ES2974238T3 - Sistema de proyección de imágenes múltiple para fabricación por adición - Google Patents

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Abstract

Un sistema de fabricación aditiva y métodos asociados comprenden un sistema de proyección de imágenes que comprende una pluralidad de proyectores de imágenes que proyectan una imagen compuesta sobre un área de construcción dentro de un conjunto de resina. La imagen compuesta comprende una pluralidad de subimágenes dispuestas en una matriz. Las propiedades de cada subimagen y la alineación de la posición de cada subimagen dentro de la imagen compuesta se pueden ajustar usando una pila de filtros que comprende: 1) una máscara de irradiancia que normaliza la irradiancia, 2) una máscara de ajuste de gamma que ajusta la subimagen. energía de imagen basada en una reactividad de la resina, 3) un filtro de corrección de deformación que proporciona corrección geométrica, y 4) una barra de fusión de bordes en uno o más bordes de subimagen. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de proyección de imágenes múltiple para fabricación por adición
Solicitudes relacionadas
Antecedentes
La impresión 3D por estereolitografía (SLA, por sus siglas en inglés) empleaba clásicamente un láser o láseres de punto que se movían alrededor de un plano 2D para rasterizar el contorno y el relleno de una capa. En lugar de SLA, los sistemas convencionales normalmente utilizan procesamiento de luz digital (PLD) o formación de imágenes similares para exponer una capa completa a la vez con una velocidad mejorada. Sin embargo, un problema que surge con los sistemas de fabricación por adición convencionales que utilizan PLD es que a medida que aumenta el tamaño de capa, el tamaño de píxel aumenta proporcionalmente. El resultado es una disminución en la resolución de la parte final, lo que afectará negativamente a la precisión de la parte y el acabado de la superficie. Esto también tiene el efecto negativo de reducir la densidad de energía proyectada, lo que ralentiza aún más el proceso de impresión, ya que cada capa necesita un mayor tiempo de exposición. Así pues, ya que el sistema de PLD se utiliza para tamaños de capa más grandes, se reduce la ventaja teórica que logra la exposición de capa completa sobre los métodos convencionales.
El documento US 2016/368221 A1 describe un aparato de impresión tridimensional que incluye un controlador para controlar un primer y segundo proyectores que aplican cantidades totales iguales o sustancialmente iguales de energía óptica. El controlador realiza una primera y segunda operaciones de proyección. La primera operación de proyección implica proyectar simultáneamente una primera y segunda subimágenes en sección transversal desde el primer proyector sobre la primera y segunda áreas de una superficie de proyección de imagen, respectivamente, y la segunda y tercera subimágenes en sección transversal del segundo proyector sobre la segunda y tercera áreas de la superficie de proyección de imagen, respectivamente. La segunda operación de proyección implica proyectar simultáneamente la primera subimagen en sección transversal desde el primer proyector sobre la primera área y la tercera subimagen en sección transversal desde el segundo proyector sobre la tercera área. El controlador iguala la cantidad de veces que la primera a tercera subimágenes en sección transversal se van a proyectar respectivamente sobre las áreas primera a tercera.
El documento CN 104 015 363 A describe un sistema de moldeo rápido de PLD (procesamiento digital de luz) y un método de moldeo rápido de PLD para un objeto de gran tamaño. El sistema comprende cuatro piezas de equipo de proyección de PLD que están dispuestas en la misma plataforma y un tanque de líquido de resina de gran tamaño; cada pieza del equipo de proyección de PLD comprende una unidad de ajuste fino; un objetivo en forma de cruz formado por dos líneas rectas ortogonales está dispuesto en el centro del fondo del tanque de líquido de resina de gran tamaño; las cuatro piezas del equipo de proyección de PLD son respectivamente el primer equipo de proyección de PLD, el segundo equipo de proyección de PLD, el tercer equipo de proyección de PLD y el cuarto equipo de proyección de PLD; la sección transversal del tanque de líquido de resina de gran tamaño se divide en cuatro subregiones de I, II, III y IV; el área de proyección de gran tamaño se obtiene empalmando las cuatro piezas del equipo de proyección de PLD. Según el esquema técnico, la precisión de moldeo es alta, la velocidad de moldeo es alta y se puede obtener un tamaño de moldeo mayor extendiendo una pluralidad de piezas del equipo de proyección de<p>L<d>.
Sumario
Un sistema de fabricación por adición, según las características de la reivindicación 1, comprende un sistema de proyección de imágenes que comprende una pluralidad de proyectores de imágenes configurados para proyectar una imagen compuesta en un área de construcción dentro de un depósito de resina, en donde cada uno de los proyectores de imágenes está configurado para proyectar una subimagen sobre una parte del área de construcción, y la imagen compuesta comprende una pluralidad de subimágenes dispuestas en una matriz. Los sistemas de fabricación por adición también incluyen un subsistema de visualización que comprende un controlador que está configurado para controlar el sistema de proyección de imágenes y cada uno de los proyectores de imágenes y para ajustar las propiedades y la alineación de una posición de cada subimagen en la matriz. Los proyectores de imágenes están configurados para proyectar dos o más subimágenes adyacentes en la matriz de modo que se solapan en dos o más bordes de subimagen. El subsistema de visualización está configurado para ajustar las propiedades de cada subimagen en la matriz utilizando una pila de filtros que comprende: 1) una máscara de irradiancia configurada para normalizar la irradiancia, 2) una máscara de ajuste gamma configurada para ajustar la energía de subimagen basándose en una reactividad de una resina del depósito de resina, 3) un filtro de corrección de deformación configurado para proporcionar corrección geométrica, y 4) una barra de fusión de bordes configurada para filtrar uno o más bordes de subimagen.
Breve descripción de las figuras
Las Figuras 1A-1D son esquemas simplificados en vistas en perspectiva de un sistema de impresión 3D fotorreactivo (SIFR), de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 1E es una vista esquemática simplificada en perspectiva de un SIFR con cuatro proyectores de imágenes y una imagen compuesta con cuatro subimágenes, de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 1F muestra tres esquemas simplificados en vistas en perspectiva de un SIFR con dos sistemas de proyección de imágenes, de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 1G es un esquema simplificado de una parte de un SIFR en vista en perspectiva con cuatro sistemas de proyección de imágenes, de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 2A es un ejemplo esquemático simplificado de una pila de filtros digitales utilizados para ajustar una imagen (o subimagen) proyectada en un SIFR, de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 2B es un ejemplo esquemático simplificado de una imagen compuesta que cubre un área de construcción, donde la imagen compuesta contiene 6 subimágenes, de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 3 es un ejemplo esquemático simplificado de corrección de deformación donde se ha corregido una imagen proyectada deformada, de acuerdo con algunas realizaciones.
Las Figuras 4A y 4B son ejemplos esquemáticos simplificados de filtros de fusión de bordes que se pueden aplicar a una imagen, de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 4C es un ejemplo esquemático simplificado que muestra cómo dos subimágenes solapadas adyacentes pueden utilizar filtros de fusión de bordes para formar una única imagen compuesta, de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 4D es un ejemplo esquemático simplificado donde diferentes tipos de filtros de fusión de bordes se pueden utilizar juntos dentro de una única región de solapamiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
Las Figuras 5A-5B son gráficos que ilustran un ejemplo de una relación de corrección gamma que puede utilizarse en un filtro de corrección gamma, de acuerdo con algunas realizaciones.
Las Figuras 6 y 7 son ejemplos simplificados de esquemas eléctricos de sistemas de proyección de imágenes para SIPR que utilizan sistemas de hardware para sincronizar múltiples sistemas de iluminación de proyección juntos, de acuerdo con algunas realizaciones.
Las Figuras 8A-8D son ejemplos simplificados de esquemas eléctricos que incluyen esquemas de los subsistemas de visualización para sistemas de proyección de imágenes para SIPR que utilizan sistemas de hardware para sincronizar múltiples sistemas de iluminación de proyección juntos, de acuerdo con algunas realizaciones.
Las Figuras 9A y 9B son esquemas simplificados de imágenes compuestas formadas por subimágenes en movimiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
Las Figuras 10A-10D son esquemas simplificados de fuentes de luz en movimiento o sistemas ópticos en movimiento para formar imágenes compuestas formadas por subimágenes en movimiento, de acuerdo con algunas realizaciones. La Figura 10E es un esquema simplificado en vista lateral de un ISFR con fuentes de luz en movimiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 10F es una vista en perspectiva esquemática simplificada de un ISFR con fuentes de luz en movimiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
Las Figuras 11-13 son esquemas simplificados de subimágenes en movimiento, de acuerdo con algunas realizaciones. La Figura 14 es un diagrama de flujo de un método que describe la corrección gamma, de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 15A es un gráfico que muestra la relación entre la energía por región unitaria (E') y la intensidad de píxel (L) para una resina de ejemplo antes de que se aplique cualquier corrección gamma, de acuerdo con algunas realizaciones.
La Figura 15B es un gráfico que muestra la relación entre E' y L para una resina de ejemplo después de que se aplica la corrección gamma, de acuerdo con algunas realizaciones.
Definiciones
En la presente divulgación, se utilizarán los siguientes términos.
Resina: En general, se refiere a una solución de monómero en un estado sin curar.
Depósito de resina: Volumen de resina contenido dentro de una tina de resina, inmediatamente disponible para un trabajo de impresión.
Tina de resina: Ensamblaje mecánico que incorpora una membrana y que sostiene el depósito de resina.
Plataforma de impresión (es decir, bandeja de impresión): Sistema unido al elevador sobre el que se cura la resina y se construye la parte física (es decir, el objeto impreso).
Sistema de elevación: Sistema de partes que conectan la etapa del eje Z a la plataforma de impresión.
Etapa del eje Z: Sistema electromecánico que proporciona movimiento al sistema de elevación.
Interfaz de polímero: El límite físico del depósito de resina y el plano focal del sistema de visualización de imágenes. Membrana: Medios transparentes que crean la interfaz de polímero, generalmente orientados paralelos al plano XY. Área de construcción: Área del plano XY a la que se puede dirigir físicamente el sistema de visualización de imágenes. Trabajo de impresión (es decir, serie de impresión): Secuencia de eventos iniciados por el primer comando, hasta e incluido el último, de una impresión 3D.
Parámetros de proceso de impresión (PPP): Variables de entrada que determinan el comportamiento del sistema durante un trabajo de impresión.
Proceso de impresión: Comportamiento general del sistema de impresión según los parámetros de proceso de impresión.
Exposición: Período durante el cual se transfiere energía a la interfaz de polímero.
Irradiancia: Potencia de irradiación, por región unitaria, que incidente sobre una superficie, p. ej., la interfaz de polímero.
Píxel: La subdivisión más pequeña del plano XY del área de construcción donde la irradiancia se puede manipular directamente.
Descripción detallada
Esta divulgación describe sistemas y métodos de fabricación por adición con grandes áreas de construcción que son capaces de alta resolución y densidad de energía. En algunas realizaciones, los sistemas y métodos utilizan múltiples proyectores de imágenes para proyectar una imagen compuesta en el área de construcción, permitiendo así grandes áreas de iluminación con alta densidad de píxeles (es decir, resolución) y alta densidad de energía. Tales sistemas y métodos son ventajosos sobre los sistemas convencionales que aumentan el área de construcción al ampliar una imagen de un solo proyector, lo que reduce la resolución y la densidad de energía proyectada en el área de construcción.
En algunas realizaciones, el sistema de fabricación por adición es un sistema de impresión 3D fotorreactivo (SIFR) e incluye un sistema de proyección de imágenes con múltiples proyectores de imágenes. El sistema de proyección de imágenes puede proyectar una imagen compuesta sobre un área de construcción. Se puede utilizar un subsistema de visualización para controlar el sistema de proyección de imágenes utilizando procesamiento de luz digital (PLD). En algunas realizaciones, el sistema de proyección de imágenes contiene una pluralidad de proyectores de imágenes, y la imagen compuesta contiene una pluralidad de subimágenes dispuestas en una matriz, donde cada uno de los proyectores de imágenes proyecta una subimagen sobre una parte del área de construcción.
En algunas realizaciones, el subsistema de visualización controla cada uno de los proyectores de imágenes en el sistema de proyección de imágenes para ajustar las propiedades de cada subimagen y la alineación de la posición de cada subimagen dentro de la imagen compuesta. Algunos ejemplos de filtros digitales que pueden utilizarse por el subsistema de visualización para ajustar las propiedades de cada subimagen incluyen filtros de corrección de deformación que proporcionan corrección geométrica, filtros con barras de fusión de bordes en uno o más bordes de subimagen, filtros de máscara de irradiancia que normalizan la irradiancia y filtros de máscara de ajuste "gamma" que ajustan la energía de la imagen (o subimagen) basándose en una reactividad de la resina que se está utilizando. El uso de filtros que se aplican (o solapan) a un archivo de origen base (es decir, parte de las instrucciones utilizadas para definir la geometría de una parte que va a imprimirse mediante el sistema), en lugar de cambiar el propio archivo de origen base, es ventajoso porque se pueden utilizar diferentes filtros en diferentes situaciones, o pueden cambiarse periódicamente, sin cambiar el archivo de origen base. Por ejemplo, el mismo archivo de origen base se puede utilizar con diferentes resinas aplicando diferentes filtros de corrección gamma (asociados con cada resina diferente) al archivo de origen base sin cambios. Adicionalmente, el archivo de origen base puede ser un archivo basado en vectores que incluye las dimensiones físicas deseadas para que se imprima un objeto, mientras que los filtros pueden ser archivos discretizados (p. ej., para alinearse con los píxeles dentro del sistema de proyección de imágenes).
En algunas realizaciones, el sistema de fabricación por adición (es decir, el SIFR) incluye además un accesorio de calibración que contiene una pluralidad de conjuntos de sensores de luz. Cada conjunto de sensores de luz en el accesorio de calibración puede utilizarse para monitorizar una subimagen proyectada en una imagen compuesta. Las propiedades de cada subimagen y la alineación de la posición de cada subimagen dentro de la imagen compuesta pueden ajustarse, a continuación, utilizando realimentación de la pluralidad de conjuntos de sensores de luz en el accesorio de calibración.
La imagen que se prevé proyectar sobre el área de construcción puede denominarse como la imagen compuesta ideal. Diversos problemas pueden hacer que una imagen compuesta se distorsione en comparación con la imagen compuesta ideal. Algunos ejemplos de problemas que provocan distorsión de una imagen compuesta son la geometría del montaje y el ensamblaje mecánico (p. ej., proyectores con diferentes ángulos en relación con el área de construcción que pueden dar como resultado subimágenes proyectadas sesgadas), imprecisiones en el montaje y el ensamble mecánico (p. ej., que pueden dar como resultado subimágenes desalineadas), efectos térmicos que pueden desalinear los sistemas proyectores (p. ej., de LED, la electrónica de accionamiento de LED y otras fuentes de calor) y diferencias entre proyectores dentro del sistema de proyección de imágenes (p. ej., variaciones en la intensidad proyectada entre proyectores). De manera adicional, múltiples problemas que causan distorsión de una imagen compuesta pueden combinarse, y agravar la distorsión de la imagen. Por ejemplo, se puede cumplir con las tolerancias de alineación mecánica para cada parte del SIFR ensamblado (p. ej., partes dentro del sistema de proyección de imágenes), pero las desalineaciones ligeras de cada parte pueden apilarse y distorsionar significativamente la imagen. En algunas realizaciones, las propiedades de cada subimagen y la alineación de la posición de cada subimagen dentro de la imagen compuesta se ajustan utilizando filtros digitales para coincidir (o coincidir sustancialmente) con la imagen compuesta ideal. Esto puede ser beneficioso porque puede ser más rentable ajustar las propiedades de las subimágenes para mejorar la calidad de imagen compuesta como se describe en el presente documento, en comparación con mejorar las tolerancias de alineación mecánica para las partes del SIFR ensamblado para mejorar la calidad de imagen compuesta.
Algunos elementos de visualización convencionales de gran área (p. ej., señales, películas proyectadas, etc.) utilizan imágenes compuestas que contienen una matriz de subimágenes proyectadas desde múltiples proyectores de imágenes, y emplean filtros para ajustar las subimágenes dentro de la imagen compuesta. Hay varias diferencias sustanciales, sin embargo, entre los requisitos para pantallas de gran área y sistemas de fabricación por adición que conducen a diferencias significativas en los sistemas de proyección de imágenes utilizados en cada aplicación. Las pantallas de gran área se utilizan para mostrar información a los observadores humanos, que tienen ojos mucho menos sensibles a las variaciones que los SIFR. Los SIFR utilizan luz para hacer que la resina reaccione, y la dinámica de reacción de la resina es muy diferente (y menos tolerante a las desviaciones) que la respuesta (y capacidad de diferenciación) de un ojo humano. Como resultado, los sistemas y métodos utilizados en pantallas convencionales de gran área no son capaces de cumplir con todos los requisitos de los sistemas de fabricación por adición. Los sistemas de proyección de imágenes que proyectan imágenes compuestas en sistemas de fabricación por adición que tienen diferencias sustanciales en comparación con pantallas de gran área se describen con más detalle a continuación.
Las Figuras 1A-1D ilustran un ejemplo de un SIFR 100, de acuerdo con algunas realizaciones. El SIFR 100 mostrado en las Figuras 1A-1D contiene un chasis 105, un sistema de proyección de imágenes (es decir, un "sistema de iluminación") 110, un subsistema de visualización (es decir, un "sistema de visualización de imágenes") 115, un depósito de resina 120, una interfaz de polímero 125, una tina de resina 130, una membrana 135, una plataforma de impresión 140, un sistema de elevación (145), brazos elevadores 150, una etapa de eje z 155 y un área de construcción 160. El funcionamiento del SIFR 100 de ejemplo mostrado en las Figuras 1A-1D se describirá a continuación.
El chasis 105 es un bastidor al que se unen algunos de los componentes del SIFR 100 (p. ej., el sistema de elevación 145). En algunas realizaciones, una o más partes del chasis 105 están orientadas verticalmente, lo que define una dirección vertical (es decir, una dirección z) a lo largo de la que se mueven algunos de los componentes del SIFR 100 (p. ej., el sistema de elevación 145). La plataforma de impresión 140 está conectada a los brazos elevadores 150, que están conectados de manera móvil al sistema de elevación 145. El sistema de elevación 145 permite que la plataforma de impresión 140 se mueva en la dirección z (como se muestra en la Figura 1A) a través de la etapa del eje z 155. De este modo, la plataforma de impresión 140 puede bajarse al interior del depósito de resina 120 para soportar la parte impresa y levantarla fuera del depósito de resina 120 durante la impresión.
El sistema de iluminación 110 proyecta una primera imagen a través de la membrana 135 en el depósito de resina 120 que está confinado dentro de la tina de resina 130. El área de construcción 160 es el área donde se expone la resina (p. ej., a la luz ultravioleta del sistema de iluminación) y se reticula para formar una primera capa de polímero sólida en la plataforma de impresión 140. Algunos ejemplos no limitativos de materiales de resina incluyen acrilatos, epoxi, metacrilatos, uretano, silicona, vinilo, combinaciones de los mismos u otras resinas fotorreactivas que se reticulan tras la exposición a la iluminación. Diferentes polímeros fotorreactivos tienen diferentes tiempos de curado. Adicionalmente, diferentes formulaciones de resina (p. ej., diferentes concentraciones de polímero fotorreactivo a disolvente, o diferentes tipos de disolventes) tienen diferentes tiempos de curado. En algunas realizaciones, la resina tiene un tiempo de curado relativamente corto en comparación con las resinas fotosensibles con tiempos de curado promedio. Métodos para ajustar el tiempo de curado para una resina específica (es decir, correcciones "gamma") se analizan adicionalmente en el presente documento. En algunas realizaciones, la resina es fotosensible a longitudes de onda de iluminación de aproximadamente 200 nm a aproximadamente 500 nm, o a longitudes de onda fuera de ese intervalo (p. ej., mayor que 500 nm, o de 500 nm a 1000 nm). En algunas realizaciones, la resina forma un sólido con propiedades después del curado que son deseables para el objeto específico que se está fabricando, tales como propiedades mecánicas deseables (p. ej., alta resistencia a la fractura), propiedades ópticas deseables (p. ej., alta transmisión óptica en longitudes de onda visibles), o propiedades químicas deseables (p. ej., estabilidad cuando se expone a la humedad). Después de la exposición de la primera capa, la plataforma de impresión 140 se mueve hacia arriba (es decir, en la dirección z positiva como se muestra en la Figura 1A), y se puede formar una segunda capa exponiendo un segundo patrón proyectado desde el sistema de iluminación 110. Este proceso de "abajo hacia arriba" se puede repetir hasta que se imprima todo el objeto, y el objeto terminado se levanta a continuación y se retira del depósito de resina 120.
En algunas realizaciones, el sistema de iluminación 110 emite energía de irradiación (es decir, iluminación) en un intervalo de diferentes longitudes de onda, por ejemplo, de 200 nm a 500 nm, o de 500 nm a 1000 nm, o en otros intervalos de longitud de onda. El sistema de iluminación 110 puede utilizar cualquier fuente de iluminación que sea capaz de proyectar una imagen. Algunos ejemplos no limitativos de fuentes de iluminación son matrices de diodos emisores de luz, sistemas de proyección basados en cristal líquido, pantallas de cristal líquido (LCD, por sus siglas en inglés), pantallas de cristal líquido sobre silicio (LCOS, por sus siglas en inglés), sistemas de proyección basados en lámparas de vapor de mercurio, proyectores de procesamiento de luz digital (PLD), sistemas de proyección láser y láseres discretos.
En algunas realizaciones, los sistemas de iluminación (es decir, los sistemas de proyección de imágenes) de los SIFR descritos en el presente documento (p. ej., como se muestra en el elemento 110 del SIFR en las Figuras 1A-1D) contienen una pluralidad de proyectores de imágenes configurados en una matriz. Esto puede ser ventajoso para cubrir un área de impresión grande con una alta resolución de píxeles de elementos de construcción sin sacrificar la velocidad de impresión. La Figura 1E muestra un ejemplo esquemático simplificado de un SIFR que contiene cuatro proyectores de imágenes 170a-d configurados para proyectar cuatro subimágenes 180a-d para formar una única imagen compuesta sobre el área de construcción 160. La Figura 1E muestra un ejemplo donde los sistemas de iluminación son sistemas basados en proyección, sin embargo, en otras realizaciones, los sistemas de iluminación pueden ser sistemas basados en proyección o no basados en proyección, incluidos aquellos que contienen matrices de diodos emisores de luz, sistemas de proyección basados en cristal líquido, pantallas de cristal líquido (LCD, por sus siglas en inglés), pantallas de cristal líquido sobre silicio (LCOS, por sus siglas en inglés), sistemas de proyección basados en lámparas de vapor de mercurio, proyectores de procesamiento de luz digital (PLD), sistemas de proyección láser y láseres discretos.
La Figura 1F muestra tres esquemas en perspectiva de un ejemplo no limitativo de un SIFR con dos sistemas de proyección de imágenes 110a-b. Los otros componentes del SIFR mostrados en la Figura 1F son similares a los mostrados en las Figuras 1A-1D, y algunos componentes del SIFR no se muestran en el sistema de la Figura 1F para mayor claridad. La tina de resina 130a y el área de construcción (no mostrada) dentro de la tina de resina son aproximadamente el doble de grandes que en el SIFR mostrado en las Figuras 1A-1D, que se habilita mediante el uso de dos sistemas de proyección de imágenes 110a-b en lugar de uno.
La Figura 1G muestra un ejemplo no limitativo de una parte de un SIFR con cuatro sistemas de proyección de imágenes 110c-f. En este ejemplo, los cuatro sistemas de proyección de imágenes están dispuestos en una matriz de 2x2. En otras realizaciones, un SIFR tiene múltiples sistemas de proyección de imágenes, que están dispuestos en una matriz N x M, donde N es el número de sistemas de proyección de imágenes en una dirección de la matriz y M es el número de sistemas de proyección de imágenes en otra dirección de la matriz, donde N y/o M pueden ser de 1 a 5, o de 1 a 10, o de 1 a 20, o de 1 a 100, o 2, o 5, o 10, o 20, o 100. La Figura 1G muestra cuatro sistemas de proyección de imágenes 110c-f configurados para proyectar cuatro subimágenes 190c-f, respectivamente, para formar una única imagen compuesta sobre el área de construcción 160a. La Figura 1G también muestra que las subimágenes se solapan en este ejemplo.
Los sistemas y métodos descritos en el presente documento pueden minimizar (o eliminar) la variación unidad por unidad de cada subimagen proyectada dentro de una imagen compuesta en un SIFR. Debido a las variaciones unidad por unidad, cada proyector de imágenes dentro de un sistema de proyección de imágenes crea una imagen única, tanto desde un punto de vista geométrico como de potencia (energía de irradiación). Las variaciones entre las subimágenes se ven exacerbadas por las relaciones de irradiancia y reactividad de la resina, lo que puede provocar variaciones sutiles en la geometría o la potencia para tener efectos importantes en la parte impresa final.
En algunas realizaciones, el área de construcción es de 100 x 100 mm2 a 1000 x 1000 mm2, o de 100 x 100 mm2 a 500 x 500 mm2, o desde 100 x 1000 mm2 a 500 x 1000 mm2, o intervalos cuadrados o rectangulares entre los intervalos anteriores, o mayores que 1000 x 1000 mm2. En algunas realizaciones, las subimágenes proyectadas desde los proyectores de imágenes tienen cada una un área que es de 50 x 50 mm2 a 200 x 200 mm2, o de 50 x 50 mm2 a 150 x 150 mm2, o de 50 x 100 mm2 a 100 x 200 mm2, o de 50 x 50 mm2 a 150 x 150 mm2, o 192 mm x 102,4 mm, o 134,4 mm x 71,68 mm. En algunas realizaciones, el área cubierta por cada subimagen es aproximadamente rectangular, cuadrada, circular, ovalada o de otra forma. En algunas realizaciones, cada proyector de imágenes proyecta luz con densidades de potencia máximas o medias de 5 mW/cm2 a 50 mW/cm2, o de 10mW/cm2 a 50 mW/cm2, o de 5 mW/cm2 a 20 mW/cm2. En algunas realizaciones, el tiempo de exposición de cada píxel o capa es de 0,05 s a 3000 s, o de 0,08 s a 1500 s, o de 0,08 s a 500 s, o de 0,05 s a 1500 s.
El SIFR 100 de ejemplo mostrado en las Figuras 1A-1D y los SIFR mostrados en las Figuras 1E-1G, son solo ejemplos no limitativos, y se pueden hacer variaciones en estos diseños de acuerdo con algunas realizaciones descritas en el presente documento. Por ejemplo, pueden invertirse otros SIFR con respecto al sistema mostrado en las Figuras 1A-1G. En tales sistemas "de arriba hacia abajo", la fuente de iluminación está por encima del depósito de resina, el área de impresión está en la superficie superior del depósito de resina, y la plataforma de impresión se mueve hacia abajo dentro del depósito de resina entre cada capa impresa. Los sistemas y métodos de proyección de imágenes descritos en el presente documento son aplicables a cualquier configuración de SIFR, incluidos sistemas invertidos. En algunos casos, los sistemas y métodos descritos en el presente documento (p. ej., la geometría de los sistemas de proyección de imágenes) pueden cambiar para adaptarse a una geometría de SIFR diferente, sin cambiar su funcionamiento fundamental. En otros ejemplos, los SIFR pueden contener más o menos proyectores de imágenes que los mostrados en las Figuras 1A-1G. Y, como se describe en el presente documento, en algunas realizaciones, los SIFR del presente documento contienen proyectores de imágenes en movimiento o sistemas ópticos en movimiento.
La Figura 2A muestra un ejemplo de una pila de filtros digitales 200 utilizados para ajustar una imagen (o subimagen) proyectada en un SIFR (p. ej., el SIFR 100 en las Figuras 1A-1D), de acuerdo con algunas realizaciones. La pila de múltiples filtros digitales 200 se aplica a la imagen para ajustar diferentes propiedades de una imagen proyectada y/o la alineación de la posición de una imagen proyectada. En el ejemplo mostrado en la Figura 2A, una pila de filtros digitales 200 que contiene un filtro de corrección de deformación 210, un filtro de máscara de ajuste "gamma" de reactividad de resina 220, un filtro con barras de fusión de bordes 230 y un filtro de máscara de irradiancia 240 se aplican a una imagen proyectada. En algunas realizaciones, se aplica un filtro digital a una imagen. En otras realizaciones, una pila de filtros digitales que contiene más de 1 filtro digital, de 1 a 5 filtros digitales, o de 1 a 10 filtros digitales se aplica a una imagen. En algunas realizaciones, una pila de filtros contiene 1 o más de un tipo dado de filtro. Por ejemplo, una pila de filtros puede contener 1 o más filtros de corrección de deformación, 1 o más filtros de máscara de ajuste "gamma" de reactividad de resina, 1 o más filtros con barras de fusión de bordes y/o 1 o más filtros de máscara de irradiancia. La pila de ejemplo de filtros mostrada en la Figura 2A se puede utilizar para corregir subimágenes en SIFR con sistemas de iluminación basados en proyección o no basados en proyección, incluidos aquellos que contienen matrices de diodos emisores de luz, sistemas de proyección basados en cristal líquido, pantallas de cristal líquido (LCD, por sus siglas en inglés), pantallas de cristal líquido sobre silicio (LCOS, por sus siglas en inglés), sistemas de proyección basados en lámparas de vapor de mercurio, proyectores de procesamiento de luz digital (PLD), sistemas de proyección láser y láseres discretos.
En algunas realizaciones, se aplica una pluralidad de filtros digitales (o una pluralidad de pilas de filtros digitales) a una pluralidad de subimágenes que componen una imagen compuesta, y las propiedades de cada subimagen y la alineación de la posición de cada subimagen dentro de la imagen compuesta se ajustan mediante la pila de filtros digitales. La Figura 2B muestra un ejemplo de una imagen compuesta 250 que cubre un área de construcción 260, donde la imagen compuesta contiene 6 subimágenes 265a-f. En este ejemplo, las subimágenes 265a-f se solapan en los bordes creando un primer conjunto de regiones 270 donde dos subimágenes se solapan y un segundo conjunto de regiones 280 donde cuatro subimágenes se solapan. En este ejemplo, se pueden aplicar 6 conjuntos de filtros digitales, uno a cada subimagen 265a-f en la imagen compuesta 250 para corregir las distorsiones en las subimágenes individuales y para alinear las subimágenes entre sí.
Un ejemplo de un tipo de filtro digital que se puede utilizar para ajustar una imagen es un filtro de corrección de deformación 210, en donde el filtro aplica una corrección de deformación de 4 puntos (o más de 4 puntos) a una imagen (o subimagen en una imagen compuesta) que permite la corrección geométrica de la imagen proyectada. Por ejemplo, se puede utilizar un filtro de corrección de deformación para corregir la deformación o el sesgo en las imágenes proyectadas que son causados por la variación en la óptica del proyector o la alineación dentro del área de construcción. En realizaciones donde una imagen compuesta contiene múltiples subimágenes, el filtro de corrección de deformación se puede utilizar para corregir la deformación de cada subimagen y permitir que las subimágenes se alineen entre sí para formar la imagen compuesta. La corrección de la deformación puede permitir realizar una alineación más precisa y otras correcciones en subimágenes dentro de una imagen compuesta. La corrección de deformación también puede permitir que los SIFR impriman capas (o cortes) curvas (o que no sean planas o que no sean 2D), lo que es útil para algunas aplicaciones y tipos de partes.
La Figura 3 muestra un ejemplo de corrección de deformación donde se ha corregido una imagen proyectada deformada (p. ej., para alinearse con un área dentro del área de construcción). La Figura 3 muestra un campo de visión (CV) de proyector no corregido 310 que contiene una distorsión de deformación y un CV de proyector deseado 320. La Figura 3 también muestra el CV proyectado 330 después de la corrección utilizando un filtro de corrección de deformación, que alinea el CV de proyector 330 luego de la corrección con el CV de proyector deseado 320.
Otro ejemplo de un tipo de filtro digital que se puede utilizar para ajustar una imagen es un filtro de fusión de bordes, donde cada imagen (o subimagen en una imagen compuesta) tiene barras de fusión programables en uno o más bordes de la imagen (p. ej., el borde superior, izquierdo, inferior y/o derecho de la imagen). La fusión de bordes permite que los bordes superior, izquierdo, derecho y/o inferior se desvanezcan según una función de fusión elegida. En una imagen compuesta que contiene una matriz de subimágenes, la fusión de bordes puede permitir que los datos en los perímetros de las subimágenes proyectadas adyacentes se desvanezcan de modo que la transición entre las subimágenes adyacentes pueda hacerse menos perceptible. Por ejemplo, la imagen compuesta 250 en la Figura 2B contiene una matriz de subimágenes 265a-f que se solapan entre sí en las regiones 270 y 280, y la fusión de bordes puede permitir que los datos dentro de las regiones solapadas 270 y 280 se desvanezcan para que la transición entre subimágenes adyacentes pueda hacerse menos perceptible. En los SIFR que utilizan múltiples proyectores de imágenes para proyectar una imagen compuesta, las transiciones menos perceptibles entre las subimágenes proyectadas se traducen en una calidad mejorada de un objeto impreso (p. ej., mejora de la rugosidad de la superficie del objeto impreso y/o de la integridad estructural). La distancia de fusión y la función de fusión se pueden ajustar para cada imagen. Algunos ejemplos de funciones de fusión son las lineales, sigmoideas y geométricas.
Las Figuras 4A y 4B muestran algunos ejemplos no limitativos de filtros de fusión de bordes que se pueden aplicar a una imagen. La Figura 4A muestra un ejemplo donde un borde de una imagen 400 contiene una barra de fusión 410. La intensidad de la imagen dentro del área de la barra de fusión 410 se reduce utilizando una función de fusión para producir la imagen 405. Por ejemplo, se puede utilizar una función de fusión lineal que reduce la intensidad de los píxeles linealmente a través de la barra de fusión 410 de manera que la intensidad de los píxeles es más alta hacia el interior de la imagen y más baja hacia el borde de la imagen dentro de la barra de fusión 410. En algunas realizaciones, un filtro de fusión de bordes puede contener 4 barras de fusión de bordes (es decir, uno en la parte superior, uno a la derecha, uno a la izquierda y otro en la parte inferior de la imagen). En algunas realizaciones, las barras de fusión de bordes se solaparán entre sí en las esquinas de una imagen y harán que la intensidad en la esquina de la imagen se reduzca por efectos aditivos de más de una función de fusión de bordes. Por ejemplo, las regiones solapadas 270 y 280 en la imagen compuesta 250 en la Figura 2B puede atenuarse linealmente como se ha descrito anteriormente, haciendo que las variaciones de intensidad entre las subimágenes adyacentes sean menos perceptibles que si no se hiciera ninguna corrección de fusión de bordes.
En algunas realizaciones, el número de barras de fusión de bordes, las distancias de fusión de bordes y las funciones de fusión de bordes se eligen basándose en la distancia de solapamiento entre subimágenes adyacentes dentro de una imagen compuesta. En algunas realizaciones, dos subimágenes adyacentes en una imagen compuesta se solapan en un borde, y las regiones solapadas de ambas subimágenes contienen barras de fusión de bordes. En algunos de tales casos, las distancias de fusión de bordes y las funciones de fusión de bordes para ambas subimágenes se eligen de modo que la intensidad total de los píxeles dentro de la región de solapamiento coincida sustancialmente con la intensidad de la imagen compuesta ideal dentro de esa región. En un ejemplo no limitativo, la fusión de bordes se puede utilizar para desvanecer los píxeles de una primera subimagen a medida que se acercan a un límite de borde en la misma relación en que los píxeles de una segunda subimagen solapada adyacente se desvanecen a medida que se alejan del límite de borde en el segunda subimagen. En algunas realizaciones, los filtros de fusión de bordes permiten una irradiancia constante (o una irradiancia total que coincide más estrechamente con la imagen compuesta ideal) cuando ambos píxeles de subimagen se combinan dentro de la región solapada.
En algunas realizaciones, las subimágenes de múltiples proyectores se solapan y el porcentaje de las áreas de subimágenes adyacentes que se solapan entre sí es del 0 %, aproximadamente el 0 %, aproximadamente el 1 %, aproximadamente el 2%, aproximadamente el 5%, aproximadamente el 10%, aproximadamente el 20%, aproximadamente el 50%, aproximadamente el 90%, o aproximadamente el 100%, o del 0% al 100%, o de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 5 %, o de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 100 %, o de aproximadamente el 50% a aproximadamente el 100% (o cualquier intervalo intermedio). El solapamiento de subimágenes puede ser beneficioso para minimizar aberraciones entre subimágenes (p. ej., con un solapamiento del 1 % al 5 % y utilizando filtros de fusión de bordes). Las subimágenes solapadas (p. ej., con un solapamiento del 50 % al 100%) también pueden ser beneficiosas para aumentar la potencia local dentro de la imagen compuesta sin aumentar la potencia de los proyectores de imágenes individuales en el sistema, lo que puede permitir períodos de curado y exposición más cortos. En algunas realizaciones, los filtros de fusión de bordes se pueden utilizar cuando algunas subimágenes dentro de la imagen compuesta se solapan entre sí y otras no. En algunos casos, cuando el área de solapamiento entre subimágenes adyacentes es pequeña (p. ej., del 0 % o aproximadamente el 0 %), entonces las subimágenes adyacentes se pueden escalar (es decir, se puede cambiar la ampliación de la subimagen) para mejorar su alineación.
La Figura 4B ilustra un ejemplo en el que se utiliza corrección geométrica en fusión de bordes para analizar subimágenes adyacentes, y se selecciona una subimagen para visualizar exclusivamente los datos de capa. Esto permite que la ubicación de la transición (o unión) 460 entre la subimagen 450 y la subimagen adyacente (no mostrada) se coloque basándose en una o más ubicaciones de límite de capa dentro de la capa que se está visualizando. En este ejemplo, la subimagen 450 es la subimagen antes de la fusión de bordes y la subimagen 455 es la subimagen después de la fusión de bordes. En este caso, la transición 460 se eligió para dejar intacta una parte de la subimagen 450 dentro de la región de solapamiento entre las subimágenes después de realizar la fusión de bordes, y la subimagen 455 (después de la fusión de bordes) es la misma que la subimagen 450 (antes de la fusión de bordes). Dicho de otra forma, la transición 460 se determinó basándose en una ubicación de límite de capa dentro de la subimagen 450. Esto puede ser útil, por ejemplo, si los datos finalizan (es decir, contienen un límite) en la región de solapamiento (p. ej., una región de píxeles iluminados tiene un límite dentro de la región de solapamiento), entonces se puede elegir una subimagen para visualizar el contenido dentro de la región de solapamiento, y la región de solapado de la otra subimagen se puede atenuar a intensidad cero. En otros ejemplos, analizando la geometría de la capa a través del límite, la unión entre subimágenes puede ocultarse exclusivamente dentro de la parte o en un límite de borde, permitiendo así que se minimicen los efectos de cualquier desalineación ligera en múltiples proyectores.
La Figura 4C muestra un ejemplo no limitativo de cómo dos subimágenes solapadas adyacentes 470a-b pueden utilizar filtros de fusión de bordes (es decir, con barras de fusión de bordes) para formar una única imagen compuesta 490 con aberraciones de borde mínimas en la región de solapamiento 482 de las subimágenes. Cada una de las subimágenes 470a-b contiene una parte 405a-b de una característica 495 para imprimirse en una única capa. Las subimágenes 470a-b se colocarán de manera que se solapan en las ubicaciones 480a-b, con la región de solapamiento 482.
La intensidad de iluminación (o intensidad) de cada subimagen se muestra en el gráfico 475 a lo largo de la dirección x en la imagen compuesta 490 definida por la leyenda de dirección 492. La intensidad de la subimagen 470a sigue la función de intensidad 475a, y la intensidad de la subimagen 470b sigue la función de intensidad 475b. Las funciones de intensidad 475a-b muestran que la intensidad de las subimágenes 470a-b son constantes (en el valor II) fuera de la región de solapamiento 482, mientras que dentro de la región de solapamiento 482 (entre las posiciones x1 y x2 en el gráfico 475), las intensidades de las subimágenes 470a-b se reducen de manera lineal complementaria hasta una intensidad 12 más baja. En algunas realizaciones, 12 puede ser de intensidad cero, o intensidad cercana a cero, o puede ser cualquier intensidad que sea menor que 11. En otras realizaciones, las funciones dentro de la región de solapamiento pueden ser no lineales (p. ej., sigmoides o geométricas, o describirse mediante funciones polinómicas decrecientes, logarítmicas, exponenciales o asintóticas) y/o no ser perfectamente complementarias (es decir, una imagen puede tener una intensidad promedio más alta dentro de la región de solapamiento que la otra). La imagen compuesta 490 contiene una característica 495 que tiene aberraciones mínimas (p. ej., regiones de baja o alta intensidad no deseadas) dentro de la imagen compuesta 490, debido en parte a los filtros de fusión de bordes utilizados.
La Figura 4D muestra un ejemplo no limitativo en donde diferentes tipos de filtros de fusión de bordes pueden utilizarse juntos dentro de una única región de solapamiento. La Figura 4D muestra dos subimágenes 420a-b que se solapan en la región 430, y la imagen compuesta contiene una característica 440. Una región de la característica dentro de la región de solapamiento 430 tiene un límite que termina dentro de la región de solapamiento, y esta región 430a no está fusionada, sino que la región 430a tiene el 100 % de la intensidad de la subimagen 420a y el 0 % de intensidad de la subimagen 420b. El resto de la región de solapamiento 430b (es decir, toda la región de solapamiento 430 excepto la región 430a) se puede fusionar tomando alguna intensidad de la subimagen 420a y alguna intensidad de la subimagen 420b (p. ej., como se ha analizado anteriormente, y en el ejemplo representado en la Figura 4C). Así pues, la Figura 4D ilustra otro ejemplo de cómo una o más barras de fusión de bordes pueden ajustar una o más imágenes (o subimágenes) basándose en una ubicación de límite de capa dentro del objeto que se está fabricando.
Otro ejemplo de un tipo de filtro digital que puede utilizarse para ajustar una imagen es un filtro de enmascaramiento de irradiancia, donde el filtro aplica una máscara de irradiancia de normalización a una imagen (o cada subimagen en una imagen compuesta) de modo que la imagen (o imagen compuesta) tenga un intervalo de irradiancia uniforme (es decir, desde exposición cero hasta un límite de exposición máximo) en toda el área. Por ejemplo, los filtros de enmascaramiento de irradiancia se pueden utilizar para normalizar las no uniformidades de irradiancia dentro del sistema de proyección de imágenes que surgen de las no uniformidades de energía espacial basadas en el proyector. Los filtros de enmascaramiento de irradiancia se pueden aplicar al sistema de proyección de imágenes en su conjunto (es decir, en la imagen compuesta), y/o a cada una de las subimágenes individualmente para corregir las diferencias entre las subimágenes. En algunas realizaciones, los parámetros del filtro de máscara de irradiancia se establecen en función de la región de energía más baja (es decir, que corresponde a la región más oscura de píxeles) en el plano de visualización. En algunas realizaciones, los parámetros del filtro de máscara de irradiancia se establecen basándose en la región de energía más alta (es decir, que corresponde a la región más brillante de píxeles) en el plano de visualización. En algunas realizaciones, los parámetros del filtro de máscara de irradiancia se establecen basándose en el intervalo, promedio, mediana u otras cantidades calculadas de la distribución de energía en el plano de visualización. En algunas realizaciones, la región de mayor energía (es decir, la región de píxeles más brillante) se puede utilizar para determinar la magnitud de desplazamiento de la región de energía más baja en los filtros de máscara de irradiancia. En algunas realizaciones, los filtros de máscara de irradiancia permiten el control sobre la energía a través del área de construcción para compensar las no uniformidades en la óptica del proyector y/o la trayectoria óptica. En algunas realizaciones, la potencia de salida de un proyector de imágenes se limita a menos del 100% de su potencia de salida máxima utilizando un filtro de máscara de irradiancia. Limitar la potencia de un proyector de imágenes a menos del 100 % puede ser ventajoso para evitar que se dañen los componentes del sistema y mantener la consistencia de la potencia de salida a medida que la fuente de luz dentro del proyector envejece (es decir, a medida que la fuente de luz envejece, la potencia de salida se puede aumentar para mantener una irradiancia constante desde el proyector de imágenes a lo largo del tiempo).
Otro ejemplo de un tipo de filtro digital que puede utilizarse para ajustar una imagen es la corrección gamma, donde la imagen compuesta (o cada subimagen en una imagen compuesta) tiene aplicado un filtro de corrección gamma que se basa en los intervalos de reactividad de resina particulares en el SIFR. En algunas realizaciones, basándose en el comportamiento de curado de una resina particular, el filtro de corrección gamma para la imagen compuesta (o subimágenes dentro de la imagen compuesta) se optimiza para mapear el intervalo de irradiancia al intervalo de reactividad de la resina particular. Esto puede permitir que se realicen superficies más suaves y precisas con las diferentes resinas. La reactividad de la resina puede cambiar en función de la composición de la resina (p. ej., pigmentos, fotoiniciadores, concentraciones de fotoiniciadores, etc.). De manera adicional, las resinas tienden a tener curvas de respuesta no lineales con respecto a la energía. El filtro de corrección gamma proporciona nivelación de la reactividad de la resina y permite el suavizado (y/o antisolapamiento) correcto de píxeles mediante el mapeo del intervalo de intensidad de píxeles (p. ej., 0-255) a las características de reactividad mínima y máxima del píxel. Los filtros de corrección gamma pueden utilizarse para corregir subimágenes en SIFR con sistemas de iluminación basados en proyección o no basados en proyección, incluidos aquellos que contienen matrices de diodos emisores de luz, sistemas de proyección basados en cristal líquido, pantallas de cristal líquido (LCD, por sus siglas en inglés), pantallas de cristal líquido sobre silicio (LCOS, por sus siglas en inglés), sistemas de proyección basados en lámparas de vapor de mercurio, proyectores de procesamiento de luz digital (PLD), sistemas de proyección láser y láseres discretos.
Las Figuras 5A-5B ilustran un ejemplo de una relación de corrección gamma que puede utilizarse en un filtro de corrección gamma. En el ejemplo mostrado en las Figuras 5A-5B, se utiliza una relación logarítmica entre la energía de irradiancia por región unitaria (E') y la intensidad de píxel (L). La energía por región unitaria E' está relacionada con la iluminación de salida de la fuente de iluminación (p. ej., un proyector de imágenes) y la intensidad de píxel L es una entrada que define la geometría de una parte que se va a imprimir (es decir, desde un archivo de origen con la geometría de la parte).
La profundidad de curado Dp, puede representarse por la función logarítmica
Dp=m1*ln(E')+b (1)
donde E' es la energía por región unitaria, y ith y b1 son constantes que son particulares de una formulación de resina dada. La Figura 5A representa gráficamente esta relación logarítmica donde Dp se representa en el eje y contra ln(E') en el eje x. E' también puede definirse mediante la expresión
E=Texp*Ir(2)
donde Texp es el tiempo de exposición e Ir es la irradiancia que incide sobre la resina. Reorganizando la ecuación (1), combinándola con la ecuación (2), y reorganizándolas de nuevo se obtiene la expresión
Texp=exp((Dp-b i )/m i )/Ir(3)
que se puede utilizar para calcular el tiempo de exposición requerido para lograr una profundidad de curado particular, para una combinación particular de nivel de irradiancia y comportamiento de curado de resina.
La expresión (1) y el gráfico en la Figura 5A se puede utilizar para determinar la energía por región unitaria E'o que producirá una profundidad de curado de cero. Esto determinará la irradiancia mínima en el intervalo de irradiancia (es decir, para producir una profundidad de curado de cero). Para calcular E'o, la ecuación (1) se puede resolver para Dp=0, produciendo la expresión
Eo=exp(-bi/mi).(4)
De la misma manera, la expresión (1) se puede resolver para una energía máxima por región unitaria Emáx' resolviendo la expresión (1) para una profundidad de curado máxima deseada Dp máx. En algunos casos, la Dp máx está relacionada con una restricción física del SIFR (p. ej., cuánta potencia puede emitir el sistema de iluminación). La expresión resultante es
E m áx= exp((Dp,máx - b i)/m i).(5)
La energía por región unitaria E' puede relacionarse con la intensidad de píxel L mediante la función logarítmica
Ln(E)=b2 +m2*L (6)
donde m2 y b2 son constantes que son particulares de una formulación de resina dada. La relación en la ecuación 6 se muestra en el gráfico de la Figura 5B donde ln(E') se representa en el eje y contra L en el eje x. Resolver la ecuación 6 para L=0 y L=255 permite la determinación de b2 y m2. Conectando los valores determinados de b2 y m2 en la ecuación 6 se produce la relación
E=E 0 *(E ’máx/E 0)*(L/255).(7)
La ecuación 7 es una relación que puede utilizarse para mapear la intensidad de píxel L a una energía por región unitaria en el plano de construcción E', que aprovecha el intervalo dinámico completo de los niveles de intensidad de píxel L que producirán resina curada. Dicho de otra forma, utilizando la ecuación 7, una intensidad de píxel de L=0 corresponde a una energía por región unitaria E' que producirá una profundidad de curado mínima, D<p>=0, en la resina. De la misma manera, utilizando la ecuación 7, una intensidad de píxel de L=255 corresponde a una energía por región unitaria E' que producirá una profundidad de curado máxima, D<p>=D<p,m áx>, en la resina.
Utilizando las relaciones mostradas anteriormente en las ecuaciones (1)-(7) y en las Figuras 5A-5B, se pueden implementar filtros de corrección gamma para mapear el intervalo de irradiancia utilizado durante la impresión a un intervalo de reactividad particular para una formulación de resina dada. Esto es beneficioso porque diferentes resinas tienen diferentes intervalos de reactividad que requieren diferentes irradiancias y tiempos de exposición para lograr la misma profundidad de curado. Los filtros de corrección gamma, así pues, permiten que los SIFR empleen diferentes sistemas de resina con diferentes intervalos de reactividad al tiempo que se logran las profundidades de curado deseadas dentro de la parte impresa.
En otras realizaciones, son posibles diferentes relaciones entre la profundidad de curado (D<p>) y la energía por región unitaria (E'). Por ejemplo, en lugar de una función logarítmica, la relación entre la profundidad de curado (D<p>) y la energía por región unitaria (E') puede seguir otra función continua (p. ej., una función polinómica o asintótica), una función continua por tramos (p. ej., que contiene diferentes polinomios o funciones logarítmicas para diferentes regiones de la relación), o puede ser no analítica (p. ej., puede basarse en una tabla de consulta). En estas situaciones aún se aplicarán relaciones similares a las mostradas en las Figuras 5A-5B y las ecuaciones (1)-(7), y se pueden utilizar los mismos conceptos, sistemas y métodos de corrección gamma, que los descritos en el presente documento. Adicionalmente, en el ejemplo representado en las ecuaciones (1)-(7), la intensidad de píxel L varía de 0-255, sin embargo, en otros ejemplos, la intensidad de píxel puede variar en cualquier intervalo y los conceptos descritos aún pueden utilizarse para la corrección gamma.
Las Figuras 6 y 7 muestran ejemplos de sistemas de proyección de imágenes 600a-b para SIFR que utilizan sistemas de hardware para sincronizar múltiples sistemas de iluminación de proyección 610a-f juntos. Los ejemplos en las Figuras 6-7 muestran tres sistemas de iluminación de proyección 610a-f en cada sistema 600a-b, sin embargo, puede haber menos o más de tres proyectores de imágenes en diferentes casos (p. ej., más de tres, de 2 a 10, o de 2 a 100). En algunas realizaciones, los sistemas de proyección de imágenes para S if R contienen fuentes de luz de LED que utilizan circuitos de accionamiento de LED electrónicos 620a-f para controlar la potencia de luz emitida por cada proyector. Los sistemas de proyección de imágenes en estos ejemplos contienen múltiples proyectores de imágenes (es decir, sistemas de iluminación de proyección) 610a-f conectados a un controlador de sistema 630a-b a través de los circuitos de accionamiento de LED 620a-f. Los sistemas de accionamiento de LED (es decir, circuitos de accionamiento de LED) 620a-f en estos ejemplos tienen cada uno una entrada habilitadora 625a-f en el circuito de accionamiento para controlar (p. ej., regular) la salida de luz. Las entradas habilitadoras 625a-f en estos ejemplos pueden ser controladas por el controlador de sistema 630a-b, que está equipado con salidas digitales/analógicas 635ab para accionar las entradas de habilitación 625a-f de los proyectores múltiples 610a-f. Las conexiones físicas 640ab entre el controlador de sistema 630a-b y los sistemas de iluminación de proyección 610a-f pueden ser por cableado eléctrico u óptico.
Las salidas 635a-b en el controlador de sistema 630a-b pueden almacenarse en memorias intermedias, aislarse y/o amplificarse para superar cualquier posible resistencia de accionamiento débil o problemas de inmunidad al ruido del procesador integrado (o GPIO-Expansor, etc.) del controlador de sistema. Tales memorias intermedias o aisladores pueden estar en la placa del controlador de sistema o fuera de esta.
De la misma forma, las entradas habilitadoras de los circuitos de accionamiento de LED de cada sistema de iluminación de proyección también pueden almacenarse en memorias intermedias, aislarse y/o amplificarse para remodelar la señal del controlador de sistema y mitigar los efectos del ruido eléctrico que distorsiona la señal entre el controlador de sistema y el circuito de accionamiento de LED. El almacenamiento en memorias intermedias, el aislamiento y/o la amplificación pueden mejorar la inmunidad al ruido y la fiabilidad del sistema. La ubicación de las memorias intermedias, los aisladores o amplificadores se pueden disponer de varias maneras para lograr el mismo objetivo. Por ejemplo, las memorias intermedias, aisladores y/o amplificadores pueden colocarse en las salidas 635a-b del controlador de sistema 630a-b y no en las entradas de los circuitos de accionamiento de LED, o viceversa. En el ejemplo mostrado en la Figura 6, las memorias intermedias, aisladores y/o amplificadores 650a-c se colocan tanto en las salidas 635a del controlador de sistema 630a como en las entradas de los circuitos de accionamiento de LED 620a-c. En el ejemplo mostrado en la Figura 7, sin memorias intermedias, aisladores o amplificadores (ni en las salidas 635b del controlador de sistema 630b ni en las entradas de los circuitos de accionamiento de LED 620d-f).
Las Figuras 8A-8D muestran ejemplos adicionales de sistemas de proyección de imágenes para SIFR que utilizan soluciones de hardware para sincronizar múltiples sistemas de iluminación de proyección junto con más detalle que las Figuras 6 y 7. Los proyectores de imágenes (etiquetados como "Proyector 1", "Proyector 2"... "Proyector N" en las figuras) contienen cada uno un circuito de accionamiento de LED (etiquetado como "accionamiento de LED" en las figuras) con entradas habilitadoras (etiquetadas como "EN" en las figuras). Cada uno de los proyectores de imágenes está conectado al subsistema de visualización (etiquetado como "Sistema de control maestro" en las figuras) a través de "conexiones cableadas" de hardware. Cada conexión cableada tiene terminales (en algunos casos con tierras digitales) en la salida del subsistema de visualización y en la entrada de cada proyector de imágenes.
Diferentes opciones de aislamiento, almacenamiento en memorias intermedias y/o amplificación en la entrada del circuito de accionamiento de LED se muestran en las Figuras 8A-8D. En diferentes realizaciones, los diferentes proyectores de imágenes en el sistema de proyección de imágenes pueden contener circuitos optoaislados, en memorias intermedias de transistores, con memoria intermedia integrada o sin memoria intermedia y no aislados en las entradas de sus respectivos circuitos de accionamiento de LED. El "Proyector 1" en las Figuras 8A-8D contiene un ejemplo de un circuito "optoaislado" en la entrada del circuito de accionamiento de LED. El "Proyector 2" en las Figuras 8A-8D contiene un ejemplo de un circuito "en memorias intermedias de transistores" en la entrada del circuito de accionamiento de LED. El "Proyector 3" en las Figuras 8A-8D contiene un ejemplo de un circuito "con memoria intermedia integrada" en la entrada del circuito de accionamiento de LED. El "Proyector 4" en las Figuras 8A-8D contiene un ejemplo de una entrada sin memoria integrada y no aislada del circuito de accionamiento de LED. Los sistemas mostrados en las Figuras 8A-8D son ejemplos no limitativos para ilustrar los diferentes tipos de circuitos que pueden utilizarse. En algunas realizaciones, cada uno de la pluralidad de proyectores de imágenes en el sistema de proyección de imágenes contiene el mismo tipo de circuitos, o diferentes tipos de circuitos, o una mezcla de los mismos y diferentes tipos de circuitos en las entradas de sus respectivos circuitos de accionamiento de LED.
También se muestran diferentes opciones para el subsistema de visualización (etiquetado como "Sistema de control maestro" en las figuras) en las Figuras 8A-8D. El subsistema de visualización puede contener un procesador/controlador en tiempo real (es decir, el controlador de sistema, o una parte del mismo) con una única salida como se muestra en el ejemplo de la Figura 8A (la única salida del controlador de sistema está etiquetada como "Salida"). En otras realizaciones, el subsistema de visualización puede contener un controlador de procesador en tiempo real con múltiples salidas como se muestra en el ejemplo de la Figura 8B (las múltiples salidas del controlador de sistema están etiquetadas como "Salida 1", "Salida 2"... "Salida N"). En algunas realizaciones, el subsistema de visualización puede contener un controlador de procesador en tiempo real con una FPGA integrada (es decir, integrada con el sistema de control maestro) como se muestra en el ejemplo de la Figura 8C, o una FPGA externa (separada del sistema de control maestro) como se muestra en el ejemplo de la Figura 8D. En algunas realizaciones, el controlador de sistema (p. ej., mostrado en las Figuras 6 y 7) y el controlador maestro (p. ej., mostrado en las Figuras 8A-8D) son la misma unidad física. En algunas realizaciones, el controlador de sistema y el controlador maestro son unidades físicas diferentes. Por ejemplo, el controlador de sistema en relación con un motor de impresión proyectivo individual puede ser una placa de ensamblaje de circuito impreso integrada en tiempo real personalizada donde el controlador maestro que se ubica por encima de tales motores puede ser una computadora industrial comercial estándar con múltiples entradas y salidas. En algunas realizaciones, un controlador maestro controla varios motores de impresión.
Las salidas del subsistema de visualización pueden almacenarse en una memoria intermedia (p. ej., como se muestra en la salida "Salida 1" en la Figura 8B), o no (p. ej., como se muestra en la salida "Salida 2" en la Figura 8B). En los casos en los que el subsistema de visualización contiene un controlador de procesador en tiempo real con una única salida, la salida única puede almacenarse en una memoria intermedia con una memoria intermedia de tamaño suficiente para accionar toda la pluralidad de entradas habilitadoras en los circuitos de accionamiento de LED de cada proyector de imágenes (como se muestra para la "Salida" en la Figura 8A). Las Figuras 8C-8D muestran ejemplos donde el subsistema de visualización incluye una FPGA, y cada salida de la FPGA se almacena en una memoria intermedia. La Figura 8D muestra un ejemplo de un subsistema de visualización con un "sistema de control maestro" y una FPGA externa, con una conexión cableada entre ellos. Las configuraciones de las salidas almacenadas en memorias intermedias del sistema de control maestro y/o la FPGA mostrada en las Figuras 8A-8D son ejemplos no limitativos solo para ilustrar las diferentes opciones posibles. En algunas realizaciones, las salidas del sistema de control maestro y/o la FPGA son todas iguales y, en otros casos, pueden ser diferentes entre sí.
Los sistemas de ejemplo mostrados en las Figuras 6-7 y 8A-8D se pueden utilizar para controlar sistemas de iluminación en SIFR con sistemas de iluminación basados en proyección o no basados en proyección, incluidos aquellos que contienen matrices de diodos emisores de luz, sistemas de proyección basados en cristal líquido, pantallas de cristal líquido (LCD, por sus siglas en inglés), pantallas de cristal líquido sobre silicio (LCOS, por sus siglas en inglés), sistemas de proyección basados en lámparas de vapor de mercurio, proyectores de procesamiento de luz digital (PLD), sistemas de proyección láser y láseres discretos.
En algunas realizaciones, el sistema de proyección de imágenes proyecta una matriz de subimágenes (p. ej., matriz 1D o 2D) que se mueven o indexan durante la exposición de una capa y/o entre las exposiciones de capas posteriores. Una subimagen es una imagen que se proyecta desde un proyector de imágenes y forma parte de una imagen compuesta en un instante dado en el tiempo (es decir, durante una serie de impresión), donde la imagen compuesta define una capa de un objeto que se va a imprimir. Cuando una subimagen de un proyector de imágenes se mueve desde una primera posición dentro de la imagen compuesta a una segunda posición dentro de la imagen compuesta, los patrones (o intensidades de píxeles) dentro de la subimagen pueden permanecer iguales (p. ej., en el caso de objetos con características repetitivas), o pueden cambiar (p. ej., para imprimir de manera más general cualquier forma de capa de objeto). En algunas realizaciones, cada uno de los proyectores de imágenes proyecta una subimagen sobre una parte del área de construcción, y los proyectores de imágenes se mueven (o se mueven sistemas ópticos separados tales como espejos, como se describe a continuación) para mover las subimágenes. En algunas realizaciones, a medida que se mueven las subimágenes, se proyectan sobre diferentes partes del área de construcción durante la exposición de una capa. El contenido de las subimágenes puede cambiar (p. ej., las formas que componen las subimágenes y/o la intensidad promedio de las subimágenes pueden cambiar) a medida que se mueven para definir una parte diferente de la capa que se va a imprimir. Sin embargo, algunas realizaciones contienen estructuras repetitivas y, en tales casos, las subimágenes pueden permanecer iguales a medida que se mueven o indexan. La matriz de proyectores de imágenes proyecta subimágenes que pueden cubrir toda el área de construcción, o una parte del área de construcción que necesita exposición para una capa particular. El sistema de proyección de imágenes que contiene la matriz de proyectores de imágenes se puede mover sobre el área de impresión (p. ej., dentro de una cuba abierta de resina o debajo de una membrana y una tina de resina) para producir partes impresas en 3D más grandes que las que se pueden hacer convencionalmente (es decir, las partes convencionales deben caber dentro de áreas proyectadas de sistemas de formación de imágenes no móviles (es decir, estáticos) centrados en un área de construcción predeterminada). Una ventaja de tales sistemas es que se pueden utilizar menos proyectores de imágenes para cubrir un área de construcción grande sin comprometer la resolución de píxeles (es decir, sin ampliar un solo proyector para cubrir un área más grande, lo que da como resultado imágenes proyectadas de menor resolución). Dicho de otra forma, una ventaja de los sistemas descritos en el presente documento es que se pueden imprimir partes grandes con alta resolución espacial. Dichos sistemas son capaces de crear partes impresas más grandes sin sacrificar la resolución espacial del sistema de formación de imágenes, en comparación con un sistema de proyección de imágenes estáticas en el que los proyectores de imágenes se colocan más lejos del área de construcción, o se aumenta la ampliación del sistema de formación de imágenes, para aumentar el tamaño de subimagen de cada proyector a expensas de la resolución espacial.
En algunas realizaciones, el tiempo de exposición de los píxeles dentro de una imagen compuesta de un tamaño dado será una función del movimiento de las subimágenes proyectadas, la ampliación de las subimágenes proyectadas y/o el número total de subimágenes. Por ejemplo, un solo proyector es capaz de proyectar una cierta cantidad de potencia. Si se aumenta la amplificación (es decir, para proyectar una subimagen más grande), entonces se reducirá el flujo de fotones incidente en cada píxel. En las realizaciones donde las subimágenes se mueven en movimiento paso a paso o continuo, la cantidad de tiempo que se proyecta la imagen en un cierto píxel antes de moverse a una ubicación diferente está directamente relacionada con la cantidad de exposición a la luz que experimenta ese píxel.
Las subimágenes que se emiten mediante los proyectores pueden moverse en una dirección o dos direcciones a través del área de construcción. La Figura 9A muestra un ejemplo no limitativo de una imagen compuesta 900 formada por 15 subimágenes 910a-e, 920a-e y 930a-e dispuestas en una matriz de 3x5 (con 3 filas y 5 columnas). En este ejemplo, una matriz de proyectores de imágenes proyecta una matriz 1D de subimágenes 910a-e (es decir, que contiene una fila de subimágenes) orientadas en una primera dirección 905 (p. ej., cubriendo todo el ancho del área de construcción), y, luego la matriz 1D de subimágenes 910a-e se mueve a lo largo de una segunda dirección 906 perpendicular a la primera dirección (p. ej., a lo largo de la longitud del área de construcción para cubrir toda el área de construcción) para proyectar subimágenes 920a-e correspondientes a una segunda fila de subimágenes, y subimágenes 930a-e correspondientes a una tercera fila de subimágenes. La Figura 9B muestra un segundo ejemplo no limitativo de una imagen compuesta 901 formada por 16 subimágenes 940a-d, 950a-d, 960a-d y 970a-d dispuestas en una matriz de 4x4 (con 4 filas y 4 columnas). En este ejemplo, una matriz de proyectores de imágenes proyecta una matriz 2D de subimágenes 940a-d (es decir, que contiene una matriz de 2x2 de subimágenes) orientada en una primera dirección 905 y una segunda dirección 906 (p. ej., cubriendo parte del ancho y parte de la longitud del área de construcción), y, luego la matriz 2D de subimágenes 940a-d se mueve a lo largo de la primera dirección 905 para proyectar subimágenes 950a-d correspondientes a una segunda matriz de 2x2 de subimágenes. En este ejemplo, los proyectores de imágenes se mueven, a continuación, en la primera dirección 905 y la segunda dirección 906 para proyectar subimágenes 960a-d correspondientes a una tercera matriz de 2x2 de subimágenes, y a continuación, se mueven en la primera dirección 905 para proyectar subimágenes 970a-d correspondiente a una cuarta matriz de 2x2 de subimágenes. En este ejemplo, la matriz de 2x2 de proyectores de imágenes utiliza una exploración de trama para cubrir la imagen compuesta 901.
En otros ejemplos, una matriz de proyectores de imágenes puede proyectar una matriz 2D de subimágenes en una matriz de N x M, donde N es el número de subimágenes en una dirección de la matriz y M es el número de subimágenes en otra dirección de la matriz, donde N y/o M pueden ser de 1 a 5, o de 1 a 10, o de 1 a 20, o de 1 a 100, o 2, o 5, o 10, o 20, o 100. La matriz de subimágenes puede cubrir todo el ancho o longitud del área de construcción, o cubrir una parte de la longitud o una parte del ancho del área de construcción. En algunas realizaciones, estas matrices 2D de subimágenes proyectadas desde los proyectores de imágenes pueden tener filas orientadas a lo largo de una primera dirección y columnas orientadas a lo largo de una segunda dirección, y pueden moverse (es decir, explorarse) a lo largo de cualquiera de la primera o segunda direcciones (es decir, en una exploración lineal en una dirección), o a lo largo de ambas primera y segunda direcciones (p. ej., en una exploración de trama a o exploración de serpentina) dentro del área de construcción de manera que las subimágenes proyectadas cubran toda el área de construcción. Algunos ejemplos de movimientos a lo largo de dos direcciones (p. ej., tanto el ancho como la longitud de un área de construcción) son exploraciones de trama, exploraciones de serpentina, o cualquier otro tipo de geometría de exploración que cubra el área de construcción (o parte del área de construcción que necesita exposición para una capa particular).
En algunas realizaciones, el número de proyectores de imágenes (y/o subimágenes proyectadas en cualquier momento particular) en la matriz es de 1 a 5, o de 1 a 10, o de 1 a 20, o de 1 a 100, o 2, o 5 o 10, o 20, o 100 en cada dimensión. Por ejemplo, el tamaño de la matriz puede ser 1D, tal como de 1x1, 1x4, 1x8, 1x20 o 1x100, o 2D y rectangular, tal como de 2x4, 2x8, 2x20, 4x10 o 4x100, o 2D cuadrada, tal como de 4x4, 5x5, 8x8, 10x10, 30x30 o 100x100. En algunas realizaciones, la matriz de subimágenes puede ser cualquiera de los tamaños enumerados anteriormente y puede moverse (p. ej., en sincronización con el subsistema de visualización de imágenes).
Los ejemplos de SIFR que incluyen subimágenes en movimiento descritos en el presente documento pueden aplicarse a sistemas de iluminación en SIFR con sistemas de iluminación basados en proyección o no proyección, incluidos aquellos que contienen matrices de diodos emisores de luz, sistemas de proyección basados en cristal líquido, pantallas de cristal líquido (LCD, por sus siglas en inglés), pantallas de cristal líquido sobre silicio (LCOS, por sus siglas en inglés), sistemas de proyección basados en lámparas de vapor de mercurio, proyectores de procesamiento de luz digital (PLD), sistemas de proyección láser y láseres discretos.
En algunas realizaciones, el movimiento de los proyectores de imágenes incluye mover la fuente de luz del proyector de imágenes (p. ej., tal como un LED o una lámpara). En algunas realizaciones, la fuente de luz se mueve por traslación (p. ej., a lo largo de un plano que es aproximadamente paralelo al plano del área de construcción). La Figura 10A muestra un ejemplo no limitativo de una imagen compuesta formada por subimágenes 1010a-c, donde la fuente de luz 1012 se mueve por traslación en la dirección 1005. En algunas realizaciones, la fuente de luz se mueve por traslación y la dirección de traslación (p. ej., 1005 en la Figura 10A) es aproximadamente paralela al plano del área de construcción. En tales casos, cada imagen se puede calibrar para la posición y otras correcciones, como se describe más adelante en el presente documento.
En algunas realizaciones, la fuente de luz se moverá inclinando y/o rotando la fuente de luz alrededor de uno o más ejes de rotación. La Figura 10B muestra un ejemplo no limitativo de una imagen compuesta formada por subimágenes 1020a-c, donde la fuente de luz 1022 se mueve por rotación en la dirección 1006. En algunas realizaciones, la dirección de rotación (p. ej., 1006 en la Figura 10B) tiene un eje de rotación que es aproximadamente paralelo al plano del área de construcción. En los casos en los que los proyectores de imágenes rotan, la posición y otras correcciones tales como deformación y sesgo, como se describe más adelante en el presente documento, pueden tenerse en cuenta.
En algunas realizaciones, la fuente de luz para los proyectores de imágenes será estacionaria y las subimágenes proyectadas se moverán mediante el uso de sistemas ópticos en movimiento (p. ej., espejos en movimiento o lentes en movimiento). En algunas realizaciones, los sistemas ópticos se moverán por traslación (p. ej., a lo largo de un plano que es aproximadamente paralelo al plano del área de construcción), o mediante la inclinación y/o rotación de los sistemas ópticos alrededor de uno o más ejes de rotación. La Figura 10C muestra un ejemplo no limitativo de una imagen compuesta formada por subimágenes 1030a-c, donde la fuente de luz 1032 es estacionaria, y un espejo 1034 se mueve por rotación en la dirección 1007 para proyectar las subimágenes 1030a-c. Como alternativa, La Figura 10D muestra un ejemplo no limitativo de una imagen compuesta formada por subimágenes 1040 a-c, donde la fuente de luz 1042 es estacionaria, y una lente 1044 se mueve por rotación en la dirección 1008 para proyectar las subimágenes 1040a-c. En diferentes casos de sistemas ópticos en movimiento (p. ej., los mostrados en las Figuras 10C y 10D), cada imagen proyectada se puede calibrar para posicionamiento, deformación y sesgo, y/u otras correcciones, como se describe más adelante en el presente documento.
Los ejemplos no limitativos en las Figuras 10A-10D contienen sistemas con un proyector de imágenes en movimiento, o un proyector de imágenes estacionario y un sistema óptico en movimiento (p. ej., un espejo o una lente). En otras realizaciones, los SIFR descritos en el presente documento pueden contener más de un proyector de imágenes y/o sistema óptico, y los proyectores de imágenes y/o sistemas ópticos se mueven para proyectar una pluralidad de subimágenes en un área de construcción. En estos casos, los múltiples proyectores de imágenes y/o sistemas ópticos pueden moverse todos por traslación o rotación. En algunas realizaciones, el SIFR contiene subsistemas para permitir que cada proyector de imágenes y/o subimagen se mueva de manera independiente. En otras realizaciones, el SIFR contiene subsistemas para permitir que todos los proyectores de imágenes y/o subimágenes se muevan como un grupo. En algunas realizaciones, el o los proyectores de imágenes y/o el o los sistemas ópticos pueden trasladarse y rotar para proyectar subimágenes en diferentes ubicaciones dentro de un área de construcción.
En algunas realizaciones, los codificadores se utilizan para medir la posición de un componente en movimiento (p. ej., proyector de imágenes o elemento del sistema óptico). Por ejemplo, los codificadores lineales magnéticos se pueden fijar a los proyectores de imágenes que se mueven por traslación y a un chasis estacionario del sistema, y la posición del proyector de imágenes con respecto al chasis estacionario se conocería con precisión. Tal realimentación de posición puede ser útil para calibrar el sistema antes de una serie de impresión y/o para monitorizar la posición del componente en movimiento durante una serie de impresión.
En algunas realizaciones, el movimiento de una matriz de proyectores de imágenes (o sistemas ópticos) se sincroniza con el subsistema de visualización. Por ejemplo, el subsistema de visualización puede crear una franja de impresión correspondiente al movimiento de cada proyector de imágenes para cada capa que se va a exponer.
Las Figuras 10E muestra una vista de arriba hacia abajo y la Figura 10F muestra una vista en perspectiva de un ejemplo no limitativo de un SIFR 1050 con proyectores de imágenes móviles, de acuerdo con algunas realizaciones. La Figura 10E muestra dos proyectores de imágenes (o ensamblajes de proyectores de imágenes) 1052a-b, que están montados en sistemas móviles 1054a-b, que son accionados por motores 1056a-b y permiten que los proyectores de imágenes se muevan en las direcciones X e Y (como se muestra mediante el sistema de coordenadas en la figura), y sistemas móviles adicionales 1058a-b, que permiten que los proyectores de imágenes roten alrededor de los ejes X y/o Y (o alrededor de un eje distinto de X o Y). La Figura 10F muestra adicionalmente un sistema móvil 1054c y un motor 1056c, que permiten que los proyectores de imágenes se muevan en la dirección Z (como se muestra en el sistema de coordenadas de la figura), una tina de resina 1062 y una plataforma de construcción 1064 que se puede mover (en la dirección Z) dentro y fuera de un depósito de resina contenido dentro de la tina de resina 1062. Los sistemas móviles adicionales 1058a-b no se muestran en la Figura 10F, pero puede incluirse en algunas realizaciones.
Continuando con las Figuras 10E y 10F, en algunas realizaciones, los proyectores de imágenes 1052a-b contienen diodos emisores de luz, sistemas de proyección basados en cristal líquido, pantallas de cristal líquido (LCD, por sus siglas en inglés), pantallas de cristal líquido sobre silicio (LCOS, por sus siglas en inglés), sistemas de proyección basados en lámparas de vapor de mercurio, proyectores de procesamiento de luz digital (PLD), láseres discretos o sistemas de proyección láser. El SIFR 1050 de ejemplo en las Figuras 10E y 10F muestra dos proyectores de imágenes 1052a-b, sin embargo, se pueden utilizar sistemas similares para mover más de 2 proyectores de imágenes, tal como de 2 a 20 proyectores de imágenes. Los proyectores de imágenes (p. ej., 1052a-b en las Figuras 10E y 10F) se pueden montar utilizando cualquier mecanismo, por ejemplo, utilizando un mecanismo que monta de forma segura el proyector a los sistemas móviles (p. ej., 1054a-c y/o 1058a-b en las Figuras 10E y 10F), y que es capaz de mantener una posición estática de cada proyector (p. ej., durante una exposición, de acuerdo con algunos métodos).
Los sistemas móviles 1054a-c pueden incluir correas, cadenas, carriles de guía, accionamientos de tornillo de avance u otros tipos de mecanismos de accionamiento lineal. Los motores 1056a-c pueden incluir motores paso a paso, servomotores de CC con escobillas o sin escobillas, o una combinación de los mismos, u otros tipos de sistemas de movimiento capaces de trabajar con los sistemas móviles 1054a-c para mover los proyectores de imágenes. En algunas realizaciones, la realimentación de posición se utiliza para mover con precisión los proyectores de imágenes a una cierta distancia y/o a una cierta ubicación en el espacio. La realimentación de posición se puede obtener ópticamente, eléctricamente, magnéticamente, o utilizando una combinación de los mismos. Algunos ejemplos no limitativos de sistemas de realimentación de posición son aquellos que incluyen codificadores ópticos, codificadores magnéticos y sensores de posición de matriz óptica. Los sistemas móviles 1054a-c pueden estar en ubicaciones distintas de las mostradas en las Figuras 10E y 10f . Por ejemplo, los sistemas móviles 1054a-c no necesitan estar en el lateral de los proyectores de imágenes montados; se pueden colocar en el medio entre los proyectores de imágenes montados 1052a-b. En algunas realizaciones, hay más de un sistema de carriles motorizado en un eje dado.
Las Figuras 10E y 10F muestran un ejemplo de un SIFR con múltiples proyectores de imágenes que pueden moverse a lo largo de múltiples ejes. En algunas realizaciones, se pueden utilizar sistemas de movimiento similares en SIFR que se proyectan desde arriba hacia abajo, en lugar de desde abajo hacia arriba, como se muestra en las Figuras 10E y 10F. Los proyectores de imágenes pueden moverse de manera independiente o su movimiento puede acoplarse entre sí (p. ej., utilizando el mismo sistema de movimiento para mover múltiples proyectores de imágenes), en diferentes realizaciones.
El movimiento proporcionado por los mecanismos mostrados en las Figuras 10E y 10F permite que cada proyector de imágenes 1052a-b se traslade en las direcciones X e Y como se representa en la Figura 10A, y los sistemas móviles adicionales 1058a-b permiten que cada proyector de imágenes 1052a-b rote como se representa en la Figura 10B. En otras realizaciones, los proyectores de imágenes son estacionarios, y un sistema de espejo o lente puede trasladarse y/o rotar utilizando mecanismos similares mostrados en las Figuras 10E y 10F para habilitar los sistemas representados en las Figuras 10C y 10D.
A continuación, se describirán dos categorías de sistemas y métodos en movimiento, uno que utiliza una configuración de etapa-exposición-etapa y otro que utiliza una configuración de movimiento continuo. En ambos de estos tipos de sistemas, la matriz de subimágenes puede ser 1D o 2D, y puede moverse (es decir, explorarse) en una dirección o más de una dirección para cubrir la parte del área de construcción necesaria para una exposición de capa dada.
En algunas realizaciones de sistemas y métodos de proyección de imágenes con matrices de proyectores de imágenes en movimiento que proyectan matrices en movimiento de subimágenes, se utilizan sistemas y métodos de etapaexposición-etapa. Por ejemplo, una matriz de proyectores de imágenes se puede mover a una primera posición y, luego se pueden visualizar las subimágenes de cada proyector de imágenes. A continuación, la matriz se puede mover a una segunda posición y se puede visualizar un segundo conjunto de subimágenes. Repitiendo este proceso de etapa-exposición-etapa, toda el área de construcción puede exponerse por tramos. Los ejemplos mostrados en las Figuras 10A-10D ilustran diferentes tipos de movimiento que pueden utilizarse para formar una imagen compuesta a partir de subimágenes que se proyectan en diferentes ubicaciones moviendo un proyector de imágenes o sistema óptico utilizando un método de etapa-exposición-etapa. La Figura 11 muestra un ejemplo de un sistema y método de etapa-exposición-etapa (es decir, un método de índice), donde una subimagen de 15x5 píxeles (es decir, cada caja en la Figura 11 representa un píxel dentro de una subimagen) de un proyector de imágenes (p. ej., dentro de una matriz de proyectores de imágenes) se utiliza para proyectar una subimagen de 15x5 píxeles en la "posición 1" (líneas continuas) dentro del área de construcción, y, luego se mueve la matriz de proyectores de imágenes y se mueve una subimagen de 15x5 píxeles y se proyecta en la "posición 2" (líneas discontinuas) dentro del área de construcción. Las subimágenes en la posición 1 y la posición 2 en este ejemplo no se solapan, sin embargo, en otras realizaciones de métodos de etapa-exposición-etapa, las subimágenes adyacentes se solaparán entre sí.
En algunas realizaciones de sistemas y métodos de proyección de imágenes con matrices en movimiento de proyectores de imágenes que proyectan matrices en movimiento de subimágenes, se utiliza movimiento continuo. Por ejemplo, una matriz de proyectores de imágenes se puede mover continuamente a través de un área de construcción, y el subsistema de visualización puede sincronizar las subimágenes proyectadas con la velocidad del movimiento de la matriz. De esta manera, la matriz puede moverse a una velocidad constante (en una o más de una dirección, p. ej., en una exploración lineal, una exploración de trama, una exploración de serpentina, etc.) y el contenido de la imagen se actualiza continuamente para crear una "apertura de exposición" en movimiento de la imagen de capa completa. La Figura 12 muestra un ejemplo de un sistema y método de movimiento continuo, donde se utiliza una subimagen de un proyector de imágenes dentro de una matriz para proyectar una subimagen sobre la "posición 1" a la "posición 7" dentro del área de construcción (cada recuadro en la figura representa un píxel dentro de una subimagen), y la matriz se mueve continuamente a lo largo del área de construcción en la dirección de "movimiento continuo". Dicho de otra forma, el borde posterior de la subimagen mostrada en la Figura 12 comenzará en la "posición 1", y, luego se moverá continuamente de modo que el borde posterior de la subimagen se ubicará en la "posición 2", a continuación, en la "posición 3", y así sucesivamente hasta que se complete la exposición de la capa. Una vez que la subimagen alcanza la "posición 7" en este ejemplo, el borde posterior estará más allá del punto del borde anterior cuando la imagen estaba en la "posición 1". En tales realizaciones, en cualquier instante único una parte de la imagen compuesta (es decir, una subimagen) es proyectada por cada uno de los proyectores de imágenes en la matriz. Sin embargo, en estas realizaciones, dado que la matriz de subimágenes se mueve continuamente a través del área de construcción, el subsistema de visualización controlará cada proyector de imágenes para proyectar una "película" (o animación) de subimágenes en la que cada subimagen se mueve efectivamente a través del campo de visión de cada uno de los proyectores de imágenes en tiempo real (p. ej., de manera sincronizada con el movimiento de la matriz de proyectores de imágenes). En tales realizaciones, el tiempo de exposición de cada píxel está relacionado con la velocidad de exploración (es decir, la velocidad a la que la subimagen se mueve a través del área de construcción). En estas realizaciones, la exposición de un píxel dado también está relacionada con el tamaño de la región de exposición en la dirección de movimiento de la subimagen. En general, la transferencia de energía total a un "punto" teórico de resina está relacionada con la potencia por el tiempo, y en las realizaciones con subimágenes en movimiento de manera continua, el factor de tiempo se compone de la distancia explorada dividida por la velocidad de exploración.
En algunas realizaciones, la matriz de proyectores de imágenes y subimágenes se mueve para superar defectos en los proyectores de imágenes y subimágenes (p. ej., píxeles muertos, aberraciones de lente, etc.) desplazando las subimágenes ligeramente a regiones o áreas que tienen buenos píxeles o con las propiedades ópticas más óptimas. En tales realizaciones, el movimiento se sincroniza con el subsistema de visualización para proyectar las subimágenes apropiadas a través de toda el área de construcción (o parte del área de construcción que necesita exposición para una capa particular) para crear el patrón necesario para la parte que se está imprimiendo.
En algunas realizaciones, una subimagen en movimiento (p. ej., como se ha descrito anteriormente) se inclina con respecto a una dirección de exploración para proporcionar una mejor resolución interpolada en la dirección perpendicular a la dirección de exploración. Por ejemplo, la Figura 13 representa dos instancias (en el tiempo) de una subimagen en movimiento continuo proyectada desde un proyector de imágenes en movimiento continuo (o sistema óptico), donde la orientación de la subimagen está inclinada (o rotada) con respecto a la dirección de exploración. La dirección de exploración está en la dirección "Y" en la figura, y la primera subimagen se muestra como líneas continuas que definen los píxeles dentro de la subimagen. Las líneas discontinuas muestran una segunda subimagen después de que la subimagen se mueva en la dirección "Y". Por ejemplo, una matriz 2D de subimágenes se puede orientar de tal manera que las subimágenes se dispongan en filas orientadas a lo largo de una primera dirección y columnas orientadas a lo largo de una segunda dirección, y el movimiento de los proyectores de imágenes es tal que las subimágenes se mueven en una tercera dirección que es diferente tanto de la primera como de la segunda dirección. La Figura 13 muestra un ejemplo de una subimagen inclinada con filas y columnas orientadas a lo largo de dos direcciones "A" y "B", que se mueve en una tercera dirección "Y". En este ejemplo, la subimagen inclinada proporciona una resolución más alta en la dirección "X" (la dirección perpendicular a la dirección de exploración "Y"). La resolución efectiva en la dirección "Y" también aumenta debido a la inclinación y, en algunas realizaciones, también se ve afectada por los parámetros de movimiento del proyector de imágenes. Por ejemplo, en el caso de la exploración continua de subimágenes, la resolución efectiva en la dirección de movimiento puede regirse por la calidad del control de movimiento y la sincronización de movimiento con el subsistema de visualización. En algunos casos, la calidad de control de movimiento es lo suficientemente alta como para proporcionar una resolución de subpíxel en la dirección de exploración (p. ej., en términos de movimiento y/o precisión de posicionamiento). En algunas realizaciones, la inclinación permite que el sistema tenga una mayor granularidad en una o más direcciones del área de construcción al permitir la interpolación entre píxeles (p. ej., dentro del subsistema de visualización de imágenes). Por otra parte, un sistema de formación de imágenes no inclinado daría como resultado una granularidad definida por el tamaño de píxel de imagen en la dirección perpendicular a la dirección de exploración.
En algunas realizaciones, un sistema de proyección de imágenes contiene una matriz de proyectores de imágenes que proyectan una matriz de subimágenes, y la orientación de cada una de las subimágenes en la matriz se inclina con respecto a una dirección de exploración para proporcionar una mejor resolución interpolada en la dirección perpendicular a la dirección de exploración como se ha descrito anteriormente.
Hay una serie de dispositivos que pueden servir como el aparato para mover la matriz de proyectores de imágenes dentro del sistema de proyección de imágenes. Algunos ejemplos incluyen, pero sin limitación, motores, neumáticos, sistemas basados en la gravedad y accionadores lineales. Los sistemas de formación de imágenes descritos anteriormente no se limitan a sistemas basados en PLD de proyección. Algunos ejemplos de sistemas de formación de imágenes que pueden utilizar una matriz de proyectores de imágenes como se describe en el presente documento incluyen, pero sin limitación, sistemas basados en PLD, sistemas de proyección basados en lámparas, sistemas basados en LCD y sistemas de formación de imágenes basados en láser.
En algunas realizaciones, se puede imprimir más de una parte (u objeto) simultáneamente. Esto puede ser ventajoso para utilizar de manera más óptima el área de construcción y aumentar la velocidad de producción de partes. En algunas realizaciones, un sistema de fabricación por adición contiene una matriz de proyectores de imágenes, cada una de las cuales proyecta una subimagen en un área de construcción, y se imprime más de una parte dentro del área de construcción durante una única serie de impresión. Por ejemplo, un sistema de fabricación por adición puede contener una matriz de proyectores de imágenes de 3x3, que proyecta 9 subimágenes totales en un área de construcción, y 9 partes individuales (es decir, partes que no están conectadas físicamente) se pueden imprimir dentro del área de construcción durante una sola serie de impresión. En ese caso, un proyector de imágenes proyecta un conjunto de subimágenes, donde cada subimagen expone una capa para una sola parte. En este ejemplo, dado que cada objeto individual se crea utilizando un único proyector de imágenes en la matriz, la unión de las subimágenes de los diferentes proyectores de imágenes en la matriz es menos compleja (p. ej., no se requeriría la fusión de bordes), o no es necesaria en absoluto.
En algunas realizaciones, se imprime más de un objeto simultáneamente y cada objeto individual se imprime utilizando un único proyector de imágenes en la matriz, como se ha descrito anteriormente. En otras realizaciones, se imprime más de un objeto simultáneamente y se utiliza más de un proyector de imágenes para imprimir un único objeto. Por ejemplo, un sistema de fabricación por adición puede contener una matriz de proyectores de imágenes de 2x4, que proyecta 8 subimágenes totales en un área de construcción, y 2 partes individuales (es decir, partes que no están conectadas físicamente) se pueden imprimir dentro del área de construcción durante una sola serie de impresión. En este ejemplo, cada parte individual se puede imprimir utilizando 4 de los proyectores de imágenes. En este ejemplo, cada objeto individual se crea utilizando más de un proyector de imágenes en la matriz, y la unión de las subimágenes es algo más compleja (p. ej., aún se requeriría la fusión de bordes para algunas de las subimágenes).
En algunas realizaciones, los objetos individuales (es decir, uno o más objetos) que se imprimen simultáneamente son aproximadamente idénticos, mientras que, en otras realizaciones, los objetos individuales que se imprimen simultáneamente son diferentes entre sí. En algunas realizaciones, se imprime más de un objeto simultáneamente y los proyectores de imágenes y/o sistemas ópticos en el sistema de fabricación por adición son estacionarios o se están moviendo, como se describe más adelante en el presente documento.
En algunas realizaciones, los SIFR descritos en el presente documento incluyen además un accesorio de calibración que contiene una pluralidad de conjuntos de sensores de luz. En algunas realizaciones, cada conjunto de sensores de luz está asociado con una o más subimágenes, y las señales de los conjuntos de sensores se alimentan a uno o más microcontroladores para procesar la información de los sensores y proporcionar la información en un bucle de retroalimentación al SIFR para hacer ajustes a las subimágenes (p. ej., de alineación, posición, intensidad, deformación, fusión de bordes y/o cualquiera de las correcciones o ajustes de imagen descritos en el presente documento). En algunas realizaciones, los sensores de luz en cada conjunto se colocan de manera que coincidan con posiciones en o cerca de las esquinas de la una o más subimágenes.
En algunas realizaciones, el accesorio de calibración se puede insertar en el SIFR para capturar la iluminación del sistema de proyección de imágenes en cualquier momento (p. ej., entre series de impresión, durante las series de impresión, una vez para configurar inicialmente el sistema (p. ej., en la fábrica de producción de SIFR), o periódicamente para su mantenimiento. En algunas realizaciones, los sensores de luz utilizados en los accesorios de calibración tienen campos de visión estrechos, para mejorar la precisión de alineación proporcionada por el accesorio de calibración.
A continuación, se incluyen algunos ejemplos no limitativos de algunas realizaciones de los sistemas y métodos descritos en el presente documento.
Ejemplo 1: Máscara de irradiancia
En este ejemplo, un proyector de imágenes emite a través de su área proyectada una imagen blanca sólida donde, cuando se mide (p. ej., mediante un accesorio de calibración descrito en el presente documento), los píxeles en la esquina superior izquierda son un 5 % menos brillantes (es decir, tienen un 5 % menos de irradiancia) que en cualquier otra parte del campo de visión. Se aplica una máscara de irradiancia que actúa como un "filtro de quemado" (es decir, un filtro que disminuye o aumenta la irradiancia en un patrón, local o uniformemente en una imagen). La máscara de irradiancia, cuando se aplica a la imagen blanca sólida, reduce el 100 % de los píxeles brillantes en otras partes de la imagen al 95 % para crear una irradiancia uniforme en toda la imagen.
Ejemplo 2: Variaciones de reactividad
En este ejemplo, se utiliza una corrección gamma para reasignar valores de 0-255 píxeles al intervalo de reactividad direccionable para curar una resina. Esto maximiza el número de niveles de escala de grises disponibles, lo que es beneficioso para minimizar las aberraciones de solapamiento de superficies curvas o lisas que se producen en un sistema de proyección basado en píxeles inherentemente cuadrados. De manera adicional, las diferentes resinas utilizadas en los SIFR generalmente tienen diferentes curvas de reactividad. Los filtros de corrección gamma, tal como el descrito en este ejemplo, se pueden utilizar para cada resina diferente para eliminar variaciones y mejorar la consistencia de parte a parte, lo que es beneficioso para permitir que los SIFR funcionen de manera efectiva en entornos de fabricación industrial.
La relación entre la profundidad de curado y la energía por unidad región unitaria para una resina de ejemplo no limitativo se puede determinar utilizando el método 1400 mostrado en la Figura 14. El método 1400 mostrado en la Figura 14 describe cómo la relación mostrada en las Figuras 5A-5B y las ecuaciones (1)-(7) pueden determinarse de acuerdo con algunas realizaciones.
En la etapa 1410, se coloca una muestra de resina en un SIFR y se ordena al SIFR que irradie la muestra de resina con una cantidad específica de energía a una longitud de onda específica. En la etapa 1420, la muestra se retira, a continuación, de la impresora y se mide el grosor físico de la resina curada, resultante de la etapa 1410. Puede utilizarse cualquier técnica de medición que proporcione suficiente precisión para medir el grosor de la resina curada en la etapa 1420. Un ejemplo no limitativo de un método de medición de grosor de resina incluye el uso de un micrómetro (p. ej., montado en un soporte Starrett con superficie de granito) para realizar mediciones comparativas. En tal método, el grosor de una muestra de resina curada se puede medir bajando una punta de émbolo del micrómetro bajo una carga específica (o fuerza de contacto) y permitiendo que la punta se asiente durante un período específico antes de tomar una lectura del grosor. Otro ejemplo no limitativo de un método de medición de grosor de resina incluye el uso de un dispositivo de medición láser donde la longitud de onda láser está fuera de la ventana de longitud de onda de curado de resina. El resultado de las etapas 1410 y 1420 es un único punto de datos de profundidad de curado (Dp) y energía (E'). En la etapa 1430, las etapas 1410 y 1420 se repiten en un intervalo deseado de dosis de energía para crear un conjunto de datos de profundidad de curado (Dp) y energía (E').
En la etapa 1440, el conjunto de datos determinado en la etapa 1430 se ajusta a la relación de la ecuación (1) para determinar los coeficientes ith y b-i. Para la resina en este ejemplo, ith puede ser igual a 40,0 pm/(mJ/cm2), y b1 puede ser igual a -105,0 pm (obsérvese que el coeficiente b en este caso es negativo, lo que indica que la intersección y de la línea en la Figura 5A está por debajo del eje x). La relación de los datos reales con el conjunto de datos derivados puede probarse utilizando un análisis de regresión de mínimos cuadrados para calcular el coeficiente de correlación. En algunas realizaciones, el objetivo para el valor R2 es 0,95 o mejor. Habiendo determinado los coeficientes para la resina en la ecuación (1), una relación de trabajo adecuada está disponible para su uso en el SIFR para la resina específica probada a la longitud de onda específica de la energía utilizada.
En la etapa 1450, las dos relaciones específicas para E'0 y E'máx en las ecuaciones (4) y (5) se derivan de la ecuación (1) como se ha descrito anteriormente, utilizando los coeficientes ith y b1 determinados en la etapa 1440. E'0 es una propiedad fundamental de la resina, y E'máx se ve afectada por el comportamiento de curado de la resina y las especificaciones del proceso de impresión deseado. Para la resina en este ejemplo con los coeficientes ith y b1 descritos anteriormente, E'0 es 13,8 mJ/cm2. En este ejemplo no limitativo, el grosor de curado deseado es de 250 pm y, así pues, el valor resultante para E'máx es 7150 mJ/cm2.
La siguiente etapa 1460 en el proceso de ajuste de gamma 1400 es crear una función de transferencia que mapea el intervalo de energía de funcionamiento del proceso de impresión deseado al intervalo de funcionamiento del sistema de control. Dado un intervalo de cuantificación de energía de entrada hipotético de 0 a 255 que se distribuirá a lo largo de una distribución de energía logarítmica que varía de E'0 a E'máx, la función de energía resultante se da en la ecuación (6), donde m2=(255/E'máx) y b2=0.
Las Figuras 15A y 15B muestran relaciones entre la energía por región unitaria (E') y la intensidad de píxel (L). Los gráficos en las Figuras 15A y 15B tienen ln(E') en unidades de mJ/cm2 en los ejes y y L (con intervalos de 0 a 255) en los ejes x. Se muestran tres curvas en cada gráfico. En este ejemplo, las curvas 1510a-b corresponden a un grosor de capa (es decir, el grosor de cada capa en la parte impresa) de 50 micrómetros, las curvas 1520a-b corresponden a un grosor de capa de 100 micrómetros, y las curvas 1530a-b corresponden a un grosor de capa de 250 micrómetros. Correspondientemente, las curvas muestran que las capas más gruesas requieren más energía para un valor de entrada particular L. La ln(E') mínima 1540 requerida para producir una profundidad de curado D<p>=0 también se muestra en las figuras.
La Figura 15A muestra la relación entre E' y L antes de que se aplique cualquier corrección gamma. Los intervalos dinámicos (es decir, el intervalo de intensidades de píxel que puede lograr la resina) antes de la corrección gamma están limitados, y se muestran mediante los intervalos 1550, 1560 y 1570, para capas de 50 micrómetros, 100 micrómetros y 250 micrómetros de grosor respectivamente. Antes de la corrección gamma, así pues, el intervalo completo de intensidades de píxeles (p. ej., 0-255 en este ejemplo) no se puede lograr. Dicho de otra forma, la fidelidad (o granularidad) de las intensidades de píxel L y/o las densidades de energía E' es limitada. De manera adicional, las capas más delgadas requieren menos energía para alcanzar una profundidad de curado máxima requerida, D<p m á x>, pero la ln(E') mínima 1540 requerida para producir una profundidad de curado D<p>=0 es similar para capas más gruesas y más delgadas. Como resultado, el intervalo dinámico para capas más delgadas es generalmente incluso menor que el de capas más gruesas.
La Figura 15B muestra la relación entre E' y L después de aplicar la corrección gamma, como se ha descrito anteriormente. La energía por ln(E') de región unitaria mínima 1540 requerida para producir una profundidad de curado mínima, D<p>=0, ahora corresponde a L=0. Adicionalmente, la energía requerida para lograr una profundidad de curado máxima, D<p m á x>, corresponde a L=255. Dicho de otra forma, los métodos de corrección gamma anteriores permiten lograr el intervalo dinámico completo de valores de píxel (y/o, una mayor fidelidad de los valores de píxel que se quieren lograr). La Figura 15B también muestra que el intervalo dinámico completo se puede lograr para todos los grosores de capa en este ejemplo.
En algunos casos, un SIFR contiene una fuente de iluminación, en donde la potencia de energía de salida de la fuente de iluminación es una función de una entrada de potencia a la fuente de iluminación. Así pues, es útil determinar el tiempo de exposición (T<exp>) requerido para producir una energía dada por región unitaria (E') para una potencia de entrada dada a la fuente de iluminación. Por ejemplo, la irradiancia (Ir) en las ecuaciones (2) y (3) puede ser una función de la potencia de entrada (pwm) a la fuente de iluminación, que puede definirse mediante la siguiente expresión
Ir=C<2>*(pwm)<2>+C<1>*pwm+C<ü>) (10)
donde C<0>, C<1>y C<2>son constantes. La ecuación 10 se puede sustituir en la ecuación (3) para determinar el tiempo de exposición (T<exp>) necesario para producir una energía particular por región unitaria (E') para una potencia de entrada dada (pwm) a la fuente de iluminación.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de fabricación por adición, que comprende:
un sistema de proyección de imágenes (110) que comprende una pluralidad de proyectores de imágenes (170a-d) configurados para proyectar una imagen compuesta sobre un área de construcción (160) dentro de un depósito de resina (120), en donde cada uno de los proyectores de imágenes está configurado para proyectar una subimagen (180a-d) sobre una parte del área de construcción, y la imagen compuesta comprende una pluralidad de subimágenes dispuestas en una matriz; y
un subsistema de visualización (115);
en donde:
el subsistema de visualización comprende un controlador de sistema (630a-b) que está configurado para controlar el sistema de proyección de imágenes y cada uno de los proyectores de imágenes y para ajustar las propiedades y la alineación de una posición de cada subimagen en la matriz;
los proyectores de imágenes están configurados para proyectar dos o más subimágenes adyacentes en la matriz de modo que se solapan en dos o más bordes de subimagen;
el subsistema de visualización está configurado para ajustar las propiedades de cada subimagen en la matriz utilizando una pila de filtros (200) que comprende:
una máscara de irradiancia (240) configurada para normalizar la irradiancia;
una máscara de ajuste gamma configurada para ajustar la energía de subimagen basándose en una reactividad de una resina del depósito de resina;
un filtro de corrección de deformación (210) configurado para proporcionar corrección geométrica; y
una barra de fusión de bordes (230) configurada para filtrar uno o más bordes de subimagen.
2. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 1, en donde el subsistema de visualización controla el sistema de proyección de imágenes (110) y cada uno de los proyectores de imágenes utilizando procesamiento de luz digital.
3. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 1, en donde la máscara de irradiancia (240) ajusta adicionalmente la energía en el área de construcción (160) para compensar por las no uniformidades en la óptica de la pluralidad de proyectores de imágenes.
4. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 1, en donde la máscara de ajuste gamma comprende una relación logarítmica entre una profundidad de curado de la resina y la energía por región unitaria en el área de construcción (160).
5. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 1, en donde la resina se selecciona del grupo que consiste en acrilatos, epoxi, metacrilatos, uretano, silicona, vinilos y combinaciones de los mismos.
6. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 1, en donde:
la barra de fusión de bordes (230) comprende una distancia de fusión y una función seleccionada del grupo que consiste en: lineal, sigmoidea y geométrica.
7. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 1, en donde:
la barra de fusión de bordes (230) ajusta el uno o más bordes de subimagen basándose en al menos una ubicación de límite de capa dentro de un objeto que se está fabricando.
8. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 1, que comprende además:
el controlador de sistema (630a-b) que sincroniza el control de exposición de la pluralidad de proyectores de imágenes entre sí.
9. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 1, en donde:
el sistema de proyección de imágenes (110) está configurado para mover la pluralidad de subimágenes (180a-d) a diferentes partes del área de construcción (160) durante una exposición de una capa de un objeto que se está fabricando.
10. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 9, en donde:
en donde el sistema de proyección de imágenes (110) comprende una fuente de luz móvil o un sistema óptico móvil.
11. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 9, en donde:
el sistema de proyección de imágenes (110) está configurado para mover la pluralidad de subimágenes utilizando un movimiento de tipo etapa-exposición-etapa o un movimiento continuo.
12. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 9, en donde:
la pluralidad de subimágenes comprende una matriz 1D de subimágenes (910a-e) orientadas en una primera dirección; y
el sistema de proyección de imágenes (110) está configurado para mover la matriz 1D de subimágenes en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección.
13. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 9, en donde:
la pluralidad de subimágenes comprende una matriz 2D de subimágenes (940a-d) con filas orientadas a lo largo de una primera dirección y columnas orientadas a lo largo de una segunda dirección; y
el sistema de proyección de imágenes (110) está configurado para mover la matriz 2D de subimágenes en una de la primera o segunda direcciones, o tanto en la primera como en la segunda dirección.
14. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 9, en donde:
la pluralidad de subimágenes comprende una matriz 2D de subimágenes (940a-d) con filas orientadas a lo largo de una primera dirección y columnas orientadas a lo largo de una segunda dirección; y
el sistema de proyección de imágenes (110) está configurado para mover la matriz 2d de subimágenes en una tercera dirección que es diferente tanto de la primera como de la segunda dirección.
15. El sistema de fabricación por adición de la reivindicación 1, en donde la máscara de ajuste gamma ajusta la energía de subimagen mapeando una pluralidad de niveles de intensidad de píxel a un intervalo direccionable de la reactividad para curar la resina, minimizando así las aberraciones de solapamiento de superficies curvas o lisas.
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