术介绍
立体光刻(SLA)3D打印传统地采用点激光或围绕2D平面移动的激光来将层的轮廓和填充部分光栅化。代替SLA，常规系统通常使用数字光处理(DLP)或类似成像，以便以提高的速度一次曝光整个层。然而，利用DLP的常规增材制造系统出现的一个问题是，随着层大小增加，像素大小成比例地增加。结果是最终零件的分辨率降低，这将对零件精度和表面光洁度造成负面影响。这还具有降低投射能量密度的负面影响，这由于每一层需要更长的曝光时间而进一步减缓了打印过程。因此，由于DLP系统用于较大的层大小，因此整层曝光实现的胜于常规方法的理论优势有所降低。
技术实现思路
在一些实施方案中，一种增材制造系统包括：图像投影系统，所述图像投影系统包括多个图像投影仪，所述多个图像投影仪将合成图像投影到树脂池内的构建区域上，其中所述图像投影仪中的每个图像投影仪将子图像投影到所述构建区域的一部分上，并且所述合成图像包括以阵列布置的多个子图像。所述增材制造系统还包括：显示子系统，所述显示子系统可控制所述图像投影系统和所述图像投影仪中的每个图像投影仪以调整每个子图像的特性和每个子图像在所述合成图像内的位置的对准。所述阵列中的两个或更多个相邻子图像还可在两个或更多个子图像边缘处重叠。每个子图像的所述特性可使用滤波器叠堆来调整，所述滤波器叠堆包括：1)辐照度掩模，所述辐照度掩模将辐照度归一化；2)伽马调整掩模，所述伽马调整掩模基于所述树脂的反应性来调整子图像能量；3)扭曲校正滤波器，所述扭曲校正滤波器提供几何校正；以及4)边缘融合条，所述边缘融合条位于一个或多个子图像边缘处。在一些实施方案中，一种方法包括：提供增材制造系统，所述增材制造系统包括图像投影系统和图像显示子系统，其中所述图像投影系统具有多个图像投影仪。所述方法还可包括：使用所述图像投影系统将合成图像投影到树脂池内的构建区域上，其中所述图像投影系统由所述图像显示子系统控制。所述合成图像包括以阵列布置的多个子图像，所述阵列中的两个或更多个相邻子图像在两个或更多个子图像边缘处重叠，并且每个子图像使用所述多个图像投影仪中的一个图像投影仪投影到所述构建区域的一部分上。所述方法还可包括：使用一组滤波器来调整每个子图像的特性并将每个子图像在所述合成图像内的位置对准，所述一组滤波器包括：1)辐照度掩模，所述辐照度掩模将辐照度归一化；2)伽马调整掩模，所述伽马调整掩模基于所述树脂的反应性来调整子图像能量；3)扭曲校正滤波器，所述扭曲校正滤波器提供几何校正；以及4)边缘融合条，所述边缘融合条位于一个或多个子图像边缘处。附图说明图1A至图1D是根据一些实施方案的光反应性3D打印系统(PRPS)的简化透视示意图。图1E是根据一些实施方案的具有四个图像投影仪的PRPS和具有四个子图像的合成图像的简化透视示意图。图1F示出根据一些实施方案的具有两个图像投影系统的PRPS的三个简化透视示意图。图1G是根据一些实施方案的具有四个图像投影系统的PRPS的一部分的简化透视示意图。图2A是根据一些实施方案的用于调整PRPS中所投影的图像(或子图像)的数字滤波器叠堆的简化示意性示例。图2B是根据一些实施方案的覆盖构建区域的合成图像的简化示意性示例，其中合成图像包含6个子图像。图3是根据一些实施方案的扭曲校正的简化示意性示例，其中扭曲的投影图像已经得到校正。图4A和图4B是根据一些实施方案的可应用于图像的边缘融合滤波器的简化示意性示例。图4C是根据一些实施方案的示出两个相邻的重叠子图像可如何利用边缘融合滤波器来形成单个合成图像的简化示意性示例。图4D是根据一些实施方案的不同类型的边缘融合滤波器可在单个重叠区内一起协同使用的简化示意性示例。图5A至图5B是示出根据一些实施方案的可在伽马校正滤波器中使用的伽马校正关系的一个示例的曲线图。图6和图7是根据一些实施方案的PRPS的使用硬件系统来使多个投影照明系统一起同步的图像投影系统的简化电气示意图示例。图8A至图8D是根据一些实施方案的PRPS的使用硬件系统来使多个投影照明系统一起同步的图像投影系统的包括显示子系统的示意图的简化电气示意图示例。图9A和图9B是根据一些实施方案的由移动子图像构成的合成图像的简化示意图。图10A至图10D是根据一些实施方案的用于形成由移动子图像构成的合成图像的移动光源或移动光学系统的简化示意图。图10E是根据一些实施方案的具有移动光源的PRPS的简化侧视示意图。图10F是根据一些实施方案的具有移动光源的PRPS的简化透视示意图。图11至图13是根据一些实施方案的移动子图像的简化示意图。图14是根据一些实施方案的描述伽马校正的方法的流程图。图15A是示出根据一些实施方案的在应用任何伽马校正之前的示例性树脂的每单位面积的能量(E’)与像素密度(L)之间的关系的曲线图。图15B是示出根据一些实施方案的在应用任何伽马校正之后的示例性树脂的E’与L之间的关系的曲线图。定义在本公开中，将使用以下术语。树脂：通常是指呈未固化状态的单体溶液。树脂池：树脂槽内所容纳的可立即用于打印作业的树脂体积。树脂槽：结合膜并且容纳树脂池的机械组件。打印平台(即，打印托盘)：附接到升降机的在其上固化树脂并构建物理零件(即，打印物体)的系统。升降机系统：将Z轴载台连接到打印平台的零件的系统。Z轴载台：向升降机系统提供运动的机电系统。聚合物界面：树脂池和图像显示系统的焦平面的物理边界。膜：创建聚合物界面、通常取向成平行于XY平面的透明介质。构建区域：图像显示系统可物理寻址的XY平面区域。打印作业(即，打印运行)：由3D打印的第一个命令开始直至并包括最后一个命令的事件序列。打印过程参数(PPP)：确定打印作业期间的系统行为的输入变量。打印过程：由打印过程参数所控制的总体打印系统行为。曝光：能量转移到聚合物界面的持续时间。辐照度：入射到表面(例如，聚合物界面)上的每单位面积的辐射功率。像素：可直接操纵辐照度的构建区域XY平面的最小细分。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造系统，其包括：/n图像投影系统，所述图像投影系统包括多个图像投影仪，所述多个图像投影仪将合成图像投影到树脂池内的构建区域上，其中所述图像投影仪中的每个图像投影仪将子图像投影到所述构建区域的一部分上，并且所述合成图像包括以阵列布置的多个子图像；以及/n显示子系统；/n其中：/n所述显示子系统控制所述图像投影系统和所述图像投影仪中的每个图像投影仪以调整每个子图像的特性和每个子图像在所述阵列中的位置的对准；/n所述阵列中的两个或更多个相邻子图像在两个或更多个子图像边缘处重叠；并且/n所述阵列中的每个子图像的所述特性使用滤波器叠堆来调整，所述滤波器叠堆包括：/n辐照度掩模，所述辐照度掩模将辐照度归一化；/n伽马调整掩模，所述伽马调整掩模基于所述树脂的反应性来调整子图像能量；/n扭曲校正滤波器，所述扭曲校正滤波器提供几何校正；以及/n边缘融合条，所述边缘融合条位于一个或多个子图像边缘处。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180730 US 62/711,719;20180920 US 62/734,003;20191.一种增材制造系统，其包括：
图像投影系统，所述图像投影系统包括多个图像投影仪，所述多个图像投影仪将合成图像投影到树脂池内的构建区域上，其中所述图像投影仪中的每个图像投影仪将子图像投影到所述构建区域的一部分上，并且所述合成图像包括以阵列布置的多个子图像；以及
显示子系统；
其中：
所述显示子系统控制所述图像投影系统和所述图像投影仪中的每个图像投影仪以调整每个子图像的特性和每个子图像在所述阵列中的位置的对准；
所述阵列中的两个或更多个相邻子图像在两个或更多个子图像边缘处重叠；并且
所述阵列中的每个子图像的所述特性使用滤波器叠堆来调整，所述滤波器叠堆包括：
辐照度掩模，所述辐照度掩模将辐照度归一化；
伽马调整掩模，所述伽马调整掩模基于所述树脂的反应性来调整子图像能量；
扭曲校正滤波器，所述扭曲校正滤波器提供几何校正；以及
边缘融合条，所述边缘融合条位于一个或多个子图像边缘处。


2.如权利要求1所述的增材制造系统，其中所述显示子系统使用数字光处理来控制所述图像投影系统和所述图像投影仪中的每个图像投影仪。


3.如权利要求1所述的增材制造系统，其中所述辐照度掩模另外调整跨所述构建区域的能量，以补偿所述多个图像投影仪的光学器件中的非均匀性。


4.如权利要求1所述的增材制造系统，其中所述伽马调整掩模包括所述树脂的固化深度与所述构建区域中每单位面积的能量之间的对数关系。


5.如权利要求1所述的增材制造系统，其中所述树脂选自由以下组成的组：丙烯酸酯、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、氨基甲酸酯、硅酮、乙烯树脂和它们的组合。


6.如权利要求1所述的增材制造系统，其中：
所述边缘融合条包括融合距离和选自由以下组成的组的函数：线性函数、s型函数和几何函数。


7.如权利要求1所述的增材制造系统，其中：
所述边缘融合条基于正在制造的物体内的至少一个层边界位置来调整所述一个或多个子图像边缘。


8.如权利要求1所述的增材制造系统，其还包括：
系统控制器，所述系统控制器使所述多个图像投影仪的曝光控制彼此同步。


9.如权利要求1所述的增材制造系统，其中：
所述图像投影系统被配置来在正在制造的物体的层曝光期间将所述多个子图像移动到所述构建区域的不同部分。


10.如权利要求9所述的增材制造系统，其中：
其中所述图像投影系统包括可移动光源或可移动光学系统。


11.如权利要求9所述的增材制造系统，其中：
所述子图像的所述移动是逐步曝光型移动或连续移动。


12.如权利要求9所述的增材制造系统，其中：
所述多个子图像包括在第一方向上取向的1D子图像阵列；并且
所述子图像的所述移动是在垂直于所述第一方向的第二方向上。


13.如权利要求9所述的增材制造系统，其中：
所述多个子图像包括具有沿第一方向取向的行和沿第二方向取向的列的2D子图像阵列；并且
所述子图像的所述移动是在所述第一方向或所述第二方向中的任一者或者所述第一方向和所述第二方向两者上。


14.如权利要求9所述的增材制造系统，其中：

【专利技术属性】
技术研发人员：B威恩，JL埃特切森，CS坦纳，RL米勒，ID乔萨尔，
申请(专利权)人：无畏自动化，
类型：发明
国别省市：美国;US