用于增材制造的多图像投影系统的制作方法

相关申请

本申请要求以下申请的权益：2018年7月30日提交的并且名称为“multipleimageprojectionsystemforadditivemanufacturing”的美国临时专利申请号62/711,719；2018年9月20日提交的并且名称为“multipleimageprojectionsystemforadditivemanufacturing”的美国临时专利申请号62/734,003；以及2019年3月29日提交的并且名称为“multipleimageprojectionsystemforadditivemanufacturing”的美国非临时专利申请号16/370,337；这些申请出于所有目的据此以引用方式并入。

背景技术：

立体光刻(sla)3d打印传统地采用点激光或围绕2d平面移动的激光来将层的轮廓和填充部分光栅化。代替sla，常规系统通常使用数字光处理(dlp)或类似成像，以便以提高的速度一次曝光整个层。然而，利用dlp的常规增材制造系统出现的一个问题是，随着层大小增加，像素大小成比例地增加。结果是最终零件的分辨率降低，这将对零件精度和表面光洁度造成负面影响。这还具有降低投射能量密度的负面影响，这由于每一层需要更长的曝光时间而进一步减缓了打印过程。因此，由于dlp系统用于较大的层大小，因此整层曝光实现的胜于常规方法的理论优势有所降低。

技术实现要素：

在一些实施方案中，一种增材制造系统包括：图像投影系统，所述图像投影系统包括多个图像投影仪，所述多个图像投影仪将合成图像投影到树脂池内的构建区域上，其中所述图像投影仪中的每个图像投影仪将子图像投影到所述构建区域的一部分上，并且所述合成图像包括以阵列布置的多个子图像。所述增材制造系统还包括：显示子系统，所述显示子系统可控制所述图像投影系统和所述图像投影仪中的每个图像投影仪以调整每个子图像的特性和每个子图像在所述合成图像内的位置的对准。所述阵列中的两个或更多个相邻子图像还可在两个或更多个子图像边缘处重叠。每个子图像的所述特性可使用滤波器叠堆来调整，所述滤波器叠堆包括：1)辐照度掩模，所述辐照度掩模将辐照度归一化；2)伽马调整掩模，所述伽马调整掩模基于所述树脂的反应性来调整子图像能量；3)扭曲校正滤波器，所述扭曲校正滤波器提供几何校正；以及4)边缘融合条，所述边缘融合条位于一个或多个子图像边缘处。

在一些实施方案中，一种方法包括：提供增材制造系统，所述增材制造系统包括图像投影系统和图像显示子系统，其中所述图像投影系统具有多个图像投影仪。所述方法还可包括：使用所述图像投影系统将合成图像投影到树脂池内的构建区域上，其中所述图像投影系统由所述图像显示子系统控制。所述合成图像包括以阵列布置的多个子图像，所述阵列中的两个或更多个相邻子图像在两个或更多个子图像边缘处重叠，并且每个子图像使用所述多个图像投影仪中的一个图像投影仪投影到所述构建区域的一部分上。所述方法还可包括：使用一组滤波器来调整每个子图像的特性并将每个子图像在所述合成图像内的位置对准，所述一组滤波器包括：1)辐照度掩模，所述辐照度掩模将辐照度归一化；2)伽马调整掩模，所述伽马调整掩模基于所述树脂的反应性来调整子图像能量；3)扭曲校正滤波器，所述扭曲校正滤波器提供几何校正；以及4)边缘融合条，所述边缘融合条位于一个或多个子图像边缘处。

附图说明

图1a至图1d是根据一些实施方案的光反应性3d打印系统(prps)的简化透视示意图。

图1e是根据一些实施方案的具有四个图像投影仪的prps和具有四个子图像的合成图像的简化透视示意图。

图1f示出根据一些实施方案的具有两个图像投影系统的prps的三个简化透视示意图。

图1g是根据一些实施方案的具有四个图像投影系统的prps的一部分的简化透视示意图。

图2a是根据一些实施方案的用于调整prps中所投影的图像(或子图像)的数字滤波器叠堆的简化示意性示例。

图2b是根据一些实施方案的覆盖构建区域的合成图像的简化示意性示例，其中合成图像包含6个子图像。

图3是根据一些实施方案的扭曲校正的简化示意性示例，其中扭曲的投影图像已经得到校正。

图4a和图4b是根据一些实施方案的可应用于图像的边缘融合滤波器的简化示意性示例。

图4c是根据一些实施方案的示出两个相邻的重叠子图像可如何利用边缘融合滤波器来形成单个合成图像的简化示意性示例。

图4d是根据一些实施方案的不同类型的边缘融合滤波器可在单个重叠区内一起协同使用的简化示意性示例。

图5a至图5b是示出根据一些实施方案的可在伽马校正滤波器中使用的伽马校正关系的一个示例的曲线图。

图6和图7是根据一些实施方案的prps的使用硬件系统来使多个投影照明系统一起同步的图像投影系统的简化电气示意图示例。

图8a至图8d是根据一些实施方案的prps的使用硬件系统来使多个投影照明系统一起同步的图像投影系统的包括显示子系统的示意图的简化电气示意图示例。

图9a和图9b是根据一些实施方案的由移动子图像构成的合成图像的简化示意图。

图10a至图10d是根据一些实施方案的用于形成由移动子图像构成的合成图像的移动光源或移动光学系统的简化示意图。

图10e是根据一些实施方案的具有移动光源的prps的简化侧视示意图。

图10f是根据一些实施方案的具有移动光源的prps的简化透视示意图。

图11至图13是根据一些实施方案的移动子图像的简化示意图。

图14是根据一些实施方案的描述伽马校正的方法的流程图。

图15a是示出根据一些实施方案的在应用任何伽马校正之前的示例性树脂的每单位面积的能量(e’)与像素密度(l)之间的关系的曲线图。

图15b是示出根据一些实施方案的在应用任何伽马校正之后的示例性树脂的e’与l之间的关系的曲线图。

定义

在本公开中，将使用以下术语。

树脂：通常是指呈未固化状态的单体溶液。

树脂池：树脂槽内所容纳的可立即用于打印作业的树脂体积。

树脂槽：结合膜并且容纳树脂池的机械组件。

打印平台(即，打印托盘)：附接到升降机的在其上固化树脂并构建物理零件(即，打印物体)的系统。

升降机系统：将z轴载台连接到打印平台的零件的系统。

z轴载台：向升降机系统提供运动的机电系统。

聚合物界面：树脂池和图像显示系统的焦平面的物理边界。

膜：创建聚合物界面、通常取向成平行于xy平面的透明介质。

构建区域：图像显示系统可物理寻址的xy平面区域。

打印作业(即，打印运行)：由3d打印的第一个命令开始直至并包括最后一个命令的事件序列。

打印过程参数(ppp)：确定打印作业期间的系统行为的输入变量。

打印过程：由打印过程参数所控制的总体打印系统行为。

曝光：能量转移到聚合物界面的持续时间。

辐照度：入射到表面(例如，聚合物界面)上的每单位面积的辐射功率。

像素：可直接操纵辐照度的构建区域xy平面的最小细分。

具体实施方式

本公开描述了具有大构建区域的增材制造系统和方法，所述大构建区域能够具有高分辨率和能量密度。在一些实施方案中，所述系统和方法利用多个图像投影仪将合成图像投影到构建区域上，从而实现具有高像素密度(即，分辨率)和高能量密度的大照明区域。此类系统和方法优于常规系统，所述常规系统通过放大来自单个投影仪的图像来增大构建区域，这降低了构建区域中的分辨率和投射能量密度。

在一些实施方案中，增材制造系统是光反应性3d打印系统(prps)，并且包括具有多个图像投影仪的图像投影系统。图像投影系统可将合成图像投影到构建区域上。显示子系统可用于使用数字光处理(dlp)来控制图像投影系统。在一些实施方案中，所述图像投影系统包含多个图像投影仪，并且所述合成图像包含以阵列布置的多个子图像，其中所述图像投影仪中的每个图像投影仪将子图像投影到所述构建区域的一部分上。

在一些实施方案中，所述显示子系统控制图像投影系统中的图像投影仪中的每个图像投影仪以调整每个子图像的特性和每个子图像在合成图像内的位置的对准。可由显示子系统用来调整每个子图像的特性的数字滤波器的一些示例包括：提供几何校正的扭曲校正滤波器、在一个或多个子图像边缘处具有边缘融合条的滤波器、将辐照度归一化的辐照度掩模滤波器以及基于所使用的树脂的反应性来调整图像(或子图像)能量的“伽马”调整掩模滤波器。使用应用(或覆盖)于基本源文件(即，用于定义要由系统打印的零件的几何形状的指令的一部分)的滤波器而不是改变基本源文件本身是有利的，因为不同的滤波器可在不同的情况下使用或者可在不改变基本源文件的情况下定期改变。例如，通过将(与每个不同树脂相关联的)不同的伽马校正滤波器应用于未改变的基本源文件，同一基本源文件可与不同树脂一起使用。另外，基本源文件可以是基于矢量的文件，所述基于矢量的文件包括要打印的物体的期望物理尺寸，而滤波器可以是离散的文件(例如，以与图像投影系统内的像素对齐)。

在一些实施方案中，增材制造系统(即，prps)还包括包含多组光传感器的校准设备。校准设备中的每组光传感器可用于监测合成图像中的投影子图像。然后，可使用来自校准设备中的多组光传感器的反馈来调整每个子图像的特性和每个子图像在合成图像内的位置的对准。

要投影到构建区域上的预期图像可称为理想的合成图像。各种问题都可能导致合成图像与理想合成图像相比失真。导致合成图像失真的问题的一些示例为：机械组装和安装几何形状(例如，可能导致偏斜的投影子图像的具有相对于构建区域的不同角度的投影仪)、机械组装和安装不准确性(例如，可能导致不对准的子图像)、可能使投影仪系统不对准的热效应(例如，来自led、led驱动电子器件和其他热源)以及图像投影系统内的投影仪之间的差异(例如，投影仪之间的投影强度的变化)。此外，导致合成图像失真的多个问题可一起起作用，从而加剧图像失真。例如，可满足组装好的prps的每个零件(例如，图像投影系统内的零件)的机械对准公差，但每个零件的轻微不对准可能会叠加在一起并使图像显著失真。在一些实施方案中，使用数字滤波器来调整每个子图像的特性和每个子图像在合成图像内的位置对准，以匹配(或基本上匹配)理想合成图像。这可为有益的，因为与改善组装好的prps的零件的机械对准公差以改善合成图像质量相比，如本文所述地调整子图像的特性来改善合成图像质量可更具成本效益。

一些常规的大面积显示器(例如，标志、投影的电影等)利用包含从多个图像投影仪投影的子图像阵列的合成图像，并采用滤波器来调整合成图像内的子图像。然而，大面积显示器和增材制造系统的要求之间存在若干实质差异，这些实质差异导致每种应用中所使用的图像投影系统中的显著差异。大面积显示器用于向人类观察者显示信息，人类观察者的眼睛对变化的敏感度远低于prps。prps使用光来致使树脂发生反应，并且树脂的反应动力学与人眼的响应(和辨别力)相比有很大不同(并且对偏差的容许度较小)。结果，常规的大面积显示器中所使用的系统和方法不能够满足增材制造系统的所有要求。下面更详细地描述在增材制造系统中投影合成图像的图像投影系统，所述图像投影系统与大面积显示器相比具有实质差异。

图1a至图1d示出根据一些实施方案的prps100的示例。图1a至图1d所示的prps100包含底架105、图像投影系统(即“照明系统”)110、显示子系统(即，“图像显示系统”)115、树脂池120、聚合物界面125、树脂槽130、膜135、打印平台140、升降机系统145、升降机臂150、z轴载台155和构建区域160。现在将描述图1a至图1d所示的示例性prps100的操作。

底架105是一些prps100部件(例如，升降机系统145)所附接到的框架。在一些实施方案中，底架105的一个或多个部分垂直取向，这限定一些prps100部件(例如，升降机系统145)沿其移动的垂直方向(即，z方向)。打印平台140连接到升降机臂150，所述升降机臂150可移动地连接到升降机系统145。升降机系统145通过z轴载台155的动作使得打印平台140能够在z方向(如图1a所示)上移动。由此，打印平台140可在打印期间下降到树脂池120中以支撑打印零件，并且将其从树脂池120中提升出。

照明系统110通过膜135将第一图像投影到树脂池120中，所述树脂池120被约束于树脂槽130内。构建区域160是树脂曝光(例如，曝光于来自照明系统的紫外光)并交联以在打印平台140上形成第一固体聚合物层的区域。树脂材料的一些非限制性示例包括丙烯酸酯、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、氨基甲酸酯、硅酮、乙烯树脂、它们的组合或在曝光于光照时交联的其他光反应性树脂。不同的光反应性聚合物具有不同的固化时间。另外，不同的树脂配方(例如，不同浓度的光反应性聚合物比溶剂或不同类型的溶剂)具有不同的固化时间。在一些实施方案中，所述树脂与具有平均固化时间的光反应性树脂相比具有相对短的固化时间。本文进一步讨论了用于调整特定树脂的固化时间的方法(即，“伽马”校正)。在一些实施方案中，树脂对约200nm至约500nm的照明波长或在该范围之外(例如，大于500nm，或500nm至1000nm)的波长是光敏的。在一些实施方案中，树脂形成具有正在制造的特定物体所期望的固化后特性的固体，诸如期望的机械特性(例如，高断裂强度)、期望的光学特性(例如，在可见波长下的高光学透射率)或期望的化学特性(例如，在暴露于湿气时稳定)。在第一层曝光之后，打印平台140向上(即，在如图1a所示的正z方向上)移动，并且第二层可通过曝光从照明系统110投影的第二图案来形成。然后可重复执行此“自底向上”过程，直到打印出整个物体为止，并且然后将完成的物体从树脂池120中提升出。

在一些实施方案中，照明系统110发射在不同波长范围内(例如，200nm至500nm、或500nm至1000nm或在其他波长范围内)的辐射能量(即，照度)。照明系统110可使用能够投影图像的任何照明源。照明源的一些非限制性示例为以下的阵列：发光二极管、基于液晶的投影系统、液晶显示器(lcd)、硅基液晶(lcos)显示器、基于汞蒸气灯的投影系统、数字光处理(dlp)投影仪、分立激光器和激光投影系统。

在一些实施方案中，本文所描述的prps的照明系统(即，图像投影系统)(例如，如图1a至图1d中的prps的元件110所示)包含以阵列配置的多个图像投影仪。在不牺牲打印速度的情况下以高分辨率的构建元素像素覆盖大打印区域可为有利的。图1e示出包含四个图像投影仪170a至170d的prps的简化示意性示例，所述四个图像投影仪170a至170d被配置来投影四个子图像180a至180d以在构建区域160上形成单个合成图像。图1e示出照明系统是基于投影的系统的示例，然而，在其他实施方案中，照明系统可以是基于投影或非投影的系统，所述基于投影或非投影的系统包括包含以下的阵列的那些：发光二极管、基于液晶的投影系统、液晶显示器(lcd)、硅基液晶(lcos)显示器、基于汞蒸气灯的投影系统、数字光处理(dlp)投影仪、分立激光器和激光投影系统。

图1f示出具有两个图像投影系统110a至110b的prps的非限制性示例的三个透视示意图。图1f所示的prps的其他部件类似于图1a至图1d所示的那些，并且为清楚起见，prps的一些部件在图1f中的系统中未示出。树脂槽130a和树脂槽内的构建区域(未示出)是图1a至图1d所示的prps中的约两倍大，这通过使用两个图像投影系统110a至110b而非一个图像投影系统来实现。

图1g示出具有四个图像投影系统110c至110f的prps的一部分的非限制性示例。在此示例中，四个图像投影系统以2x2阵列布置。在其他实施方案中，prps具有以nxm阵列布置的多个图像投影系统，其中n是在阵列的一个方向上的图像投影系统的数量，并且m是在阵列的另一个方向上的图像投影系统的数量，其中n和/或m可为1至5、或1至10、或1至20、或1至100、或2、或5、或10、或20或100。图1g示出四个图像投影系统110c至110f，其被配置来分别投影四个子图像190c至190f以在构建区域160a上形成单个合成图像。图1g还示出子图像在此示例中重叠。

本文所描述的系统和方法可最小化(或消除)prps中的合成图像内的每个投影子图像的单位间变化。由于单位间变化，图像投影系统内的每个图像投影仪都创建从几何形状和功率(辐射能量)的角度来看唯一的图像。子图像之间的变化由于树脂辐照度和反应性关系而加重，这可能导致几何形状或功率的细微变化对最终打印零件具有很大影响。

在一些实施方案中，构建区域为100x100mm²至1000x1000mm²、或100x100mm²至500x500mm²、或100x1000mm²至500x1000mm²、或介于先前范围之间的正方形或矩形范围、或大于1000x1000mm²。在一些实施方案中，从图像投影仪投影的子图像各自具有一定区域，所述区域为50x50mm²至200x200mm²、或50x50mm²至150x150mm²、或50x100mm²至100x200mm²、或50x50mm²至150x150mm²、或192mmx102.4mm、或134.4mmx71.68mm。在一些实施方案中，每个子图像所覆盖的区域是大致矩形、正方形、圆形、椭圆形或其他形状。在一些实施方案中，每个图像投影仪以5mw/cm²至50mw/cm²、或10mw/cm²至50mw/cm²、或5mw/cm²至20mw/cm²的最大或平均功率密度对光进行投影。在一些实施方案中，每个像素或层的曝光时间为0.05s至3000s、或0.08s至1500s、或0.08s至500s或0.05s至1500s。

图1a至图1d所示的示例性prps100和图1e至图1g所示的prps仅仅是非限制性示例，并且可根据本文所描述的一些实施方案对这些设计进行改变。例如，可相对于图1a至图1g所示的系统倒置其他prps。在此类“自顶向下”系统中，照明源位于树脂池上方，打印区域位于树脂池的上表面处，并且打印平台在树脂池内在每个打印层之间向下移动。本文所描述的图像投影系统和方法可应用于任何prps配置，包括倒置系统。在一些情况下，本文所描述的系统和方法(例如，图像投影系统的几何形状)可改变以适应不同的prps几何形状，而无需改变其基本操作。在其他示例中，prps可包含比图1a至图1g所示的那些更多或更少的图像投影仪。并且，如本文所述，在一些实施方案中，本发明的prps包含移动图像投影仪或移动光学系统。

图2a示出根据一些实施方案的用于调整prps(例如，图1a至图1d中的prps100)中所投影的图像(或子图像)的数字滤波器叠堆200的示例。向图像应用多个数字滤波器的叠堆200以调整投影图像的不同特性和/或投影图像的位置对准。在图2a所示的示例中，向投影图像应用包含扭曲校正滤波器210、树脂反应性“伽马”调整掩模滤波器220、具有边缘融合条的滤波器230和辐照度掩模滤波器240的数字滤波器叠堆200。在一些实施方案中，向图像应用一个数字滤波器。在其他实施方案中，向图像应用包含多于1个数字滤波器、1至5个数字滤波器或1至10个数字滤波器的数字滤波器叠堆。在一些实施方案中，滤波器叠堆包含一个或多个给定类型的滤波器。例如，滤波器叠堆可包含一个或多个扭曲校正滤波器、一个或多个树脂反应性“伽马”调整掩模滤波器、一个或多个具有边缘融合条的滤波器和/或一个或多个辐照度掩模滤波器。图2a所示的示例性滤波器叠堆可用于校正具有基于投影或非投影的照明系统的prps中的子图像，所述基于投影或非投影的照明系统包括包含以下的阵列的那些：发光二极管、基于液晶的投影系统、液晶显示器(lcd)、硅基液晶(lcos)显示器、基于汞蒸气灯的投影系统、数字光处理(dlp)投影仪、分立激光器和激光投影系统。

在一些实施方案中，向构成合成图像的多个子图像应用多个数字滤波器(或多个数字滤波器叠堆)，并且通过数字滤波器叠堆来调整每个子图像的特性和每个子图像在合成图像内的位置对准。图2b示出覆盖构建区域260的合成图像250的示例，其中合成图像包含6个子图像265a至265f。在此示例中，子图像265a至265f在边缘处重叠，从而创建两个子图像重叠的第一组区270和四个子图像重叠的第二组区280。在此示例中，可应用六组数字滤波器，即向合成图像250中的每个子图像265a至265f应用一组数字滤波器，以校正各个子图像中的失真并使子图像彼此对准。

可用于调整图像的一种类型的数字滤波器的一个示例是扭曲校正滤波器210，其中所述滤波器将4点(或多于4点)扭曲校正应用于图像(或合成图像中的子图像)，从而实现投影图像几何校正。例如，扭曲校正滤波器可用于校正投影图像中由投影仪光学器件的变化或构建区域内的对准造成的扭曲或偏斜。在合成图像包含多个子图像的实施方案中，扭曲校正滤波器可用于校正每个子图像的扭曲并允许子图像彼此对准以形成合成图像。校正扭曲可使得能够对合成图像内的子图像进行更准确的对准和其他校正。扭曲校正还可使得prps能够打印弯曲的(或非平面的或非2d的)层(或切片)，这对于一些应用和零件类型有用。

图3示出扭曲校正的示例，其中扭曲的投影图像已经得到校正(例如，以与构建区域内的区域对准)。图3示出未校正的投影仪视场(fov)310，其包含扭曲失真和期望的投影仪fov320。图3还示出在使用扭曲校正滤波器进行校正之后的投影fov330，所述扭曲校正滤波器将校正后的投影仪fov330与期望的投影仪fov320对准。

可用于调整图像的一种类型的数字滤波器的另一个示例是边缘融合滤波器，其中每个图像(或合成图像中的子图像)在图像的一个或多个边缘(例如，图像的顶部边缘、左边缘、底部边缘和/或右边缘)上具有可编程融合条。边缘融合允许顶部边缘、左边缘、右边缘和/或底部边缘根据所选的融合函数淡出。在包含子图像阵列的合成图像中，边缘融合可使得相邻投影子图像周边处的数据能够淡出，以便可使得相邻子图像之间的过渡不太明显。例如，图2b中的合成图像250包含在区270和280中彼此重叠的子图像265a至265f的阵列，并且边缘融合可使得重叠区270和280内的数据能够淡出，以便可使得相邻子图像之间的过渡不太明显。在使用多个图像投影仪来投影合成图像的prps中，投影子图像之间的不太明显的过渡转化成打印物体的改善的质量(例如，改善的打印物体表面粗糙度和/或结构完整性)。可针对每个图像调整融合距离和融合函数。融合函数的一些示例是线性函数、s型函数和几何函数。

图4a和图4b示出可应用于图像的边缘融合滤波器的一些非限制性示例。图4a示出图像400的一个边缘包含融合条410的示例。使用融合函数降低了融合条410的区域内的图像强度，从而产生了图像405。例如，可使用线性融合函数，所述线性融合函数跨融合条410线性地降低像素强度，使得像素强度在融合条410内朝向图像内部趋于最高并且朝向图像边缘趋于最低。在一些实施方案中，边缘融合滤波器可以包含4个边缘融合条(即，位于图像顶部的一个、位于图像右侧的一个、位于图像左侧的一个以及位于图像底部的一个)。在一些实施方案中，边缘融合条将在图像的拐角处彼此重叠，并且致使图像的拐角的强度因多于一个边缘融合函数的累加效应而降低。例如，图2b中的合成图像250中的重叠区270和280可如上所述线性地淡出，从而致使相邻子图像之间的强度变化与没有进行边缘融合校正的情况相比不太明显。

在一些实施方案中，基于合成图像内的相邻子图像之间的重叠距离来选择边缘融合条的数量、边缘融合距离和边缘融合函数。在一些实施方案中，合成图像中的两个相邻子图像在一个边缘处重叠，并且这两个子图像的重叠区包含边缘融合条。在一些此类情况下，这两个子图像的边缘融合距离和边缘融合函数被选择成使得重叠区内的像素的总强度基本上匹配该区域内的理想合成图像的强度。在一个非限制性示例中，边缘融合可用于使第一子图像的像素以与第二相邻重叠子图像的像素随着其远离边缘边界移动到第二子图像中而淡入相同的速率随着其接近边缘边界而淡出。在一些实施方案中，当这两个子图像像素被组合在重叠区内时，边缘融合滤波器实现恒定的辐照度(或更接近地匹配理想合成图像的总辐照度)。

在一些实施方案中，来自多个投影仪的子图像重叠，并且彼此重叠的相邻子图像面积百分比为0％、大约0％、大约1％、大约2％、大约5％、大约10％、大约20％、大约50％、大约90％、或大约100％、或0％至100％、或大约1％至大约5％、或大约5％至大约100％、或大约50％至大约100％(或介于它们之间的任何范围)。重叠的子图像可有益于使子图像之间的伪影最小化(例如，具有1％至5％的重叠，并且使用边缘融合滤波器)。重叠的子图像(例如，具有50％至100％的重叠)还可有益于在不增加系统中各个图像投影仪功率的情况下增加合成图像内的局部功率，这可实现更短的固化时间和曝光时间。在一些实施方案中，当合成图像内的一些子图像彼此重叠而一些不重叠时，可使用边缘融合滤波器。在一些情况下，当相邻子图像之间的重叠面积较小(例如，0％或大约0％)时，则可缩放相邻子图像(即，可改变子图像的放大倍数)以改善它们的对准。

图4b示出在边缘融合中使用几何校正来分析相邻子图像并且选择一个子图像以专门显示层数据的示例。这允许基于所显示的层内的一个或多个层边界位置来定位子图像450与相邻子图像(未示出)之间的过渡(或接缝)460的位置。在此示例中，子图像450是边缘融合之前的子图像，而子图像455是边缘融合之后的子图像。在这种情况下，过渡460被选择为在执行边缘融合之后将子图像450的一部分完整留存在子图像之间的重叠区内，并且(边缘融合之后的)子图像455与(边缘融合之前的)子图像450相同。换句话讲，基于子图像450内的层边界位置来确定过渡460。这在以下情况下可为有用的：例如，如果数据在重叠区结束(即，包含边界)(例如，照明像素区在重叠区内具有边界)，则可选择一个子图像以显示重叠区内的内容，并且可将另一个子图像的重叠区衰减至零强度。在其他示例中，通过分析跨边界的层的几何形状，可将子图像之间的接缝专门隐藏在零件内或边缘边界处，从而使多个投影仪中任何轻微不对准的影响最小化。

图4c示出两个相邻重叠子图像470a至470b可如何利用边缘融合滤波器(即，通过边缘融合条)来形成单个合成图像490的非限制性示例，其中在子图像的重叠区482中具有最小边缘伪影。子图像470a至470b各自包含要在单个层中打印的特征495的一部分405a至405b。子图像470a至470b将被定位成使得它们在位置480a至480b中通过重叠区482重叠。

沿方向图例492所限定的合成图像490中的x方向在曲线图475中示出每个子图像的照明强度(或强度)。子图像470a的强度遵循强度函数475a，并且子图像470b的强度遵循强度函数475b。强度函数475a至475b表明：在重叠区482之外，子图像470a至470b的强度是恒定的(在值i1处)，而在重叠区482内(在曲线图475中的位置x1与x2之间)，子图像470a至470b的强度以互补的线性方式向下降低至较低强度i2。在一些实施方案中，i2可为零强度，或者可接近零强度，或者可为小于i1的任何强度。在其他实施方案中，重叠区内的函数可以是非线性的(例如，s型或几何，或者由递减的多项式、对数、指数或渐近函数来描述)和/或不是完全互补的(即，一个图像可在重叠区内具有比另一个图像高的平均强度)。合成图像490包含特征495，所述特征495部分由于所使用的边缘融合滤波器而在合成图像490内具有最小的伪影(例如，非预期的低强度区或高强度区)。

图4d示出不同类型的边缘融合滤波器可在单个重叠区内一起协同使用的非限制性示例。图4d示出在区430中重叠的两个子图像420a至420b，并且合成图像包含特征440。所述特征在重叠区430内的一个区具有在重叠区内结束的边界，并且此区430a没有被融合，而是区430a具有100％的来自子图像420a的强度和0％的来自子图像420b的强度。重叠区的其余部分430b(即，除了区430a之外的整个重叠区430)可通过获取来自子图像420a的一些强度和来自子图像420b的一些强度来进行融合(例如，如以上并且在图4c所描绘的示例中所讨论的)。因此，图4d示出一个或多个边缘融合条可如何基于所制造的物体内的层边界位置来调整一个或多个图像(或子图像)的另一个示例。

可用于调整图像的一种类型的数字滤波器的另一个示例是辐照度掩模滤波器，其中所述滤波器将归一化辐照度掩模应用于图像(或合成图像中的每个子图像)，以使得图像(或合成图像)跨区域具有均匀辐照度范围(即，零曝光至最大曝光限制)。例如，辐照度掩模滤波器可用于将图像投影系统内由于基于投影仪的空间能量非均匀性引起的辐照度非均匀性归一化。辐照度掩模滤波器可整体地应用于图像投影系统(即，应用在合成图像上)，和/或单独地应用于子图像中的每个子图像，以校正子图像之间的差异。在一些实施方案中，辐照度掩模滤波器的参数基于显示平面中的(即，对应于最暗像素区的)最低能量区来设定。在一些实施方案中，辐照度掩模滤波器的参数基于显示平面中的(即，对应于最亮像素区的)最高能量区来设定。在一些实施方案中，辐照度掩模滤波器的参数基于显示平面中的能量分布的范围、平均值、中值或其他计算量来设定。在一些实施方案中，最高能量区(即，最亮像素区)可用于确定与辐照度掩模滤波器中的最低能量区的偏移量。在一些实施方案中，辐照度掩模滤波器使得能够控制跨构建区域的能量，以补偿投影仪光学器件和/或光学路径中的非均匀性。在一些实施方案中，使用辐照度掩模滤波器将来自图像投影仪的输出功率限制为小于其最大输出功率的100％。将图像投影仪的功率限制为小于100％可有利于避免损坏系统部件，并随着投影仪内光源老化保持输出功率的一致性(即，随着光源老化，输出功率可随时间推移增加以保持来自图像投影仪的恒定辐照度)。

可用于调整图像的一种类型的数字滤波器的另一个示例是伽马校正，其中合成图像(或合成图像中的每个子图像)应用了基于prps中的特定树脂反应性范围的伽马校正滤波器。在一些实施方案中，基于特定树脂的固化行为，优化用于合成图像(或合成图像内的子图像)的伽马校正滤波器，以将辐照度范围映射到特定树脂反应性范围。这可使得能够跨不同的树脂实现更平滑且更准确的表面。树脂的反应性可基于树脂组成(例如，颜料、光引发剂、光引发剂浓度等)而变化。此外，树脂倾向于具有关于能量的非线性响应曲线。伽马校正滤波器提供树脂反应性调平，并且通过将像素强度范围(例如，0至255)映射到像素的最小和最大反应性特性来实现像素的校正平滑(和/或抗混叠)。伽马校正滤波器可用于校正具有基于投影或非投影的照明系统的prps中的子图像，所述基于投影或非投影的照明系统包括包含以下的阵列的那些：发光二极管、基于液晶的投影系统、液晶显示器(lcd)、硅基液晶(lcos)显示器、基于汞蒸气灯的投影系统、数字光处理(dlp)投影仪、分立激光器和激光投影系统。

图5a至图5b示出可在伽马校正滤波器中使用的伽马校正关系的一个示例。在图5a至图5b所示的示例中，使用每单位面积的辐照能量(e’)与像素强度(l)之间的对数关系。每单位面积的能量e’与来自照明源(例如，图像投影仪)的输出照明相关，并且像素强度l是定义要打印的零件的几何形状(即，来自具有零件几何形状的源文件)的输入。

固化深度dp可通过以下对数函数表示

dp＝m1*ln(e’)+b1(1)

其中e’是每单位面积的能量，并且m1和b1是给定树脂配方所特有的常数。图5a以图形方式描绘这种对数关系，其中dp相对于x轴上的ln(e’)绘制在y轴上。e’也可由以下表达式定义e’＝texp*ir(2)

其中texp是曝光时间，并且ir是照射在树脂上的辐照度。重新排列等式(1)，与等式(2)组合，然后再次重新排列，得到以下表达式

texp＝exp((dp-b1)/m1)/ir(3)

其可用于计算对于特定组合的辐照度水平和树脂固化行为而言实现特定固化深度所需的曝光时间。

表达式(1)和图5a中的图可用于确定将产生为零的固化深度的每单位面积的能量e’0。这将确定辐照度范围内的(即，用于产生为零的固化深度的)最小辐照度。为了计算e’0，可针对dp＝0对等式(1)进行求解，从而产生以下表达式

e’0＝exp(-b1/m1)。(4)

类似地，可通过针对最大期望固化深度dp，max对表达式(1)进行求解来针对每单位面积的最大能量emax’对表达式(1)进行求解。在一些情况下，dp，max与prps的物理约束(例如，照明系统可输出多少功率)相关。所得表达式为

e’max＝exp((dp，max-b1)/m1)。(5)

每单位面积的能量e’可通过以下对数函数与像素强度l相关

ln(e’)＝b2+m2*l(6)

其中m2和b2是给定树脂配方所特有的常数。图5b中的曲线图中示出等式6中的关系，其中ln(e’)相对于x轴上的l绘制在y轴上。针对l＝0和l＝255对等式6进行求解实现了对b2和m2的确定。将所确定的b2和m2值插入等式6，得到以下关系

e’＝e’0*(e’max/e’0)^(l/255)。(7)

等式7是可用于将像素强度l映射到构建平面中每单位面积的能量e’的关系，其利用将得到固化树脂的像素强度水平l的完整动态范围。换句话讲，使用等式7，像素强度l＝0对应于将在树脂中产生最小固化深度dp＝0的每单位面积的能量e’。类似地，使用公式7，像素强度l＝255对应于将在树脂中产生最大固化深度dp＝dp,max的每单位面积的能量e’。

使用上面在等式(1)至(7)和图5a至图5b中示出的关系，可实现伽马校正滤波器以将在打印期间所用的辐照度范围映射到给定树脂配方的特定反应性范围。这是有益的，因为不同的树脂具有需要不同的辐照度和曝光时间来实现相同固化深度的不同反应性范围。因此，伽马校正滤波器允许prps采用具有不同反应性范围而在打印零件内实现期望的固化深度的不同树脂体系。

在其他实施方案中，固化深度(dp)与每单位面积的能量(e’)之间的不同关系是可能的。例如，固化深度(dp)与每单位面积的能量(e’)之间的关系并非是对数的，而是可遵循另一种连续函数(例如，多项式或渐近函数)、分段连续函数(例如，包含针对关系的不同区的不同多项式或对数函数)，或者可以是非分析性的(例如，可基于查找表)。与图5a至图5b所示的那些类似的关系以及等式(1)至(7)在这些情况下将仍然适用，并且可使用与本文所描述的那些相同的伽马校正概念、系统和方法。另外，在等式(1)至(7)中所描绘的示例中，像素强度l从0至255变化，然而，在其他示例中，像素强度可在任何范围内变化，并且所描述的概念仍可用于伽马校正。

图6和图7示出prps的使用硬件系统来使多个投影照明系统610a至610f一起同步的图像投影系统600a至600b的示例。图6至图7中的示例示出每个系统600a至600b中的三个投影照明系统610a至610f，然而在不同情况下可存在少于或多于三个的图像投影仪(例如，多于三个、2至10个或2至100个)。在一些实施方案中，prps的图像投影系统包含led光源，所述led光源使用电子led驱动电路620a至620f来控制每个投影仪所发射的光功率。这些示例中的图像投影系统包含通过led驱动电路620a至620f连接到系统控制器630a至630b的多个图像投影仪(即，投影照明系统)610a至610f。这些示例中的led驱动器系统(即，led驱动电路)620a至620f各自具有位于驱动电路上以用于控制(例如，门控)光输出的使能输入625a至625f。这些示例中的使能输入625a至625f可由系统控制器630a至630b控制，所述系统控制器630a至630b配备有数字/模拟输出635a至635b以用于驱动多个投影仪610a至610f的使能输入625a至625f。系统控制器630a至630b与投影照明系统610a至610f之间的物理连接640a至640b可以是电气布线或光学布线。

可对系统控制器630a至630b上的输出635a至635b进行缓冲、隔离和/或放大，以便克服来自系统控制器的板载处理器(或gpio扩展器等)的任何潜在弱驱动强度或抗扰性问题。此类缓冲器或隔离器可驻留在系统控制器板上或驻留在其外。

同样，也可对每个投影照明系统的led驱动电路的使能输入进行缓冲、隔离和/或放大，以对来自系统控制器的信号进行整形，并减轻电噪声使系统控制器与led驱动电路之间的信号失真的影响。缓冲、隔离和/或放大可改善抗扰性和系统可靠性。缓冲器、隔离器或放大器的位置可以数种方式进行定位以实现相同的目标。例如，缓冲器、隔离器和/或放大器可定位在系统控制器630a至630b的输出635a至635b处，而不是led驱动电路的输入处，或反之亦然。在图6所示的示例中，缓冲器、隔离器和/或放大器650a至650c定位在系统控制器630a的输出635a和led驱动电路620a至620c的输入处。在图7所示的示例中，不使用缓冲器、隔离器或放大器(既不在系统控制器630b的输出635b处使用，也不在led驱动电路620d至620f的输入处使用)。

图8a至图8d比图6和图7更详细地示出prps的使用硬件解决方案来使多个投影照明系统一起同步的图像投影系统的另外的示例。图像投影仪(在图中标记为“投影仪1”、“投影仪2”......“投影仪n”)各自包含具有使能输入(在图中标记为“en”)的led驱动电路(在图中标记为“led驱动”)。图像投影仪中的每个图像投影仪通过硬件“线缆连接”连接到显示子系统(在图中标记为“主控制系统”)。每个线缆连接在显示子系统的输出和每个图像投影仪的输入处具有端子(在一些情况下具有数字接地端)。

图8a至图8d中示出用于led驱动电路的输入处的隔离、缓冲和/或放大的不同选项。在不同的实施方案中，图像投影系统中的不同图像投影仪可在它们相应的led驱动电路的输入处包含光隔离电路、晶体管缓冲电路、集成缓冲电路或非缓冲和非隔离电路。图8a至图8d中的“投影仪1”在led驱动电路的输入处包含“光隔离”电路的示例。图8a至图8d中的“投影仪2”在led驱动电路的输入处包含“晶体管缓冲”电路的示例。图8a至图8d中的“投影仪3”在led驱动电路的输入处包含“集成缓冲”电路的示例。图8a至图8d中的“投影仪4”包含led驱动电路的非缓冲和非隔离输入的示例。图8a至图8d所示的系统是非限制性示例，以用于示出可使用的不同类型的电路。在一些实施方案中，图像投影系统中的多个图像投影仪各自在它们相应的led驱动电路的输入处包含相同类型的电路、或不同类型的电路、或相同类型和不同类型的电路的混合物。

图8a至图8d中还示出用于显示子系统(在图中标记为“主控制系统”)的不同选项。显示子系统可包含具有如图8a中的示例所示的单个输出(来自系统控制器的单个输出标记为“输出”)的实时处理器/控制器(即，系统控制器或其一部分)。在其他实施方案中，显示子系统可包含具有如图8b中的示例所示的多个输出(来自系统控制器的多个输出标记为“输出1”、“输出2”......“输出n”)的实时处理器控制器。在一些实施方案中，显示子系统可包含具有如图8c中的示例所示的(即，与主控制系统集成的)板载fpga或如图8d中的示例所示的(与主控制系统分开的)板外fpga的实时处理器控制器。在一些实施方案中，(例如，图6和图7所示的)系统控制器和(例如，图8a至图8d所示的)主控制器是相同的物理单元。在一些实施方案中，系统控制器和主控制器是不同的物理单元。例如，相对于单个投影打印引擎的系统控制器可以是定制的实时嵌入式打印电路组件板，其中驻留在此类引擎上方的主控制器可以是具有多个输入和输出的现有工业计算机。在一些实施方案中，主控制器控制若干打印引擎。

来自显示子系统的输出可以是缓冲的(例如，如图8b中的“输出1”输出所示)或非缓冲的(例如，如图8b中的“输出2”输出所示)。在显示子系统包含具有单个输出的实时处理器控制器的情况下，可用足够大小的缓冲器对单个输出进行缓冲，以驱动每个图像投影仪的led驱动电路上的多个使能输入中的全部(如图8a中的“输出”所示)。图8c至图8d示出显示子系统包括fpga并且fpga的每个输出被缓冲的示例。图8d示出具有“主控制系统”和板外fpga的显示子系统的示例，其中主控制系统与板外fpga之间具有线缆连接。来自图8a至图8d所示的主控制系统和/或fpga的缓冲的输出的配置是仅用于示出可能的不同选项的非限制性示例。在一些实施方案中，来自主控制系统和/或fpga的输出全部相同，并且在其他情况下，它们可彼此不同。

图6至图7以及图8a至图8d所示的示例性系统可用于控制具有基于投影或非投影的照明系统的prps中的照明系统，所述基于投影或非投影的照明系统包括包含以下的阵列的那些：发光二极管、基于液晶的投影系统、液晶显示器(lcd)、硅基液晶(lcos)显示器、基于汞蒸气灯的投影系统、数字光处理(dlp)投影仪、分立激光器和激光投影系统。

在一些实施方案中，图像投影系统投影子图像阵列(例如，1d或2d阵列)，所述子图像阵列在层曝光期间和/或在后续层曝光之间移动或转位。子图像是从图像投影仪投影的图像，并且在给定时刻处(即，在打印运行期间)构成合成图像的一部分，其中合成图像定义要打印的物体的层。当来自图像投影仪的子图像从合成图像内的第一位置移动到合成图像内的第二位置时，所述子图像内的图案(或像素强度)可保持不变(例如，在具有重复特征的物体的情况下)，或者可改变(例如，以更一般地打印任何物体层形状)。在一些实施方案中，图像投影仪中的每个图像投影仪将子图像投影到构建区域的一部分上，并且图像投影仪被移动(或者诸如镜的单独光学系统被移动，如下所述)以移动子图像。在一些实施方案中，随着子图像移动，子图像在层曝光期间投影到构建区域的不同部分上。子图像的内容可随着子图像移动而改变(例如，构成子图像的形状和/或子图像的平均强度可随着子图像移动而改变)以定义要打印的层的不同部分。然而，一些实施方案包含重复结构，并且在此类情况下，子图像可在它们移动或转位时保持不变。图像投影仪阵列投影子图像，所述子图像可覆盖整个构建区域或构建区域的需要特定层曝光的一部分。包含图像投影仪阵列的图像投影系统可在打印区域内(例如，在打开的树脂桶内或在膜和树脂槽下方)移动，以产生比可以常规方式制造的(即，常规零件必须配合在聚焦于预定构建区域的非移动(即，静态)成像系统的投影区域内)更大的3d打印零件。此类系统的优点在于，可使用较少的图像投影仪来覆盖较大的构建区域而不损害像素分辨率(即，不放大单个投影仪以覆盖较大的区域，这会导致较低分辨率的投影图像)。换句话讲，本文所描述的系统的优点在于，可以高空间分辨率打印较大零件。与静态图像投影系统相比，此类系统能够在不牺牲成像系统的空间分辨率的情况下创建更大的打印零件，在静态图像投影系统中，图像投影仪被定位成更远离构建区域，或者以损害空间分辨率为代价增加成像系统的放大倍数以增大每个投影仪的子图像大小。

在一些实施方案中，给定大小的合成图像内的像素的曝光时间将是投影子图像的移动、投影子图像的放大倍数和/或子图像总数量的函数。例如，单个投影仪能够投影特定功率量。如果增加放大倍数(即，以投影更大的子图像)，则入射在每个像素上的光子通量将减少。在子图像以分步或连续运动的方式移动的实施方案中，图像在移动到不同位置之前被投影在特定像素上的时间量与像素所经历的曝光量直接相关。

投影仪所发射的子图像可跨构建区域在一个方向或两个方向上移动。图9a示出由以3×5阵列(具有3行和5列)布置的15个子图像910a至910e、920a至920e和930a至930e构成的合成图像900的非限制性示例。在此示例中，图像投影仪阵列投影在第一方向905上取向(例如，覆盖构建区域的整个宽度)的1d子图像910a至910e阵列(即，包含一行子图像)，并且然后沿垂直于第一方向的第二方向906移动1d子图像910a至910e阵列(例如，沿构建区域的长度移动以覆盖整个构建区域)，以投影对应于第二行子图像的子图像920a至920e和对应于第三行子图像的子图像930a至930e。图9b示出由以4×4阵列(具有4行和4列)布置的16个子图像940a至940d、950a至950d、960a至960d和970a至970d构成的合成图像901的第二非限制性示例。在此示例中，图像投影仪阵列投影在第一方向905和第二方向906上取向(例如，覆盖构建区域的部分宽度和部分长度)的2d子图像940a至940d阵列(即，包含2x2子图像阵列)，并且然后沿第一方向905移动2d子图像940a至940d阵列以投影对应于第二2x2子图像阵列的子图像950a至950d。在此示例中，图像投影仪然后在第一方向905和第二方向906上移动以投影对应于第三2x2子图像阵列的子图像960a至960d，并且然后在第一方向905上移动以投影对应于第四2×2子图像阵列的子图像970a至970d。在此示例中，2x2图像投影仪阵列使用光栅扫描来覆盖合成图像901。

在其他示例中，图像投影仪阵列可以nxm阵列投影2d子图像阵列，其中n是在阵列的一个方向上的子图像的数量，并且m是在阵列的另一个方向上的子图像的数量，其中n和/或m可为1至5、或1至10、或1至20、或1至100、或2、或5、或10、或20或100。子图像阵列可覆盖构建区域的整个宽度或长度，或者覆盖构建区域的部分长度或部分宽度。在一些实施方案中，从图像投影仪投影的这些2d子图像阵列可具有沿第一方向取向的行和沿第二方向取向的列，并且可在构建区域内沿第一方向或第二方向中的任一者(例如，以一个方向上的线性扫描)移动(即，扫描)，或者沿第一方向和第二方向两者(例如，以光栅扫描或蛇形扫描)移动，以使得投影子图像覆盖整个构建区域。沿两个方向(例如，构建区域的宽度和长度两者)的移动的一些示例是光栅扫描、蛇形扫描或覆盖构建区域(或构建区域的需要特定层曝光的一部分)的任何其他类型的扫描几何形状。

在一些实施方案中，阵列中的图像投影仪(和/或在任何特定时刻投影的子图像)的数量在每个维度上为1至5、或1至10、或1至20、或1至100、或2，或5、或10、或20或100。例如，阵列大小可为1d(诸如1x1、1x4、1x8、1x20或1x100)、或2d矩形(诸如2x4、2x8、2x20、4x10或4x100)、或2d正方形(诸如4x4、5x5、8x8、10x10、30x30或100x100)。在一些实施方案中，子图像阵列可以是上面列出的大小中的任何一者，并且可(例如，与图像显示子系统同步地)移动。

本文所描述的包括移动子图像的prps的示例可适用于具有基于投影或非投影的照明系统的prps中的照明系统，所述基于投影或非投影的照明系统包括包含以下的阵列的那些：发光二极管、基于液晶的投影系统、液晶显示器(lcd)、硅基液晶(lcos)显示器、基于汞蒸气灯的投影系统、数字光处理(dlp)投影仪、分立激光器和激光投影系统。

在一些实施方案中，图像投影仪的移动包括移动图像投影仪的光源(例如，诸如led或灯)。在一些实施方案中，光源通过平移(例如，沿大致平行于构建区域的平面的平面)移动。图10a示出由子图像1010a至1010c构成的合成图像的非限制性示例，其中光源1012在方向1005上通过平移移动。在一些实施方案中，光源通过平移移动，并且平移方向(例如，图10a中的1005)大致平行于构建区域的平面。在此类情况下，可针对位置和其他校正对每个图像进行校准，如本文进一步所述。

在一些实施方案中，光源将通过围绕一个或多个旋转轴线倾斜和/或旋转光源而移动。图10b示出由子图像1020a至1020c构成的合成图像的非限制性示例，其中光源1022在方向1006上通过旋转移动。在一些实施方案中，旋转方向(例如，图10b中的1006)具有大致平行于构建区域的平面的旋转轴线。在图像投影仪旋转的情况下，可考虑位置和诸如扭曲和偏斜的其他校正，如本文进一步所述。

在一些实施方案中，图像投影仪的光源将是固定的，并且投影子图像将通过使用移动光学系统(例如，移动镜或移动透镜)而移动。在一些实施方案中，光学系统将通过平移(例如，沿大致平行于构建区域的平面的平面)移动，或者通过围绕一个或多个旋转轴线倾斜和/或旋转光学系统而移动。图10c示出由子图像1030a至1030c构成的合成图像的非限制性示例，其中光源1032是固定的，并且镜1034在方向1007上通过旋转移动以投影子图像1030a至1030c。替代地，图10d示出由子图像1040a至1040c构成的合成图像的非限制性示例，其中光源1042是固定的，并且透镜1044在方向1008上通过旋转移动以投影子图像1040a至1040c。在移动光学系统(例如，图10c和图10d所示的那些)的不同情况下，可针对位置、扭曲和偏斜和/或其他校正对每个投影图像进行校准，如本文进一步所述。

图10a至图10d中的非限制性示例包含具有一个移动图像投影仪或一个固定图像投影仪和一个移动光学系统(例如，镜或透镜)的系统。在其他实施方案中，本文所描述的prps可包含多于一个图像投影仪和/或光学系统，并且图像投影仪和/或光学系统移动以将多个子图像投影到构建区域上。在这些情况下，多个图像投影仪和/或光学系统全部都可通过平移或旋转移动。在一些实施方案中，prps包含使得每个图像投影仪和/或子图像能够独立移动的子系统。在其他实施方案中，prps包含使得所有图像投影仪和/或子图像能够作为整体移动的子系统。在一些实施方案中，一个或多个图像投影仪和/或光学系统既可平移又可旋转以将子图像投影在构建区域内的不同位置处。

在一些实施方案中，编码器用于测量移动部件(例如，图像投影仪或光学系统元件)的位置。例如，磁性线性编码器可附连到通过平移移动的图像投影仪以及系统的固定底架，并且图像投影仪相对于固定底架的位置将被准确地知晓。这种位置反馈对于在打印运行之前校准系统和/或在打印运行期间监测移动部件的位置可为有用的。

在一些实施方案中，图像投影仪(或光学系统)阵列的移动与显示子系统同步。例如，显示子系统可针对要曝光的每个层创建对应于每个图像投影仪的运动的打印条带。

图10e示出根据一些实施方案的具有可移动图像投影仪的prps1050的非限制性示例的自顶向下视图，并且图10f示出其透视图。图10e示出安装在可移动系统1054a至1054b和另外的可移动系统1058a至1058b上的两个图像投影仪(或图像投影仪组件)1052a至1052b，所述可移动系统1054a至1054b由马达1056a至1056b驱动并且允许图像投影仪在x方向和y方向(如图中的坐标系所示)上移动，所述另外的可移动系统1058a至1058b允许图像投影仪围绕x轴和/或y轴(或围绕除了x或y之外的轴线)旋转。图10f另外示出允许图像投影仪在z方向(如图中的坐标系所示)上移动的可移动系统1054c和马达1056c、树脂槽1062和可(在z方向上)移入和移出树脂槽1062内所包含的树脂池的构建平台1064。另外的可移动系统1058a至1058b在图10f中未示出，但是可包括在一些实施方案中。

继续图10e和图10f，在一些实施方案中，图像投影仪1052a至1052b包含发光二极管、基于液晶的投影系统、液晶显示器(lcd)、硅基液晶(lcos)显示器、基于汞蒸气灯的投影系统、数字光处理(dlp)投影仪、分立激光器或激光投影系统。图10e和图10f中的示例性prps1050示出两个图像投影仪1052a至1052b，然而，可使用类似的系统来移动多于两个图像投影仪(诸如2个至20个图像投影仪)。图像投影仪(例如，图10e和图10f中的1052a至1052b)可使用任何机构来安装，例如，使用一种机构，所述机构将投影仪牢固地安装到可移动系统(例如，图10e和图10f中的1054a至1054c和/或1058a至1058b)，并且(例如，根据一些方法在曝光期间)能够保持每个投影仪的静态位置。

可移动系统1054a至1054c可包括皮带、链条、导轨、导螺杆驱动器或其他类型的线性驱动机构。马达1056a至1056c可包括步进马达、基于dc有刷或无刷伺服的马达、或它们的组合、或能够与可移动系统1054a至1054c一起工作以移动图像投影仪的其他类型的移动系统。在一些实施方案中，使用位置反馈将图像投影仪准确地移动特定距离和/或移动到空间中的特定位置。位置反馈可以光、电、磁的方式或者使用它们的组合来获得。位置反馈系统的一些非限制性示例是包括光学编码器、磁性编码器和光学阵列位置传感器的那些。可移动系统1054a至1054c可位于除了图10e和图10f所示的那些之外的位置。例如，可移动系统1054a至1054c不需要位于所安装的图像投影仪的侧面上；它们可定位在所安装的图像投影仪1052a至1052b之间的中部中。在一些实施方案中，在给定轴线上存在多于一个机动轨道系统。

图10e和图10f示出具有可沿多个轴线移动的多个图像投影仪的prps的一个示例。在一些实施方案中，类似的移动系统可在自顶向下而不是如图10e和图10f所示自底向上投影的prps中使用。在不同的实施方案中，图像投影仪可以是可独立移动的，或者它们的移动可耦合在一起(例如，使用相同的移动系统来移动多个图像投影仪)。

由图10e和图10f所示的机构提供的移动使得每个图像投影仪1052a至1052b能够如图10a所描绘的那样在x方向和y方向上平移，并且另外的可移动系统1058a至1058b使得每个图像投影仪1052a至1052b能够如图10b所描绘的那样旋转。在其他实施方案中，图像投影仪是固定的，并且镜或透镜系统可使用图10e和图10f所示的类似机构平移和/或旋转以实现图10c和图10d所描绘的系统。

现在将描述两种类别的移动系统和方法，一种使用逐步曝光配置，并且一种使用连续运动配置。在这两种类型的系统中，子图像阵列可为1d或2d，并且可在一个方向或多于一个方向上移动(即，扫描)以覆盖构建区域的给定层曝光所需的一部分。

在具有投影移动子图像阵列的移动图像投影仪阵列的图像投影系统和方法的一些实施方案中，使用逐步曝光系统和方法。例如，可将图像投影仪阵列移动到第一位置，并且然后可显示每个图像投影仪的子图像。然后，可将阵列移动到第二位置，并且可显示第二组子图像。通过重复此逐步曝光过程，可以分段方式曝光整个构建区域。图10a至图10d所示的示例示出不同类型的移动，其可用于由通过使用逐步曝光方法移动图像投影仪或光学系统而投影在不同位置处的子图像形成合成图像。图11示出逐步曝光系统和方法(即，转位方法)的一个示例，其中使用(例如，图像投影仪阵列内的)图像投影仪的15x5像素子图像(即，图11中的每个方框描绘子图像内的一个像素)将15x5像素子图像投影在构建区域内的“位置1”(实线)处，并且然后移动图像投影仪阵列并将15x5像素子图像移动并投影到构建区域内的“位置2”(虚线)上。在此示例中，位置1和位置2中的子图像不重叠，然而，在逐步曝光方法的其他实施方案中，相邻子图像将彼此重叠。

在具有投影移动子图像阵列的移动图像投影仪阵列的图像投影系统和方法的一些实施方案中，使用连续运动。例如，可使图像投影仪阵列跨构建区域连续移动，并且显示子系统可使投影子图像与阵列移动的速度同步。以此方式，阵列可以恒定速度(在一个或多于一个方向上，例如，以线性扫描、光栅扫描、蛇形扫描等)移动，并且图像内容连续更新以创建整层图像的移动“曝光光圈”。图12示出连续移动系统和方法的一个示例，其中使用阵列内的图像投影仪的子图像将子图像投影在构建区域内的“位置1”至“位置7”内(图中的每个方框描绘子图像内的一个像素)，并且在“连续运动”的方向上沿构建区域连续移动阵列。换句话讲，图12所示的子图像的后缘将在“位置1”处开始，并且然后连续移动以使得子图像的后缘将位于“位置2”处，然后位于“位置3”处，并且依此类推，直到层曝光完成为止。在此示例中，一旦子图像到达“位置7”，则后缘将超过图像位于“位置1”处时的前缘的点。在此类实施方案中，在任何单个时刻，阵列中的图像投影仪中的每个图像投影仪投影合成图像的一部分(即，子图像)。然而，在这些实施方案中，由于子图像阵列跨构建区域连续移动，因此显示子系统将控制每个图像投影仪以投影子图像的“电影”(或动画)，其中每个子图像实际上实时(例如，与图像投影仪阵列的移动同步地)跨图像投影仪中的每个图像投影仪的视场移动。在此类实施方案中，每个像素的曝光时间与扫描速度(即，子图像跨构建区域移动的速度)相关。在这些实施方案中，给定像素的曝光还与子图像的运动方向上的曝光区的大小相关。通常，到理论树脂“点”的总能量传递与功率乘以时间相关，在具有连续移动子图像的实施方案中，时间因子由扫描距离除以扫描速度组成。

在一些实施方案中，移动图像投影仪阵列和子图像以通过将子图像稍微移动到具有良好像素或具有最佳光学特性的区或区域来克服图像投影仪和子图像中的缺陷(例如，死像素、透镜伪影等)。在此类实施方案中，移动与显示子系统同步以跨整个构建区域(或构建区域的需要特定层曝光的一部分)投影适当的子图像，以创建正在打印的零件所需的图案。

在一些实施方案中，移动子图像(例如，如上所述)相对于扫描方向倾斜，以在垂直于扫描方向的方向上提供更好的插值分辨率。例如，图13描绘从连续移动图像投影仪(或光学系统)投影的连续移动子图像的(时间上的)两个实例，其中子图像的取向相对于扫描方向倾斜(或旋转)。扫描方向在图中为“y”方向，并且第一子图像示出为实线，所述实线定义子图像内的像素。虚线示出在子图像在“y”方向上移动之后的第二子图像。例如，2d子图像阵列可取向成使得子图像被布置成沿第一方向取向的行和沿第二方向取向的列，并且图像投影仪的移动使得子图像在不同于第一方向和第二方向的第三方向上移动。图13示出在第三方向“y”上移动的具有沿两个方向“a”和“b”取向的行和列的倾斜子图像的示例。在此示例中，倾斜子图像在“x”方向(垂直于扫描方向“y”的方向)上提供更高的分辨率。“y”方向上的有效分辨率也由于倾斜而增加，并且在一些实施方案中还受图像投影仪移动参数的影响。例如，在连续子图像扫描的情况下，移动方向上的有效分辨率可由运动控制质量和与显示子系统的移动同步控制。在一些情况下，运动控制质量足够高以在扫描方向上提供子像素分辨率(例如，就移动和/或定位精度而言)。在一些实施方案中，倾斜使得系统能够通过实现(例如，图像显示子系统内的)像素之间的插值而在构建区域的一个或多个方向上具有更高的粒度。相比之下，非倾斜成像系统将在垂直于扫描方向的方向上产生由图像像素大小定义的粒度。

在一些实施方案中，图像投影系统包含投影子图像阵列的图像投影仪阵列，并且阵列中的子图像中的每个子图像的取向相对于扫描方向倾斜以在垂直于扫描方向的方向上提供更好的插值分辨率，如上所述。

存在可用作用于移动图像投影系统内的图像投影仪阵列的设备的数种装置。一些示例包括但不限于马达、气动装置、基于重力的系统和线性致动器。以上所描述的成像系统不限于基于投影dlp的系统。可利用本文所描述的图像投影仪阵列的成像系统的一些示例包括但不限于基于dlp的系统、基于灯的投影系统、基于lcd的系统和基于激光的成像系统。

在一些实施方案中，可同时打印多于一个零件(或物体)。这对于更优化地利用构建区域并提高零件生产率可为有利的。在一些实施方案中，增材制造系统包含图像投影仪阵列，其中的每个图像投影仪将子图像投影到构建区域上，并且在单个打印运行期间在构建区域内打印多于一个零件。例如，增材制造系统可包含3x3图像投影仪阵列，从而将总共9个子图像投影到构建区域上，并且可在单个打印运行期间在构建区域内打印9个单个零件(即，未物理连接的零件)。在该情况下，一个图像投影仪投影一组子图像，其中每个子图像曝光单个零件的一个层。在此示例中，由于每个单个物体使用阵列中的单个图像投影仪来创建，因此将来自阵列中的不同图像投影仪的子图像拼接在一起不太复杂(例如，将不需要边缘融合)或者是完全不需要的。

在一些实施方案中，如上所述，同时打印多于一个物体，并且使用阵列中的单个图像投影仪打印每个单独的物体。在其他实施方案中，同时打印多于一个物体，并且使用多于一个图像投影仪来打印单个物体。例如，增材制造系统可包含2x4图像投影仪阵列，从而将总共8个子图像投影到构建区域上，并且可在单个打印运行期间在构建区域内打印2个单个零件(即，未物理连接的零件)。在此示例中，每个单个零件可使用4个图像投影仪进行打印。在此示例中，每个单个物体使用阵列中的多于一个图像投影仪来创建，并且将子图像拼接在一起略微更加复杂(例如，将仍然需要一些子图像的边缘融合)。

在一些实施方案中，同时打印的单个物体(即，一个或多个物体)大致相同，而在其他实施方案中，同时打印的单个物体彼此不同。在一些实施方案中，同时打印多于一个物体，并且增材制造系统中的图像投影仪和/或光学系统是固定的或移动的，如本文进一步所述。

在一些实施方案中，本文所描述的prps还包括包含多组光传感器的校准设备。在一些实施方案中，每组光传感器与一个或多个子图像相关联，并且来自所述组传感器的信号被馈送到一个或多个微控制器中以处理来自传感器的信息并在反馈回路中将信息提供到prps，以便对子图像进行调整(例如，对准、位置、强度、扭曲、边缘融合和/或本文所描述的图像校正或调整中的任一者)。在一些实施方案中，每组中的光传感器被放置成使得它们与一个或多个子图像的拐角处或附近的位置重合。

在一些实施方案中，校准设备可插入到prps中以在任何时间(例如，在打印运行之间，在打印运行期间，在初始设置系统(例如，在prps生产工厂处)后或定期维护时)捕获来自图像投影系统的照明。在一些实施方案中，校准设备中所使用的光传感器具有狭窄视场，以改善校准设备所提供的对准精度。

以下是本文所描述的系统和方法的一些实施方案的一些非限制性示例。

实施例1：辐照度掩模

在此示例中，图像投影仪跨其投影区域输出纯白色图像，其中当(例如，通过本文所描述的校准设备)进行测量时，左上角的像素亮度比视场中其他地方低5％(即，辐照度低5％)。应用辐照度掩模，所述辐照度掩模用作“暗化滤波器”(即，以一定图案、局部地或跨图像均匀地降低或增加辐照度的滤波器)。辐照度掩模在应用于纯白色图像时将图像中其他地方的100％亮度像素降低至95％，以便跨整个图像创建均匀的辐照度。

实施例2：反应性变化

在此示例中，使用伽马校正将0至255像素值重新映射到固化树脂的可寻址反应性范围。这使可用的灰度级的数量最大化，这有益于将在固有地基于正方形像素的投影系统上产生的来自弯曲或平滑表面的混叠伪影最小化。此外，prps中所使用的不同树脂通常具有不同的反应性曲线。伽马校正滤波器(诸如此示例中所描述的滤波器)可用于每个不同的树脂，以消除变化并改善零件间的一致性，这有益于使得prps能够在工业制造环境中有效地操作。

非限制性的示例性树脂的固化深度与每单位面积的能量之间的关系可使用图14所示的方法1400来确定。图14所示的方法1400描述可如何根据一些实施方案确定图5a至图5b以及等式(1)至(7)所示的关系。

在步骤1410中，将树脂样品放置在prps中，并命令prps用特定量的特定波长的能量来辐照树脂样品。在步骤1420中，然后将样品从打印机移除，并测量从步骤1410得到的固化树脂的物理厚度。在步骤1420中可使用提供足够精度的任何测量技术来测量固化树脂的厚度。树脂厚度测量方法的一个非限制性示例包括使用千分尺(例如，安装在具有花岗岩表面的starrett支架上)来进行比较测量。在这种方法中，可通过在指定负荷(或接触力)下降低千分尺的柱塞尖头并在进行厚度读取之前使尖头停留特定时间量来测量固化树脂样品的厚度。树脂厚度测量方法的另一个非限制性示例包括使用激光测量装置，其中激光波长在树脂固化波长窗口之外。步骤1410和1420的结果是固化深度(dp)和能量(e’)的单个数据点。在步骤1430中，在期望能量剂量范围内重复步骤1410和1420以创建固化深度(dp)和能量(e’)的数据集。

在步骤1440中，将在步骤1430中确定的数据集拟合到等式(1)的关系，以确定系数m1和b1。对于此示例中的树脂，m1可等于40.0μm/(mj/cm²)，并且b1可等于-105.0μm(注意，在此情况下b系数为负，从而表明图5a中线的y截距在x轴下方)。可使用最小二乘回归分析法测试实际系数与推导数据集的关系来计算相关系数。在一些实施方案中，r²值的目标是0.95或更好。在等式(1)中确定了树脂的系数后，合适的工作关系可在prps中用于在所利用的能量的特定波长下测试的特定树脂。

在步骤1450中，使用在步骤1440中确定的m1和b1系数，从如上所述的等式(1)推导出等式(4)和(5)中的e’0和e’max的两个特定关系。e’0是树脂的基本特性，并且e’max受树脂固化行为和期望的打印过程的细节的影响。对于此示例中具有上述m1和b1系数的树脂，e’0为13.8mj/cm²。在此非限制性示例中，期望的固化厚度为250μm，并且因此，e’max的所得值为7150mj/cm²。

伽马调整过程1400中的下一步骤1460是创建将期望打印过程的操作能量范围映射到控制系统操作范围的传递函数。鉴于将0至255的假设输入能量量化范围分布在范围为e’0至e’max的对数能量分布内，所得能量函数由等式(6)给出，其中m2＝(255/e’max)并且b2＝0。

图15a和图15b示出每单位面积的能量(e’)与像素强度(l)之间的关系。图15a和图15b中的曲线图在y轴上具有以mj/cm²为单位的ln(e’)并且在x轴上具有(在0至255的范围内的)l。在每个曲线图中示出三个曲线。在此示例中，曲线1510a至1510b对应于50微米的层厚度(即，打印零件中的每个层的厚度)，曲线1520a至1520b对应于100微米的层厚度，并且曲线1530a至1530b对应于250微米的层厚度。相应地，曲线表明：对于特定输入值l，更厚的层需要更多的能量。在图中还示出产生固化深度dp＝0所需的最小ln(e’)1540。

图15a示出在应用任何伽马校正之前的e’与l之间的关系。伽马校正之前的动态范围(即，可通过树脂实现的像素强度范围)有限，并且由分别为50微米、100微米和250微米厚的层的范围1550、1560和1570示出。因此，在伽马校正之前，无法实现完整范围的像素强度(例如，在此示例中为0至255)。换句话讲，像素强度l和/或能量密度e’的保真度(或粒度)有限。此外，更薄的层需要更少的能量来达到最大的所需固化深度dp,max，但是产生固化深度dp＝0所需的最小ln(e’)1540对于更厚的层和更薄的层而言是相似的。结果，更薄的层的动态范围通常更小于更厚的层的动态范围。

图15b示出在应用伽马校正之后的e’与l之间的关系，如上所描述。产生最小固化深度dp＝0所需的每单位面积的最小能量ln(e’)1540现对应于l＝0。另外，实现最大固化深度dp,max所需的能量对应于l＝255。换句话讲，以上伽马校正方法使得能够实现像素值的完整动态范围(和/或实现像素值的更高保真度)。图15b还示出在此示例中可针对所有层厚度实现完整动态范围。

在一些情况下，prps包含照明源，其中来自照明源的输出能量功率是输入到照明源的功率的函数。因此，有用的是，针对到照明源的给定输入功率确定产生每单位面积的给定能量(e’)所需的曝光时间(texp)。例如，等式(2)和(3)中的辐照度(ir)可以是到照明源的输入功率(pwm)的函数，其可由以下表达式定义：

ir＝c2*(pwm)²+c1*pwm+c0(10)

其中c0、c1和c2是常数。然后，可将等式10代入等式(3)以针对到照明源的给定输入功率(pwm)确定产生每单位面积的特定能量(e’)所需的曝光时间(texp)。

已经详细参考了所公开的发明的实施方案，在附图中已经示出其一个或多个示例。已经通过解释本发明的技术而非限制本发明的技术的方式提供每个示例。实际上，虽然已经关于本发明的具体实施方案详细描述了本说明书，但是应了解，本领域技术人员在理解了前述内容后可容易地想到这些实施方案的替代物、变型和等效物。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可与另一个实施方案一起使用以产生又一个实施方案。因此，本发明的主题意图涵盖所附权利要求及其等效物的范围内的所有此类修改和变型。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域普通技术人员可实践对本发明的这些和其他修改和变型，本发明的范围在所附权利要求中更具体地阐述。此外，本领域普通技术人员应了解，前述描述仅作为示例，并且不意图限制本发明。