增材制造系统的制作方法

增材制造系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年4月17日提交的第62/835,444号美国临时申请的权益，该临时申请通过该引用以其整体并入。
技术领域
3.本实用新型总体上涉及增材制造(additive manufacturing)的领域，并且更具体地，涉及一种用于在增材制造领域的增材制造工艺中调节树脂界面处的温度的新的且有用的方法。


背景技术：

4.在增材制造领域中在调节温度方面存在着需要改进的许多问题。


技术实现要素：

5.本公开涉及但不限于以下方面。
6.1).一种增材制造系统，包括：
7.构建窗口；
8.构建平台，其布置在所述构建窗口上方；
9.投射子系统：
10.所述投射子系统布置在所述构建窗口下方；并且
11.所述投射子系统被配置为通过所述构建窗口且朝向所述构建平台投射电磁辐射，以选择性地在所述构建平台和所述构建窗口之间对构建物的层进行光固化；
12.构建托盘，其被配置为将树脂的树脂储备液定位在所述构建窗口上方，所述树脂储备液在所述构建窗口的上表面附近限定了所述树脂的界面层；
13.构建腔室：
14.所述构建腔室包围所述构建托盘和所述构建窗口；并且
15.所述构建腔室被配置为包含气体环境；
16.树脂温度控制子系统，其包括：
17.树脂温度传感器，其被配置为检测所述树脂在所述树脂储备液中的主体树脂温度；和
18.第一组加热元件，其被配置为加热所述树脂储备液，以减少所述主体树脂温度与目标主体树脂温度之间的第一差异；
19.腔室温度控制子系统，其包括：
20.腔室温度传感器，其被配置为检测所述气体环境的腔室温度；和
21.第二组加热元件，其被配置为加热所述气体环境，以减少所述腔室温度与目标腔室温度之间的第二差异；以及
22.界面温度控制子系统，其包括：
23.界面温度传感器，其被配置检测所述树脂的所述界面层的界面温度；和
24.第三组加热元件，其被配置加热所述树脂的所述界面层，以减少所述界面温度与目标界面温度之间的第三差异。
25.2).根据1)所述的增材制造系统，还包括控制器，所述控制器被配置为向所述构建平台、所述投射子系统、所述树脂温度控制子系统、所述腔室温度控制子系统和所述界面温度控制子系统发送指令。
26.3).根据1)所述的增材制造系统，其中，所述树脂温度传感器包括布置在所述构建窗口内的热图像传感器，并限定与所述树脂储备液的表面重合的视场。
27.4).根据1)所述的增材制造系统，其中，所述树脂温度传感器包括与所述构建托盘集成的温度传感器。
28.5).根据1)所述的增材制造系统，其中，所述第一组加热元件包括与所述构建托盘集成的所述第一组加热元件。
29.6).根据5)所述的增材制造系统，其中，所述第一组加热元件包括一组电阻式加热元件。
30.7).根据5)所述的增材制造系统，其中，所述第一组加热元件包括流体加热系统。
31.8).根据1)所述的增材制造系统，其中，所述树脂温度控制子系统包括流体冷却系统，所述流体冷却系统被配置为冷却所述树脂储备液以减少所述主体树脂温度与所述目标主体树脂温度之间的所述第一差异。
32.9).根据1)所述的增材制造系统，其中，所述界面温度传感器包括布置在所述构建窗口下的热图像传感器，并限定了跨越所述构建窗口的视场。
33.10).根据1)所述的增材制造系统，其中，所述第三组加热元件包括布置在所述构建窗口下方的红外灯，并且被配置为将红外辐射导向所述构建窗口。
34.11).根据1)所述的增材制造系统，其中，所述第三组加热元件包括数字化红外投射器，所述数字化红外投射器限定了与所述构建窗口对准的投射区域，并且被配置为选择性地朝向所述构建窗口投射红外辐射。
35.12).根据11)所述的增材制造系统，其中，所述数字化红外投射器包括数字微镜器件。
36.13).根据11)所述的增材制造系统，其中，所述第三组加热元件包括嵌入所述构建窗口内的一组透明电阻式加热元件。
37.14).根据11)所述的增材制造系统，其中，所述第三组加热元件包括围绕所述构建窗口的周边布置的所述第三组加热元件，并被配置为将热量传导到所述构建窗口中。
38.15).一种增材制造系统，包括：
39.构建窗口；
40.构建平台，其布置在所述构建窗口上方；
41.投射子系统：
42.所述投射子系统布置在所述构建窗口下方；并且
43.所述投射子系统被配置为通过所述构建窗口且朝向所述构建平台投射电磁辐射，以选择性地在所述构建平台和所述构建窗口之间对构建物的层进行光固化；
44.构建托盘，其被配置为将树脂的树脂储备液定位在所述构建窗口上方；
45.构建腔室：
46.所述构建腔室包围所述构建托盘和所述构建窗口；并且
47.所述构建腔室被配置为包含气体环境；
48.树脂温度控制子系统，其包括：
49.树脂温度传感器，其被配置为检测所述树脂在所述树脂储备液中的主体树脂温度；和
50.第一组加热元件，其被配置为加热所述树脂储备液，以减少所述主体树脂温度与目标主体树脂温度之间的第一差异；以及
51.腔室温度控制子系统，其包括：
52.腔室温度传感器，其被配置为检测所述气体环境的腔室温度；和
53.第二组加热元件，其被配置为加热所述气体环境，以减少所述腔室温度与目标腔室温度之间的第二差异。
54.16).根据15)所述的增材制造系统，
55.其中，所述树脂的所述树脂储备液在所述构建窗口的上表面附近限定了所述树脂的界面层；并且
56.所述增材制造系统还包括界面温度控制子系统，所述界面温度控制子系统包括：
57.界面温度传感器，其被配置为检测所述树脂的所述界面层的界面温度；和
58.第三组加热元件，其被配置为加热所述树脂的所述界面层，以减少所述界面温度与目标界面温度之间的第三差异。
59.17).一种增材制造系统，包括：
60.构建窗口；
61.构建平台，其布置在所述构建窗口上方；
62.投射子系统：
63.所述投射子系统布置在所述构建窗口下方；并且
64.所述投射子系统被配置为通过所述构建窗口且朝向所述构建平台投射电磁辐射，以选择性地在所述构建平台和所述构建窗口之间对构建物的层进行光固化；
65.构建托盘，其被配置为将树脂的树脂储备液定位在所述构建窗口上方，所述树脂储备液在所述构建窗口的上表面附近限定了所述树脂的界面层；
66.构建腔室：
67.所述构建腔室包围所述构建托盘和所述构建窗口；并且
68.所述构建腔室被配置为包含气体环境；以及
69.界面温度控制子系统，其包括：
70.界面温度传感器，其被配置为检测所述树脂的所述界面层的界面温度；和
71.第一组加热元件，其被配置为加热所述树脂的所述界面层，以减少所述界面温度与目标界面温度之间的第一差异。
72.18).根据17)所述的增材制造系统，所述增材制造系统还包括树脂温度控制子系统，所述树脂温度控制子系统包括：
73.树脂温度传感器，其被配置为检测所述树脂在所述树脂储备液中的主体树脂温度；和
74.第二组加热元件，其被配置为加热所述树脂储备液，以减少所述主体树脂温度与目标主体树脂温度之间的第二差异。
75.19).根据17)所述的增材制造系统，还包括腔室温度控制子系统，所述腔室温度控制子系统包括：
76.腔室温度传感器，其被配置为检测所述气体环境的腔室温度；和
77.第二组加热元件，其被配置为加热所述气体环境，以减少所述腔室温度与目标腔室温度之间的第二差异。
78.20).根据17)所述的增材制造系统，
79.其中，所述界面温度传感器包括热图像传感器，所述热图像传感器被布置在所述构建窗口下，所述热图像传感器：
80.限定跨越所述构建窗口的视场；并且
81.被配置为检测所述树脂的所述界面层的温度分布；并且
82.其中，所述第一组加热元件包括数字化红外投射器：
83.所述数字化红外投射器限定与所述构建窗口对准的投射区域；并且
84.所述数字化红外投射器被配置为基于所述树脂的所述界面层的所述温度分布，选择性地将红外辐射朝向所述构建窗口投射。
附图说明
85.图1是方法的流程图表示；
86.图2为方法的一个变型的流程图表示；
87.图3是系统的示意图表示；
88.图4为方法的一个变型的流程图表示；以及
89.图5为方法的一个变型的流程图表示。
具体实施方式
90.本实用新型的实施例的以下描述不意图将本实用新型限制于这些实施例，而是意图使本领域技术人员能够制作并且使用本实用新型。本文所描述的变型、构型、实施方式、示例性实施方式和示例是可选的，并且不排除其所描述的变型、构型、实施方式、示例性实施方式和示例。本文所描述的实用新型可以包括这些变型、构型、实施方式、示例性实施方式和示例的任何和所有的组合方式。
91.1.方法
92.如图1所示，用于增材制造的方法s100包括：在步骤框s110中，在布置在构建窗口上方并包含树脂的树脂储备液(resin reservoir)的构建托盘处，将树脂储备液朝向低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度的目标主体树脂温度(target bulk resin temperature)加热，目标主体树脂温度对应于树脂在液体状态下的目标粘度；在步骤框s120中，在包含气体环境并包围构建托盘和构建窗口的构建腔室处，将气体环境朝向低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度的目标腔室温度加热；以及在步骤框s130中，在构建窗口的表面和树脂储备液之间的树脂界面处，将树脂储备液的界面层朝向目标反应温度加热，该目标反应温度对应于树脂在光固化状态下的目标交联密度。方法s100还包括，对于第
一构建循环，响应于树脂储备液呈现出接近目标主体树脂温度的第一温度，响应于气体环境呈现出接近目标腔室温度的第二温度，以及响应于界面层呈现出接近目标反应温度的第三温度：以在步骤框s140中，在树脂界面处，选择性地光固化第一体积的树脂储备液以形成构建物的粘附到构建平台的第一层；以及在步骤框 s150中，将构建平台从构建窗口缩回。
93.如图2所示，方法s100的一种变型包括：在步骤框s110中，在布置在构建窗口上方并包含树脂的树脂储备液的构建托盘处，将树脂储备液朝向低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度的目标主体树脂温度加热，目标主体树脂温度对应于树脂在液体状态下的目标粘度；在步骤框s120中，在包含气体环境并包围构建托盘和构建窗口的构建腔室处，将气体环境朝向低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度的目标腔室温度加热；在步骤框 s132中，在构建窗口的表面和树脂储备液之间的树脂界面处，经由布置在构建窗口下方的热图像传感器来检测树脂储备液的整个界面层的温度分布，并限定包围树脂界面的视场；在步骤框s134中，计算红外光投射，该红外光投射预计将界面层加热到使整个树脂界面上的均匀温度接近目标反应温度，该目标反应温度对应于树脂在光固化状态下的目标交联密度；以及在步骤框s136中，将红外光投射向构建窗口投射。方法s100的这种变型还包括，对于第一构建循环，响应于树脂储备液呈现出接近目标主体树脂温度的第一温度，响应于气体环境呈现出接近目标腔室温度的第二温度，以及响应于界面层呈现出接近目标反应温度的第三温度：以在步骤框 s140中，在树脂界面处，选择性地光固化第一体积的树脂储备液以形成构建物的粘附到构建平台的第一层；以及在步骤框s150中，将构建平台从构建窗口缩回。
94.2.应用
95.一般来说，方法s100的步骤框由增材制造系统100(以下称为“系统 100”)执行，以调节储存在构建托盘140内的树脂储备液中的树脂的主体温度，从而：在构建物的每个连续的层之后，控制树脂粘度和树脂朝向构建窗口110的流动；以及将构建物的先前光固化层保持成低于热挠曲温度。系统100同时执行方法s100的其他步骤框，以在构建物的当前层的制造期间调节树脂的与构建窗口110邻近的界面层(即，在构建窗口110的树脂界面处)的界面温度，从而：控制和/或增加光固化树脂的交联密度；以及在制造期间增加当前层的生坯强度(green strength)。
96.更具体地说，系统100可以实施数字化光程序(以下称为“dlp”)或连续数字化光程序(以下称为“cdlp”)，以在一系列构建循环期间选择性地光固化树脂的连续层的目标区域，从而将液体树脂转化为固体结构 (以下称为“构建物”)。在每个构建循环期间，系统100可以执行方法s100 的步骤框，以调节液体树脂的主体温度，并且当系统100选择性地光固化树脂的薄层中的区域(例如，经由dlp或cdlp)时，调节树脂的该薄层 (或薄膜)在整个构建窗口110上的局部温度，以便：控制构建物的生坯特性(例如，增加构建物的生坯强度)；增加树脂的光固化速率(从而减少每个构建循环的持续时间)；增加树脂从树脂储备液到构建窗口110的流速(例如，由于液体树脂的粘度降低)；能够用在室温下显示出较高粘度的树脂制造构建物；防止构建物的先前层中的光固化树脂因多余的热暴露而挠曲。因此，系统100可以由高粘度树脂产生以高尺寸精度和受控机械性能为特征的构建物。
97.如图3所示，系统100可以包括投射子系统120、布置在投射子系统 120上方并限定与投射子系统120的焦平面重合的表面的构建窗口110、被配置为包含构建窗口110上方的树脂储备液的构建托盘140、封闭构建托盘140和构建窗口110的构建腔室130，以及竖直移
动的构建平台102，构建平台102被配置为将构建物定位成平行于构建窗口110并偏离构建窗口 110，以准备光固化构建物的一层，并使构建物从构建窗口110缩回，以准备光固化构建物的连续的层。同样如图3所示，系统100可以包括：被配置为控制构建腔室130内的气体环境的腔室温度控制子系统；与构建托盘 140集成的一组构建托盘140加热元件其被配置为控制树脂储备液的主体温度；以及界面加热源(例如，一组界面加热元件162)，其被配置为控制树脂在与构建窗口110的树脂界面处的界面温度。在一个变型中，系统100 可以包括热图像传感器160和红外投射子系统120，热图像传感器160布置在构建窗口110下方并被配置为检测整个树脂界面的界面温度分布，红外投射子系统120被配置为选择性地加热树脂界面的区域，从而使得系统 100能够执行方法s100的步骤框，以在树脂界面处实现目标加热，从而在树脂界面处实现目标温度曲线(例如，均匀的温度曲线)。因此，系统100 被配置为执行方法s100的步骤框，以通过增材制造工艺选择性地固化构建物的层，同时：将界面温度保持为接近树脂界面处的目标反应温度；在树脂储备液中将主体树脂温度保持为接近目标主体树脂温度；并将腔室温度保持为接近目标腔室温度。
98.2.1树脂粘度
99.通过升高和控制树脂储备液中树脂的温度，系统100可以降低树脂的粘度，从而增加树脂朝向树脂储备液中由构建平台102的缩回引起的空隙的流速，并且当构建物从树脂储备液中缩回时，降低新光固化构建物上的流体机械力。因此，系统100可以由树脂、各种材料或在室温下呈现出高粘度或以固相存在的任何其他化学物质制造构建物。
100.2.2交联密度
101.系统100可以通过监测和调节树脂和构建窗口110之间的界面附近的树脂层的界面温度来控制树脂在树脂界面处的温度，以便将树脂界面温度提高到树脂储备液的主体树脂温度以上。特别地，对于许多化学物质，由于在制造工艺的光固化阶段自由基迁移率增加，以更高温度发生的光固化反应导致光固化产品中更高的交联密度。因此，当在多个构建循环中应用时，系统100可以减少构建物的制造时间同时保持相同的交联密度，或者可以增加交联密度同时保持相同的构建时间。
102.系统100可以经由界面热源加热树脂在树脂界面处的界面层，以相对于树脂储备液的主体温度增加树脂界面的温度。因此，系统100可以在整个树脂界面上保持接近目标反应温度的一致界面温度，使得在增材制造工艺中选择性光固化树脂的体积时，该层的每个区域以接近树脂在光固化层的整个体积上的反应温度的温度来光固化。
103.系统100可以直接加热树脂界面，以便通过一组加热元件(即界面热源)在树脂界面处保持特定的界面温度。例如，系统100可以包括红外灯或嵌入在构建窗口110中的透明加热元件，其被配置为均匀加热构建窗口 110，并进而加热树脂界面。或者，系统100可以逐个像素地选择性地加热树脂界面的区域，以使界面温度保持为接近树脂界面处的目标反应温度，并提供对树脂界面处的温度的局部控制。例如，系统100可以包括数字化红外投射器164(以下称为“ir投射器”)，例如红外dlp投射器，其可以被配置为选择性地照亮屏幕的像素，以便选择性地加热树脂界面中的相对低温区域，从而消除整个树脂界面上的温度梯度。
104.2.3温度梯度
105.在包括ir投射器164的系统100的实施方式中，系统100可以执行闭环控制，以在构建物的层的制造期间降低整个树脂界面上的温度梯度 (例如，产生均匀的温度分布)。特别
地，树脂在整个树脂界面上的层的选择性区域的放热光固化可以在整个树脂界面上产生温度梯度(例如，局部“热点”)。因此，系统100可以监测整个树脂界面上的温度，并选择性地照射树脂界面的区域(例如，通过ir投射器164)，以局部地加热整个树脂界面上的较冷区域，从而降低整个树脂界面上的温度梯度。通过降低这种在整个该树脂层上的温度梯度，同时选择性地固化该树脂层的区域，系统100可以减少该层中的这些固化区域内的内应力的形成，从而减少这些固化区域在构建物冷却时的挠曲，并增加构建物在完成时的尺寸精度。
106.更具体地，系统100可以经由热(红外或近红外)图像传感器(利用跨越构建窗口110的视场)监测树脂界面处的界面温度，例如，测量整个树脂界面上的界面温度并相对于树脂层在树脂界面处的整体温度识别低温区域和高温区域。然后，系统100可以计算ir投射器164的红外光投射，该红外光投射预计使低温区域的温度朝向目标反应温度升高，同时允许高温区域朝向目标反应温度冷却。因此，当系统100光固化构建物的后续层时，后续层的所有区域将以接近目标反应温度的温度来光固化。
107.附加地或替代地，系统100可以经由ir投射器164选择性地加热树脂界面的区域，使得树脂界面呈现不均匀的目标温度曲线。例如，系统100 可以选择性地加热树脂界面的与构建物的连续的层的几何形状一致的区域。在另一个示例中，系统100可以减少从ir投射器164朝向以大横截面积为特征的构建物的中心的入射ir辐射，从而防止树脂在这些特征的中心处的过度固化。
108.2.4展望
109.在另一个实施方式中，系统100可以执行预见性控制和构建腔室130 的热力学模型，以便考虑由每个光固化层的光固化反应产生的热能(即放热热量输出)，并响应于对应于后续光固化层的放热输出来调节树脂储备液的主体树脂温度和/或树脂在构建窗口110附近的界面层的界面温度。例如，系统100可以估计通过使正在制造的构建物的当前层和/或后续层光固化而将被释放的放热热量输出(在整个树脂界面上)的量和分布，并在分别计算ir投射器164或其他热源的当前红外光投射或能量投射时考虑该增加的能量。响应于计算出在光固化后续层时树脂界面处的温度将超过目标温度，系统100可以减慢打印速度(从而降低树脂光固化的速率)，和/ 或降低树脂储备液的主体树脂温度以增加离开界面层的热通量。
110.2.5术语
111.方法s100在本文中被描述为由系统100执行以检测“接近”特定目标温度的温度。一般来说，短语“接近目标温度的第一温度”是指第一温度接近或趋向于等于目标温度。在一个实施方式中，系统100可以响应于检测第一温度在目标温度的阈值温度间隔(例如，
±
1摄氏度)内，来识别第一温度趋向于目标温度的“接近度”。或者，系统100可以通过检测第一温度在检测温度的仪器的预表征的测量误差内趋向于等于目标温度来检测第一温度趋向于目标温度的接近度。因此，响应于测量接近目标温度的第一温度，系统100可以执行方法s100的步骤框。
112.方法s100在本文中被描述为由系统100执行，以检测和/或调节树脂的被包含在系统100内的各个区域的温度和/或构建腔室130内的气体环境的温度。在下文中，当检测或调节树脂储备液(例如，不包括紧邻树脂界面的树脂层)的主体温度(例如，平均温度)时，系统100被描述为检测或调节树脂储备液的“主体树脂温度”。在下文中，当检测或调节紧邻树脂
界面的树脂层(例如，在构建物的层厚度内，10-100微米)的温度时，系统100被描述为检测或调节树脂储备液的“界面层”的“界面温度”。在下文中，当检测或调节构建腔室130内和树脂储备液的表面上方的气体环境的温度时，系统100被描述为检测或调节“气体环境”的“腔室温度”。
113.方法s100在本文中被描述为由系统100执行，以将系统100内的区域或部件“朝向”目标温度“加热”。然而，通过将系统100的区域或部件“朝向”目标温度“加热”，系统100可能超过该目标温度。因此，在将系统100内的区域或部件“朝向”目标温度“加热”时，系统100也可被动冷却(例如，通过减少朝向系统100的热能输入)或主动冷却(例如，通过主动冷却子系统)系统100内的区域或部件，以便保持系统100内的区域或部件的目标温度。可选地，由系统100控制的受控加热的前述程序可以可选地称为“保持”系统100内的区域或部件的目标温度，或者称为“控制”系统100内的区域或部件的温度处于该区域或部件的目标温度。
114.3.系统
115.执行方法s100的系统100可以包括由运行计算机代码的嵌入式计算设备(以下称为“控制器”)控制的机电部件的组件。更具体地，系统100 包括基座组件和可移除托盘组件(下文中称为“托盘组件”)。基座组件可以包括：投射子系统120、构建窗口110、竖直移动的构建平台102和构建腔室130。托盘组件可以包括构建托盘140，构建托盘140被配置为与基座组件接合，并且包含位于构建窗口110上方和构建腔室130内的树脂储备液，从而使得系统100能够将电磁辐射投射到邻近树脂界面(即界面层) 的树脂层中。系统100还包括机电部件，其被配置为检测和调节构建腔室 130的气体环境的腔室温度、构建托盘140中的树脂储备液的主体树脂温度以及树脂在树脂界面附近的界面层的界面温度。这些机电部件可以包括腔室温度控制子系统、树脂温度控制子系统和界面温度控制子系统。这些温度控制子系统中的每一个将在下面进一步详细描述。
116.在方法s100的步骤框中，系统100可以执行“自下而上”的数字化光程序(例如，“dlp”)。投射子系统120因此可以面向上，并且通过构建窗口110将电磁辐射(例如，紫外、近紫外或可见光)投射到树脂在树脂界面(即，储备液和构建窗口110之间的界面)处的界面层中；并且构建平台102可以竖直地布置在投射子系统120和构建窗口110上方，并且可以被配置为当构建物的层通过由投射子系统120输出的电磁辐射在树脂界面处被选择性地光固化时竖直地前进和缩回。此外，投射子系统120、构建窗口110和构建平台102可以由密封(即气密)构建腔室130完全封闭，从而能够控制树脂储备液的环境压力和主体温度。
117.3.1投射子系统
118.投射子系统120面朝上，被容纳在基座组件中，并且可以包括一个或更多个投射器，这些投射器被构造成投射发射光谱内的电磁辐射，发射光谱可以包括紫外(以下称为“uv”)、可见光或近红外(以下称为“nir”) 光谱。投射子系统120可以发射一个或更多个波段内的电磁辐射，这些波段与树脂的化学性质和物理性质及其特定的固化程序相调谐。例如，投射子系统120(例如，数字化uv投射器)可以投射300纳米至450纳米的发射光谱内的电磁辐射。投射子系统120电联接到控制器；接收对应于构建物的三维模型的全部或部分横截面的可能经软件修改的帧(frame)；并且通过构建窗口110投射电磁辐射，以根据构建设置和接收到的帧来选择性地光固化一定体积的树脂。
119.在一个变型中，系统100可以包括投射子系统120，投射子系统120 进一步包括一
组光源，诸如投射器或其他电磁发射设备。在该变型中，投射子系统120的每个照射源可以限定构建窗口110内的投射区域，以便经由平铺(tiling)或拼接(stitching)技术在整个构建窗口110上保持更高的分辨率。附加地或替代地，每个光源可以限定单独的发射光谱，从而使得投射子系统120能够投射光谱带的多个组合内的电磁辐射。
120.在一个变型中，投射子系统120包括uv或近uv激光器，并且根据从控制器接收到的帧在整个构建窗口110上扫描(例如，作为光域)激光束，以便在树脂界面处选择性地光固化一定体积的树脂。
121.3.2构建窗口
122.构建窗口110安装到基座组件，并进一步限定用于系统100中制造的构建物的水平参考平面。构建窗口110布置在投射子系统120上方，并与投射子系统120的投射区域对准，使得投射子系统120的焦平面与树脂界面重合。总体上，构建窗口110对投射子系统120的发射光谱是基本上透明的(例如，呈现出大于85％的透射率)，并且因此将由投射子系统120 输出的电磁辐射传递到构建窗口110上方的树脂中。对于布置在构建窗口 110上方的树脂界面层，构建窗口110也作为刚性支撑件和参考表面。构建窗口110被静态地安装到基座组件，该基座组件可以包括投射子系统120、构建平台102和/或构建腔室130，以确保构建窗口110和基座组件的其余部分之间可重复的、精确的对准。基座组件与构建窗口110之间的界面也是气体不可渗透的，从而可以在整个构建窗口110上维持压力梯度，诸如 300千帕。
123.基座组件可以包括由透明的、刚性的玻璃(诸如非晶玻璃/硅酸盐玻璃或晶质玻璃/陶瓷玻璃(ceramic glass))的窗格制造的构建窗口110。具体地，构建窗口110可以既对由投射子系统120输出的uv光(或其他光) 是透明的，并且又可以基本上是刚性的、坚硬的和温度稳定的，以形成稳固的、平坦的参考表面，并且该构建窗口可以在多个构建循环期间呈现出最小的挠曲或变形，从而获得高且一致的构建物品质。
124.在一个变型中，基座组件可以包括可透射红外(以下称为“ir”)辐射的构建窗口110，使得被定位在构建窗口110下方的热图像传感器160 可以精确地计算树脂在树脂界面处的温度。在该变型中，系统100还可以直接通过构建窗口110传播红外辐射，从而能够有针对性地加热树脂界面层的特定区域。
125.3.3构建平台
126.总体上，基座组件还包括竖直移动的构建平台102，构建物的第一层粘附到该构建平台，并且在制造工艺期间，构建物从该构建平台朝向构建窗口110悬挂。更具体地，基座组件可以包括：构建平台102，该构建平台102限定与构建窗口110的上表面相对且基本上平行的平面表面；以及线性致动系统(包括单个线性致动器或多个定时线性致动器)，该线性致动系统被构造成相对于构建窗口110竖直地平移构建平台102。在一个实施方式中，系统100可以包括构建平台102，该构建平台102限定负型特征(诸如通道或通孔)，以在将构建平台102推进到树脂储备液中的过程中增强树脂从构建平台102下方流出，并且便于在构建完成后从构建平台 102取出构建物(通过减小粘附表面面积)。
127.构建平台102是与构建窗口110相对的竖直致动表面。系统100可以包括机械地联接到构建平台102的线性致动系统(具有如同0.1微米那么小的增量)。另外，在线性致动系统的致动期间，控制器：可以跟踪由线性致动系统施加到构建平台102的力(例如，基于线性致动系统的电流消耗或通过对联接到构建平台102的力传感器或应变仪进行采样)；并且实
施闭环技术来控制线性致动系统的运动，以便实现分离力的特定分布。因此，在构建循环期间，线性致动系统将构建平台102降低到构建窗口110 上方的特定高度，使得光固化树脂粘附到构建平台102的面向构建窗口110 的构建表面。当系统100根据方法s100的步骤框选择性地固化构建物的连续的层时，系统100可以将构建平台102向上缩回第一距离，以便将构建物的当前层与构建窗口110分离，并且随后推进构建平台102为固化构建物的连续的层做准备。
128.3.4构建腔室
129.系统100包括密封的(即建造室130包含的，气密到高达5个大气压) 构建窗口110、构建托盘140、构建平台102和/或系统100的任何其他先前描述的部件。构建腔室130被配置为允许接近构建平台102，并允许插入和移除构建托盘140(例如，通过舱口/门系统)，以从系统100移除完成的构建物，用树脂填充构建托盘140，和/或移除和替换构建托盘140。此外，构建腔室130包含位于树脂储备液和构建托盘140上方的气体环境，构建平台102在制造工艺期间缩回到气体环境中。因此，构建腔室130可以包括流体端口和/或阀，以便通过周围环境和/或惰性气体储备气使构建腔室130内的气体加压和/或交换。
130.在一个实施方式中，如下文进一步描述的，构建腔室130可以与树脂分配系统协作，以在不打开构建腔室130的情况下调节包含在构建托盘140 内的树脂的体积。
131.3.5构建托盘
132.托盘组件包括构建托盘140，构建托盘140被配置为接合系统100的基座组件(并以运动学方式与基座组件对准)。一般来说，构建托盘140 在构建循环期间包含树脂储备液，使得树脂储备液在树脂界面处均匀地分布在整个构建窗口110上。
133.构建托盘140限定了在制造工艺中由树脂储备液占据的体积和在制造工艺中用于创造构建物的构建区域。在一个实施方式中，构建托盘140的上部构件限定矩形构建区域。此外，构建托盘140可以限定向上延伸并且垂直于构建窗口110的内表面。随后，该内表面以圆锥形形状向上且向外倾斜，其中圆锥形内表面的竖直横截面具有与垂直的内表面的竖直横截面成比例相似的尺寸。因此，内表面的垂直节段和圆锥形节段限定容积，用于容纳树脂储备液。然而，构建托盘140可以限定任何圆形的内部容积。另外，构建托盘140可以包括集成的加热和/或冷却元件(例如，电阻冷却元件或水冷系统)，如下文进一步描述的。系统100可以启动加热和/或冷却元件来调节构建托盘140内的主体树脂温度，如下文进一步描述的。
134.构建托盘140也可以与基座组件中的参考表面互锁。在一个实施方式中，基座组件和/或构建托盘140包含磁体，磁体通过将构建托盘140偏置抵靠基座组件中的参考表面来以运动学方式将构建托盘140对准基座组件。此外，构建托盘140可以包括布置在构建托盘140和基座组件之间的界面处的橡胶垫圈，从而防止来自树脂储备液的树脂(其在构建托盘140和基座组件之间由构建托盘140保持)流出。因此，构建托盘140可以以运动学方式定位在构建窗口110上方，使得构建托盘140的内表面和构建窗口 110的上表面形成可以包含树脂储备液的容积。
135.构建托盘140可以由刚性、非反应性、温度稳定的固体材料(诸如铝或另一种金属)构成。在一个实施方式中，构建托盘140由精铝构成。此外，构建托盘140可以是与系统100相关联的一组构建托盘140的构件，该组构建托盘140中的每个构建托盘140的特征在于不同
的形状或尺寸。
136.3.6控制器
137.系统100的基座组件可以包括控制器，该控制器控制系统100的机电部件。一般来说，控制器是嵌入式计算机系统，其向投射子系统120、构建平台102、树脂温度控制子系统、界面温度控制子系统和腔室温度控制子系统发送指令，以执行方法s100的步骤框。在一个实施方式中，控制器控制和接收来自用户界面的指令，该用户界面可以是触摸屏或一组按钮、开关、旋钮等。可替代地，控制器可以与外部计算设备通信并且从外部计算设备接收指令。在另一实施方式中，控制器连接到网络，诸如互联网，并且被构造成通过网络接收指令。此外，控制器可以以数字电信号和/或模拟电信号的形式发送命令，以便致动系统100的各种机电部件，诸如通向构建腔室130的门舱口释放装置(door hatch release)、清洗阀和/或构建腔室130内的照明元件。此外，控制器可以从与系统100集成的传感器接收数据，并基于这些数据执行反馈控制算法，以便调整投射子系统120、构建平台102、树脂温度控制子系统、界面温度控制子系统和腔室温度控制子系统的功能。
138.3.7树脂温度控制子系统
139.一般来说，系统100可以包括树脂温度控制子系统，该树脂温度控制子系统被配置为控制包含在构建托盘140中的树脂储备液的主体树脂温度。根据实施方式，系统100可以包括多种类型的温度感测设备和/或加热或冷却设备。
140.在一个实施方式中，系统100包括与构建托盘140集成的一组温度传感器(例如，热电偶、热敏电阻、数字温度计)并且通信联接到控制器。在该实施方式中，该组温度传感器可以沿着构建托盘140的内壁分布，使得系统100可以基于来自该组温度传感器中的各个度传感器的温度读数来计算树脂储备液的代表性主体温度。
141.在另一实施方式中，系统100可以包括腔室安装式热图像传感器150，该热图像传感器150限定了与被包含在构建托盘140内的树脂储备液的表面重合的视场。因此，系统100可以通过热图像传感器150检测树脂储备液的主体树脂温度，该热图像传感器150布置在构建腔室130内并限定入射到树脂储备液的表面的视场。
142.在又一实施方式中，系统100可以包括一组加热元件152，该组加热元件152与构建托盘140集成，并且被配置为加热构建托盘140内的树脂储备液。例如，系统100可以包括位于构建托盘140内的电阻加热元件。可选地，系统100可以包括流体加热系统，其被配置为通过构建托盘140 的结构内的通道循环热水(或另一种工作流体)，从而加热包含在构建托盘140内的树脂储备液。附加地或替代地，系统100可以包括流体冷却系统，流体冷却系统被配置为使循环冷却水(或另一种工作流体)流过构建托盘140的结构内的单独通道。
143.因此，通过上述检测元件和加热元件和/或冷却元件的某种组合，系统 100可以基于从控制器接收的指令来控制主体树脂温度。
144.3.8界面温度控制子系统
145.一般来说，系统100可以包括界面温度控制子系统，其被配置为控制与构建窗口110的树脂界面邻近的树脂层的温度。更具体地，系统100可以包括：一组温度感测元件，其被配置为测量树脂界面层的温度(例如，平均温度或温度分布)；以及一组加热元件，其被配置为相对于主体树脂温度增加界面温度。在一个实施方式中，系统100可以包括一组温度感测元件，例如一组热电偶、热敏电阻或数字温度计，其布置在构建窗口110 的周边并被配置
成测量构建窗口110的温度。因此，系统100可以通过构建窗口110的传导间接测量界面层的温度。
146.附加地或替代地，系统100可以包括界面热图像传感器160，界面热图像传感器可以直接测量由树脂界面层发射的红外或近红外辐射，并针对界面热图像传感器160的每个像素计算界面层的温度。另外，界面温度控制子系统可以包括下面进一步描述的附加界面热源。
147.3.8.1界面热图像传感器
148.系统100还可以包括热图像传感器160，该热图像传感器160布置在构建窗口110下方，并且被配置成使得热图像传感器160的视场跨越构建窗口110的树脂界面的区域。因此，系统100经由热图像传感器160可以检测树脂在树脂界面处的界面温度。热图像传感器160电联接到控制器，从而使得控制器能够根据方法s100的步骤框记录树脂界面的热图像。在一个实施方式中，热图像传感器160相对于投射子系统120和界面热源布置，使得从热图像传感器160捕获的图像中的像素对应于来自投射子系统 120的电磁辐射的投射的像素和/或对应于界面热源可以精确地引导热量的树脂界面区域。在一个实施方式中，热图像传感器160在长波长ir范围 (即8-15微米)内工作，从而使得界面热图像传感器160能够检测树脂内的温差。附加地或替代地，热图像传感器160可以在中波长ir范围(即 3-8微米)内工作。因此，系统100可以经由热图像传感器160检测界面层的温度，该热图像传感器160被布置在构建窗口110下方并限定包围树脂界面的视场。
149.3.8.2界面热源
150.系统100包括界面热源，其被配置为将热量朝向构建窗口110的树脂界面引导。根据系统100的实施方式，界面热源可以选择性地加热树脂界面的区域，或者它可以跨越整个树脂界面施加热量。在一个实施方式中，系统100包括作为界面热源的ir灯，ir灯布置在构建窗口110下方(邻近投射子系统120和/或界面热图像传感器160)，并被配置为从下方将ir 光导向树脂界面，从而广泛地加热树脂在树脂界面处的界面层。在另一个实施方式中，系统100可以包括嵌入在构建窗口110内的透明电阻加热元件(例如，导电光学透明膜)，该透明电阻加热元件被配置为选择性地加热树脂界面的区域或者广泛地加热构建窗口110，从而将热量均匀地传递到树脂界面处的树脂。附加地或替代地，在该实施方式中，系统100可以通过选择性地激活透明电阻加热元件的相应区域来选择性地加热树脂界面的区域。因此，系统100可以根据目标温度曲线加热树脂界面。
151.在又一实施方式中，系统100可以包括一组加热元件(例如，电阻加热元件)，该组加热元件围绕构建窗口110的周边布置，并且被配置为将热量传导到构建窗口110中，从而间接地加热构建窗口110的上表面附近的树脂界面层。因此，系统100可以经由沿着构建窗口110的周边布置的一组加热元件将树脂储备液的界面层朝向目标反应温度加热。
152.可选地，系统100可以包括作为热源的数字化ir投射器164，以基于由热图像传感器160记录的温度分布选择性地加热树脂界面的区域。更具体地说，系统100可以经由ir投射器164将树脂储备液的界面层朝向目标反应温度加热，ir投射器164限定与构建窗口110对准的投射区域。
153.ir投射器164可以包括数字微镜器件(以下称为“dmd”)、ir源和一系列光学透镜，这些光学透镜被配置为将来自ir源的ir光引导到整个树脂界面上的各个位置(例如根据
dlp投射器)。因此，通过数字化地调节dmd的配置，系统100能够在逐像素的基础上选择性地引导ir光穿过构建窗口110，从而选择性地加热树脂界面处的树脂。
154.3.9腔室温度控制子系统
155.系统100还可以包括腔室温度控制子系统，该腔室温度控制子系统被配置为将构建腔室130加热和/或加压至特定的温度和压力。因此，腔室温度控制子系统可以包括：多个机电部件，其被配置为将空气或惰性气体排放到构建腔室130中和从构建腔室130中排出；构建腔室130内的腔室加热元件172；构建腔室130外侧的加热元件，其用于预热被泵送到构建腔室130中的气体；数字温度计170，其被配置为记录构建腔室130内的气体环境的腔室温度，以便实施温度控制算法(例如，pid控制，或构建腔室130环境的热力学模型)来调节构建腔室130内的温度；和/或压力传感器，其被配置为记录构建腔室130内的压力，以便根据压力控制算法来调节压力。因此，系统100可以经由与腔室温度控制子系统通信的控制器来控制构建腔室130内的气体环境的温度和压力。
156.4.材料装载和启动
157.在系统100执行方法s100之前，构建托盘140被定位在基座组件上，并且树脂被装载到由构建托盘140和构建窗口110限定的容积中。如果树脂对氧气和/或环境空气不敏感，则可以将树脂直接倒入到构建托盘140中。然而，如果树脂对氧气和/或环境空气敏感，可以在构建腔室130已经利用惰性气体加压时，将树脂分配到构建托盘140中。
158.因此，在装载完成后，由构建托盘的内表面限定的内部容积至少部分地被一定体积的树脂占据。树脂与构建窗口110的上表面(或在整个构建窗口110上布置的透明膜)和构建托盘140的内表面接触。
159.4.1树脂分配子系统
160.在一个实施方式中，系统100包括树脂分配子系统，该树脂分配子系统被配置为：将存储在外部树脂源中的树脂分配到构建托盘140中，以便在构建托盘140内保持一致的树脂水平；并且预热该树脂，使得将额外的树脂注射到树脂储备液中不会显著扰乱树脂储备液的主体树脂温度。为了将构建托盘140中的树脂保持在相同水平，系统100可以获取后续层中的层的几何形状，并计算该层中待光固化的树脂的体积，并经由树脂分配子系统将相等体积的树脂分配到树脂储备液中。更具体地，系统100可以：获取用于构建循环的层的几何形状；基于层的几何形状接近于树脂在层的几何形状方面被光固化的体积来计算树脂的替换体积；在树脂分配器子系统处，将替换体积预热到接近目标主体树脂温度的温度；并且，响应于从构建窗口110缩回构建平台102，经由树脂分配器子系统将替换体积分配到树脂储备液中。因此，系统100可以将额外的树脂注射到树脂储备液中以在制造工艺期间保持树脂水平一致，而不会扰乱树脂储备液的主体树脂温度或不需要用户打开构建腔室130并因此扰乱构建腔室130的温度和/ 或构建腔室130内的气体环境的温度。
161.在一个实施方式中，系统100通过控制器与树脂分配子系统通信，以便将来自树脂分配系统的输入树脂预热到接近树脂储备液的主体树脂温度的温度。更具体地，系统100可以包括连接到树脂分配子系统的热交换器，并且可以通过热交换器将输入树脂加热到接近主体树脂温度的温度。系统100还可以包括一组机电阀，以控制输入树脂通过热交换器的流量，并计量注入树脂储备液中的输入树脂的量。
162.在另一个实施方式中，系统100可以包括围绕构建托盘140的周边布置的一组树脂
分配端口，以便将输入树脂均匀地分布在整个树脂储备液中，从而防止在树脂储备液中形成温度梯度或主体树脂流动。例如，系统100 可以包括四个树脂端口，每个树脂端口布置在矩形构建托盘140的一侧。因此，系统100可以在构建腔室130中均匀地分配树脂。
163.4.2相变检测
164.在一些应用中，系统100可以由室温下为固体的树脂制造构建物。因此，系统100或操作系统100的用户不能简单地依次将树脂分配或倒入构建托盘140中。然而，在一个实施方式中，系统100可以：加热放置在构建腔室130内的构建托盘140上的固体量的树脂；并且在启动方法s100 的另外的步骤框之前，检测(通过可见光或ir图像传感器)该固体体积的树脂何时经历了相变。更具体地，系统100可以：在构建托盘140处，熔化一定量的处于固体状态的树脂；并经由布置在构建腔室130内的光图像传感器来检测该一定量的树脂的相变，以形成树脂储备液；响应于检测到相变，在构建托盘140处，将树脂储备液朝向目标主体树脂温度加热；响应于检测到相变，在构建腔室130处，将气体环境朝向目标腔室温度加热；并且，响应于检测到相变，将树脂储备液的界面层朝向目标反应温度加热。因此，系统100可以通过在启动方法s100的连续步骤框之前自动检测树脂何时已经熔化，来有效地启动利用了在室温下处于固体状态的树脂的构建。
165.5.制造工艺
166.系统100可以在dlp或cdlp程序之前和期间执行方法s100，以：在步骤框s110中，将树脂储备液朝向低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度的目标主体树脂温度加热；在步骤框s120中，将构建腔室130中的气体环境朝向目标腔室温度加热；并且在步骤框s130中，将树脂储备液的界面层朝向目标反应温度加热。由于从系统100到周围环境的连续热量损失，系统100可以连续执行步骤框s110、s120和s130，以便在整个制造工艺中将树脂储备液、气体环境和界面层中的温度保持为接近相应的目标温度。因此，系统100可以在步骤框s140中选择性地光固化界面层中的一定体积的树脂，并且在步骤框s150中响应于树脂储备液、气体环境和界面层的温度接近相应的目标温度而缩回附着有构建物的构建平台102。在又一实施方式中，系统100可以在检测到树脂储备液的主体树脂温度接近目标主体树脂温度、树脂界面层的界面温度接近目标反应温度、和/或腔室温度接近目标腔室温度时执行步骤框s140和s150。附加地或替代地，响应于检测到界面层具有目标界面温度分布(例如，相对于目标温度呈现低不一致的分布)，系统100可以执行步骤框s140和s150。
167.5.1光固化
168.一般来说，在执行步骤框s110、s120和s130(下面进一步描述)时，系统100在步骤框s140中选择性地光固化一定体积的树脂以形成构造物的层。更具体地，系统100可以在树脂界面处选择性地光固化界面层中的一定体积的树脂储备液，以形成构建物的粘附到构建平台102的第一层或构建物的粘附到构建物的先前层的后续层，从而由一系列连续的光固化树脂层来制造构建物。具体而言，一旦构建平台102的底表面或构建物的粘附到构建平台102的先前层下降到树脂中，位于树脂界面上方的等于构建物的预定层厚度的高度处，控制器指示投射子系统120将发射光谱内的电磁辐射投射到树脂界面层的位于构建窗口110和构建平台102之间对应于构建物的第一层的选择性区域。
169.树脂被配置为在暴露于发射光谱内的电磁辐射时光固化。因此，在暴露于发射光谱内的电磁辐射的选择性区域内，树脂界面层中的一定体积的树脂光固化。
170.然而，系统100可以利用任何立体光刻(stereolithographic)和/或dlp 技术来选择性地光固化构建平台102与构建窗口110之间的一定体积的树脂。
171.5.2层的累进
172.一般来说，在步骤框s140中光固化构建物的层时，系统100可以使构建平台102远离构建窗口110缩回，以便准备光固化构建物的后续层。更具体地，系统100致动构建平台102和粘附的构建物，使得构建物的底表面在构建窗口110的上表面上方的距离大约等于构建物的预定单层厚度。
173.一旦构建物和构建平台102处于正确的高度，则系统100可以响应于在系统100的每个区域中检测到接近目标温度的温度，选择性地在先前光固化层的层特征的底表面和构建窗口110的上表面之间光固化第二体积的树脂，该第二体积的树脂对应于构建物的第二横截面(即构建物的第二层)。因此，对于第一构建循环之后的第二构建循环，系统100可以响应于树脂储备液呈现出接近目标主体树脂温度的温度，响应于气体环境呈现出接近目标腔室温度的温度，以及响应于界面层呈现出接近目标反应温度的温度：在树脂界面处，选择性地光固化第二体积的树脂储备液，以形成构建物的粘附到构建物的第一层的第二层；并使构建平台102远离构建窗口110缩回。
174.系统100可以重复该程序，以在增材制造工艺中光固化构建物的连续的层，最终得到最终的构建物。
175.5.3温度选择
176.一般来说，在执行方法s100的步骤框之前，系统100可以基于所选择的用于制造构建物的树脂来获取、选择或计算系统100内每个区域的目标温度。更具体地，系统100可以：将目标主体树脂温度选择为低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度并且对应于树脂在液体状态下的目标粘度；将目标腔室温度选择为低于树脂的热挠曲温度；以及将目标反应温度选择为高于目标主体树脂温度并且对应于树脂在光固化状态下的目标交联密度。因此，在制造工艺中，系统100可以将系统100的每个区域加热到适合于特定树脂被光固化的温度。
177.在一个实施方式中，系统100可以获取树脂的预表征温度数据的数据库(例如，温度-粘度曲线、反应温度与交联密度曲线)，并且可以选择分别对应于目标粘度和目标交联密度的目标主体树脂温度的值和目标反应温度的值。因此，系统100可以从系统100的用户接收输入，并且作为响应，可以获取对应于所选树脂的目标主体树脂温度和目标反应温度。
178.在另一个实施方式中，系统100可以基于树脂的其他预表征的特性，自动选择目标主体树脂温度和目标反应温度的值。例如，系统100可以识别树脂的已知化学和/或物理特性，并基于这些预表征的化学和物理特性选择目标主体树脂温度和目标反应温度。因此，在没有树脂的预表征温度数据的情况下，系统100可以选择导致光固化树脂的目标特性的目标温度值。
179.5.3.1目标主体树脂温度
180.一般来说，系统100可以获取低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度的目标主体树脂温度，以防止在制造工艺中当部分或全部构建物浸没在树脂池中时新固化的构建物的变形，并且对应于(例如，通过温度-粘度曲线) 树脂在液体状态下的目标粘度(例如，小于20,000厘泊)。在一个示例中，系统100设定小于20,000厘泊且大于10厘泊的目标粘度。
181.对于处于液体状态的树脂在低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度的所有温度下表现出高于目标粘度的粘度的应用，或者对于用户希望最小化处于液体状态的树脂的粘度的应用(例如，为了提高打印速度)，系统 100可以选择目标主体树脂温度，该目标主体树脂温度最小化树脂的粘度，同时相对于树脂在光固化状态下的热挠曲温度保持了温度缓冲。在该实施方式中，系统100可以将温度缓冲选择为大于主体树脂温度在系统100运行期间的典型测量温度变化。例如，如果系统100可以将树脂温度保持在两摄氏度之内，则系统100可以将温度缓冲设置在两摄氏度，并且因此可以将目标主体树脂温度选择成比树脂在光固化状态下的热挠曲温度低两摄氏度。因此，系统100可以最小化树脂的粘度，同时防止主体树脂温度超过树脂在光固化状态下的热挠曲温度。
182.系统100可选择能够在树脂界面处进行高分辨率(例如，“像素级”) 温度控制的目标主体树脂温度。例如，系统100可将树脂储备液加热到刚好低于树脂界面处的目标反应温度但低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度的目标主体温度(例如，高达110℃)，从而使得系统100能够通过界面热源经由树脂界面处的小热量输入来反应性地调节树脂界面处的温度。
183.在一个实施方式中，系统100可以自动检测树脂的特性(例如树脂的粘度)，并根据树脂的特性调节目标主体树脂温度。例如，系统100可以提高主体树脂温度，直到系统100检测到树脂的粘度低于阈值粘度。
184.5.3.2目标反应温度
185.一般来说，系统100可以获取的目标反应温度高于主体树脂温度，并且对应于(例如，基于表征树脂光固化反应的反应温度与交联密度曲线) 树脂在光固化状态下的目标交联密度。因此，通过将树脂储备液中的界面温度升高到接近目标反应温度的温度，系统100可以在给定的暴露时间和强度下增加所得光固化树脂的交联密度，从而增加构建物的生坯强度，降低制造工艺之后对构建物后固化的要求，和/或增加构建物的制造速度。
186.系统100可以获取或选择对应于树脂的化学成分和物理性质的、树脂界面的目标反应温度。在一个实施方式中，系统100可以将树脂的目标反应温度设定在刚好低于树脂的最大稳定温度的温度，树脂的最大稳定温度由树脂组分的最低沸点(给定构建室130内的压力)所控制，从而使界面层中的树脂粘度最小，并使光固化反应期间产生的交联密度最大化。在一个实施方式中，系统100获取基于树脂组分的最低沸点计算的目标反应温度。可选地，系统100可以获取树脂的目标反应温度，该目标反应温度是基于树脂的挥发性组分的蒸气压曲线或树脂的挥发性组分的蒸发速率曲线通过选择对应于每个组分的蒸气压或蒸发速率的最大允许值的目标反应温度来计算的。在一个示例中，系统100可以基于制造商对树脂的最大稳定温度的建议来设置目标反应温度。在另一个示例中，系统100可以基于对对应于各种反应温度的构建物的可实现尺寸精度的实证研究来设置目标反应温度。
187.在一个实施方式中，系统100可以获取比树脂在光固化状态下的热挠曲温度更高的目标反应温度，以便在光固化反应期间获得期望的交联密度。
188.在另一个实施方式中，系统100可以通过估计距构建窗口110的距离来获取基于目标主体树脂温度和树脂的热传递特性(在液体状态和光固化状态两种状态下)计算的目标反应温度，对于该目标反应温度，树脂的温度超过树脂在光固化状态下的热挠曲温度。例如，系统100可以选择目标主体树脂温度和目标反应温度，使得系统100可以将树脂储备液
的界面层加热到接近目标反应温度的温度，同时将构建物的先前层的温度保持成低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度。
189.5.3.3目标腔室温度
190.一般来说，系统100可以获取或选择目标腔室温度，该目标腔室温度防止从树脂储备液的表面到构建腔室130中的气体环境的过度热传递，从而防止主体树脂温度远离目标主体树脂温度降低，同时还防止由于光固化反应的热量输出能量和对树脂界面处的树脂界面层的加热而导致的树脂储备液的主体树脂温度的过度加热。
191.在一个实施方式中，系统100可以获取预表征的目标腔室温度，该目标腔室温度与相应的目标主体树脂温度校准，使得树脂储备液和构建腔室 130的气体环境之间的热传递在制造工艺的持续时间内保持在可接受的范围内。
192.在另一实施方式中，系统100可基于当前主体树脂温度自动调节目标腔室温度，并基于下述热力学模型自动调节目标主体树脂温度。因此，系统100可利用构建腔室130的气体环境来影响树脂储备液的主体树脂温度。
193.5.4温度控制
194.一般来说，在步骤框s110、s120和s130中，系统100经由树脂温度控制子系统控制树脂储备液的主体温度，经由腔室温度控制子系统控制构建腔室130的腔室温度，以及经由界面温度控制子系统控制树脂界面层的界面温度，以便将这些温度中的每一个温度分别保持成接近目标主体树脂温度、接近目标腔室温度和接近目标反应温度。除了调节构建腔室130内的腔室温度之外，系统100还可以对构建腔室130加压，以保持构建腔室 130内的目标腔室压力，从而防止挥发性化合物从树脂储备液中析气 (off-gassing)。
195.5.4.1树脂储备液温度控制
196.一般来说，在步骤框s110中，系统100经由树脂温度控制子系统将树脂储备液朝向目标主体树脂温度加热。更具体地，系统100可以在设置在构建窗口110上方并包含树脂的树脂储备液的构建托盘140处，将树脂储备液朝向低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度的目标主体树脂温度加热，目标主体树脂温度对应于树脂在液体状态下的目标粘度。因此，系统100可以：检测树脂储备液的主体树脂温度；并且基于树脂储备液的主体树脂温度，激活或停用树脂温度控制子系统的加热元件或冷却元件，以将树脂储备液的主体树脂温度保持成接近目标主体树脂温度。
197.在一个实施方式中，如图4所示，系统100执行闭环控制(例如，比例积分微分控制，以下称为“pid”控制)来增加和/或减少树脂温度控制子系统的热量输出，以便基于经由树脂温度控制子系统的传感器检测到的温度，将树脂储备液中的主体树脂温度保持在接近目标主体树脂温度。更具体地，系统100可以根据储备液闭环控制功能，将树脂储备液朝向目标主体树脂温度加热。在该实施方式中，系统100可以包括调节到构建托盘 140和树脂储备液的pid控制功能，以最小化超调(overshoot)和延迟。因此，系统100可以独立于树脂储备液的热量输入和热量输出(例如，来自树脂界面层的加热、由于构建物的光固化层和/或由于进出树脂储备液的对流、传导或辐射热传递而产生的热量输出)来控制树脂储备液的主体树脂温度。在另一个实施方式中，系统100可以经由腔室安装式热图像传感器150来检测树脂储备液的主体树脂温度，热图像传感器150被配置成使得腔室安装式热图像传感器150的视场与树脂储备液的表面入射。在该实施方式中，系统100可对由对应于树脂储备液表面
的腔室安装式热图像传感器150生成的图像的预定区域的温度进行平均，并基于该平均表面温度计算主体树脂温度(例如，通过外推法或热力学模型)。可选地，系统100 可执行计算机视觉技术来识别腔室安装式热图像传感器150的视场区域，该区域对应于树脂储备液的表面，该表面与构建托盘140、构建平台102、部分制造的构建或系统100的构建腔室130内的任何其他表面相对。
198.5.4.2构建腔室温度控制
199.一般来说，在步骤框s120中，系统100可以经由腔室温度控制子系统加热构建腔室130内的气体环境，以便进一步隔离和稳定树脂储备液的主体树脂温度。更具体地，系统100可以在包含气体环境并包围构建托盘 140和构建窗口110的构建腔室130处，将气体环境朝向低于树脂在光固化状态下的热挠曲温度的目标腔室温度加热。因此，系统100可以：检测构建腔室130的气体环境的腔室温度；并且基于检测到的温度，激活或停用腔室温度控制子系统的加热或冷却元件，以将腔室温度保持在靠近目标腔室温度。
200.在一个实施方式中，如图4所示，系统100执行闭环控制(例如，pid 控制)以增加和/或减少腔室温度控制子系统的热量输出，以便基于腔室温度控制子系统的传感器保持构建腔室130的气体环境中的目标腔室温度。更具体地，系统100可以在构建腔室130处，根据腔室闭环控制功能，将气体环境朝向目标腔室温度加热。因此，系统100可以保持目标腔室温度，而不管来自较高温度的树脂储备液的热量输入以及经由气体环境与构建腔室130的侧面的传导和对流的热量损失。在该实施方式中，系统100可以包括腔室闭环控制功能，该功能被调整成在调节构建腔室130的气体环境的腔室温度时最小化超调和延迟。
201.系统100还可以对构建腔室130加压，以将树脂中的组分的沸腾温度提高到高于树脂主体温度的沸腾温度，从而确保树脂的组成在增材制造期间不会改变(例如，由于树脂的更易挥发组分的析气)。更具体地说，系统100可以将构建腔室130朝向目标腔室压力加压，目标腔室压力预计防止树脂储备液中的树脂的析气。此外，系统100可以利用惰性气体对构建腔室130加压，以降低空气和树脂储备液中的加热树脂之间发生任何化学反应的可能性。因此，通过对构建腔室130加压，系统100减轻了由于加热树脂而导致的树脂成分的意外化学变化。
202.5.4.3树脂界面温度控制
203.一般来说，在步骤框s130中，系统100经由界面温度控制子系统，将树脂储备液的界面层朝向目标反应温度加热，以便在对构建物的后续层进行选择性光固化时增加光固化树脂的交联密度，从而增加生坯强度。更具体地，系统100可以：检测树脂界面处的温度或温度分布；并且基于该温度分布，激活界面温度控制子系统的加热元件，以便实现树脂储备液的界面层处的目标温度分布(例如，目标反应温度的均匀分布，使树脂界面的选择性区域处于目标反应温度)。
204.如图4所示，系统100可以基于由位于构建窗口110下方的热图像传感器160检测到的温度分布执行闭环控制算法，以便经由界面热源将构建窗口110的树脂界面处的树脂界面层的温度朝向目标反应温度升高。此外，系统100可以通过均匀地或选择性地加热构建窗口110来减小整个树脂界面上的温度梯度的大小，以便减小整个树脂界面上的主体树脂流动和/或减小构建物的不同区域上光固化时间或生坯强度的差异。为了将树脂界面处的树脂界面层的温度提高到高于树脂储备液中树脂的升高的主体温度，系统100可以：检测树脂
在整个树脂界面上的平均温度(例如，通过热图像传感器160)，并且在整个构建窗口110上将能量均匀地施加到树脂界面，使得树脂界面处的平均温度达到目标温度。或者，系统100可以检测树脂界面的特征为温度低于目标温度的区域(例如，经由热图像传感器160)，并且选择性地向检测到的区域施加能量，以便将树脂界面处的树脂温度朝向目标温度升高。
205.在任一上述实施方式中，系统100首先监测整个构建窗口110的温度分布。系统100可以利用布置在构建窗口110下方的热图像传感器160记录热图像。系统100然后可以解读记录的热图像，以基于热图像来估计树脂界面处的树脂界面层的温度分布，从而校正由构建窗口110吸收和/或发射的红外辐射。系统100可以将树脂界面处的树脂温度分布记录为二维矩阵，该二维矩阵指示树脂在整个构建窗口110上每个像素处的估计温度。在一个实施方式中，系统100可以插补或推测温度分布(即，上采样或下采样)，使得二维矩阵的尺寸与投射子系统120和/或ir投射器164的像素分辨率匹配。因此，系统100可以逐个像素地将能量导向树脂界面。
206.当检测到树脂界面的平均温度时，系统100可以：计算出预计将树脂界面处的树脂界面温度朝向目标反应温度升高的热能的量；并且将计算出的能量的量均匀地施加到构建窗口110，从而相对于树脂储备液的主体温度增加树脂界面处的树脂温度。
207.一般来说，当计算将树脂界面处的树脂朝向目标温度加热所需的输入能量时，系统100可以利用物理模型和/或闭环/反馈控制算法。在一个实施方式中，系统100在控制器处执行调谐的pid控制，以在增材制造工艺中连续调节能量强度。可选地，系统100可以经由树脂界面的物理模型计算均匀热源的功率和持续时间，当均匀热源施加到树脂界面时，在系统100 对正在制造的构建物的后续层进行光固化时，均匀热源将树脂的温度朝向目标温度升高。
208.在一个实施方式中，系统100利用均匀的红外灯照亮构建窗口110和/ 或树脂界面，以便在整个树脂界面上均匀地分布热量。另外，系统100可以调节红外灯的强度、持续时间和/或频率，以便改变入射到树脂界面上的输入能量，从而根据前述计算的输入能量防止超调。
209.可选地，系统100可以经由布置在整个构建窗口110上的导电透明薄膜均匀地加热树脂界面。在该实现中，系统100施加电流，该电流将计算的输入能量耗散到构建窗口110(例如，考虑到构建窗口110的电损耗和热损耗)。在又一实施方式中，系统100可以通过一组电阻加热元件施加电流，该组电阻加热元件围绕构建窗口110的周边布置并且被配置为加热构建窗口110。
210.一般来说，在步骤框s132、s134和s136中，系统100可以：检测树脂界面处的树脂界面层的温度分布；计算相应的红外光投射，当该红外光投射被红外光源投射到整个构建窗口110时，构建窗口110的树脂界面处的树脂温度被迫接近目标温度；并将该红外光投射朝向构建窗口110投射。更具体地，系统100可以：在构建窗口110的表面和树脂储备液之间的树脂界面处，经由布置在构建窗口110下方并限定包围树脂界面的视场的热图像传感器160来检测树脂储备液的整个界面层的温度分布；计算ir光投射，该ir光投射预计在整个树脂界面上将界面层加热到接近目标反应温度的均匀温度，该目标反应温度对应于树脂在光固化状态下的目标交联密度；以及将ir光投射朝向构建窗口110投射。因此，系统100可以：识别树脂界面的当与目标反应温度相比时以相对低的温度为特征的区域；并且选择性地投射
入射到所识别的区域的ir光，从而将所识别的区域的温度朝向树脂在树脂界面处的目标温度增加，和/或使树脂界面处的较低温度区域和较高温度区域之间的温度梯度平滑。系统100可以在每个构建循环之前执行这些方法s100的步骤框，使得系统100连续监测树脂界面处的温度，并且向树脂界面施加热量(以红外投射的形式)，以便提高树脂界面处的树脂温度。
211.系统100可以投射分布ir光，该分布与整个树脂界面的温度分布相反，以便加热树脂界面的低温区域并消除整个ir界面的温度梯度。然而，在一个实施方式中，系统100可以包括数字化ir投射器164，其被配置为基于每个像素将红外光选择性地施加到树脂界面。因此，系统100可以执行控制算法来设置整个树脂界面上每个像素处的目标温度。可选地，系统 100可以执行物理模型来预测由于来自投射器的入射ir光所引起的整个树脂界面上的热传递，并且根据物理模型来调制入射ir光，以防止目标温度的区域性超调。
212.在系统100的一些实施方式中，系统100可以基于构建物的连续的层的几何形状选择性地加热树脂界面，以在树脂界面处实现特定的(不均匀的)温度分布。因此，系统100可以：获取构建物的连续的层的几何形状；基于构建物的连续的层的几何形状计算目标温度分布；计算预计实现目标温度分布的ir光投射。
213.在一个示例中，系统100可以选择性地加热树脂界面以实现目标温度分布，使得树脂界面的与构建物的连续的层的几何形状一致的区域朝向目标反应温度升高，而与构建物的连续的层不一致的区域保持在较低的温度。因此，在该示例中，系统100可以降低反应在树脂界面的预期区域之外发生的发生率，从而提高构建物的尺寸精度。
214.在另一个示例中，该系统可以选择性地加热树脂界面以实现目标温度分布，使得界面温度分布中的最高温度与构建物的连续的层的几何形状的边缘一致，并且朝着横截面区域的与构建物的连续的层相对应的内部降低。因此，在该示例中，系统100可以减少由于树脂界面的这些区域中的低树脂迁移率和/或过高的温度而可能发生的朝向构建物中心的过度固化，这可能发生在具有大横截面积的构建物内的光固化反应期间。
215.在一个实施方式中，物理模型基于每个像素预测入射能量的量，该入射能量导致在系统100将执行步骤框s140或s150的未来光固化时间的目标温度，从而考虑在系统100向树脂界面投射ir光的时间和系统100光固化构建物的后续层的时间之间可能在树脂内发生的热传递效应。在另一实施方式中，系统100响应于基于当前温度分布检测到树脂在整个树脂界面上呈现目标反应温度，执行步骤框s140或s150。
216.6.全局系统控制
217.在一个变型中，如图5所示，系统100可以集成由多个子系统(即树脂温度控制子系统、界面温度控制子系统和腔室温度控制子系统)检测的温度数据，以通过树脂温度控制子系统、界面温度控制子系统或腔室温度控制子系统减少温度超调。更具体地，系统100可以：基于正在制造的构建物的几何形状和液体的光固化反应的化学性质来执行预见性控制；基于在树脂界面处检测到的温度分布来控制树脂的主体温度；和/或控制增材制造工艺的层的累进速度(即印刷速度)。因此，系统100可以从热图像传感器160收集温度分布数据，并且除了执行树脂界面控制之外，还可以控制系统100的其他方面，以精确地保持树脂界面处的目标温度。
218.系统100可以维护系统100的热力学模型，以便基于系统100和树脂的热力学特性
来预测树脂储备液的主体温度、界面层的界面温度和构建腔室130的腔室温度。例如，热力学模型可以包括几何形状、质量、密度、比热、热导率、传热系数和/或系统100内的物体(包括树脂本身和/或构建物的先前光固化层中的任何光固化树脂)的任何其他特性，以估计系统 100和外部环境之间的热通量，并通过树脂温度控制子系统、界面温度控制子系统、腔室温度控制子系统以及通过放热光固化反应来调节系统100 的能量输入。热力学模型可以包括数学模拟、数值模型和/或更复杂的模拟，例如有限元方法(本文在这之后称为“fem”)。
219.在一个实施方式中，系统100可以检测树脂界面处的平均界面温度是否显著低于树脂界面处的树脂的目标反应温度和/或显著高于树脂界面处的树脂的目标反应温度(即，在预定间隔之外)，并指示树脂温度控制子系统相应地调节树脂的主体树脂温度，以减少界面层对系统100的热量输入的响应时间。例如，如果树脂界面处的平均温度高于阈值温度(例如，高于目标反应温度或目标反应温度的102％)，则系统100可以经由树脂温度控制子系统来冷却树脂储备液的主体树脂温度(即，降低目标主体树脂温度)，以增加离开树脂界面的热传递。可选地，系统100可以响应于树脂界面处的平均界面温度低于目标温度，增加树脂储备液的主体树脂温度 (即，增加目标主体树脂温度)。因此，系统100可以调节树脂储备液的目标主体树脂温度，以便帮助系统100控制树脂界面处的界面温度。
220.在任何上述实施方式中，系统100可以将树脂储备液的主体树脂温度限制在特定的主体树脂温度范围内(例如，具有最小和最大主体树脂温度)，以防止构建物的先前光固化层相对于构建物的新光固化层被过度冷却或过度加热。
221.7.预见性控制
222.在一个实施方式中，系统100可以通过获取正在制造的构建物的计算机辅助设计文件来实现预见性控制。然后，系统100可以确定构建物的尚未被系统100光固化的连续的层的几何形状。因为光固化反应是放热的，所以在步骤s140和s150中由系统100固化的树脂的体积对界面温度和树脂界面处的界面温度曲线有显著贡献。因此，当确定界面分布或导向树脂界面的能量的量时，系统100可以考虑由于光固化程序对树脂储备液和界面层的热量输入。
223.为了执行预见性控制，系统100存储树脂的光固化反应的特性，例如每单位体积反应释放的能量。因此，系统100可以将后续层中被光固化的树脂的体积与光固化反应中释放的能量的量相关联。此外，因为系统100 存储正在制造的构建物的三维模型，所以系统100还可以识别由光固化反应释放的能量的分布。
224.此外，系统100可以(例如，通过系统100的热力学模型)基于整个树脂界面上的当前界面温度分布、所存储的光固化反应特性以及构建物的后续层的几何形状来预测整个树脂界面上的界面温度分布。更具体地，系统100可以获取构建循环的层的几何形状；并且计算预计的ir光投射，以在与层的几何形状一致的整个树脂界面上将界面层加热到接近目标反应温度的均匀温度。
225.在一个实施方式中，在预测整个树脂界面上的未来界面温度分布时，如果系统100预测某区域的界面温度将在光固化后续层时超过阈值最大界面温度，则系统100可以率先地(例如，在树脂界面的该区域已经达到目标界面温度之前)减少入射到树脂界面的与构建物的后续层一致的区域的 ir光。更具体地，系统100可以：获取构建循环的层的几何形状；计算对应于光固化该层的几何形状的放热热量输出；并且基于该放热热量输出来调整热力
学模型。
226.在另一实施方式中，系统100可以基于在连续光固化步骤期间添加到树脂储备液的热量的预计量和系统100的热力学模型来调节树脂储备液的目标主体树脂温度。同样，系统100可以基于系统100的热力学模型来调节目标腔室温度，以便实现树脂储备液的主体树脂温度的变化。更具体地，系统100可以：根据构建窗口110、树脂储备液、构建托盘140、气体环境和构建腔室130的热力学模型，将树脂储备液朝向目标主体树脂温度加热；根据热力学模型，将气体环境朝向目标腔室温度加热；以及根据热力学模型将界面层朝向目标反应温度加热。
227.具体而言，在该实施方式中，系统100可以通过以下方式调整热力学模型：基于第一放热热量输出减少对树脂储备液的热量输入；以及基于第一放热热量输出减少对气体环境的热量输入。因此，系统100可以通过考虑系统100的各区域之间的热传递和经由构建物的每个连续的层的光固化反应对系统100的预计热量输入来防止树脂在树脂界面处或树脂储备液内的过热。
228.8.打印速度调整
229.在一个实施方式中，系统100可以调整系统100执行光固化步骤框 s140和s150的速率，以防止树脂界面处的树脂界面温度超过阈值最大界面温度(例如，大于目标反应温度)。在预测树脂界面处的界面温度或树脂储备液的主体树脂温度将超过阈值最高温度时，系统100可以增加时间，直到系统100光固化构建物的后续层。更具体地，系统100可以：基于由于光固化构建物的第一层而引起的预计放热热量输出来计算构建循环延迟；并且在第一构建循环之后经过构建循环延迟，启动第二构建循环。
230.系统100还可以在步骤框s140和s150中调节uv光暴露的强度和/ 或持续时间，以便在更长的时间段内分散光固化反应的能量，从而防止树脂界面处的界面温度超过阈值最大界面温度。
231.9.红外后固化
232.在一个实施方式中，系统100可以通过将每个连续的新光固化层暴露于来自ir投射器164投射的ir光来逐层地后固化构建物，以便在构建循环的后固化阶段将新光固化层加热到反应温度以上。更具体地，系统100 可以在构建循环中，通过ir投射器164来后固化构建物的层。因此，系统100可以进一步减少构建物的生坯属性和构建物的最终目标属性之间的差异，并且减少从系统100移除构建物之后对后固化步骤的需要。
233.在该实施方式中，系统100可以获取构建物的层的几何形状，并且经由ir投射器164将ir光引导到树脂界面的对应于构建物的先前层的区域，从而防止过多的ir辐射入射到树脂界面。另外，通过选择性地投射入射到构建物的先前层的ir光，系统100可以最小化输入到构建物的总热能，从而防止构建物的先前层的热挠曲。
234.本文所描述的系统和方法可以至少部分地作为机器的被实施和/或实现，该机器被构造成接收存储计算机可读指令的计算机可读介质。可以由集成有应用程序、小应用程序、主机、服务器、网络、网站、通信服务、通信界面、用户计算机或者移动设备、腕带、智能电话的硬件/固件/软件元件、或其任何合适组合的计算机可执行部件来执行这些指令。实施例的其他系统和方法可以至少部分地作为机器被实施和/或实现，该机器被构造成接收存储计算机可读指令的计算机可读介质。这些指令可以通过由集成有与以上描述的类型的装
置和网络的计算机可执行部件集成的计算机可执行部件来执行。计算机可读介质可存储在任何合适的计算机可读介质上，诸如ram、rom、闪存、eeprom、光学设备(cd或dvd)、硬盘驱动器、软盘驱动器或任何合适设备。计算机可执行部件可以是处理器，但是任何合适的专用硬件设备可以(可替代地或另外地)执行指令。
235.如本领域的技术人员将从前面的详细描述中以及从附图和权利要求中认识到的，在不脱离在所附的权利要求中所限定的本实用新型的范围的情况下，可以对本实用新型的实施例做出修改和改变。