DE60020895T2

DE60020895T2 - Stereolithografische Verfahren und Vorrichtung mit Kontrolle der vorgeschriebenen Anregung

Info

Publication number: DE60020895T2
Application number: DE60020895T
Authority: DE
Inventors: Thomas Calabasas Kerekes; Ross D. La Crescenta Beers
Original assignee: 3D Systems Inc
Current assignee: 3D Systems Inc
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: EP1026564A2; EP1026564B1; DE60020895D1; JP2000309058A; US6126884A; EP1026564A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf die Bildung eines dreidimensionalen Objektes unter Verwendung einer Rapid Prototyping and Manufacturing (RP&M) Technik (z. B. Stereolithographie). Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Bildung eines dreidimensionalen Objektes unter Verwendung einer verbesserten Produktionssteuerung von vorgeschriebener Belichtung und ihre Anwendung auf ein Aufbaumaterial.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Verwandte Technik
Rapid Prototyping and Manufacturing (RP&M) ist der Name, welcher einem Feld von Technologien gegeben wird, welche verwendet werden können, um dreidimensionale Objekte schnell und automatisch aus dreidimensionalen Computerdaten, welche die Objekte darstellen, zu bilden. RP&M kann drei Klassen von Technologien umfassen: (1.) Stereolithographie, (2.) selektives Ablagerungsmodellieren, und (3.) Herstellung eines laminierten Objektes.
Die stereolithographische Klasse von Technologien erzeugt dreidimensionale Objekte basierend auf der aufeinander folgenden Bildung von Schichten eines fluidähnlichen Materials angrenzend an zuvor geformte Schichten von Material und die selektive Aushärtung dieser Schichten in Übereinstimmung mit Querschnittsdaten, welche aufeinander folgende Scheiben des dreidimensionalen Objekts darstellen, um Lagen (d. h. ausgehärtete Schichten) zu bilden und anzuhaften. Eine spezifische Stereolithographietechnologie ist einfach bekannt als Stereolithographie und verwendet ein flüssiges Material, welches selektiv ausgehärtet wird durch Belichtung mit einer vorgeschriebenen Anregung. Das flüssige Material ist typischerweise ein Photopolymer und die vorgeschriebene Anregung ist typischerweise sichtbare oder ultraviolette elektro-magnetische Strahlung. Die Strahlung wird typischerweise produziert von einem Laser, obwohl andere Strahlungsquellen möglich sind wie beispielsweise Bogenlampen, resistive Lampen und ähnliches. Die Belichtung kann auftreten durch Scannen eines Strahls oder durch Steuern einer Flutbelichtung durch Verwendung eines Lichtventils, welches selektiv die Strahlung überträgt oder reflektiert. Flüssigkeitsbasierende Stereolithographie wird offenbart in verschiedenen Patenten, Anmeldungen und Veröffentlichungen, von denen eine Reihe kurz beschrieben wird in dem nachfolgenden Abschnitt „verwandte Anwendungen".
Eine andere stereolithographische Technologie ist bekannt als selektives Lasersintern (SLS). SLS basiert auf der selektiven Aushärtung von Schichten eines pulverförmigen Materials durch Belichten der Schichten mit infraroter elektromagnetischer Strahlung, um die Pulverpartikel zu sintern oder zu schmelzen. SLS wird beschrieben in dem US-Patent Nr. 4,863,538 von Deckard, erteilt am 5. September 1989. Eine dritte Technologie ist bekannt als dreidimensionales Drucken (3DP). 3DP basiert auf der selektiven Aushärtung von Schichten eines pulverisierten Materials, welche ausgehärtet werden durch die selektive Ablagerung eines Binders darauf. 3DP wird beschrieben in US-Patent Nr. 5,204,055 von Sachs, erteilt am 20. April 1993.
Die vorliegende Erfindung ist in erster Linie gerichtet auf Stereolithographie, welche flüssigkeitsbasierte Aufbaumaterialien (d. h. Medien) verwendet. Es wird allerdings angenommen, dass die Techniken der vorliegenden Erfindung Anwendung finden können in anderen Stereolithographietechnologien.
Das selektive Ablagerungsmodellieren, SDM, umfasst den Aufbau eines dreidimensionalen Objekts durch selektive Ablagerung von aushärtbarem Material auf einer Lage-um-Lage-Basis in Übereinstimmung mit den Querschnittsdaten, wel che Scheiben des dreidimensionalen Objekts repräsentieren. Das Material, welches ausgegeben wird, kann ausgehärtet werden durch Kühlen, durch Heizen, Belichten mit einer Strahlung, oder durch die Anwendung eines zweiten physikalischen Materials. Ein einziges Material kann ausgegeben werden oder mehrere Materialien können ausgegeben werden, von denen jedes unterschiedliche Eigenschaften aufweist. Eine solche Technik wird geschmolzene Ablagerungsmodellierung (FDM) genannt und umfasst die Extrusion von Strömen aus geheiztem fließfähigen Material, welche aushärten, wenn sie ausgegeben werden auf die zuvor geformten Lagen des Objekts. FDM wird beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,121,329 von Crump, erteilt am 9. Juni 1992. Eine andere Technik wird ballistische Partikelherstellung, BPM, genannt, welche einen 5-achsigen Tintenstrahlausgeber verwendet, um Partikel eines Materials auf zuvor ausgehärtete Schichten des Objekts zu richten. BPM wird beschrieben in den PCT-Veröffentlichungsnummern WO 96/12607 von Brown, veröffentlicht am 2. Mai 1996; WO 96/12608 von Brown, veröffentlicht am 2. Mai 1996; WO 96/12609 von Menhennett, veröffentlicht am 2. Mai 1996; und WO 96/12610 von Menhennett, veröffentlicht am 2. Mai 1996. Eine dritte Technik wird Multijet Modeling, MJM genannt und umfasst das selektive Ablagern von Materialtropfen von mehreren Tintenstrahldüsen, um den Aufbauprozess zu beschleunigen. MJM wird beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,943,235 von Earl et al (eingetragen auf 3D Systems, Inc.), eingereicht am 27. September 1996.
Herstellungstechniken für laminierte Objekte, LOM, beinhalten die Bildung eines dreidimensionalen Objekts durch das Stapeln, Anhaften und selektive Schneiden von Bögen von Material in einer ausgewählten Reihenfolge in Übereinstimmung mit den Querschnittsdaten, welche das zu bildende dreidimensionale Objekt darstellen. LOM wird beschrieben in den US-Patenten mit den Nummern 4,752,352 von Feygin, erteilt am 21. Juni 1988; 5,015,312 von Kinzie, erteilt am 14. Mai 1991 und 5,192,559 von Hull et al, erteilt am 9. März 1993; und in der PCT-Veröffentlichungsnummer WO 95-18009, von Morita, veröffentlicht am 6. Juli 1995.
Obwohl wie oben festgehalten, die Techniken der vorliegenden Erfindung gerichtet sind in erster Linie auf flüssigkeitsbasierte stereolithographische Objektbildung, wird angenommen, dass manche der Techniken Anwendung finden könnten in den LOM- und/oder SDM-Technologien, bei denen die Anwendung eines Strahls oder anderer Lagen bildender Elemente genauestens gesteuert werden muss.
Es besteht die Notwendigkeit in den Stereolithographietechniken für verbesserte Strahlerzeugungstechniken und Positionierungstechniken. Ein erstes Bedürfnis besteht für ein verbessertes effektives Leben eines ultraviolett erzeugenden Festkörperlasers in einem stereolithographischen System. Ein zweites Bedürfnis besteht für das Beibehalten einer im Wesentlichen einheitlichen Belichtung über die Länge von jedem Vektor, während gleichzeitig so schnell als möglich gescannt wird, eine adäquate Positionskontrolle beibehalten wird und die Gesamtbelichtungszeit minimiert wird. Ein drittes Bedürfnis besteht für eine verbesserte Steuerung der Laserleistung, welche produziert wird und angewandt wird auf das Aufbaumaterial in einem stereolithographischen System. Ein viertes Bedürfnis besteht für eine verbesserte Effizienz beim Belichten des Aufbaumaterials in einem stereolithographischen System, wenn die Belichtung gesteuert wird durch eine Mehrzahl von verschiedenen Vektortypen. Ein fünftes Bedürfnis besteht für vereinfachte Techniken zur Bestimmung der maximal geeigneten Laserleistung zum Belichten eines gegebenen Satzes von Vektoren.
2. Andere verwandte Patente und Anmeldungen
Die Patente, Anmeldungen und Veröffentlichungen, welche oben erwähnt wurden und hiermit alle unter Bezugnahme aufgenommen werden, als ob sie in Gänze fortgesetzt würden. Tabelle 1 stellt eine Auflistung von Patenten und Anmeldungen bereit, von denen der Inhaber der vorliegenden Anmeldung Mitinhaber ist. Eine kurze Beschreibung des Gegenstands, welcher in jedem Patent oder in jeder Anmeldung gefunden wird, wird aufgenommen in der Tabelle, um dem Leser das Finden von spezifischen Typen und Lehren zu erleichtern. Die Dokumente, welche gerichtet sind auf verschiedenen Datenmanipulationstechniken können kombiniert werden mit den Lehren hierin, um sogar noch nützlichere, modifizierte Objektdaten abzuleiten, welche verwendet werden können, um genauer und/oder effizienter Objekte zu bilden. Als weiteres Beispiel können die verschiedenen Vorrichtungskonfigurationen, welche in diesem Dokument offenbart werden, angewandt werden in Zusammenhang mit den neuen Merkmalen der vorliegenden Erfindung.
Tabelle 1: Verwandte Patente und Anmeldungen
Es wird auch Bezug genommen auf die folgenden Bücher: (1) Rapid Prototyping and Manufacturing: Fundamentals of Stereolithography, von Paul F. Jacobs; veröffentlicht durch die Society of Manufacturing Engineers, Dearbon, MI; 1992; und (2) Stereolithography and other RP&M Technologies: from Rapid Prototyping to Rapid Tooling; von Paul F. Jacobs; veröffentlicht von der Society of Manufacturing Engineers, Dearbon MI; 1996.
Die WO 92/20505 ist eine frühere internationale Patentanmeldung des Anmelders, welche sich auf Stereolithographie bezieht. Diese Anmeldung offenbart das Scannen des ausgestrahlten Strahls unter Verwendung einer Vektorscanntechnik. Insbesondere wird offenbart, dass wenn der Strahl gescannt wird in einer bestimmten Richtung und dann die Geschwindigkeit oder Richtung ändert, der Strahl verdeckt wird, um diese Belichtung des Materials zu verhindern, nachdem der Strahl über den Punkt hinauswandert, bei welchem die Änderung der Geschwindigkeit oder Richtung benötigt wird, und anschließend wird er in die gewünschte Position, Geschwindigkeit und/oder Richtung bewegt bevor die Verdeckung geöffnet wird, um es dem Strahl zu gestatten, das Material wieder zu belichten.
US 5,182,715 ist ein weiteres Patent, welches sich auf Stereolithographie bezieht. In Übereinstimmung mit der Offenbarung in diesem Dokument, werden Grenzvektoren verwendet, um die Grenzen von jeder Schicht zu beschreiben, Hatch-Vektoren (Schraffurvektoren) werden verwendet, um die internen Bereiche jeder Schicht zu beschreiben und Skin-Vektoren (Hautvektoren) beschreiben alle nach außen gehenden Oberflächen des Teils, welche in die Schicht fallen. Der Steuerungscomputer, welche in den beschriebenen System verwendet wird, erzeugt die Vektoren, welche dann verwendet werden, um Lasersprung- oder Bewegungsbefehle zu erzeugen, welche die Bewegung des Laserstrahls spezifizieren und steuern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der Erfindung, die Qualität des Vektorscannens in einem stereolithographischen System zu verbessern.
Es ist ein erster Aspekt der Erfindung ein stereolithographisches Verfahren bereitzustellen zum Formen eines dreidimensionalen Objekts aus einer Mehrzahl von anhaftenden Lagen durch Belichten von aufeinander folgenden Schichten eines Materials mit einem Strahl einer vorgeschriebenen Anregung, aufweisend: (1) Bereitstellen einer Strahlquelle mit der vorgeschriebenen Anregung; (2) Bilden einer Schicht von Material benachbart zu jeder zuletzt geformten Schicht von Material in Vorbereitung zur Bildung einer nachfolgenden Lage des Objekts; (3) Belichten des Materials mit dem Strahl der vorgeschriebenen Anregung, um die nachfolgende Schicht des Objekts gemäß einer Mehrzahl von Belichtungsvektoren, welche die nachfolgende Lage repräsentieren, zu bilden; und (4) mehrmaliges Wiederholen der Vorgänge des Bildens und Belichtens, um das Objekt aus einer Mehrzahl von aneinander haftenden Lagen zu bilden. Bereitstellung einer Mehrzahl von Nicht-Belichtungsvektoren zwischen zumindest einigen Paaren von aufeinander folgenden Belichtungsvektoren, wobei die Nicht-Belichtungsvektoren einen Rampenvektor und einen Sprungvektor umfassen.
Es ist ein zweiter Aspekt der Erfindung, ein Stereolithographiegerät bereitzustellen zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts aus einer Mehrzahl von aufeinander haftenden Schichten durch Belichten aufeinander folgender Schichten eines Materials mit einem Strahl einer vorgeschriebenen Stimulation aufweisend (1) eine Quelle eines Strahls einer vorgeschriebenen Stimulation; (2) ein Wiederbeschichtungssystem zum Bilden einer Schicht des Materials benachbart zu jeder zuletzt geformten Schicht des Materials in Vorbereitung zur Bildung einer nachfolgenden Lage des Objekts; (3) ein Scannsystem zum Belichten des Materials mit dem Strahl der vorgeschriebenen Stimulation zum Bilden der nachfolgenden Lage des Objekts gemäß einer Mehrzahl von Belichtungsvektoren, welche die nachfolgende Lage repräsentieren; (4) und einen Computer, welcher programmiert ist, um das Wiederbeschichtungssystem und das Scannsystem zu betreiben, um das Objekt aus einer Mehrzahl von aneinander haftenden Lagen zu bilden. Die Software ist so programmiert, oder die Hardware ist so konfiguriert, um eine Mehrzahl von Nicht-Belichtungsvektoren zwischen zumindest einigen Paaren von aufeinander folgenden Belichtungsvektoren bereitzustellen, wobei die Nicht-Belichtungsvektoren einen Rampenvektor und einen Sprungvektor aufweisen.
Andere Aspekte der Erfindung stellen Vorrichtungen bereit zum Implementieren der Verfahrensaspekte der o.g. Erfindung.
Zusätzliche Ziele und Aspekte der Erfindung werden klar auf von Ausführungsformen der Erfindung, welche unten beschrieben werden in Zusammenhang mit den damit verbundenen Figuren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1a und 1b zeigen Seitenansichten eines Stereolithographiegerätes zum Ausführen der vorliegenden Erfindung.
Die 1c zeigt ein Blockdiagramm, welches einige Hauptkomponenten des stereolithographischen Systems veranschaulicht.
Die 1d zeigt ein schematisches Diagramm, welches die Hauptkomponenten in dem Laserkopf veranschaulicht und den Strahlpfad durch den Laserkopf.
2a zeigt eine Seitenansicht eines zu bildenden Objekts unter Verwendung von Stereolithographie.
2b zeigt eine Seitenansicht des Objekts gemäß 2a, welches gebildet wird unter Verwendung von Stereolithographie.
2c zeigt eine Seitenansicht des Objekts gemäß 2b, wo verschiedene Belichtungsregionen in Zusammenhang mit jeder Schicht gezeigt sind.
3 zeigt ein Fließdiagramm des Prozesses einer bevorzugten Ausführungsform.
4 zeigt ein Diagramm der Scanngeschwindigkeit für verschiedene Vektortypen, IR- und UV-Leistungen, welche von dem Lasergenerator produziert werden über verschiedene repräsentative Aufbaustufen wie sie verwendet werden in einer bevorzugten Ausführungsform.
5 zeigt ein Fließdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform.
6 zeigt eine Gruppe von hypothetischen Vektoren, welche verwendet werden sollen beim Belichten einer Schicht von Material.
7 zeigt zwei der Vektoren aus 4 zusammen mit einer Anzahl von Nicht-Belichtungsvektoren, welche verwendet werden in einer bevorzugten Ausführungsform, um zwischen den zwei Belichtungsvektoren zu wechseln.
8 zeigt ein Diagramm der UV- und IR-Leistung, welche produziert wird durch den Lasergenerator während des Verfolgens der in 8 gezeigten Vektoren.
9 zeigt ein Fließdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform.
10 zeigt ein Fließdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die 1a und 1b zeigen schematische Darstellungen eines bevorzugten Stereolithographiegeräts 1 (SLA) zur Anwendung mit der vorliegenden Erfindung. Die hauptsächlichen Komponenten eines SLA werden beschrieben in den US-Patenten mit den Nr. 4,575,330; 5,184,307; und 5,182,715 wie oben dargestellt. Das bevorzugte SLA umfasst einen Container 3 zum Halten des Aufbaumaterials 5 (z. B. ein Photopolymer), aus dem ein Objekt 15 gebildet werden wird, einen Aufzug 7 und Antriebsmittel (nicht gezeigt), eine Aufzugsplattform 9, ein Belichtungssystem 11, eine Wiederbeschichtungsschiene 13 und Antriebsmittel (nicht gezeigt), zumindest einen Computer (nicht gezeigt) zum Manipulieren der Objektdaten (wenn benötigt) und zum Steuern des Belichtungssystems, Aufzugs und der Wiederbeschichtungsvorrichtung.
1a zeigt das teilweise gebildete Objekt, dessen kurz zuvor gebildete Lage abgesenkt wurde auf eine Position ungefähr 1 Lagendicke unterhalb des gewünschten Niveaus der oberen Oberfläche des Aufbaumaterials 5 (d. h. die gewünschte Arbeitsoberfläche). Wenn die Lagendicke klein ist und das Aufbaumaterial sehr viskos, zeigt 1a an, dass Material nicht wesentlich über die zuletzt geformte Schicht geflossen ist, selbst nach dem Absenken der Plattform 9. 1b zeigt die Beschichtungsschiene 13 wie sie teilweise über die zuvor geformte Lage streicht und dass die nächste Lage aus Aufbaumaterial teilweise gebildet wurde.
Ein bevorzugtes Belichtungssystem wird beschrieben in verschiedenen der Patente und Anmeldungen, welche oben angesprochen wurden, inklusive der Nummern 5,058,988; 5,059,021; 5,123,734; 5,133,987; 5,840,239; und 6,241,934. Dieses bevorzugte System umfasst einen Laser, ein Strahlfokussierungssystem und ein Paar von computergesteuerten XY-drehbaren Scannspiegeln von entweder dem motorgetriebenen oder Galvanometertyp.
1c stellt ein Blockdiagramm eines ausgewählten Elementes eines bevorzugten Stereolithographiesystems 1 bereit, wobei gleiche Elemente bezeichnet wer den mit gleichen Bezugszeichen. Das Belichtungssystem umfasst einen IR-Laserkopf 70, welcher einen gepulsten Strahl von Strahlung produziert, welcher betrieben wird bei einer gewünschten Wiederholungs-Puls-Wiederholungsrate (z. B. 22,5 bis 40 kHz). Das Belichtungssystem umfasst des Weiteren ein AOM 72, einen ersten Frequenzumwandlungskristall 74, einen zweiten Frequenzumwandlungskristall 76, zwei Umlenkspiegel 78, eine Fokussieroptik 80, ein Paar von XY-Scannspiegeln 82 und einen Detektor 84. Ein Steuerungscomputer 86 wird bereitgestellt, um vorzugsweise unter anderem die Scannspiegel 82, das AOM 72, den Detektor 84 und die Fokussieroptik 80 zu steuern. Der optische Pfad wird gezeigt unter Bezugnahme auf das Bezugszeichen 86. Der Computer steuert vorzugsweise die o. g. Komponenten basierend auf den Objektdaten, welche modifiziert wurden für eine stereolithographische Bildung. Es wird bevorzugt, dass die Fokussieroptik gesteuert wird, um zwei oder mehrere Strahlendurchmesser zu produzieren zum Bilden von Objektlagen. Das AOM wird vorzugsweise gesteuert, um die Strahlleistung anzupassen basierend auf einer Mehrzahl von Kriterien inklusive der Strahlgröße.
Die Scannspiegel werden verwendet, um selektiv den Strahlpfad zu richten auf gewünschte Positionen auf der Oberfläche des Aufbaumaterials 5 oder auf andere Gegenstände wie beispielsweise den Detektor 84. Der optische Pfad jenseits der Scannspiegel wird gezeigt mit den Bezugszeichen 86', 86'', oder 86''' als Beispiele der verschiedenen Richtungen, in die der Strahl gerichtet werden kann. Das AOM wird verwendet, um die Strahlenleistung einzustellen, welche erlaubterweise verläuft von dem IR-Laserkopf 70 zu den ersten und zweiten Frequenzumwandlungskristallen. Der Strahl, dem es erlaubt ist, zu den Frequenzumwandlungskristallen zu verlaufen wird geschickt entlang eines Strahlpfads der ersten Ordnung von dem AOM. Die anderen Strahlpfadordnungen (z. B. nullte und zweite) werden gehemmt beim Fortschreiten zu den Frequenzumwandlungskristallen. Die Fokussieroptiken werden verwendet, um einen gewünschten Fokus und/oder Strahldurchmesser auf der Oberfläche 20 des Aufbaumaterials 5 zu erhalten.
Eine detailliertere Veranschaulichung des Strahlerzeugungsteils des Belichtungssystems wird in 1d dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen, welche in anderen Figuren verwendet worden, ähnliche Komponenten bezeichnen. Der strahlungserzeugende Teil des Belichtungssystems umfasst einen Laserkopf 68, IR-erzeugende Laserdioden 71 und ein fiberoptisches Kabel 69. Die Laserdioden produzieren ungefähr 808 nm Strahlung bei ungefähr 18 W. Das fiberoptische Kabel richtet den Ausgang der Laserdioden 71 zu einem IR-Laser 70 innerhalb des UV-Laserkopfs, die Strahlung von der Fiberoptik wird verwendet, um Pumpstrahlung für den IR-Laser 30 bereitzustellen. Der Laser 70 produziert 1,046 μm Strahlung, welche gerichtet ist auf den akustooptischen Modulator (AOM) 72, welcher verwendet wird, um die Strahlleistung zu steuern durch Ablenken von variierenden Mengen der Strahlleistung entlang verschiedener optischer Pfade. Ein optischer Pfad nullter Ordnung richtet den Strahl in eine Strahlsenke, beispielsweise eine Falle, welche gebildet wird durch zwei dreieckig geformte Elemente 73. Ein optischer Pfad erster Ordnung richtet den Strahl durch eine Halbwellenplatte 75, welche die Polarisation des Strahls dreht.
Von der Halbwellenplatte 75 tritt der Strahl in ein Frequenzumwandlungsmodul 93 ein durch eine Offnung 77. Von der Offnung 77 verläuft der Strahl zu dem Fokussierspiegel 79'. Von dem Spiegel 79' verläuft der Strahl durch einen ersten Frequenzumwandlungskristall 74. Dieser erste Kristall 74 wandelt einen Teil des ersten Strahls um in einen Strahl mit der doppelten Frequenz. Der verbleibende Teil des ursprünglichen Strahls und der Strahl mit der verdoppelten Frequenz verlaufen zu dem zweiten Fokussierspiegel 79'', dann zu einem dritten Fokussierspiegel 79''' und anschließend durch einen zweiten Frequenzumwandlungskristall 76. Der zweite Kristall 76 erzeugt einen dritten Strahl mit dreifacher Frequenz verglichen mit dem ursprünglichen Strahl, welcher in den ersten Kristall 74 eintrat. Ein Strahl, welcher alle drei Frequenzen beinhaltet, verläuft dann aus dem Umwandlungsmodul 93 heraus durch die Öffnung 77. Die Spiegel 78 und andere optische Elemente sind wellenlängenselektiv und verursachen, dass die verbleibenden Teile der Strahlen mit der ursprünglichen und verdoppelten Frequenz ab geschwächt werden. Als solcher verläuft nur der Teil des Strahls mit der dreifachen Frequenz entlang dem Rest des Strahlpfads durch den Laserkopf 68.
Von der Öffnung 77 verläuft der Strahl zu dem Ablenkspiegel 78 und weiter durch die zylindrischen Linsen 81' und 81''. Die zylindrischen Linsen werden verwendet, um Astigmatismus und überschüssige Elipsizität von dem Strahl zu entfernen. Überschüssige Elipsizität wird bestimmt basierend auf einem Streckungsverhältnis des Strahls, welches definiert ist als das Verhältnis der minimalen Strahlabmessung bei einer Fokalebene und der maximalen Strahlabmessung bei der Fokalebene. Ein Streckungsverhältnis von 1 impliziert, dass der Strahl kreisförmig ist, während ein Streckungsverhältnis von 1,1 oder 0,9 impliziert, dass die Breite des Strahls in einer Abmessung ungefähr 10 % größer ist oder kleiner als die Breite in der anderen Abmessung. Streckungsverhältnisse oberhalb von 1,1 oder unterhalb von 0,9 werden im Allgemeinen betrachtet als übermäßig, obwohl in manchen Fällen die Strahlen nützlich sein können.
Von der zylindrischen Linse 81'' verläuft der Strahl zu dem Ablenkspiegel 78. Der größte Teil des Strahls verläuft dann durch den Strahlsplitter 94, während ein kleiner Teil (z. B. ungefähr 1 bis 4 %) reflektiert wird von dem Strahlensplitter zurück zu dem Detektor 85, wo eine Leistungsmessung ausgeführt werden kann, welche anschließend verwendet werden kann zum Bestimmen der Gesamtleistung in dem Strahl. Der Hauptteil des Strahls bewegt sich durch die Linsen 83' und 83'' in dem Strahlfokussiermodul 80. Nach dem Durchlaufen der Linse 83'' wird die Richtung des Strahls neu ausgerichtet durch die zwei Ablenkspiegel 78.
Der Strahl tritt dann wieder ein in das Fokussiermodul und verläuft durch die bewegliche Linse 83'''. Die Position der Linse 83''' wird gesteuert durch den Schrittmotor 87, die bewegliche Befestigung 88 und die Führungsschraube 89. Der Motor ist computergesteuert, so dass die Strahlbrennebene variiert werden kann in Abhängigkeit von der gewünschten Strahlgröße auf der Oberfläche des Aufbaumaterials.
Es wird bevorzugt, dass das Fokussiersystem vorkalibriert ist, so dass eine Anpassung von einer Strahlengröße zu einer anderen ohne Verzögerung ausgeführt werden kann. In dieser Hinsicht wird es bevorzugt, dass ein Kodierer eine Schrittmotorposition bereitstellt, und dass der Computer eine Tabelle der Kodiererpositionen enthält, welche korrespondieren mit verschiedenen gewünschten Strahlgrößen. Basierend auf Werten in der Nachschlagetabelle, kann der Schrittmotor angewiesen werden, sich in eine neue Position zu bewegen basierend auf einer Differenz zwischen der gegenwärtigen Position und der gewünschten Position. Ist die neue Position einmal erreicht, kann der tatsächliche Strahldurchmesser, falls gewünscht, überprüft werden unter Verwendung eines Strahlprofilierungssystems wie in dem zuvor genannten US-Patent Nr. 5,058,988 beschrieben.
Verschiedene alternative Vorgehensweisen zum Einstellen der Strahlgröße werden offensichtlich sein für die Fachleute.
Der Strahl verläuft anschließend zu dem Ablenkspiegel 78 und aus dem Austrittsfenster 90, wonach der Strahl auf die Scannspiegel oder andere optische Komponenten trifft. Der Strahl, welcher durch diesen Laserkopf produziert wird, wird gepulst bei einer nützlichen Frequenz (z. B. 22.2 – 40 kHz oder mehr). Der Laserkopf ist vorzugsweise wassergekühlt durch Hindurchleiten von Wasser durch die Basisplatte, welche die in 1d gezeigten Komponenten trägt. Das Wasser tritt vorzugsweise durch die Öffnung 91 in die Platte ein, verläuft entlang eines Windungsflusspfads und verlässt anschließend die Platte bei der Öffnung 92.
Eine Laserleistungsversorgung kann verwendet werden, um den Betrieb des Lasers auf verschiedene Weisen zu steuern: (1) sie liefert einen gewünschten Betrag an elektrischer Leistung zu den Laserdioden 71, um einen gewünschten optischen Ausgang (z. B. ungefähr 18 W) zu produzieren, (2) sie steuert thermisch elektrische Heizer/Kühler oder andere Heizer/Kühler, um die Temperaturen der Laserdioden, des IR-Lasers und/oder der Umwandlungskristalle zu steuern, (3) sie kann den AOM Q-Schalter steuern, (4) sie kann das Fokussiersystem steuern, (5) sie kann verwendet werden, um den Detektor zu steuern und um Signale davon zu interpretieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozesscomputer verwendet werden, um eines oder mehrere der oben festgehaltenen Elemente zu steuern. Der Prozesscomputer ist vorzugsweise funktionsmäßig verbunden mit der Laserleistungsversorgung, so dass er weiter den Laserbetrieb steuern kann.
Ein bevorzugter Laserkopf, ein IR-Modul und eine Leistungsversorgung werden verkauft von Spectra Physics aus Mountain View, Kalifornien als Teilnummer J30E-BL10-355Q-11 or J30E-BL6-355Q-11.
Das Wasser, welches durch die Basisplatte hindurch verläuft, wird vorzugsweise ebenfalls verwendet, um die IR-Laserdioden 71 zu kühlen. Es wird bevorzugt, dass das Wasser durch die Basisplatte hindurch läuft, bevor es zu den Laserdioden verläuft. Das Wasser kann rezirkuliert werden durch ein geschlossenes Kühlsystem oder ein anderes Rezirkulations- oder Nicht-Rezirkulationssystem. Verschiedene Alternativen zum Wasserkühlen sind möglich und werden offensichtlich sein für die Fachleute.
Bevorzugte Steuerungs- und Datenmanipulationssysteme und -Software werden beschrieben in einer Reihe von den o. g. Patenten einschließlich der US-Patente mit den Nummern 5,184,307; 5,321,622 und 5,597,520.
Unter Bezugnahme nun auf die 1a und 1b wird eine bevorzugte Wiederbeschichtungsvorrichtung beschrieben, in dem US-Patent Nr. 5,902,537 wie oben genannt und umfasst eine Wiederbeschichterschiene 13, eine regulierte Vakuumpumpe 17 und eine Vakuumleitung 19, welche die Schiene 13 und die Pumpe 17 miteinander verbindet.
Andere Komponenten eines bevorzugten SLA (nicht gezeigt) können ein Flüssigkeitsniveausteuerungssystem, eine Aufbaukammer, ein Umgebungssteuerungssys tem mit einem Temperatursteuerungssystem, Sicherheitsverriegelungen, eine Sichtvorrichtung und ähnliches umfassen.
SLAs, auf welchen die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, sind erhältlich von 3D Systems, Inc. aus Valencia, Kalifornien. Diese SLAs umfassen das SLA-250, welches ein CW HeCd-Laser, welcher betrieben wird bei 325 nm, dass SLA-3500, das SLA-5000 und das SLA-7000, welche Festkörperlaser verwenden, welche bei 355 nm betrieben werden mit Pulswiederholungsraten von jeweils 22,2 kHz, 40 kHz und 25 kHz. Bevorzugte Aufbaumaterialien sind Photopolymere, welche hergestellt werden durch CIBA Speciality Chemicals aus Los Angeles, Kalifornien und sind erhältlich von 3D Systems Inc. Diese Materialien umfassen SL 5170, SL 5190 und SL 5530HT.
Der typische Betrieb eines SLA umfasst die abwechselnde Bildung von Beschichtungen auf Material (d. h. Schichten von Material) und die selektive Aushärtung von diesen Beschichtungen, um ein Objekt aus einer Mehrzahl von anhaftenden Lagen zu bilden. Man kann sagen, dass der Prozess beginnt, wenn die Aufzugsplattform 9 eintaucht, um eine Lagendicke unterhalb der oberen Oberfläche 20 des Photopolymers 5. Die Photopolymerbeschichtung wird selektiv mit der vorgeschriebenen Anregung (z. B. einem UV-Strahlungsstrahl), welche das Material aushärtet zu einer gewünschten Tiefe belichtet, um eine anfängliche Lage des Objekts zu bilden, welche anhaftet an der Aufzugsplatteform. Diese anfängliche Lage korrespondiert mit einem anfänglichen Querschnitt des Objekts, welches gebildet werden soll oder korrespondiert mit einem anfänglichen Querschnitt von Unterstützungen, welche verwendet werden können, um das Objekt an die Plattform anzuhaften. Nach der Bildung dieser anfänglichen Lage werden die Aufzugsplattform und die anhaftende anfängliche Lage abgesenkt um einen Nettobetrag von einer Lagendicke in das Material.
Hiernach können die Lagendicke und andere Abstandseinheiten ausgedrückt werden in einer der drei Einheiten (1) Inch, (2) Milli-Inch (d. h. mils), oder (3) Milli meter. Da das Material typischerweise sehr viskos ist und die Dicke von jeder Lage sehr dünn (z. B. 4 mils bis 10 mils) kann das Material nicht sofort eine Beschichtung bilden über der zuletzt ausgehärteten Lage (wie in 1a gezeigt). Für den Fall, dass eine Beschichtung nicht sofort gebildet wird, kann eine Wiederbeschichtungsvorrichtung Streifen auf oder etwas oberhalb der Oberfläche des Ausbaumaterials (z. B. ein flüssiges Photopolymer) angebracht sein, um bei der Bildung einer neuen Beschichtung behilflich zu sein. Der Beschichtungsbildungsprozess kann das Uberstreichen der Wiederbeschichtungsstange eines oder mehrere Male bei einer gewünschten Geschwindigkeit umfassen.
Nach der Bildung dieser Beschichtung wird die zweite Lage ausgehärtet durch eine zweite Belichtung des Materials mit einer vorgeschriebenen Anregung in Übereinstimmung mit Daten, welche einen zweiten Querschnitt des Objekts darstellen. Dieser Prozess der Beschichtungsbildung und Aushärtung wird mehrfach wiederholt, bis das Objekt gebildet ist aus einer Mehrzahl von anhaftenden Lagen (21, 23, 25, 27, 29, 31 und 33).
In manchen Aufbautechniken kann eine unvollständige Aushärtung von manchen oder allen Objektquerschnitten auftreten. Alternativ kann in manchen Prozessen eine Objektlage, welche verbunden ist mit einer gegebenen Schicht (d. h. eine Lage, deren Position relativ zu dem Rest des Objekts positioniert werden sollte auf dem Niveau, welches korrespondiert mit dem der Materialschicht), nicht belichtet werden oder nur teilweise belichtet werden in Verbindung mit dieser Schicht (d. h. wenn diese Schicht angeordnet ist auf der Oberfläche der Flüssigkeit). Stattdessen kann diese Lage gebildet werden im Ganzen oder zum Teil in Verbindung mit einer nachfolgend geformten Schicht, wobei die Belichtung, welche angewandt wird auf diese nachfolgende Schicht der Gestalt ist, dass sie eine Materialtransformation verursacht zu einem solchen Grad, um eine Aushärtung in dem Material zu verursachen auf dem Niveau des zugehörigen Querschnitts. Mit anderen Worten, kann die Schicht, welche verbunden ist mit einer gegebenen Lage, nicht die Lage sein, in Verbindung mit welcher die Lage ausgehärtet werden wird. Es kann gesagt werden, dass die Schicht, in Verbindung mit welcher eine Lage oder ein Teil einer Lage gebildet wird, die Schicht ist, welche angeordnet ist auf der Materialoberfläche zu der Zeit, in der die Lage ausgehärtet wird. Die Schicht, mit der eine Lage in Verbindung steht, ist die Schicht, welche korrespondiert mit der dimensionsmäßig korrekten Position der Lage, relativ zu dem Rest des Objekts.
2a zeigt eine Seitenansicht eines Objekts 41, welches stereolithographisch hergestellt werden soll. Hinsichtlich des Bildens von horizontalen Schichten zeigt diese Figur die vertikale Achse (Z) und eine der Horizontalachsen (X). Dieses Objekt wird verwendet werden, um manche Aspekte einer bevorzugten Ausführungsform und eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Dieses Objekt umfasst zwar horizontale (d. h. flache) abwärts gerichtete Merkmale: eines an dem Boden 43 des Objekts und das andere an der oberen Kante 45 des Lochs 47 durch die Mitte des Objekts. Auf ähnliche Weise umfasst dieses Objekt zwei horizontale (d. h. flache) aufwärts gerichtete Merkmale: eines auf der Oberseite 49 des Objekts und das andere auf der niedrigeren Kante 51 des Lochs 47 durch die Mitte des Objekts. Dieses Objekt umfasst zwei vertikale Wände 53 und 55, welche angeordnet sind auf jeder Seite des Lochs 47. Dieses Objekt umfasst auch zwei nicht horizontale (manchmal nahezu flach bezeichnete) aufwärts gerichtete Regionen 57 und 59, welche angeordnet sind auf jeder Seite des Objekts und zwei nicht horizontale abwärts gerichtete Regionen 61 und 63, welche auf jeder Seite des Objekts angeordnet sind.
2b veranschaulicht das Objekt, wie es vielleicht gebildet wird mit einer gewünschten Auflösung unter Verwendung von Stereolithographie, wobei die MSD oder MRD (diskutiert in den US-Patenten mit den 5,597,520 und 5,002,538) des Materials, weniger oder gleich der gewünschten Schichtdicke (d. h. Auflösung) sind. In diesem Beispiel ist die Dicke 220 von jeder Schicht die gleiche. Wie angedeutet, wird das Objekt gebildet von 16 anhaftenden Lagen 101 bis 116 und 16 zugehörigen Schichten von Material 201 bis 216. Da die Schichten typischerweise ausgehärtet werden von ihrer oberen Oberfläche abwärts, ist es typisch, Querschnittsdaten, Lagen und Schichtzeichnungen mit dem oberen Ausmaß ihrer Positionen zu verbinden. Um eine Anhaftung zwischen den Lagen sicherzustellen, werden typischerweise zumindest Teile von jeder Lage ausgestattet mit einer Menge von Belichtung, welche eine Aushärtetiefe von mehr als einer Lagendicke ergibt. In manchen Fällen kann die Verwendung von Aushärtetiefen, welche größer sind als eine Lagendicke, nicht notwendig sein, um eine Anhaftung zu erhalten. Um die Genauigkeit zu optimieren ist es typisch, die Objektdaten zu manipulieren, so dass sie für eine MSD stehen, welche größer ist als eine Schichtdicke oder um die Belichtung der abwärts gerichteten Regionen zu begrenzen, so dass sie nicht ausgehärtet werden zu einer Tiefe von mehr als einer Schichtdicke.
Ein Vergleich der 2a und 2b verdeutlicht, dass das Objekt, wie es in diesem Beispiel reproduziert wird, überdimensioniert ist, relativ zu seinem ursprünglichen Design. Vertikale und horizontale Merkmale werden korrekt positioniert; aber diejenige Merkmale, welche geneigt sind oder nahezu flach sind (weder horizontal noch vertikal sind) haben ausgehärtete Schichten, deren minimale Erstreckung die Hülle des Objektdesigns berührt und deren maximale Erstreckung hervorsteht jenseits des ursprünglichen Designs.
Eine weitergehende Diskussion von Datenzugehörigkeit, Belichtung und Bemessungsfragen kann gefunden werden in den US-Patenten mit den Nummern 5,184,307 und 5,321,622 sowie eine Reihe von anderen Patenten, welche oben genannt wurden.
Die 2c zeigt das Objekt, wie es in 2b hergestellt ist, wobei jedoch verschiedene Regionen des Objekts und der Objektlagen unterschieden werden. In einem Klassifikationsschema (wie beschrieben in dem US-Patent Nr. 5,321,622) kann jede Lage des Objekts hergestellt sein aus einer, zwei oder drei verschiedenen Regionen: (1) abwärts gerichtete Regionen; (2) aufwärts gerichtete Regionen, und (3) durchgängige Regionen (d. h. Regionen, welche weder abwärts gerichtet, noch aufwärts gerichtet sind). In diesem Schema können die folgenden acht Vektortypen verwendet werden, obwohl andere definiert und verwendet werden können:
Zusammengenommen definieren die abwärts gerichteten Grenzen, die abwärts gerichteten Hatch und die abwärts gerichteten Fill die abwärts gerichteten Regio nen des Objekts. Die aufwärts gerichteten Grenzen, die aufwärts gerichteten Hatch und die aufwärts gerichteten Fill definieren die aufwärts gerichteten Regionen des Objekts. Die durchgängigen Grenzen und die durchgängigen Hatch definieren die durchgängigen Regionen des Objekts. Da die abwärts gerichteten Regionen nichts unter sich haben, so dass eine Anhaftung wünschenswerterweise erreicht wird (anders als mögliche Unterstützungen), umfasst das Ausmaß der Belichtung, welches angewandt wird auf die Region typischerweise nicht eine Extramenge, um eine Anhaftung an eine untere Lage zu verursachen, obwohl eine Extrabelichtung gegeben werden könnte, um auf geeignete Weise fertig zu werden mit allen MSD-Fragen, welche existieren. Da aufwärts gerichtete und durchgängige Regionen ausgehärtetes Material unter sich haben, umfasst die Belichtungsmenge, welche auf diese Region angewandt wird, typischerweise einen Extrabetrag, um eine Anhaftung an eine untere Lage herzustellen.
Die Tabelle 2 zeigt die verschiedenen Regionen, welche auf jeder Lage für 2c gefunden wurden.
Tabelle 2: Objektregionen, welche auf jeder Lage aus Figur 2c existieren
Andere Schemata von Regionenidentifizierung oder Vektortyperzeugung werden beschrieben in den verschiedenen Patenten und Anmeldungen, welche oben genannt wurden, einschließlich der US-Patente mit den Nummern 5,184,724; 5,209,878; 5,238,639; 5,597,520; 5,943,235; 6,084,724; und 5,902,538. Andere Schemata umfassen möglicherweise die Verwendung von weniger Bezeichnungen wie beispielsweise: (1) Definieren lediglich von nach außen gerichteten Regionen und durchgängige Regionen, wobei abwärts gerichtete und aufwärts gerichtete Regionen kombiniert werden, um die nach außen gerichteten Regionen zu bilden; (2) Kombinieren aller Fill-Typen in eine einzige Bezeichnung; oder (3) Kombinieren von aufwärts gerichteten und durchgängigen Hatch in eine einzige Bezeichnung oder sogar alle drei Hatch-Typen in eine einzige Bezeichnung. Andere Schemata können die Verwendung von mehreren Bezeichnungen umfassen wie beispielsweise das Teilen von einer oder beiden der aufwärts gerichteten und abwärts gerichteten Regionen in flache Regionen und nahezu flache Regionen.
Andere Regionenidentifizierungen können umfassen die Identifizierung, welche Teile der Grenzregionen, welche zugeordnet sind zu jeder Lage nach außen gerichtet sind und/oder nach innen bezüglich der Schicht. Nach außen gerichtete Grenzregionen sind zugeordnet zu den anfänglichen Querschnittsgrenzen (ICSB). Die ICSB können betrachtet werden als die Querschnittsgrenzregionen, welche vor den Querschnitten in die verschiedenen gewünschten Regionen existieren. Die ICSBs werden beschrieben in den US-Patenten mit den Nummern 5,321,622 und 5,597,520. Innere Grenzen sind gebunden an beide Seiten der Objektteile der Lage, wohingegen nach außen gerichtete Grenzen gebunden sind auf einer Seite durch einen Objektteil der Lage und auf der anderen Seite durch einen Nicht-Objektteil der Lage.
Wir wenden unsere Aufmerksamkeit nun einer speziellen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu, welche beschrieben werden wird im Hinblick auf die vorläufige Information und den Hintergrund, welcher oben bereitgestellt wurde. Die Überschriften, welche verbunden sind mit den folgenden Ausführungsformen, sollen behilflich sein beim Lesen dieser Offenbarung, aber nicht die Anwendbarkeit der Lehren hierin zu isolieren oder zu begrenzen auf diejenigen individuellen Ausführungsformen in Verbindung mit denen die explizite Offenbarung gegeben wird.
Erste bevorzugte Ausführungsform
3 zeigt ein Fließdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Diese Ausführungsform verlangt eine Verminderung der Produktion der synergistischen Anregung während der Zeitperioden, in denen der Strahl nicht benötigt wird. In dieser Ausführungsform wird es bevorzugt, dass der Strahl nicht lediglich behindert wird beim Erreichen der Oberfläche des Aufbaumaterials, sondern dass die Produktion der Anregung vermindert wird, und mehr bevorzugt unterbleibt während dieser Perioden. Das Element 300 zeigt an, dass das Aufbaumaterial einem Strahl mit einer vorgeschriebenen Anregung ausgesetzt wird. Das Element 302 zeigt an, dass eine Analyse gemacht wird, um zu bestimmen, ob die nächste Belichtung auftreten wird innerhalb einer Zeit T₁ oder nicht. Wenn die Belichtung innerhalb der Zeit T₁ auftreten soll, kehrt der Prozess zurück zum Element 300, so dass die Belichtung fortdauern kann. Wenn die Belichtung nicht innerhalb der Zeit T₁ auftreten soll, wird die Strahlleistung daran gehindert, einen Frequenzumwandlungskristall zu erreichen, wie durch das Element 304 angezeigt. Das Element 306 zeigt an, dass eine Analyse ausgeführt wird, um zu bestimmen, ob eine nächste Belichtung auftreten wird in einer Zeit T₂ oder nicht. Wenn die Belichtung nicht auftritt innerhalb der Zeit T₂ fährt der Prozess damit fort, durch das Element 306 zu laufen. Wenn bestimmt wird, dass die Belichtung auftreten sollte innerhalb einer Zeit T₂ wird eine Leistung wieder angewendet auf den Frequenzumwandlungskristall (Element 308), so dass eine vorgeschriebene Stimulationsproduktion wieder initiiert wird und das die Belichtung wieder auftreten kann in Übereinstimmung mit dem Element 300.
Ein Vorteil dieser Technik ist die Verlängerung der effektiven Lebensdauer des Lasersystems. In diesem Zusammenhang bezieht sich der Begriff „effektive Le bensdauer" auf die Stundenzahl der Objektbildung, welche erhalten werden kann von dem Laser zwischen Reparaturen. Wenn ein frequenz-umgewandelter Laser verwendet wird bei der Produktion von ultra-violetter Strahlung, wurde eine Beschädigung der Ausgangsoberfläche des Frequenzumwandlungskristalls beobachtet, welche verantwortlich ist für die UV-Strahlungsproduktion. Diese Beschädigung war verantwortlich für eine signifikant verkürzte Laserlebensdauer. Da das Ausmaß an Beschädigung des UV-Strahlung produzierenden Kristalls wohl direkt im Zusammenhang steht mit der Leistung, welche von dem Kristall produziert wird und der Betriebszeit, verlängert die vorliegende Erfindung die effektive Lebensdauer des Lasers durch Verminderung der Leistung, welche den Kristall verlässt. Ein bevorzugter Laser zur Verwendung in dieser Ausführungsform ist der Laser, welcher veranschaulicht wird in den 1c und 1d. Wie angedeutet, ist ein AOM (d. h. ein akkusto-optischer Modulator) 72 angeordnet zwischen dem IR-Laserkopf 70 und zwei Frequenzumwandlungskristallen 74 und 76. Der AOM wird gesteuert durch den Systemsteuerungscomputer (z. B. einen Prozesscomputer), um die Leistung daran zu hindern, die Frequenzumwandlungskristalle zu erreichen, wenn sie nicht benötigt wird zur Belichtung des Aufbaumaterials 5 auf der Oberfläche 20 oder für einen anderen Zweck. Da es nicht ungewöhnlich ist für die Beschichtungszeit und andere Perioden von Nicht-Belichtung 50 % der tatsächlichen Zeit zum Bilden eines Objekts zu übersteigen, ist es möglich, für diese Techniken die Laserlebensdauer zu verdoppeln oder sogar weiter zu verlängern.
Das Ergebnis dieser Technik wird veranschaulicht in 4, wo ein Diagramm der Laserausgangsleistung (Ausgang einer vorgeschriebenen Stimulation) als eine Funktion der Zeit gezeigt wird. In diesem Diagramm umfasst der Zeitablauf die Belichtung von drei Schichten und die Bildung von zwei Schichten. Verschiedene Schichtenbildungsereignisse werden gezeigt in der Figur: (1) PB = Strahlprofilierung und Analyse, (2) Belichten = Belichten einer Schicht, um eine Lage zu bilden, (3) Pd = Voreintauchverzögerung, (4) Beschichten = Zeit zum Bilden einer Schicht über einer zuvor gebildeten Lage, welche typischerweise die Zeit ist, um eine Wiederbeschichtungsvorrichtung über eine zuvor geformte Lage zu streichen, und (5) Z-Warten = Verzögerungszeit nach dem Herüberstreifen bevor die Belichtung anfängt.
Wie angedeutet, wird während der Belichtungsperioden die vorgeschriebene Anregung produziert bei gewünschten Niveaus für die Objektproduktion. Wie ebenfalls angedeutet, wird während der Nicht-Belichtungszeiten die Anregungsmenge drastisch reduziert. Während der Nicht-Belichtungszeit, welche sich über mehr als ein paar Sekunden erstreckt, wird es bevorzugt, dass die vorgeschriebene Anregungsproduktion reduziert wird auf unter 50 % ihres Belichtungsniveaus, mehr bevorzugt unter 75 %, sogar mehr bevorzugt unter 90 % und am meisten bevorzugt wird sie vollständig verhindert.
Neben den in 4 festgehaltenen Verhinderungsperioden, können andere Perioden existieren, wenn eine Verhinderung auftreten kann. Eine solche Zeit ist bekannt als Inter-Hatch-Verzögerung und wird beschrieben in dem US-Patent Nr. 6,399,010. Verhinderung oder Verminderung kann auch auftreten während all dieser Perioden, einem Teil von jeder Periode oder sogar nur einem Teil von einer dieser Perioden oder während einiger anderer Perioden.
Verschiedene Wege können verwendet werden, um die Laserleistung zu reduzieren. Je schneller die Fähigkeit ist, die Leistung zu reduzieren und anschließend die Leistung wieder herzustellen, desto effektiver kann die Technik dieser Ausführungsform sein. Wie oben festgehalten, kann ein akkusto-optischer Modulator verwendet werden, um die Leistung zu variieren, welche die Frequenzumwandlungskristalle erreicht. Da der AOM verwendet werden kann, um die Produktion vollständig zu verhindern oder um die Leistung irgendwo zwischen 0 % und 100 % zu variieren innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde, ist er eine bevorzugte Vorrichtung für diese Ausführungsform, sowie für andere Ausführungsformen, welche später diskutiert werden.
Andere Techniken zum Steuern der Laserleistung umfassen: (1) einen Mechanismus zum variablen Bereitstellen von elektrischer Leistung zu der Laserdiodenquelle, welche Pumpenergie bereitstellt für die Laserquelle, (2) einen Mechanismus zum variablen Steuerungsbetrieb eines Q-Schalters in der Laserquelle, (3) einen elektro-optischen Modulator, (4) einen Mechanismus zum variablen Steuern einer Pulswiederholungsrate der Leistung in dem Strahl, (5) einen Mechanismus zum Steuern der Temperatur einer Laserdiodenquelle, welche Pumpenergie für die Laserquelle bereitstellt, (6) einen Mechanismus zum Steuern einer Temperatur eines Frequenzumwandlungskristalls, durch den der Strahl von der Laserquelle hindurch läuft, und (7) einen computergesteuerten Verschluss. Die Zeitperiode T₁ kann basieren auf verschiedenen Faktoren. Beispielsweise können diese Faktoren umfassen (1) Zeit zum Abschwächen oder Behindern des Strahls, und (2) Zeit zum Reaktivieren des Strahls und zum Stabilisieren desselben. Die Zeitperiode T₂ kann basieren auf verschiedenen Faktoren, welche auch umfassen (2) von oben und die Periode zwischen Wiederüberprüfungs-Wiederbeurteilungen. In einer Alternative kann die Entscheidung, den Strahl einzuschalten, basieren auf dem Ablauf einer Count-Down-Uhr anstelle des Durchlaufens einer Vergleichsroutine.
Zweite bevorzugte Ausführungsform
Diese Ausführungsform stellt eine Technik bereit zum effektiven Steuern der Vektorbelichtung, insbesondere wenn hohe Scanngeschwindigkeiten verwendet werden. Diese Technik verbindet ausgewählte Belichtungsvektoren (d. h. Vektoren, welche dazu vorgesehen sind, Aufbaumaterial zu belichten) mit einem oder mehreren Nicht-Belichtungsvektoren (d. h. Vektoren, welche verwendet werden, um die Strahlscannrichtung und -geschwindigkeit neu auszurichten, ohne signifikant das Aufbaumaterial zu belichten), so dass sichergestellt ist, dass am Beginn eines Belichtungsvektors die Scanngeschwindigkeit und die Bewegungsrichtung geeignet sind für den zu verfolgenden Vektor. Auf ähnliche Weise wird am Ende eines Belichtungsvektors sichergestellt, dass die Scanngeschwindigkeit geeignet für den Vektor bleibt.
Ein Fließdiagramm, welches eine Implementierung dieser Ausführungsform darstellt, wird bereitgestellt als 5. 5 beginnt mit dem Element 400, welches eines Variable „i" gleich 1 setzt. Diese Variable stellt eine Bezeichnung bereit für jeden Belichtungsvektor, welcher gezogen werden soll. Der nächste fortlaufende Belichtungsvektor wird bezeichnet mit „i + 1".
Das Element 402 fordert das Liefern von Daten, welche einen ersten Belichtungsvektor darstellen, EV₁ und einen zweiten Belichtungsvektor, EV_i+1. Manche Parameter für jeden Vektor umfassen: (1) Anfangs-X-Positionen für jeden Vektor, Xi_b, X(i + 1)_b; (2) Anfangs-Y-Positionen für jeden Vektor, Yi_b, Y(i+1)_b; (3) End-X-Positionen für jeden Vektor, Xi_e, X(i + 1)_e; (4) End-Y-Positionen für jeden Vektor, Yi_e, Y(i + 1)_e; (5) X-Komponente der Scanngeschwindigkeit für jeden Vektor, SX₁ und SX_i+1; und (6) Y-Komponente der Scanngeschwindigkeit für jeden Vektor, SY₁ und SY_i+1.
Das Element 404 fordert die Lieferung von Werten für vier globale Steuerungsparameter: (1) HSBorder: Maximale Ziehgeschwindigkeit pro Achse für Grenzen, welche keine Rampen benötigen = N1; (2) HSRamp: Geschwindigkeitsveränderung, welche erhalten wird, wenn eine maximale Beschleunigung angewandt wird = N2; (3) HSRest: Geschwindigkeit, bei welcher die Richtungsänderungsübergänge auftreten dürfen = N3; und (4) FF: Zeitperiode zum Anwenden von Vorkopplungsbefehlen an die Enden von manchen Vektoren = N4. Manche bevorzugte Werte für diese Parameter umfassen HSBorder = 70 ips (d. h. Inches/Sekunde), HSRamp = 25 ips/tick, HSRest = 70 ips, und FF = 4 ticks. In einem bevorzugten System ist 1 tick = 15 Mikrosekunden.
Das Element 406 fordert eine Bestimmung der Geschwindigkeitsdifferenz entlang jeder der X- und Y-Achsen zwischen den ersten und zweiten Vektoren. Diese Information zusammen mit den globalen Parametern 406 wird genommen als Eingang für das Element 408.
Das Element 408 fordert eine Analyse, ob jeder der ΔSX oder ΔSY größer ist als N1 oder nicht. Wenn diese Bedingung erfüllt wird, heißt das, dass ein Übergang zwischen den zwei Vektoren nicht auftreten kann ohne die Einführung von zwei oder mehreren Nicht-Belichtungsvektoren. Wenn die Antwort „ja" ist, fährt der Prozess fort mit Element 410, wo der Prozess des Erzeugens von nicht Nicht-Belichtungsvektoren beginnt. Alternativ, dazu, wird wenn die Antwort „nein" ist, der Prozess fortfahren mit Element 424, wo eine andere Anfrage gemacht wird.
Das Element 410 fordert Anwendung einer Vorkopplungsbeschleunigungssteuerung am Ende des „i"ten Belichtungsvektors EV_i für eine Periode N4, Blockieren des Strahls, wenn das Ende des „i"ten Belichtungsvektor EV_i erreicht ist und das Einsetzen eines ersten Rampenvektors RV1_i parallel zu dem „i"ten Belichtungsvektor EV_i an dem Ende von EV_i. Vorkopplung ist das Konzept des Anwendens von Beschleunigungsbefehlen vor der Zeit, in der eine Veränderung in der Richtung oder Geschwindigkeit auftreten soll. Der Betrag an Beschleunigungskraft, welche angewendet werden soll und die Zeit, über welche er angewandt werden soll, können empirisch bestimmt werden basierend auf der Optimierung der Positionierung und der Scanngeschwindigkeit am Ende des ersten Vektors und am Beginn des zweiten Vektors. Es kann bevorzugt sein Fehler beim Abrunden von Ecken zu machen anstatt sie zu überschreiten. Die Optimierung kann basieren auf der Minimierung des Gesamtfehlers hinsichtlich der Position und/oder der Scanngeschwindigkeit, welche resultiert, wenn der Übergang gemacht wurde. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform werden die Scannspiegelbefehle vorzugsweise alle 15 Mikrosekunden auf den neuesten Stand gebracht. Jede 15 Mikrosekunden-Periode wird betrachtet als ein „tick". In einem bevorzugten System wurde die maximale Beschleunigung eingestellt auf ungefähr 25 inches/sek./tick. In diesem System wurde empirisch bestimmt, dass die Verwendung einer Vorkopplungsperiode von 4 ticks gute Resultate erzeugt. Natürlich können andere Werte von N4 verwendet werden beim Spezifizieren der Vorkopplungsperiode in Abhängigkeit von den Systembedingungen und allen gewünschten Positionierungs- und Geschwindigkeitstoleranzkriterien.
Das Element 412 fordert das Einstellen der Zeit und/oder der Länge des ersten Rampenvektors RV1, auf einen Minimalbetrag, welcher notwendig ist, um es sowohl dem X-Scanner, als auch dem Y-Scanner zu gestatten, eine gewünschte Scanngeschwindigkeit zu erreichen, wenn ein gewünschtes maximales Beschleunigungsniveau N2 angewandt wird. Die Scannzeit für den ersten Rampenvektor kann mathematisch ausdrückt werden als das Größere von (SXi – N3 – N4·N2)/N2 oder (SYi – N3 – N4·N2)/N2.
Die Länge des Rampenvektors kann bestimmt werden von der abgeleiteten Zeitberechnung und dem verwendeten Beschleunigungswert N2.
Das Element 414 fordert die Erzeugung eines Ubergangsvektors TV_i, welcher am Ende des ersten Rampenvektors RV1_i startet und sich in dieselbe Richtung erstreckt wie der erste Rampenvektor für eine Zeitdauer, welche gleich ist zu einem normalen Vorkopplungsbetrag N4. In dieser Ausführungsform empfängt die gesamte Länge des Vektors Vorkopplungsbeschleunigungsbefehle. Die Vorkopplungsbeschleunigungsbefehle beschleunigen jeden Scanner auf geeignete Art, um einen Sprungvektor, welcher in dem Element 420 erzeugt werden wird, umzuwandeln. Als solches können an diesem Punkt des Prozesses die Vorkopplungskriterien nicht speziell eingestellt werden.
Das Element 416 fordert das Einsetzen eines zweiten Rampenvektors RV2_i parallel zu dem nächsten Belichtungsvektor EV_i+1, so dass der zweite Rampenvektor RV2_i endet an dem Beginn von EV_i+1. Die X- und Y-Komponenten der Scanngeschwindigkeit am Ende des zweiten Rampenvektors sind gleich den gewünschten Werten für den nächsten Belichtungsvektor.
Das Element 418 fordert das Setzen der Zeit/Länge des zweiten Rampenvektors RV2_i. Die Zeit/Länge wird gesetzt auf einen Betrag, welcher größer ist oder gleich dem Minimum, welches notwendig ist, um zu wechseln von einer Scanngeschwindigkeit N3 des Sprungvektors zu der Scanngeschwindigkeit des nächsten Belichtungsvektors. Die Zeitperiode zum Scannen des zweiten Rampenvektors kann spezifiziert werden, so dass sie gleich ist oder größer als das größere von (SXi+1 – N3)/N2 oder (SYi+1 – N3)/N2.
Die Länge des Rampenvektors kann bestimmt werden von abgeleiteten Zeitrechnungen und dem verwendeten Beschleunigungswert N2.
Das Element 420 fordert das Einsetzen eines Sprungvektors JV₁ von dem Ende des ersten Rampenvektors RV1 zum Anfang des zweiten Rampenvektors RV2₁. Die Vorkopplungsbeschleunigungsbefehle werden angewandt über die letzten N4-ticks des Sprungvektors JV₁. Am Ende des Sprungvektors (d. h. am Anfang des nächsten Belichtungsvektors), ist die Ausbreitung des Strahls ungehindert, so dass es ihm gestattet ist, durch das optische System hindurch zu laufen zu dem Aufbaumaterial.
Das Element 422 fordert das Steuern der Scannspiegel in Übereinstimmung mit den Belichtungsvektoren und allen erzeugten Nicht-Belichtungsvektoren.
Das Element 424 wird erreicht durch die Schlussfolgerung in dem Element 408, dass die Veränderung in sowohl den X- als auch dem Y-Scanngeschwindigkeitskomponenten kleiner ist, als ein akzeptabler Betrag, welcher eingestellt wurde durch die HSBorder-Variable. Das Element 424 fordert eine Analyse, ob der Endpunkt des „i"ten Belichtungsvektors EV_i zusammenfällt mit dem Startpunkt des (i + 1)ten Belichtungsvektors EV_i+1.
Wenn die Endpunkte äquivalent sind, geht der Prozess über zu Element 422. Durch Verfehlen des Kriteriums des Elements 408 und Bestehen des Kriteriums des Elements 424 kann gefolgert werden, dass eine Umwandlung zwischen dem „i"ten Belichtungsvektor und dem (i + 1)ten Belichtungsvektor ausgeführt werden kann mit einer ausreichenden Genauigkeit unter Verwendung von lediglich Vorkopplungsbefehlen, welche angewandt werden auf das Ende des „i"ten Belichtungsvektors.
Wenn das Kriterium des Elements 424 nicht erfüllt wird, geht der Prozess über zu dem Element 426, wobei ein Übergangsvektor JV_i eingesetzt wird zwischen den „i"ten und (i + 1)ten Belichtungsvektoren. Dieser Übergangsvektor wird verwendet, um die Lücke zwischen den zwei Vektoren zu überbrücken. Zusätzliche Nicht-Belichtungsvektoren werden typischerweise nicht gebraucht, da es möglich ist, die gewünschten Änderungen in der Richtung und der Geschwindigkeit zu erreichen, basierend auf der Verwendung von Vorkopplungsbeschleunigungsbefehlen am Ende des „i"ten Ubergangsvektors und dem Ende des Sprungvektors JV_i.
Das Element 428 fragt an, ob der EV_i der letzte zu bildende Vektor ist. Wenn er es nicht ist, wird die Variable „i" um 1 erhöht (Element 432) und der Prozess geht zurück durch die Elemente 402 bis 428. Wenn der „i"te Belichtungsvektor der letzte Vektor ist, geht der Prozess über zu Element 430, wo der Strahl verhindert wird und der Prozess endet.
Die Anwendung der Vorgehensweise, welche in 5 gezeigt wird, wird veranschaulicht mit der Hilfe der 6 und 7. 6 zeigt eine Draufsicht auf einen Satz von Vektoren für die Verwendung beim Bilden einer hypothetischen Lage. Diese Vektoren stellen einen Querschnitt des zu formenden Objekts dar und werden ausgelegt in der X-/Y-Ebene. Diese Vektoren umfassen einen Satz von vier Grenzvektoren 440, 442, 444, 446. Sie umfassen auch einen Satz von Vektoren 448, 450 und 452 innerhalb der Grenzen und parallel zu der Y-Achse (z. B. Y-Hatch-Vektoren oder Y-Fill-Vektoren). Diese Querschnittsvektoren umfassen auch einen Satz von Vektoren 454, 456 und 458 innerhalb der Grenzen und paral lel zu der Y-Achse (z. B. Y-Hatch- oder Y-Fill-Vektoren). Jede von diesen Gruppen von Vektoren kann unterschiedliche Belichtungsmengen verwenden, kann verschiedene Positionstoleranzkriterien haben und kann gebildet werden mit verschiedenen Strahlgrößen; als solche kann die Strahlleistung, welche mit jedem dieser Sätze verwendet wird, unterschiedlich sein.
Der Übergang zwischen zwei der Grenzvektoren 444 und 446 wird gezeigt in 7. Obwohl die zwei Grenzvektoren einen Schnittpunkt aufweisen resultiert die Kombination ihrer jeweiligen Scanngeschwindigkeiten und Winkel in einem Übergang, welcher nicht mit einer ausreichenden Genauigkeit ausgeführt werden kann, ohne eine Serie von Nicht-Belichtungsvektoren zu verwenden. Als solches zeigt 7 einen ersten Rampenvektor 460, welcher beginnt an dem Ende des Belichtungsvektors 444 und sich erstreckt in einer Richtung parallel zu der von Vektor 444 und eine Länge aufweist, welche notwendig ist, um die Scanngeschwindigkeit von 444 umzuwandeln runter auf einen gewünschten Betrag (d. h. HSRest). Ein Übergangsvektor beginnt an dem Ende des Rampenvektors 460 und erstreckt sich in einer Richtung parallel zu der des Rampenvektors und weist eine Länge auf, welche gleich ist dem gewünschten Vorkopplungsbetrag (z. B. 4 ticks). Der Übergangsvektor wird gefolgt von einem Sprungvektor welcher sich erstreckt zu dem Beginn eines zweiten Rampenvektors 466. Die Vorkopplungsbefehle werden geliefert an das Ende des Sprungvektors 464, um den Übergang zu der Richtung des zweiten Rampenvektors ohne notwendigerweise die Nettoscanngeschwindigkeit zu ändern. Der zweite Rampenvektor 466 verbindet den Sprungvektor 464 mit dem nächsten Belichtungsvektor 446. Die Länge des Rampenvektors ist ausreichend, um es der Scanngeschwindigkeit zu gestatten, den gewünschten Wert des nächsten Belichtungsvektors zu erhalten.
8 zeigt drei Diagramme von Werten für Scannvariablen (d. h. IR-Leistungsproduktion, UV-Leistung, welche die Wanne erreicht und Scanngeschwindigkeit). Gegenüber den zwei Belichtungsvektoren, welche überbrückt werden durch die Nicht-Belichtungsvektoren aus 7. Wie gezeigt in dem unteren Teil der Figur verbleibt die IR-Leistungsproduktion des Lasers vorzugsweise dieselbe. Wie angezeigt in dem mittleren Bereich der Figur, wird es bevorzugt, dass die UV-Leistung die Wanne erreicht, nur während dem Scannen der zwei Belichtungsvektoren 444 und 446. Es wird bevorzugt, dass die UV-Leistungsproduktion aussetzt während dem Scannen der Nicht-Belichtungsvektoren. Mit einem AOM, welcher als der Strahlverhinderer fungiert, ist es möglich, den Strahl abzuschalten und ihn wieder anzuschalten innerhalb weniger Mikrosekunden. Der obere Bereich der Figur stellt ein Diagramm bereit der Nettoscanngeschwindigkeit, welche resultiert aus der Geschwindigkeit des Scannens der zwei im Wesentlichen orthogonalen Spiegelscanner. Wie gezeigt, wird der Belichtungsvektor 444 mit einer großen Geschwindigkeit 470 gescannt, der Rampenvektor 460 bringt die Geschwindigkeit herunter auf einen gewünschten niedrigeren Betrag, der Übergangsvektor 462 behält die gleiche Nettogeschwindigkeit, der zweite Rampenvektor steigert die Scanngeschwindigkeit auf einen gewünschten Betrag 472 für den Belichtungsvektor 446.
Viele Alternativen zu dieser Ausführungsform existieren und werden offensichtlich sein für die Fachleute. Beispiele von solchen Alternativen umfassen das Ausführen des Koinzidenzchecks von Element 424 vor dem Ausführen des Geschwindigkeitsdifferenzchecks des Elements 408. Ein Sprungvektor kann ausgelöst werden am Ende des ersten Belichtungsvektors EV_i ohne die Scanngeschwindigkeit zu verändern. Verschiedene Mengen an Vorkopplung können verwendet werden, welche reichen von 0 ticks aufwärts.
Verschiedene Werte für die globalen Steuerungsparameter können verwendet werden. Verschiedene globale Steuerungsparameter können verwendet werden. Die Parameterwerte können unterschiedlich sein für verschiedene Elemente des Prozesses. Beispielsweise kann ein unterschiedlicher Betrag an Vorkopplung angewandt werden auf verschiedene Vektortypen.
Dritte bevorzugte Ausführungsform
Die dritte bevorzugte Ausführungsform stellt eine Technik bereit zum Einstellen der Leistungen der vorbeschriebenen Anregungen. Das Element 500 verlangt das Einstellen einer Prozesssteuerungsvariable „i" = 1. Das Element 502 fordert die Bestimmung einer gewünschten Laserleistung DLP basierend auf der gewünschten Belichtung für jeden der Vektoren, welches einen „i"ten Vektorsatz VS(i) ergibt. Der Vektorsatz kann aus verschiedenen Vektoren bestehen. Beispielsweise kann VS alle Vektoren eines einzigen Typs auf einem gegebenen Querschnitt umfassen. VS kann alle Vektoren von allen Typen auf einem einzigen Querschnitt oder auf einer Mehrzahl von Querschnitten umfassen. Die einzelnen Vektoren in VS können verschiedene Belichtungen erhalten, aber eine gemeinsame Laserleistung wird verwendet beim Zeichnen mit den Vektoren.
Das Element 504 fordert die Bestimmung der tatsächlichen Laserleistung (ALP) durch zeitweises Ausrichten des Strahls auf einen Sensor. Es wird bevorzugt, dass dieser Sensor ein Vollflächendetektor ist oder ein Punkt oder ein Schlitzdetektor, von welchem die volle Strahlleistung gemessen werden kann. Es wird bevorzugt, dass dieser Sensor angeordnet ist entlang des optischen Pfads jenseits der Scannspiegel, so dass die Scannspiegel verwendet werden können, um den Strahl zu richten auf den Sensor zu einer gewünschten Zeit und anschließend den Strahl zu richten auf die Oberfläche des Aufbaumaterials.
Das Element 506 fordert die Bestimmung der Differenz zwischen der tatsächlichen Leistung und der gewünschten Leistung. ALP – DLP = ΔLP
Das Element 508 fordert die Bestimmung, ob die Differenz in der Laserleistung innerhalb eines gewünschten Toleranzbandes δLP ist. ΔLP < δLP
Wenn ein positives Resultat ausgegeben wird durch die Analyse des Elements 508 geht der Prozess über zu Element 510, welches die Verwendung des Strahls fordert zur Belichtung VS(i), da keine Veränderung in der Laserleistung nötig ist. Das Element 512 fordert die Anwendung eines Korrekturfaktors für die Leistung basierend auf der Differenz in der Leistung ΔLP. Der Prozess geht dann über zu Schritt 514, welcher eine Belichtung VS(i) mit dem korrigierten Strahl fordert.
Der Prozess geht dann weiter von entweder Schritt 510 oder 514, wo eine Anfrage gemacht wird, ob der VS(i) der letzte Vektorsatz ist oder nicht. Wenn dies der Fall ist, zeigt Element 520 an, dass der Prozess vollendet ist. Falls nicht, geht das Verfahren zu Element 518, wo „i" erhöht wird um 1 und der Prozess geht zurück zu Element 500.
Verschiedene Alternativen zu dieser Ausführungsform sind möglich. Beispielsweise kann das Element 512 die Korrektur der Strahlleistung umfassen, basierend auf einer bekannten Einstellung, um eine gewünschte Leistung zu erhalten, anstatt die Korrektur an einer Leistungsdifferenz festzumachen. Das Element 512 kann neue Parametereinstellungen ableiten von einer Tabelle korrelierender Parametereinstellungen mit entweder einer Veränderung in der Strahlleistung oder des absoluten Werts der Strahlleistung. Das Element 512 kann eine Anpassungs- und Vorkopplungsschleife verwenden in Kombination mit der Leistungsaufnahme, um die Laserleistung auf ein neues gewünschtes Niveau einzustellen, entweder alleine oder in Kombination mit smarten Anpassungen basierend auf den Leistungsdifferenzen.
Die Anpassung der Strahlleistung tritt vorzugsweise auf durch die Verwendung einer Verhinderungsvorrichtung (z. B. und AOM), welche angeordnet ist zwischen einem Laserresonator und zumindest einem Frequenzumwandlungselement, welches verwendet wird beim Produzieren der vorgeschriebenen Anregungen. Alternativ kann die Strahlleistung angepasst werden durch eine Verhinderungsvorrichtung, welche angeordnet ist entlang des optischen Pfads jenseits der Fre quenzumwandlungskristalle oder sogar innerhalb des Laserresonators selbst. Anstatt einen Sensor zu verwenden, auf welchem der Strahl zeitweise präsentiert wird, kann ein Sensor, wie beispielsweise der Sensor 85 in 1d verwendet werden in Kombination mit einer Vielzahl von Leistungsanpassungsvorrichtungen (z. B. denjenigen, welche in Zusammenhang mit der ersten bevorzugten Ausführungsform genannt wurden), welche verschieden sind von dem AOM.
Um die Objektbildung zu optimieren, wird es bevorzugt, dass der Vektorsatz so klein als möglich ist. Insbesondere wird bevorzugt, dass der Vektorsatz weniger als alle Vektoren in Verbindung mit einem besonderen Querschnitt umfasst. Mit anderen Worten wird es bevorzugt, dass mehr als ein Vektorsatz existiert für jeden Querschnitt.
Die Vektorsätze können basieren auf den Vektortypen, welche zuvor für jede Strahlengröße genannt wurden, welche diese Vektoren verwenden wird. Es wird bevorzugt, dass die Leistungsanpassung erreicht wird in weniger als 1 Sekunde, mehr bevorzugt in weniger als 0,5 Sekunden, am meisten bevorzugt in weniger als 0,1 Sekunden. Die Toleranz hinsichtlich der Laserleistung δLP kann so klein sein, wie wenige mW oder so groß wie 10 % der gewünschten Strahlleistung in Abhängigkeit von den exakten Kriterien, welche betrachtet werden.
Die vierte Ausführungsform
Diese Ausführungsform stellt eine Technik bereit zum Ändern der Laserleistung basierend auf einer Schätzung, ob die Veränderung eine gewünschte minimale Einsparung bei der Belichtungszeit ergibt oder nicht. Anstatt Änderungen in der Laserleistung strikt daran festzumachen, ob das Leistungsniveau nicht passt zu einem gewünschten Leistungsniveau oder nicht. Der Wert des Änderns der Leistung wird gesichert durch den Vergleich der Differenz der Scannzeit mit einem wertbasierten Parameter. Wenn der Wert der sich ändernden Leistung geringer ist als derjenige, welcher benötigt wird von dem wertbasierten Parameter, wird die Strahlleistung unverändert bleiben.
Als Beispiel kann die Zeichenzeit zum Scannen VS(i) bei einer ersten Leistung eine erste Zeitperiode brauchen, während die Zeichenzeit bei einer zweiten höheren Leistung eine zweite Zeitperiode brauchen kann. Wenn die Differenz zwischen den ersten und zweiten Zeiten nicht die Zeit übersteigt, um die Leistung umzuschalten, oder anderweitig einen spezifischen wertbasierten Parameter erfüllt, wird das Scannen optimal ausgeführt werden unter Verwendung der ersten Strahlleistung. Ein analoges Verfahren kann verwendet werden zum Bestimmen, ob umgeschaltet werden soll zwischen verschiedenen Strahlgrößen.
Das Element 600 von 10 fordert das Einstellen einer Prozessvariablen „i" gleich 1. Das Element 602 fordert die Bereitstellung eines „i"ten Vektorsatzes VS(i), wobei jeder Vektor in dem Satz belichtet werden wird mit einem Strahl, welcher eine einzige Strahlleistung aufweist.
Das Element 604 fordert das Erhalten einer gewünschten Belichtung für ausgewählte Vektortypen in dem Vektorsatz VS(i). Das Element 606 fordert das Erhalten einer maximalen gewünschten Scanngeschwindigkeit für zumindest einen Typ von Vektor in VS(i). Das Element 608 fordert die Bestimmung der höchsten nutzbaren Laserleistung HLP zur Verwendung beim Belichten von zumindest einem Vektortyp in VS(i). Der ausgewählte Vektortyp oder die Typen sollten diejenigen sein, für welche eine obere Geschwindigkeit beim Scannen nicht überschritten werden darf.
Das Element 610 fordert die Bereitstellung einer tatsächlichen oder gegenwärtigen Laserleistung ALP. Das Element 612 fordert die Bestimmung einer Differenz zwischen der tatsächlichen Laserleistung und der höchsten nutzbaren Leistung. Dies kann ausgedrückt werden als ALP – HLP = ΔLP
Das Element 614 fragt an, ob die Differenz bei der Laserleistung größer als 0 plus einer Toleranz eines Laserleistungstoleranzwerts ist. Dies kann ausgedrückt werden als ΔLP > = 0 + δLP?
Wenn die Antwort auf die Anfrage des Elements 614 „ja" ist, geht der Prozess über zu Element 616, wo die Laserleistung abgesenkt wird von der ALP zu HLP. Ist die Laserleistung einmal zurückgesetzt, belichtet der Prozess den VS(i) unter Verwendung der HLP (Element 618).
Wenn die Antwort der Anfrage des Elements 614 „nein" wäre, fährt der Prozess fort mit Element 620 und 622. Das Element 620 fordert das Ableiten der Belichtungszeit ET_H(I) für den ganzen Vektorsatz in VS(I) unter Verwendung der höchsten nutzbaren Leistung HLP. Das Element 622 fordert die Bereitstellung der Belichtungszeit ET_A(I) für den ganzen Satz von Vektoren in VS(I) unter Verwendung der tatsächlichen Laserleistung ALP.
Das Element 624 fordert die Bestimmung der Differenz zwischen der Belichtungszeit, wenn die tatsächliche Laserleistung verwendet wird und der Belichtungszeit, wenn die höchst mögliche Laserleistung verwendet wird. Dies kann ausgedrückt als ETA(I) – ETH(I) = ΔET
Das Element 626 fragt an, ob die Differenz in der Belichtungszeit oberhalb eines voreingestellten Wertes ist. Der voreingestellte Wert stellt eine Indikation bereit, wie viel Zeit eingespart werden muss, um eine Änderung der Laserleistung zu gewährleisten. Diese Anfrage kann ausgedrückt werden als Is ΔET > δET?
Wenn die Anfrage eine negative Antwort produziert, tritt die Belichtung auf unter Verwendung der tatsächlichen Laserleistung (Element 628). Wenn die Anfrage eine positive Antwort produziert, wird die Laserleistung erhöht auf die höchste nutzbare Leistung (Element 630). Danach fordert Element 632 die Belichtung des Vektorsatzes VS(i) unter Verwendung der höchsten nutzbaren Laserleistung HLP.
Das Element 634 fragt an, ob der „i"te Vektorsatz VS(i) der letzte Vektorsatz ist. Wenn eine bejahende Antwort erhalten wird, geht der Prozess über zu Element 636 und wird beendet. Wenn eine negative Antwort erhalten wird, geht der Prozess über zu Element 638, wo die Variable „i" um 1 erhöht wird, wonach der Prozess zurückgeht zu Element 602, wo die Elemente 602 bis 634 wiederholt werden, bis alle die Vektorsätze verarbeitet wurden.
Verschiedene Alternativen und Modifikationen für diese vierte Ausführungsform sind möglich. Zum Beispiel kann die Ableitung der Belichtungszeit basieren auf einer Schätzung oder auf einer exakten Kalkulation. Der voreingestellte Wert δET kann eine Konstante oder eine Variable sein. Er kann einen Wert eins annehmen, wenn die Veränderung der Leistung eine Totzeit bei der Belichtung verursacht oder er kann Null sein, wenn die Veränderung der Leistung keinen Einfluss hat auf die Aufbauzeit, weil die Veränderung sowieso während einer Nicht-Zeichenperiode auftreten wird. Einige Alternativen wurden hierin oben diskutiert, während andere offensichtlich sein werden für die Fachleute.
Die fünfte Ausführungsform
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung stellt eine andere Technik bereit zum Einstellen der Strahlleistung basierend auf der Betrachtung einer Reihe von Parametern. Diese Ausführungsform verwendet einen Strahl, welcher besteht aus einer Serie von Pulsen mit einer Pulswiederholungsrate und einem Strahldurchmesser (der Durchmesser ist die Querschnittsabmessung des Strahls auf der Arbeitsoberfläche des Aufbaumaterials).
In dieser Ausführungsform spezifiziert ein Systembenutzer eine maximale Zeichengeschwindigkeit mittels einer graphischen Benutzerschnittstelle. Die maximale Zeichengeschwindigkeit wird spezifiziert für ausgewählte Vektoren. Die ausgewählten Vektoren sind diejenigen, deren Scanngeschwindigkeiten als kritisch betrachtet werden für den Aufbauprozess. Alternativ können die Vektoren, für welche eine maximale Scanngeschwindigkeit spezifiziert wurde diejenigen sein, deren Belichtungen bekannt sind, um den Prozess zu steuern basierend auf deren Aushärtetiefen und Ähnlichem, so dass wenn sie einmal spezifiziert sind, die Spezifizierung der maximalen Geschwindigkeit für andere Vektortypen nicht den Prozess ändern würde. Basierend auf interalia bekannten Materialeigenschaften, gewünschten Aushärtetiefen und vielleicht Strahlprofilinformationen wird die Strahlleistung, welche notwendig ist, um die Maximalgeschwindigkeit zu produzieren, berechnet für jeden der Vektortypen. Beispielsweise können der Vektortyp, für welchen maximale Scanngeschwindigkeiten spezifiziert werden, ein Typ von Grenz und ein Typ von Hatch sein, alternativ nur Grenz oder nur Hatch.
Eine Scannspitzengeschwindigkeit wird abgeleitet für jeden Vektortyp. Die Spitzengeschwindigkeit basiert auf dem Laserstrahldurchmesser, der Pulswiederholungsrate und einem Überlappungskriterium, welches spezifiziert wird für jeden Vektortyp. Das Überlappungskriterium spezifiziert wie nahe zwei aufeinander folgende Pulse sein müssen, so dass eine ausreichende Uberlappung erhalten wird. Diese Uberlappung wird üblicherweise betrachtet in Form von Prozentsätzen des Strahldurchmessers. Eine Beispielgleichung für diese Spitzengeschwindigkeit ist Spitzengeschwindigkeit = Q·B·(1 – OL).
Hierbei ist Q die Pulswiederholungsrate in Hz, B ist der Strahldurchmesser auf der Arbeitsoberfläche in Inch oder mm, und OL ist das minimale Überlappungskriterium. Das Ergebnis der Berechnung ist die Scanngeschwindigkeit in Inch/Sekunden oder Millimeter/Sekunden. Das Überlappungskriterium kann empirisch bestimmt werden durch den Aufbau von Testobjekten mit verschiedenen Uberlappungsbeträgen und der Bestimmung, welche Überlappungsbeträge Objekte mit ausreichender Integrität produzieren oder eine andere Aufbaueigenschaft oder Aufbaueigenschaften. Die Minimalüberlappungsbeträge in der Größenordnung von 40 % bis 60 % des Strahldurchmessers wurden als effektiv betrachtet.
Wenn ein System und ein Verfahren mit mehreren Strahldurchmessern verwendet wird, wird die Kleinpunkt-Laserleistung eingestellt auf das niedrigste von:

(1) Leistung für eine maximale Scanngeschwindigkeit für die Grenze, wie abgeleitet von dem Betrag, welcher eingegeben wurde in die graphische Benutzerschnittstelle;
(2) Leistung wie abgeleitet von einer Spitzengeschwindigkeitsberechnung basierend auf der Kleinpunkt-Strahlgröße, dem Grenzüberlappungskriterium und gewünschten Aushärtetiefen, etc.;
(3) eine Leistung für eine Scanngeschwindigkeitshartgrenze, welche kodiert ist in einer Datenbank zur Benutzung mit einer Kleinpunkt-Grenze basierend auf einer gewünschten Aushärtetiefe, etc.;
(4) Leistung für eine maximale Scanngeschwindigkeit für den Hatch wie abgeleitet von dem Betrag, welcher eingegeben wurde in die graphische Benutzerschnittstelle;
(5) Leistung wie abgeleitet von einer Spitzengeschwindigkeitsberechnung basierend auf der Kleinpunkt-Strahlgröße, dem Hatchüberlappungskriterium, erwünschten Aushärtetiefen, etc.;
(6) eine Leistung für eine Hartgrenze, welche kodiert ist in einer Datenbank zur Benutzung mit einem Kleinpunkt-Hatch basierend auf gewünschten Aushärtetiefen, etc.;

Wenn ein einziger festgelegter Strahl verwendet wird anstatt von zwei oder mehreren Strahlen würde die Grenze, welche abgeleitet wird durch den obigen Prozess verwendet, um die Laserleistung einzustellen. Ein ähnlicher Satz von Vergleichen wie oben festgehalten würde verwendet beim Einstellen der Großpunkt-Laserleistung.
Die obigen Prozesse können ausgeführt werden basierend auf dem Vergleich, welcher oben festgehalten wurde, oder anderen Vergleichen, welche das gleiche oder ein ähnliches Ergebnis bereitstellen. Beispielsweise können die Geschwindigkeiten von (1), (2) und (3) verglichen werden und die niedrigste dieser Geschwindigkeiten könnte verwendet werden beim Bestimmen der maximal nutzbaren Laserleistung für eine Kleinpunkt-Grenze. Auf ähnliche Weise können die Geschwindigkeiten für (4), (5) und (6) verglichen werden und der niedrigere Wert könnte verwendet werden beim Bestimmen der maximal nutzbaren Laserleistung für einen Kleinpunkt-Hatch. Die maximalen Laserleistungen für einen Kleinpunkt-Hatch und -Grenze können anschließend verglichen werden und der niedrigere Wert ausgewählt werden als der maximale nutzbare Punkt zur Verwendung mit einem Kleinpunkt und den Vektoren in dem betrachteten Satz von Vektoren. Der Prozess kann wiederholt werden zur Bestimmung von Großpunkt-Leistungseinstellungen.
Für dieses Verfahren existieren viele Alternativen. Beispielsweise müssen die Vektortypen, welche in dem Vergleich oben betrachtet wurden, nur diejenigen sein, welche eingeschlossen sind in dem Vektorsatz, welcher betrachtet wurde. Die maximale Laserleistung kann bestimmt werden für verschiedene Typen von Grenzen, Hatch und sogar Fill. Die maximale Laserleistung muss nicht basieren auf einer benutzeridentifizierten maximalen Scanngeschwindigkeit in manchen Fällen. Die maximale Laserleistung muss nicht basieren auf einer existierenden hart kodierten Begrenzung. Der Prozess ist immer noch anwendbar für einen einzelnen Vektortyp, welcher in dem Vektorsatz enthalten ist.
Verschiedene weitere Alternativen und Modifikationen zu dieser Erfindung sind möglich. Manche von diesen Alternativen wurden hier vorstehend diskutiert, während andere offensichtlich sind für die Fachleute.
Weitere Alternativen:
Implementierung der Verfahren, welche hierin beschrieben wurden, um ein Gerät zum Bilden von Objekten in Übereinstimmung mit den Lehren hierin zu bilden, kann implementiert werden durch das Programmieren eines SLA-Steuerungscomputers oder eines separaten Datenverarbeitungscomputers durch Software oder Hart-Kodierung. Die Verfahren und Vorrichtungen können in jeder Ausführungsform modifiziert werden in Übereinstimmung mit alternativen Lehren, welche explizit beschrieben wurden in Verbindung mit einer oder mehreren der anderen Ausführungsformen. Des Weiteren können die Verfahren und Vorrichtungen in diesen Ausführungsformen und ihren Alternativen modifiziert werden in Übereinstimmung mit verschiedenen Lehren in den oben aufgenommenen Patenten und Anmeldungen. Es wird angenommen, dass die hier enthaltenen Lehren angewandt werden können auf andere RP&M-Technologien.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen beschrieben und veranschaulicht wurden und viele Alternativen vorgeschlagen wurden, werden viele zusätzliche Ausführungsformen und Alternativen offensichtlich sein für die Fachleute beim Durchsehen der hier enthaltenen Lehren. Als solche beabsichtigen diese Ausführungsformen nicht, den Rahmen der Erfindung zu begrenzen, sie sollen statt dessen von beispielhafter Natur sein.
Oben wird Bezug genommen auf das US-Patent Nr. 6,399,010 (Inter-Hatch-Verzögerung). Gleichzeitig mit dieser Anmeldung wurde die europäische Patentanmeldung EP-A-1025982 eingereicht, welche die Priorität von der US-Seriennummer 09/264,504 beansprucht.
Es wird oben auch Bezug genommen auf die US-Anmeldungen, welche die folgenden Seriennummern haben und deren Offenbarung veröffentlicht wurde wie nachstehend angezeigt.

08/722,326 :US-Patent 5,943,235
09/247,120 :US-Patent 6,241,934
08/920,428 :US-Patent 5,902,538 (Kruger et al.)
08/855,125 :US-Patent 6,084,980

Claims

Ein stereolithographisches Verfahren zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts (15) aus einer Mehrzahl von aneinanderhaftenden Lagen durch Belichten von aufeinander folgenden Schichten eines Materials (5) mit einem Strahl einer vorgeschriebenen Anregung, aufweisend: Bereitstellen einer Strahlquelle der vorgeschriebenen Anregung; Bilden einer Schicht von Material benachbart zu jeder zuletzt geformten Schicht von Material in Vorbereitung zur Bildung einer nachfolgenden Lage des Objekts; Aussetzen des Materials dem Strahl der vorgeschriebenen Anregung, um die nachfolgende Schicht des Objekts gemäß einer Mehrzahl von Belichtungsvektoren, welche die nachfolgende Lage repräsentieren, zu bilden; und mehrmaliges Wiederholen der Vorgänge des Bildens und Aussetzens, um das Objekt aus einer Mehrzahl von aneinanderhaftenden Lagen zu bilden, wobei eine Mehrzahl von Nichtbelichtungsvektoren zwischen zumindest einigen Paaren von aufeinander folgenden Belichtungsvektoren (EV) bereitgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Nichtbelichtungsvektoren einen Rampenvektor (RV1i) und einen Sprungvektor (JVi) umfassen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Rampenvektor einen ersten Rampenvektor (RVi) und einen zweiten Rampenvektor (RV2i) umfasst, wobei der Sprungvektor (JVi) in der Mitte dazwischen auftritt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, zusätzlich aufweisend einen Nichtbelichtungssprungvektor (JCi), welcher zwischen dem ersten Rampenvektor (RV1i) und dem zweiten Rampenvektor (RV2i) angeordnet ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der erste Rampenvektor (RV1i) in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung orientiert ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der erste Rampenvektor (RV1i) so gescannt wird, dass er der Scangeschwindigkeit des Strahles ermöglicht, sich von der ersten Geschwindigkeit zu einer Geschwindigkeit zu verändern, welche im Wesentlichen nicht größer ist als eine gewünschte Umlenkungsgeschwindigkeit.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Zeit zum Scannen des ersten Rampenvektors (RV1i) bestimmt wird basierend auf zumindest: einem Unterschied zwischen der ersten Scangeschwindigkeit und der gewünschten Umlenkungsgeschwindigkeit; und einer maximal zulässigen Beschleunigung des Scansystems.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Länge des ersten Rampenvektors (RV1i) bestimmt wird basierend auf zumindest: einem Unterschied zwischen der ersten Scangeschwindigkeit und der gewünschten Umlenkungsgeschwindigkeit; und einer maximal zulässigen Beschleunigung des Scansystems.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der zweite Rampenvektor (RV2i) in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung orientiert ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der zweite Rampenvektor (RV2i) so gescannt wird, dass er es der Scangeschwindigkeit des Strahls ermöglicht, sich von einer ursprünglichen Geschwindigkeit beim Beginn des zweiten Rampenvektors (RV2i) zu der zweiten Geschwindigkeit zu verändern.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Zeit zum Scannen des zweiten Rampenvektors (RV2i) bestimmt wird basierend auf zumindest: einem Unterschied zwischen der ersten Scangeschwindigkeit und der gewünschten Umlenkungsgeschwindigkeit; und einer maximal zulässigen Beschleunigung des Scansystems.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Länge des zweiten Rampenvektors (RV2i) bestimmt wird basierend auf zumindest: einem Unterschied zwischen der ersten Scangeschwindigkeit und der gewünschten Umlenkungsgeschwindigkeit; und einer maximal zulässigen Beschleunigung des Scansystems.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Nichtbelichtungsvektoren weiterhin einen Übergangsvektor (TVi) zwischen dem ersten Rampenvektor (RV1i) und dem Sprungvektor (JVi) aufweisen.
Ein Stereolithographiegerät (1) zum Bilden eines dreidimensionalen Objekts (15) aus einer Mehrzahl von aufeinander haftenden Lagen durch Belichten aufeinander folgender Schichten eines Materials (5) mit einem Strahl einer vorgeschriebenen Stimulation, aufweisend: eine Quelle (70) eines Strahls einer vorgeschriebenen Stimulation; ein Wiederbeschichtungssystem (13) zum Bilden einer Schicht des Materials (5) benachbart zu jeder zuletzt geformten Schicht von Material in Vorbereitung zur Bildung einer nachfolgenden Lage des Objekts (15); ein Scansystem zum Aussetzen des Materials (5) mit dem Strahl der vorgeschriebenen Stimulation zum Bilden der nachfolgenden Lage des Objekts (15) gemäß einer Mehrzahl von Belichtungsvektoren, welche die nachfolgende Lage repräsentieren; und einen Computer (86), welcher programmiert ist, um das Wiederbeschichtungssystem und das Scansystem zu betreiben, um das Objekt (15) aus einer Mehrzahl von aneinander haftenden Lagen zu bilden; wobei die Software so programmiert oder die Hardware so konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Nichtbelichtungsvektoren zwischen zumindest einigen Paaren von aufeinander folgenden Belichtungsvektoren (EVi) bereit zustellen; dadurch gekennzeichnet, dass die Nichtbelichtungsvektoren einen Rampenvektor (RV1i) und einen Sprungvektor (JVi) umfassen.
Das Gerät gemäß Anspruch 13, wobei der Rampenvektor einen ersten Rampenvektor (RV1i) und einen zweiten Rampenvektor (RV2i) umfasst, wobei der Sprungvektor (JVi) in der Mitte dazwischen auftritt.
Das Gerät gemäß Anspruch 13, wobei die Software so programmiert ist oder die Hardware so konfiguriert ist, um den ersten Rampenvektor (RV1i) in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung zu orientieren.
Das Gerät gemäß Anspruch 15, wobei die Software so programmiert ist oder die Hardware so konfiguriert ist, um den ersten Rampenvektor (RV1i) so zu scannen, dass der Scangeschwindigkeit des Strahls ermöglicht wird, sich von der ersten Geschwindigkeit zu einer Geschwindigkeit, welche im Wesentlichen nicht größer ist, als eine gewünschte Umlenkungsgeschwindigkeit zu verändern.
Das Gerät gemäß Anspruch 16, wobei die Software so programmiert ist oder die Hardware so konfiguriert ist, um eine Zeit zum Scannen des ersten Rampenvektors (RV1i) zu bestimmen, basierend auf zumindest (1) einer Differenz zwischen der ersten Scangeschwindigkeit und der gewünschten Umlenkungsgeschwindigkeit und (2) einer maximal zulässigen Beschleunigung des Scansystems.
Das Gerät gemäß Anspruch 16, wobei die Software so programmiert ist oder die Hardware so konfiguriert ist, um eine Länge des ersten Rampenvektors (RV1i) zu bestimmen, basierend auf zumindest: einem Unterschied zwischen der ersten Scangeschwindigkeit und der gewünschten Umlenkungsgeschwindigkeit; und einer maximal zulässigen Beschleunigung des Scansystems.
Das Gerät gemäß Anspruch 17, wobei die Software so programmiert ist oder die Hardware so konfiguriert ist, um den zweiten Rampenvektor (RV2i) in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung zu orientieren.
Das Gerät gemäß Anspruch 19, wobei die Software so programmiert ist oder die Hardware so konfiguriert ist, um den zweiten Rampenvektor (RV2i) so zu scannen, dass der Scangeschwindigkeit des Strahls ermöglicht wird, sich von einer ursprünglichen Geschwindigkeit am Anfang des Rampe-aufwärts-Vektors (ramp up vector) zu der zweiten Geschwindigkeit zu verändern.
Das Gerät gemäß Anspruch 20, wobei die Software so programmiert ist oder die Hardware so konfiguriert ist, um eine Zeit zum Scannen des zweiten Rampenvektors (RV2i) zu bestimmen, basierend auf zumindest: einer Differenz zwischen der ersten Scangeschwindigkeit und der gewünschten Umlenkungsgeschwindigkeit; und einer maximal zulässigen Beschleunigung des Scansystems.
Das Gerät gemäß Anspruch 21, wobei die Software so programmiert ist oder die Hardware so konfiguriert ist, um eine Länge des zweiten Rampenvektors (RV2i) zu bestimmen, basierend auf zumindest: einem Unterschied zwischen der ersten Scangeschwindigkeit und der gewünschten Umlenkungsgeschwindigkeit; und einer maximal zulässigen Beschleunigung des Scansystems.
Das Gerät gemäß Anspruch 14, wobei die wobei die Software so programmiert ist oder die Hardware so konfiguriert ist, um zumindest einen zusätzlichen Nichtbelichtungsvektor zu erzeugen, welcher einen Übergangsvektor (TVi) aufweist, der am Ende des Rampe-abwärts-Vektors (ramp down vector) (RV1i) angeordnet ist.