1.本發(fā)明涉及光學(xué)部件(例如，眼鏡片)的制造。
2.更精確地，本發(fā)明涉及一種使用增材制造技術(shù)由可固化材料制造光學(xué)元件的方法。
3.本發(fā)明還描述了一種用于使用增材制造技術(shù)由可固化材料制造光學(xué)元件的制造系統(tǒng)。


背景技術(shù)：

4.增材制造技術(shù)適用于制造許多裝置，特別是適用于在新技術(shù)開發(fā)的框架內(nèi)制造原型裝置，因為最終獲得的裝置直接形成為具有所需的形狀。然而，在目前的發(fā)展階段，增材制造技術(shù)很少適于被用作用于眼科裝置的大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)工具。
5.適用于眼科裝置的增材制造技術(shù)通?；谥饘踊蛑鸬蔚臉?gòu)建過程。因此，通過層或液滴的重疊來形成預(yù)期裝置。
6.關(guān)于尤其用于眼鏡的眼鏡片的制造，增材制造技術(shù)用于生產(chǎn)眼鏡片模型。然而，這些模型很少適于在鏡架中使用以便由配戴者配戴。實際上，在所制造的光學(xué)裝置內(nèi)，層之間的界面(或液滴和/或存在于照射工具內(nèi)的像素痕跡)的積累通常形成輕微的光學(xué)缺陷，特別是衍射缺陷。
7.這些缺陷出現(xiàn)在層之間的界面，因為位于此界面兩側(cè)的材料在不同時間硬化，從而在層之間產(chǎn)生衍射(已經(jīng)注意到，具有一堆多個層的光學(xué)裝置的形成引起圖案重復(fù)，而這種光學(xué)特性的重復(fù)性交替會引起衍射缺陷的形成)。而且，單層中的材料的硬化也不是均勻地而是逐點發(fā)生的，這也會在這些點之間產(chǎn)生衍射。
8.當(dāng)最終使用眼鏡片時，這些缺陷是至關(guān)重要的。


技術(shù)實現(xiàn)要素：

9.本發(fā)明提供了一種制造方法。
10.更精確地，本發(fā)明涉及一種使用增材制造技術(shù)由可固化材料制造光學(xué)元件的方法，所述方法包括以下步驟：
11.?
提供未固化的可固化材料的第一部分，
12.?
通過用第一固化表面能照射所述第一部分的可固化材料的表面來形成所述光學(xué)元件的第一部分，所述第一固化表面能嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值并且高于第二預(yù)定閾值，以及
13.?
在用所述第一固化表面能照射所述第一部分之后，通過用至少第二固化表面能照射所述可固化材料的表面來形成所述光學(xué)元件的至少第二部分，所述第二部分與所述光學(xué)元件的第一部分不同，所述第二固化表面能照射所述光學(xué)元件的第二部分和所述光學(xué)元件的第一部分的至少一部分兩者，所述第一固化表面能和所述光學(xué)元件的所述第一部分接
收的至少所述第二固化表面能的部分的總和高于或等于所述第一預(yù)定能量閾值。
14.更具體地，本發(fā)明涉及一種使用增材制造技術(shù)由可固化材料制造光學(xué)元件的方法，所述方法包括以下步驟：
15.?
提供未固化的可固化材料的第一部分，
16.?
通過用第一固化表面能照射所述第一部分的可固化材料的表面來形成所述光學(xué)元件的第一部分，所述第一固化表面能嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值且高于第二預(yù)定閾值，所述第一預(yù)定能量閾值低于或等于固體預(yù)定能量閾值，所述固體預(yù)定能量閾值與足以使所述光學(xué)元件的第一部分在所述光學(xué)元件的所述第一部分的整個厚度上成為固體的能量對應(yīng)，所述第二預(yù)定能量閾值等于誘導(dǎo)表面能，以及
17.?
在用所述第一固化表面能照射所述第一部分之后，通過用至少第二固化表面能照射所述可固化材料的表面來形成所述光學(xué)元件的至少第二部分，所述第二部分與所述光學(xué)元件的第一部分不同，所述第二固化表面能高于所述第二預(yù)定能量閾值，所述第二固化表面能照射所述光學(xué)元件的第二部分和所述光學(xué)元件的第一部分的至少一部分兩者，所述第一固化表面能和所述光學(xué)元件的所述第一部分接收的至少所述第二固化表面能的部分的總和足以使所述光學(xué)元件的第一部分成為固體，所述第一固化表面能和所述光學(xué)元件的所述第一部分接收的至少所述第二固化表面能的部分的總和優(yōu)選地高于或等于所述固體預(yù)定能量閾值。
18.由于本發(fā)明，光學(xué)元件的不同部分中的至少一些部分未一次完全固化。其中一些部分在光學(xué)元件完全制造之前甚至完全沒有固化。實際上，第一部分的可固化材料單次接收的固化能量不足以使其完全硬化。形成部分因此至少最初形成為液體和固體之間的中間狀態(tài)。然后，在光學(xué)元件的一些其他部分的形成期間，至少一個先前形成的部分接收一定量的固化能量，這增加了向固態(tài)的轉(zhuǎn)化率。在一些情況下，根據(jù)本發(fā)明，一些部分接收足夠的固化能量以僅在接近光學(xué)元件的制造結(jié)束時才變?yōu)楣腆w。
19.當(dāng)?shù)诙糠纸邮盏诙袒芰繒r，第一部分處于中間狀態(tài)，而不是處于固態(tài)，使兩個部分能夠更高效地合并，從而減少或甚至避免所述部分之間的界面痕跡。認(rèn)為那些相鄰部分與其他部分更好地相互滲透。根據(jù)本發(fā)明形成的所有相鄰部分因此與具有更連續(xù)材料特性的其他部分關(guān)聯(lián)，從而限制了與界面相關(guān)的缺陷。
20.應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明，至少一對第一部分和第二部分使得第一部分和第二部分是光學(xué)元件的不同部分，并且在通過增材制造制造光學(xué)元件結(jié)束時，包括可能的后固化，第一部分和第二部分都完全處于固態(tài)。
21.可以精確地說，在所述提供未固化的可固化材料的第一部分的步驟之前，所述方法包括提供至少部分地固化的可固化材料的初始部分的步驟，所述未固化的可固化材料的所述第一部分被放置在所述初始部分與適合于用所述第一固化表面能和所述第二固化表面能照射所述可固化材料的表面的能量源之間。這闡明了根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的一般理解，可固化材料的第一部分對應(yīng)于能夠形成層的可固化材料。
22.所述方法的其他有利特征是以下特征：
23.?
通過使用被定義為{e
j
＝e
c
*exp}的jacobs方程確定所述光學(xué)元件的第一部分的第一預(yù)定能量閾值，其中，e
j
是第一預(yù)定能量閾值源自的jacobs能量，th是所述光學(xué)元件的第一部分的厚度，d
p
是所述可固化材料內(nèi)的第一固化表面能的光深度穿透值，以及e
c
是為所
述可固化材料定義的臨界jacobs能量；
24.?
通過使用被定義為{e
j
＝e
c
*exp}的jacobs方程確定所述光學(xué)元件的第一部分的第一預(yù)定能量閾值，其中e
j
是jacobs能量，所述固體預(yù)定能量固體(t
s
)等于所述jacobs能量，th是所述光學(xué)元件的第一部分的厚度，d
p
是所述可固化材料內(nèi)的第一固化表面能的光深度穿透值，e
c
是為所述可固化材料定義的臨界jacobs能量，并且所述第一預(yù)定能量閾值是所述臨界jacobs能量的函數(shù)；
25.?
所述第一預(yù)定能量閾值是為所述可固化材料定義的臨界jacobs能量，所述第一固化表面能和至少所述第二固化表面能的總和高于或等于所述jacobs能量；
26.?
所述第一固化表面能和至少所述第二固化表面能的總和高于或等于所述jacobs能量，優(yōu)選地高于或等于所述jacobs能量的1.2倍、優(yōu)選地高于或等于所述jacobs能量的1.5倍；
27.?
所述方法包括照射所述可固化材料的表面的步驟的數(shù)量，使得在每個照射步驟，一部分固化表面能被所述光學(xué)元件的第一部分的至少一部分接收，每個固化表面能高于所述第二預(yù)定閾值，所述第一部分接收到的每個固化表面能的總和高于或等于所述第一預(yù)定能量閾值，所述數(shù)量是大于或等于3的整數(shù)。換言之，“在用所述第一固化表面能照射所述第一部分之后，通過用至少第二固化表面能照射來形成與所述光學(xué)元件的第一部分不同的所述光學(xué)元件的至少第二部分”的步驟包括大于或等于2的多個照射步驟，并且所述光學(xué)元件的第二部分可以包括多于2個的光學(xué)元件的不同子部分；
28.?
所述方法使得對于至少照射可固化材料的表面的步驟，所述照射步驟包括用中間固化表面能至少部分地照射所述光學(xué)元件的所述第一部分的子步驟，所述第一固化表面能和所述中間固化表面能的總和嚴(yán)格低于所述第一預(yù)定能量閾值；
29.?
所述方法包括以下步驟：在能量源與所述光學(xué)元件的第一部分之間提供可固化材料的第二部分，用所述可固化材料的第二部分形成所述光學(xué)元件的第二部分，以及至少所述第二固化表面能照射所述可固化材料的表面，使得一部分所述第二固化表面能被所述光學(xué)元件的第一部分的至少一部分接收。換言之，可固化材料的第二部分以及因此所述光學(xué)元件的第二部分與所述光學(xué)元件的第一部分處于不同的層中并且最通常是在制造過程中稍后形成的層；
30.?
形成所述光學(xué)元件的第一部分的步驟包括以下子步驟：確定與適合于施加所述第一固化表面能的能量源的第一像素組相關(guān)聯(lián)的第一圖像圖案，以及將所述能量源的第一像素組投射到所述可固化材料的表面上，所述第一像素組定義第一投射圖像，
31.?
形成所述光學(xué)元件的第二部分的步驟包括以下子步驟：確定與適合于施加所述第二固化表面能的能量源的第二像素組相關(guān)聯(lián)的第二圖像圖案，以及將所述能量源的第二像素組投射到所述可固化材料的表面上，所述第二像素組定義第二投射圖像；
32.?
所述第二像素組相對于所述第一像素組的相對位置被定義為使得所投射的第二像素組的至少一個像素部分地覆蓋住所投射的第一像素組的至少兩個像素；
33.?
所述方法包括以下子步驟：確定與適合于施加另一個固化表面能的能量源的第二像素組相關(guān)聯(lián)的至少另一個圖像圖案，將所述能量源的每個像素組相繼投射到所述可固化材料的表面上，其相對位置使得最后投射的像素組中的至少一個像素部分地覆蓋住每個先前投射的像素組的至少兩個像素，投射像素組的數(shù)量是大于或等于3的整數(shù)；
34.?
投射像素組的數(shù)量大于照射步驟的數(shù)量；
35.?
確定所述個投射圖像之間的像素組的相對位置，以便最小化所述光學(xué)元件的第一部分接收的硬化表面能的變化；
36.?
確定所述數(shù)量使得所述光學(xué)元件的第一部分的任何點接收的總固化表面能至少等于所述第一預(yù)定能量閾值、優(yōu)選地等于臨界jacobs能量(ec)；
37.?
所述方法包括一旦獲得所述光學(xué)元件就進(jìn)行后加工的步驟，所述后加工的步驟包括如拋光的減材機加工或如涂覆的增材加工的步驟；
38.?
增材制造技術(shù)包括立體光刻技術(shù)或聚合物噴射技術(shù)之一；
39.?
所述光學(xué)元件是眼鏡片；
40.?
所述眼鏡片的第一部分和第二部分沿著與所述眼鏡片的光軸大致正交的軸線疊置。
41.本發(fā)明還涉及一種用于使用增材制造技術(shù)由可固化材料制造光學(xué)元件的制造系統(tǒng)，所述制造系統(tǒng)包括：
42.?
適合于容納可固化材料的容器，
43.?
適合于支撐所述光學(xué)元件的支撐件，以及
44.?
被編程為通過用第一固化表面能照射所述可固化材料的表面來形成所述光學(xué)元件的第一部分的形成單元，所述第一固化表面能嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值并且高于第二預(yù)定閾值，所述形成單元還被編程為通過用至少第二固化表面能照射與所述光學(xué)元件的所述第一部分至少部分地重疊的所述可固化材料的表面來形成所述光學(xué)元件的至少第二部分，所述第一固化表面能和所述第二固化表面能的總和高于或等于所述第一預(yù)定能量閾值。
45.更具體地，本發(fā)明還涉及一種用于使用增材制造技術(shù)由可固化材料制造光學(xué)元件的制造系統(tǒng)，所述制造系統(tǒng)包括：
46.?
適合于容納未固化的可固化材料的容器，
47.?
適合于支撐所述光學(xué)元件的支撐件，以及
48.?
被編程為通過用第一固化表面能照射所述可固化材料的表面來形成所述光學(xué)元件的第一部分的形成單元，所述第一固化表面能嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值并且高于第二預(yù)定閾值，所述第一預(yù)定能量閾值低于或等于固體預(yù)定能量閾值，所述固體預(yù)定能量閾值與足以使所述光學(xué)元件的第一部分在所述光學(xué)元件的所述第一部分的整個厚度上成為固體的能量對應(yīng)，所述第二預(yù)定能量閾值等于誘導(dǎo)表面能，所述形成單元還被編程為通過用至少第二固化表面能照射與所述光學(xué)元件的所述第一部分至少部分地重疊的所述可固化材料的表面來形成所述光學(xué)元件的至少第二部分，所述第二固化表面能高于所述第二預(yù)定能量閾值，所述第一固化表面能和所述第二固化表面能的總和足以使所述光學(xué)元件的第一部分成為固體，所述第一固化表面能和所述光學(xué)元件的所述第一部分接收的至少所述第二固化表面能的部分的總和優(yōu)選地高于或等于所述固體預(yù)定能量閾值。
49.根據(jù)優(yōu)選實施例，所述系統(tǒng)包括移位單元，所述移位單元適合于被編程為使所述支撐件相對于所述形成單元移位，以便使所述光學(xué)元件的形成的第一部分沿著大致正交于所述可固化材料的表面的軸線移位。
50.根據(jù)優(yōu)選實施例，所述形成單元包括適合于用所述第一固化表面能和所述第二固
化表面能照射所述可固化材料的表面的能量源。
51.根據(jù)優(yōu)選實施例，所述形成單元包括：
52.?
計算機元件，所述計算機元件被編程為確定與適合于施加所述第一固化能量的所述能量源的第一像素組相關(guān)聯(lián)的第一圖像圖案，所述計算機元件還被編程為確定與適合于施加所述第二固化表面能的所述能量源的第二像素組相關(guān)聯(lián)的第二圖像圖案，以及
53.?
光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)適合于將所述第一固化表面能的第一像素組投射到所述可固化材料的表面上，所述第一像素組定義第一投射圖像，所述光學(xué)系統(tǒng)還適合于將所述能量源的第二像素組投射到所述可固化材料的表面上，所述第二像素組定義第二投射圖像。
附圖說明
54.以下參考附圖并通過非限制性示例給出的描述使本發(fā)明包括的內(nèi)容以及實踐本發(fā)明的方式清晰。
55.在附圖中：
56.?
圖1表示了可固化材料的隨固化表面能而變的轉(zhuǎn)化率的曲線；
57.?
圖2表示了根據(jù)本發(fā)明的適于制造光學(xué)元件的示例性制造系統(tǒng)；
58.?
圖3至圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的當(dāng)加工時光學(xué)元件的可固化材料的不同俯視圖；
59.?
圖6和圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的當(dāng)加工時光學(xué)元件的可固化材料的側(cè)視圖；以及
60.?
圖8表示了根據(jù)本發(fā)明的方法制造的眼鏡片；
61.?
圖9表示了根據(jù)jacobs方程的工作曲線示例；
62.?
圖10表示穿過根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的厚度照射可固化材料的兩種固化表面能的傳輸；
63.?
圖11和圖12分別示出了在本發(fā)明的情況下和在現(xiàn)有技術(shù)的情況下可固化材料的布置；
64.?
圖13是根據(jù)本發(fā)明的像素區(qū)的細(xì)分；
65.?
圖14至圖17示出了在圖13中定義的區(qū)域上像素組的相繼投影；以及
66.?
圖18至圖20示出了在根據(jù)本發(fā)明的三個示例中轉(zhuǎn)化率隨相繼照射而變的演變。
具體實施方式
67.本發(fā)明總體上涉及一種適用于使用增材制造技術(shù)制造光學(xué)元件的方法。
68.本發(fā)明更具體地應(yīng)用于例如適合安裝在眼鏡架中的眼鏡片的制造。眼鏡片可能已經(jīng)制造成適合安裝在眼鏡架中的形狀，或者需要進(jìn)一步的磨邊步驟以達(dá)到所需的形狀。
69.表達(dá)“增材制造技術(shù)”意指如在國際標(biāo)準(zhǔn)astm 2792
?
12中定義的制造技術(shù)，其提到了連接材料以根據(jù)3d模型數(shù)據(jù)制造物體的工藝，通常層層疊置，與減材制造方法(如傳統(tǒng)加工)相反。因此，固體物體是通過并置體積元素(主要是層或體素、或液滴或微滴，或者在一些情況下甚至是物質(zhì)塊)來制造的。在本發(fā)明的情況下，因此逐體積元素地、優(yōu)選地逐層地制造光學(xué)元件。
70.增材制造技術(shù)實際上可能是立體光刻(sla)、數(shù)字光處理立體光刻(dlp
?
sla)或聚合物噴射。增材制造技術(shù)包括多項工藝，這些工藝通過根據(jù)可以在cad(計算機輔助設(shè)計)文件中定義的預(yù)定布置并置多個體積元素來形成物體。
71.立體光刻(sla)和數(shù)字光處理立體光刻(dlp
?
sla)都通過將光(主要是紫外光)聚焦到光聚合物液體樹脂容器上以形成固體層來工作，這些固體層堆疊起來形成固體物體。關(guān)于立體光刻(sla)，液體樹脂通過激光束掃描打印區(qū)域來接收選擇性曝光。數(shù)字光處理立體光刻(dlp
?
sla)使用數(shù)字投影儀屏幕將每一層的圖像投射到樹脂的整個表面上。由于投影儀是數(shù)字屏幕，每一層的圖像都由明顯方形的像素組成，從而產(chǎn)生由被稱為體素的小矩形磚塊形成的層(體積由方形像素和層的厚度定義)。
72.作為替代方案，像素可以具有其他形狀，比如六邊形、菱形或長形，這取決于用于形成微鏡的技術(shù)，例如lcd或led像素。
73.聚合物噴射技術(shù)使用噴墨打印頭將液體光聚合物樹脂微滴噴射到構(gòu)建平臺上。液體樹脂立即被光源(比如紅外線源或紫外線源)固化，并一組微滴一組微滴地(并形成固體物體)凝固以構(gòu)建層或最終光學(xué)元件。
74.在實踐中，所使用的增材制造技術(shù)基于光圖案在可固化材料上的投影。光圖案例如是紅外線圖案或紫外線圖案?？晒袒牧侠缡枪饩酆衔飿渲⑶夜鈱W(xué)元件通過光聚合工藝制造。例如，光聚合物樹脂包含(甲基)丙烯酸酯單體。
75.在實踐中，光聚合過程可以通過可固化材料的轉(zhuǎn)化率c
v
(或聚合率)來表征。轉(zhuǎn)化率c
v
與可固化材料的物質(zhì)的物理狀態(tài)有關(guān)。在被可固化能量照射之前，主要是光照射，可固化材料是液體。轉(zhuǎn)化率c
v
被認(rèn)為接近于0，由于可固化材料的老化而無法承受輕微的聚合作用。在可固化表面能對可固化材料的照射下，可固化材料發(fā)生聚合，從液態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)?？晒袒牧蠒?jīng)歷多種狀態(tài)，尤其是中間狀態(tài)，稱為“凝膠狀態(tài)”，其對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率c
v
取決于可固化材料。中間狀態(tài)對應(yīng)于既不是液體也不是固體而是介于它們之間的物質(zhì)狀態(tài)，特別是根據(jù)根據(jù)jacobs方法論的方法不夠堅固，但是單體已經(jīng)開始彼此聚合，開始形成聚合物網(wǎng)絡(luò)部分。一些丙烯酸酯單體的中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)化率c
v
可以例如在20％和80％之間，或一些其他單體的中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)化率高于10％和/或低于67％。對于通常高于80％的轉(zhuǎn)化率c
v
，可固化材料被認(rèn)為處于固態(tài)。對于一些丙烯酸酯單體，對于高于67％的轉(zhuǎn)化率c
v
，可固化材料被認(rèn)為處于固態(tài)。取決于材料，對于高于臨界轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率，可固化材料被認(rèn)為處于固態(tài)，臨界轉(zhuǎn)化率可以憑經(jīng)驗被確定處于約60％到約80％之間。
76.表征中間狀態(tài)和固態(tài)的轉(zhuǎn)化率取決于源自光源的固化表面能e(或光劑量)、可固化材料的吸收特性以及引發(fā)劑使可固化材料聚合的效率。圖1表示在丙烯酸酯單體的情況下隨照射可固化材料的固化表面能e而變的轉(zhuǎn)化率c
v
(以％為單位)。
77.如在圖1中可見的，在一些情況下，特別是對于自由基鏈增長聚合，只要固化表面能e低于誘導(dǎo)表面能e
i
，轉(zhuǎn)化率就會保持接近0。在此期間(被稱為“誘導(dǎo)期”)，可固化材料保持為液體且不會發(fā)生聚合。在自由基鏈增長聚合的情況下，由引發(fā)劑激活形成的初級自由基與單體之間的反應(yīng)被抑制劑(這里是雙氧)淬滅，抑制劑優(yōu)先與所述自由基反應(yīng)，從而防止與單體反應(yīng)。在誘導(dǎo)期期間，可固化材料接收的固化表面能e因此用于消耗抑制劑，這里是雙氧。當(dāng)可固化材料接收的固化表面能e達(dá)到誘導(dǎo)表面能e
i
時，聚合過程發(fā)生。
78.應(yīng)注意的是，一些聚合過程沒有誘導(dǎo)期，比如一些陽離子鏈增長聚合。在這種情況
下，本發(fā)明仍然適用，誘導(dǎo)表面能可忽略不計(在這種情況下，下文將定義的“第二固化表面能閾值”也可忽略不計)。
79.只要接收的總固化表面能保持低于臨界jacobs能量e
c
，而聚合過程繼續(xù)進(jìn)行并且轉(zhuǎn)化率c
v
升高(隨著單體的轉(zhuǎn)化)，可固化材料保持非固態(tài)但變得越來越結(jié)實。
80.臨界jacobs能量e
c
被定義為使得達(dá)到足以打印理論厚度為0的層的固態(tài)所需的最小表面能。由于固化表面能與物質(zhì)狀態(tài)有關(guān)，因此對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率c
v
與給定材料的臨界jacobs能量e
c
配對。在通過自由基鏈增長聚合而聚合的丙烯酸酯單體的一些情況下，對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率c
v
在60％到80％左右。
81.臨界jacobs能量e
c
是使用基于jacobs方程的經(jīng)驗方法(paul f.jacobs，fundamentals of stereolithography in international solid freeform fabrication symposium[國際固體自由形式制造研討會之立體光刻的基礎(chǔ)]，1992)：
[0082]
{th＝d
p
*ln(e/e
c
)}確定的，其中e是固化表面能，e
c
是臨界jacobs能量，d
p
是可固化材料內(nèi)的固化表面能的光深度穿透值，以及th是聚合厚度。
[0083]
光深度穿透值d
p
和臨界jacobs能量e
c
是從自jacobs實驗得出的工作曲線中獲得的。實驗包括用一組已知的固化表面能照射可固化材料(這里是樹脂)并測量可測量的固體材料的對應(yīng)聚合厚度。工作曲線是作為固化表面能e的自然對數(shù)(ln)的函數(shù)的測得的聚合厚度的半對數(shù)圖。
[0084]
圖9表示這樣的工作曲線的示例。如這個圖中可見的，工作曲線是直線。光深度穿透值d
p
是工作曲線的斜率，臨界jacobs能量e
c
是橫坐標(biāo)軸與工作曲線之間的交點。
[0085]
高于臨界jacobs能量e
c
時，可固化材料開始形成可測量的固體部分，在該固體部分，無需將單體轉(zhuǎn)化率升高更多以獲得固體聚合材料，即使升高后的轉(zhuǎn)化率可能會進(jìn)一步改變物理和/或光學(xué)特性。相應(yīng)地，對于非零的材料厚度，只要接收的總固化表面能保持低于jacobs能量e
j
，同時聚合過程繼續(xù)進(jìn)行且轉(zhuǎn)化率c
v
升高，可固化材料的預(yù)期層處于凝膠狀態(tài)并且變得越來越結(jié)實。
[0086]
jacobs能量e
j
對應(yīng)于對于給定厚度的給定可固化材料使得將整個給定厚度硬化成足以根據(jù)jacobs方法論測量的固態(tài)狀態(tài)的最小固化表面能。jacobs能量e
j
是從jacobs方程中獲得的，遵循一組臨界jacobs能量e
c
、對應(yīng)于可固化材料的光深度穿透值d
p
以及層的預(yù)期厚度th。在通過自由基鏈增長聚合工藝固化的丙烯酸酯單體的情況下，對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率c
v
通常在60％到80％左右。根據(jù)轉(zhuǎn)化率的這個范圍，應(yīng)注意不需要將單體轉(zhuǎn)化率升高更多以獲得固體聚合材料，即使升高后的轉(zhuǎn)化率可能進(jìn)一步改變物理和/或光學(xué)特性。
[0087]
應(yīng)當(dāng)注意，在除了鏡片制造的其他域中的3d打印常規(guī)實踐內(nèi)，施加到給定層的固化表面能設(shè)置得比jacobs能量e
j
更高，該能量一般提供足夠的能量將厚度增加約50％到約200％的層硬化成固態(tài)。換言之，jacobs能量e
j
可以包含在厚度是所考慮的層的150％的層的臨界jacobs能量e
c
與厚度是所考慮的層的300％的層的臨界jacobs能量e
c
之間。本發(fā)明將這些實踐擱置一旁，以便達(dá)到眼科應(yīng)用的光學(xué)要求。
[0088]
圖2示出了適于通過dlp
?
sla工藝制造光學(xué)元件的制造系統(tǒng)1。制造系統(tǒng)包括形成單元3、容器10、支撐件15和移位裝置20。
[0089]
形成單元3包括能量源2、光學(xué)系統(tǒng)4和計算機元件6。形成單元3適于在執(zhí)行指令時實現(xiàn)如下所述的制造光學(xué)元件100的方法。在實踐中，計算機元件6包括微處理器和存儲器
(未表示)。微處理器適于執(zhí)行制造光學(xué)元件100的指令，并且存儲器存儲這些指令。作為示例，計算機元件6被編程為生成關(guān)于提供固化表面能的每個相繼步驟的固化表面能的大小的指令、以及關(guān)于將被投射到可固化材料50的表面55上的圖像圖案(或光圖案)的指令。這些指令例如被傳輸?shù)侥芰吭?和/或光學(xué)系統(tǒng)4。
[0090]
能量源2適合于用固化表面能照射可固化材料50的表面55。能量源2提供光束，例如紫外光束，光束由光學(xué)系統(tǒng)4引導(dǎo)至可固化材料50。
[0091]
光學(xué)系統(tǒng)4適于將來自能量源2的光投射到可固化材料50的表面55上。光學(xué)系統(tǒng)4包括被布置成網(wǎng)格格式的多個微鏡8。微鏡8彼此分開一定空隙(與實踐中一樣，兩個相鄰微鏡之間不可能有完全的接合)。微鏡8例如是明顯方形形狀，具有例如8
×
8μm2的大小。對于大約10.8μm的微鏡之間的間距，空隙包含在1μm到10μm之間，例如2.8μm左右。一旦投射到可固化材料50的表面55上，微鏡8形成具有給定間距的投射像素，包括微鏡和空隙的直接投影。例如，間距可以是大約40
×
40μm，大約30
×
30μm對應(yīng)于微鏡的投影，微鏡分開大約10μm的空隙。
[0092]
應(yīng)當(dāng)注意，存在能量源和光學(xué)系統(tǒng)的其他替代組合。例如，圖像圖案的形成可以完全由能量源使用微鏡或lcd或led屏幕產(chǎn)生，并且光學(xué)系統(tǒng)僅提供定位和聚焦效果?？商娲?，能量源可以以連續(xù)或有規(guī)律的突發(fā)方式提供能量，并且光學(xué)系統(tǒng)在定位和聚焦效果之上產(chǎn)生圖像圖案。進(jìn)一步地，在不脫離本發(fā)明的情況下，微鏡或lcd或led像素或投射像素的大小可以與當(dāng)前示例不同。
[0093]
如圖2中可見的，光學(xué)系統(tǒng)4這里包括投影系統(tǒng)7，該投影系統(tǒng)適于將來自能量源2的紫外線光束引導(dǎo)至多個微鏡8。
[0094]
可固化材料50以液態(tài)儲存在容器10中。一旦聚合，可固化材料50形成由支撐件15支承的光學(xué)元件100。在實踐中，支撐件15部分地浸入可固化材料50的大桶中，使得液體可固化材料50的一部分位于支撐件15的頂部上。由能量源2提供的光束因此投射在可固化材料50的這個部分上。當(dāng)這個部分聚合時，形成的光學(xué)元件的部分因此在支撐件15上。
[0095]
如下文中所述，根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)元件形成為多個部分(在所述實施例中，形成為多個層)。
[0096]
首先，可固化材料50的初始部分用于形成光學(xué)元件100。在未固化的可固化材料的另一部分(稱為“第一部分”)沉積到此初始部分上之前，此初始部分至少部分地固化。然后，固化此第一部分的第一部分。
[0097]
初始部分的固化部分用作光學(xué)元件100的此第一部分的機械基礎(chǔ)。
[0098]
換言之，根據(jù)本發(fā)明，未固化的可固化材料的第一部分被放置在初始部分上(即在初始部分與適合于照射可固化材料的表面的能量源2之間)。
[0099]
在本說明書中，術(shù)語“未固化”是指完全未聚合的新鮮可固化材料。然后通過照射未固化的可固化材料的此第一部分來形成第一部分。
[0100]
作為第一部分，初始部分的固化部分最后是光學(xué)元件的組成部分。
[0101]
應(yīng)注意，支撐件可以包括由固化的可固化材料形成的、用于支撐鏡片的支撐梁或結(jié)構(gòu)。
[0102]
制造系統(tǒng)1還包括移位裝置20。移位裝置20適合于相對于可固化材料的大桶移動其上形成有光學(xué)元件100的支撐件15。此移位裝置20允許支撐件15相對于可固化材料的大
桶沿明顯正交于可固化材料20的表面55的軸線豎直移動。支撐件15的這種豎直移動允許控制液體可固化材料50聚合的厚度。因此，移位裝置20允許控制聚合層的厚度。
[0103]
在當(dāng)前示例中，移位裝置20還允許沿明顯平行于可固化材料50的表面55的軸線的水平移動。
[0104]
如圖2所示，制造系統(tǒng)1這里包括重涂器裝置12。此重涂器裝置12例如適合于將一些可固化材料散布在前一層可固化材料的頂部。替代方法不使用重涂器并且可以將膜定位在可固化材料的表面上以實現(xiàn)材料的平整度并控制添加到前一層可固化材料的頂部的可固化材料的厚度。
[0105]
如前所介紹的，根據(jù)本發(fā)明，通過用固化表面能照射可固化材料50來制造光學(xué)元件100。
[0106]
在實踐中，照射基于與能量源2或光學(xué)系統(tǒng)4內(nèi)的一組像素相關(guān)聯(lián)的圖像圖案，形式為lcd或led像素或微鏡，比如數(shù)字微鏡器件(dmd)。這組像素由形成單元3投射到可固化材料的表面55上。然而，如前所述呈現(xiàn)的，在實踐中，微鏡8并沒有完全接合，它們之間存在一些空隙。因此，可固化材料的表面上的投射圖像包括一些對應(yīng)于空隙的陰影區(qū)域。這些陰影區(qū)域受到固化表面能的照射較少。這些陰影區(qū)域因此對應(yīng)于聚合較少的區(qū)域。同一層內(nèi)聚合速率的這種規(guī)則變化的重復(fù)和重復(fù)的一層又一層導(dǎo)致可觀察到的衍射缺陷的形成。這種缺陷與眼鏡鏡片的預(yù)期光學(xué)品質(zhì)不相容。
[0107]
應(yīng)當(dāng)注意，為了說明的目的，簡化了機制，并且在下文中認(rèn)為對應(yīng)于給定圖像圖案的空隙的投影的陰影區(qū)域在與所述圖像圖案關(guān)聯(lián)的照射期間不被照射并且不聚合。然而，本發(fā)明不受該說明的約束，并且使用此簡化機制描述的示例加以必要的修改適用于陰影區(qū)域接收可固化表面能并且因此對應(yīng)的可固化材料可以聚合的情況。在那些情況下，仍然需要注意的是，陰影區(qū)域包含某種材料，其聚合程度不如在微鏡或lcd或led像素的直接投影下那樣好。
[0108]
實際上，發(fā)明人已經(jīng)注意到，即使在可固化表面能非常高的情況下，以及在圖像圖案的單次投影照射期間，陰影區(qū)域接收到足夠的表面能以變成jacobs意義上的固體，聚合速率和/或陰影區(qū)域的節(jié)奏低于與微鏡直接投影相對應(yīng)的區(qū)域，導(dǎo)致形成可觀察到的衍射缺陷。進(jìn)一步地，由于陰影區(qū)域和微鏡直接投影下的區(qū)域(稱為亮區(qū)域)內(nèi)的聚合動力學(xué)不同，因此陰影區(qū)域與亮區(qū)域之間的聚合物網(wǎng)絡(luò)不同，從而產(chǎn)生不同的光學(xué)性質(zhì)。這因此導(dǎo)致具有與投射像素的間距相對應(yīng)的空間頻率的光學(xué)特性的周期性變化。
[0109]
在本說明書中，像素被定義為微鏡8的可固化材料表面上的圖像以及所考慮的微鏡8周圍的局部兩個相鄰微鏡之間的空隙的一半。
[0110]
本發(fā)明有利地允許用于制造光學(xué)元件100的均相聚合。根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行兩個示例性實施例。
[0111]
在圖3至圖5中表示了第一實施例。例如，第一實施例主要通過一層可固化材料50來執(zhí)行。第一實施例可以例如主要在光學(xué)元件100的第一成型層中或在其他層的頂部上形成的另一層中執(zhí)行。
[0112]
根據(jù)圖3至圖5所示的示例，第一實施例這里主要在光學(xué)元件100的第一形成層上執(zhí)行。
[0113]
根據(jù)此第一實施例，確定初始圖像圖案和相關(guān)聯(lián)的初始像素組以在可固化材料的
表面55上施加第一固化表面能e1。第一固化表面能e1嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值t1。
[0114]
第一預(yù)定能量閾值t1低于或等于固體預(yù)定能量閾值t
s
。固體預(yù)定能量閾值t
s
對應(yīng)于具有足夠“生坯強度”的能量，這意味著足以固化光學(xué)元件100的第一部分以便處理它但低于完全固化光學(xué)元件的第一部分的能量的能量。光學(xué)元件100的第一部分例如由單層形成。術(shù)語“生坯”這里是指初始形成的光聚合物體，與最終物體截然不同，最終物體在增材制造工藝之后進(jìn)行附加的熱固化。有關(guān)此能量閾值t
s
的更多細(xì)節(jié)可以在文章“polymers for 3d printing and customized additive manufacturing[用于3d打印和定制增材制造的聚合物]”，samuel clark ligon、robert liska、j
ü
rgen stampfl、matthias gurr和rolf m
ü
lhaupt，化學(xué)評論2017 117(15)，10212
?
10290，doi:10.1021/acs.chemrev.7b00074中找到。
[0115]
換言之，固體預(yù)定能量閾值t
s
對應(yīng)于足以使光學(xué)元件100的第一部分在光學(xué)元件100的第一部分的整個厚度上都成為固體的能量。
[0116]
此外，固體預(yù)定能量閾值t
s
嚴(yán)格高于誘導(dǎo)表面能e
i
，例如高于誘導(dǎo)表面能e
i
的兩倍。此固體預(yù)定能量閾值t
s
足以獲得比尚未聚合的部分更堅固的部分。
[0117]
第一預(yù)定能量閾值t1是臨界jacobs能量e
c
的函數(shù)，例如等于臨界jacobs能量e
c
。作為另一個示例，第一預(yù)定能量閾值t1是推薦的能量e
j
，下文中又稱為jacobs能量e
j
，由先前介紹的jacobs方程(根據(jù)jacobs方程的定義，jacobs能量e
j
高于臨界jacobs能量e
c
)得出。例如，固體預(yù)定能量閾值t
s
等于jacobs能量e
j
。
[0118]
第一固化表面能e1高于第二預(yù)定能量閾值t2。實際上，此第二預(yù)定能量閾值t2等于先前介紹的誘導(dǎo)表面能e
i
(聚合因此發(fā)生，抑制雙氧已經(jīng)大部分被消耗)。
[0119]
作為說明性示例，考慮了基于丙烯酸酯單體的可固化材料，其臨界jacobs能量e
c
的實驗確定值為5mj，并且光深度穿透值dp為200μm。為了構(gòu)建厚度為10μm的層，因此第一閾值應(yīng)為t1＝5.26mj(＝e
j
)。第二閾值為約t2＝0.21mj。
[0120]
在這個示例中，為了在4次不同的照射中達(dá)到第一預(yù)定能量閾值t1，可以選擇第一固化能量e1等于e1＝1.66mj。
[0121]
此初始像素組被投射到可固化材料50的表面55上，該表面在支撐件15上方。形成初始層35a。然而，由于第一固化表面能e1嚴(yán)格低于臨界jacobs能量e
c
，因此被照射的可固化材料并非處于固態(tài)，而是處于液態(tài)與固態(tài)之間的中間狀態(tài)。
[0122]
圖3示出了可固化材料50上的投射圖像的痕跡的俯視圖的示例。該痕跡示出了中間狀態(tài)區(qū)域30a(被直接照射并且正在發(fā)生聚合)和未聚合的區(qū)域32a(未被直接照射)的交替。未聚合的區(qū)域32a對應(yīng)于前述陰影區(qū)域并且源自微鏡8之間的空隙，并且在這個示例中未聚合。應(yīng)提醒的是，這個示例是現(xiàn)實中發(fā)生的事情的簡化版。預(yù)期對于大多數(shù)聚合材料，未充分聚合的區(qū)域仍會通過光的漫射或通過與像素對應(yīng)的虛擬光束的分散、或者通過活性物種從像素遷移到陰影區(qū)域、或者通過其他方式被部分地照射。
[0123]
為了用相似量的固化表面能覆蓋可固化材料的整個表面(從而盡可能均勻地聚合整個初始層35a)，因此需要將幾個像素組相繼投射到可固化材料的同一表面上。幾個其他對應(yīng)的固化表面能因此直接相繼地施加在初始層35a上(然后將新一層可固化材料添加到此初始層35a上)。其他固化表面能中的每一個均高于第二預(yù)定能量閾值t2并且嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值t1。優(yōu)選地，其他固化表面能中的每一個都嚴(yán)格低于臨界jacobs能量e
c
。確
定其他固化表面能以聚合整個初始層(換言之，在初始層35a的主要部分獲得高轉(zhuǎn)化率，例如高于0.70)。其他固化表面能因此被確定為使得第一固化表面能e1和由初始層35a接收的每個其他固化表面能的總和足以使初始層35a成為固體。特別地，第一固化表面能e1與初始層35a接收的每個其他固化表面能的總和高于固體預(yù)定能量閾值t
s
。優(yōu)選地，第一固化表面能量e1和初始層35a接收到的每個其他固化表面能量的總和高于或等于jacobs能量的1.2倍(e
j
)，優(yōu)選地高于或等于jacobs能量的1.5倍(e
j
)。如前所介紹的，體素是由正方形像素和層的厚度形成的體積元素。
[0124]
為了補償陰影區(qū)域，每個投射像素組與先前投射像素組移位小于像素大小(或間距)的距離。換言之，這意味著投射像素組的相對位置是相對于另一組投射像素定義的，使得該投射像素組中的至少一個像素至少部分地覆蓋住另一投射像素組的兩個像素。這種重疊允許使用有限數(shù)量的投射像素組來使聚合平滑。有利地，特別是如果像素是明顯方形的或具有菱形形狀或明顯的矩形，則存在至少3個投射像素組，每個像素至少沿2個方向具有陰影區(qū)域，從而形成x軸和y軸。三個像素組使得至少一個投射像素組使得相對于其他投射像素組中的至少一組沿x軸和y軸移位。
[0125]
根據(jù)第一實施例，確定為了覆蓋可固化材料的整個表面的投射像素組的數(shù)量n。數(shù)量n連同n個對應(yīng)的位移被優(yōu)化，以便根據(jù)n個投射像素組，將一旦被n個固化表面能照射的初始層中的物質(zhì)狀態(tài)或轉(zhuǎn)化率的變化最小化，并在可能時進(jìn)一步最小化聚合動力學(xué)的變化(聚合動力學(xué)對應(yīng)于施加于可固化材料的固化節(jié)奏)。換言之，確定n個投射像素組(以及因此n個相關(guān)聯(lián)的投射圖像)中的每個投射像素組的相對位置，以便當(dāng)所有固化步驟完成時最小化在初始層35a的每個體素之間接收的總固化表面能量的變化，包括各種陰影區(qū)域。在實踐中，數(shù)量n取決于均勻性方面的目標(biāo)分辨率(關(guān)于聚合)。
[0126]
在此第一實施例中，數(shù)量n是等于或大于3的整數(shù)。換言之，這意味著需要至少三個投射像素組(因此需要至少三個固化表面能的組合)來聚合初始層35a。
[0127]
在實踐中，投射像素組的所有相對位置的布置可以定義允許覆蓋可固化材料的整個表面的循環(huán)。例如，循環(huán)可以是方形的或菱形的或三角形的。
[0128]
在圖3至圖5所示的示例中，數(shù)量n等于3，這意味著需要三組投射像素(因此需要三個對應(yīng)的投射圖像)來均勻聚合支撐件15的頂部上可獲得的可固化材料的表面55。
[0129]
圖4表示與投影初始像素組重疊的第二像素組的投影的疊置。第二像素組的投影相對于第一投射像素組沿x軸移位約半個像素間距，沿y軸移位約半個像素間距。在實踐中，可以移動支撐件15以獲得兩個像素組之間的這種位移。作為替代方案，光學(xué)系統(tǒng)4的設(shè)置可以引入位移。
[0130]
如圖4中可見的，可固化材料的表面的主要部分聚合為可見的，具有中間狀態(tài)區(qū)域30b(對于初始層的一些體素，第一和第二固化表面能的總和低于第一預(yù)定能量閾值t1)。然而，一些未充分聚合的區(qū)域32b仍然保留(下面考慮位于邊界處的未充分聚合的區(qū)域)。
[0131]
圖5表示第三像素組在第二像素組上的疊置。為了覆蓋未聚合區(qū)域32b，第三像素組的投影相對于第一像素組和第二像素組就第一像素組而言沿x軸移位約像素間距的三分之一，并且沿y軸移位約像素間距的三分之一。在這個圖中，初始層35a的整個中心區(qū)域已經(jīng)被照射至少一次。在實踐中，第一、第二和第三像素組的三個投影的交叉處的一些局部區(qū)域在總接收能量高于第一預(yù)定能量閾值t1時實際上聚合。然而，一些先前未聚合的區(qū)域32b僅
接收一次或兩次照射，所接收的總固化能量嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值t1。因此，在第三像素組的投影之后，先前未充分聚合的區(qū)域32b仍處于中間狀態(tài)。在實踐中，這些區(qū)域?qū)⒏嗟鼐酆?，形成一個或多個與初始層35a重疊的層。然而，與僅使用一組像素在一次提供jacobs能量e
j
的過程相比，根據(jù)本實施例的中心區(qū)域35a示出了改進(jìn)的轉(zhuǎn)化率和聚合動力學(xué)的均勻性。在此第一實施例中，其他層以與初始層35a相同的方式形成。
[0132]
為了開發(fā)此第一實施例的另一說明性示例，像素區(qū)500被細(xì)分為9個區(qū)域并且相關(guān)聯(lián)的像素間區(qū)被分成7個區(qū)域。這種細(xì)分在圖13中被表示，因此定義了16個不同的區(qū)域z1、z2、z3、z4、z5、z6、z7、z8、z9、z
10
、z
11
、z
12
、z
13
、z
14
、z
15
、z
16
。先前定義的投射像素組同時覆蓋9個區(qū)域(如圖13中的陰影區(qū)域所示)。
[0133]
在第一實施例的這個變型中，數(shù)量n是等于4的整數(shù)。換言之，這意味著需要四個投射像素組(因此需要四個固化表面能的組合)來聚合初始層。
[0134]
僅就像素區(qū)500而言，僅考慮這四個像素組的相繼投影，圖14至圖17示出了16個被相繼照射的區(qū)域z1、z2、z3、z4、z5、z6、z7、z8、z9、z
10
、z
11
、z
12
、z
13
、z
14
、z
15
、z
16
。這里，我們重點關(guān)注一個像素區(qū)500的16個區(qū)域z1、z2、z3、z4、z5、z6、z7、z8、z9、z
10
、z
11
、z
12
、z
13
、z
14
、z
15
、z
16
(即使在這些圖中表示了一些其他像素區(qū))。
[0135]
圖14示出了在第一像素組的投影中被照射的9個區(qū)域。如這個圖中可見的，僅陰影區(qū)域z1、z2、z3、z4、z5、z6、z7、z8、z9被直接照射。
[0136]
第二像素組的投影移位，這里是在x方向上滑動。圖15示出了像素區(qū)500的狀態(tài)。由于第二像素組的投影覆蓋住第一像素組的投影，所以一些區(qū)域，這里是z3、z6、z9，被第二次照射。一些區(qū)域z2、z5、z8、z
10
、z
11
、z
12
僅被直接照射一次，而一些區(qū)域z
13
、z
14
、z
15
、z
16
沒有接收到前兩次照射之一。
[0137]
第三像素組的投影移位，這里是在圖15中的
?
y方向上的滑動。圖16示出了像素區(qū)500的狀態(tài)。由于第三像素組的投影覆蓋住第一和第二像素組的投影，一個區(qū)域z9被第三次直接照射。一些區(qū)域z3、z6、z9、z
12
在此投影之后接收到兩次照射。一些其他區(qū)域z1、z2、z4、z5、z7、z8、z
10
、z
11
、z
15
、z
16
僅接收一次照射。兩個區(qū)域z
13
、z
14
仍然不直接接收三次照射之一。
[0138]
第四像素組的投影移位，這里是在圖16的
?
x方向上滑動。圖17示出了像素區(qū)500的狀態(tài)。由于第四像素組的投影覆蓋住與第一、第二和第三像素組的投影，因此一個區(qū)域z9被第四次直接照射。一些區(qū)域z3、z6、z7、z8、z
12
、z
15
在此投影之后接收兩次照射。其他區(qū)域僅接收一次照射。
[0139]
然而，應(yīng)當(dāng)注意，第二、第三和第四像素組的投影覆蓋住相鄰像素區(qū)、特別是所述相鄰像素區(qū)的特定區(qū)域。相應(yīng)地，考慮到材料塊體內(nèi)的像素區(qū)500，該像素區(qū)被其他相鄰像素區(qū)500包圍，這些相鄰像素區(qū)的對應(yīng)像素組可以與像素區(qū)500重疊。
[0140]
相應(yīng)地，應(yīng)理解像素區(qū)500的每個像素區(qū)域整體接收的正確照射率，必須將來自與像素區(qū)500對應(yīng)的投影的照射考慮在內(nèi)，但來自與相鄰像素區(qū)對應(yīng)的投影的照射也必須被考慮在內(nèi)。
[0141]
因此，在本示例中，使用層內(nèi)的4個上述投射像素組，區(qū)域z1、z3、z7、z9，即對應(yīng)于像素區(qū)500的表面的25％，已經(jīng)接收到對應(yīng)于4次照射的能量，這里足以是比第一預(yù)定能量閾值t1更多的能量。進(jìn)一步地，區(qū)域z2、z4、z6、z8、z
10
、z
12
、z
13
、z
15
，即：與像素區(qū)500對應(yīng)的表面的50％，只接收到2次照射，這里低于第一閾值t1，甚至低于臨界jacobs能量e
c
。最終，區(qū)域
z5、z
11
、z
14
、z
16
，即與像素區(qū)500對應(yīng)的表面的25％，僅接收到一次照射。進(jìn)一步地，在這種情況下，像素區(qū)500的已經(jīng)接收到給定照射值的每個群組區(qū)域以最均勻的可能方式散開。
[0142]
相應(yīng)地，第一實施例可以在其表面的約75％上遵守第二實施例(如下所述)的條件，因為固化能量的2次照射的總和通常低于jacobs能量，并且常常低于臨界jacobs能量e
c
，而4次照射的總和高于jacobs能量。相應(yīng)地，這種情況或照射之間的位移的數(shù)量或布置不同的類似情況可以被包括作為第二實施例的邊界情況。
[0143]
進(jìn)一步地，如果第二層形成在第一層上，類似的4個投射像素組稍微移位以反轉(zhuǎn)像素區(qū)500的與第一層相比或多或少受到照射的區(qū)域部分，經(jīng)過2個層后，像素區(qū)500的所有區(qū)域都應(yīng)該接收到大約相同的能量，即：4或5次照射。此教導(dǎo)可以加以必要修改適用于具有照射之間的移位的數(shù)量和布置不同的類似情況。
[0144]
圖6和圖7表示了均相聚合的第二實施例。第二實施例例如通過幾層可固化材料來執(zhí)行。
[0145]
在描述第二實施例之前，我們可以在圖10中觀察到穿過由不同層形成的光學(xué)元件的深度d照射可固化材料的固化表面能的傳輸。
[0146]
光學(xué)元件這里通過不同層l
n
?6、l
n
?5、l
n
?4、l
n
?3、l
n
?2、l
n
?1和l
n
的疊置而形成，初始層為l
n
?6，最后一個層為l
n
。
[0147]
曲線f1對應(yīng)于比臨界jacobs能量e
c
更高的固化表面能施加在每一層上以完全使層固化然后將另一層置于這個層上的一般現(xiàn)有技術(shù)。如前所說明的，對應(yīng)的層因此被直接硬化。固化表面能傳輸通過層的效率不高，并且不同層之間的不連續(xù)性是明顯的(圖12中也示出了這些不連續(xù)性)。
[0148]
在圖10中，曲線f2是指本發(fā)明，特別是指在照射至少另一層之后達(dá)到臨界jacobs能量e
c
、以及在至少另外兩個層之后達(dá)到j(luò)acobs能量的情況(如圖中所示，因為層l
n
?1的底部的能量小于臨界jacobs能量e
c
，意味著并未完全使層l
n
?1變?yōu)楣腆w。在這種情況下，在將另一個層置于其上方之前施加到每一個層上的固化表面能低于臨界jacobs能量e
c
。如前所介紹的，在這種照射下，層處于液態(tài)與固態(tài)之間的中間狀態(tài)。層的硬化發(fā)生在相繼的照射上，直到達(dá)到固態(tài)。由于不同的層處于這種中間狀態(tài)，層之間的不連續(xù)性不如使用曲線f1觀察到的不連續(xù)性重要(這種效果出現(xiàn)在圖11中)。
[0149]
根據(jù)第二實施例(如前述第一實施例)，確定初始圖像圖案和相關(guān)聯(lián)的初始像素組以在可固化材料50的表面上施加第一固化表面能e1。第一固化表面能e1嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值t1(這里是臨界jacobs能量e
c
)且高于第二預(yù)定能量閾值t2(這里是誘導(dǎo)表面能e
i
)。
[0150]
此初始像素組被投射到支撐件15上方的可固化材料的表面上。形成初始層35c。然而，由于第一固化表面能e1嚴(yán)格低于臨界jacobs能量e
c
，被照射的可固化材料處于中間狀態(tài)。這種中間狀態(tài)意味著初始層35c至少部分地聚合。
[0151]
應(yīng)提醒的是，第一預(yù)定能量閾值t1也可以是給定層厚度的jacobs能量e
j
。進(jìn)一步地，應(yīng)當(dāng)注意，在本發(fā)明的情況內(nèi)，特別是此第二實施例，為了在兩次或更多次照射中達(dá)到第一預(yù)定能量閾值t1同時每次單獨照射低于第一預(yù)定能量閾值t1，第一固化表面能e1最一般地低于或等于第一預(yù)定能量閾值t1的2/3，或者甚至是第一預(yù)定能量閾值t1的一半，或者甚至更低。如果光深度穿透值d
p
大于兩個層的厚度，則jacobs能量e
j
的2/3低于臨界jacobs
能量e
c
。因此，如果第一預(yù)定能量閾值t1是jacobs能量e
j
，在大多數(shù)實際情況下，第一固化表面能e1實際上低于臨界jacobs能量e
c
。換言之，可以將本發(fā)明描述為使得第一固化表面能e1低于第一預(yù)定能量閾值t1(優(yōu)選地低于或等于臨界jacobs能量e
c
)而第一固化表面能e1、第二固化表面能e2和在第一與第二固化表面能之間的接收的可能中間固化表面能的總和大于或等于主要的第一預(yù)定能量閾值t1、優(yōu)選地大于或等于給定層厚度的jacobs能量e
j
。
[0152]
換言之，在這個第二實施例中，直接施加到層上的第一固化表面能e1低于第一預(yù)定能量閾值t1并且直接和間接地施加到層上的總固化表面能(即直接的或通過其他層)大于或等于第一預(yù)定能量閾值t1。
[0153]
此預(yù)定能量閾值t1可以等于臨界jacobs能量e
c
。然而，e
c
的值是憑經(jīng)驗達(dá)到的，并且容易出現(xiàn)測量錯誤，這就是為什么我們優(yōu)選考慮jacobs能量e
j
、并且優(yōu)選使用制造工藝的原因，根據(jù)該制造工藝，在至少兩個另外的層的照射之后達(dá)到j(luò)acobs能量。實際上，在這種情況下，取決于材料，可以使用包含在計算的jacobs能量的三分之一與一半之間的固化表面能，從而確保有效固化表面能將小于臨界jacobs能量，盡管有任何測量誤差。
[0154]
圖6示出了初始層35c的側(cè)視圖的示例。初始層35c包括中間狀態(tài)區(qū)域30c(被直接照射并且正在發(fā)生聚合，下文中被稱為亮區(qū)域)和未充分聚合的區(qū)域32c(未被直接照射，并且對于簡化的示例，被認(rèn)為是未聚合的)的交替。未充分聚合的區(qū)域32c對應(yīng)于前述陰影區(qū)域并且源自微鏡8之間的空隙。
[0155]
根據(jù)第二實施例，陰影區(qū)域32c在初始層35c的頂部上形成一個或幾個其他層期間被補償，其方式為使得每個層的陰影區(qū)域32c不重疊。
[0156]
每個其他層都是基于具有對應(yīng)固化表面能的至少一次照射而制造的。在實踐中，確定不同層上的可固化材料的表面的照射數(shù)量h，使得每個對應(yīng)的固化表面能的一部分被第一初始層的至少一部分接收，并且h次照射均足夠并且對于第一初始層的所述部分接收與第一預(yù)定能量閾值t1對應(yīng)的固化表面能是必要的，該固化表面能這里是jacobs能量e
j
。換言之，數(shù)量h對應(yīng)于第一初始層在形成多個疊置層期間接收的照射數(shù)量，以便接收jacobs能量e
j
。換言之，為了遵守數(shù)量h的確定值，在h
?
1次照射期間所考慮的層接收的能量的總和(每個能量直接或穿過其他層被接收)低于固體預(yù)定能量閾值t
s
，并且在h次照射期間所考慮的層接收的能量的總和(直接或通過其他層被接收)大于或等于固體預(yù)定能量閾值t
s
。換言之，為了遵守數(shù)量h的確定值，必須選擇第一固化表面能(e1)，以光深度穿透值d
p
為模，使得h
?
1乘以第一固化表面能e1小于第一預(yù)定能量閾值t1，且h乘以第一固化表面能e1大于或等于第一預(yù)定能量閾值t1。
[0157]
在此實施例中，因為每個層產(chǎn)生單次照射，所以數(shù)量h對應(yīng)于照射的總數(shù)。相應(yīng)地，一旦層被層的對應(yīng)固化表面能照射，部分能量用于這個層內(nèi)以開始這個層的可固化材料的聚合，而部分能量傳輸?shù)揭呀?jīng)存在的層，與固化表面能重疊。在那些層內(nèi)，部分能量在最近的層內(nèi)使用以促進(jìn)可固化材料的聚合，而其余部分在可固化材料內(nèi)進(jìn)一步傳輸。
[0158]
在變型中，我們可以考慮另一種情況，即第一和第二實施例之間的混合。在此變型中，該方法包括照射這些層的h個步驟，這些步驟中的一些或全部步驟包括直接照射同一層多于一次的子步驟(一些層接收多于一次的直接照射)。
[0159]
在第二實施例中，每一層直接接收的每個對應(yīng)的固化表面能高于第二預(yù)定能量閾值t2。選擇h個相應(yīng)固化表面能的值，使得在與h個固化表面能重疊的體素部分中，第一固化
表面能e1和每個體素接收的對應(yīng)固化表面能的總和大于或等于固體預(yù)定能量閾值t
s
(以便聚合初始層的整個厚度)。
[0160]
根據(jù)本發(fā)明的實施例，數(shù)字h是大于或等于3的整數(shù)，其定義了所用過程的動力學(xué)。接收到的每個對應(yīng)的固化表面能取決于可固化材料內(nèi)的可固化表面能的深度穿透值d
p
，因此考慮了可固化材料的光吸收。換言之，如果有必要，每個對應(yīng)的表面能都需要足以穿過幾個層以便聚合特定的體素。
[0161]
根據(jù)本發(fā)明的實施例，層數(shù)h和層厚被確定為使得層數(shù)h與層厚的乘積等于或小于可固化材料內(nèi)的可固化表面能的光深度穿透值d
p
。在實踐中，為了補償給定層中的陰影區(qū)域，形成此給定層的可固化表面能的輪廓的投射像素組相對于形成在給定層之上或下的一層或多層的可固化表面能的輪廓的投射像素組移位。因此，在實施例中，光深度穿透值d
p
足夠高以限制投射像素組的像素之間的可固化材料狀態(tài)的局部變化，并且因此可以大于上述層數(shù)乘以層厚的乘積。
[0162]
根據(jù)第二實施例，以實際的方式，在形成初始層35c之后，已經(jīng)被第一可固化表面能e1照射，在其頂部上添加一部分未固化的可固化材料以形成新的層。這部分未固化的可固化材料放置在初始層35c與能量源之間。在實踐中，可固化材料例如由重涂器12添加。作為替代方案，支撐件15(支承初始層35c)可以通過移位裝置20豎直移動，以便將初始層35c浸入可固化材料中，以便在膜的幫助下或沒有膜的幫助下載初始層35c的頂部上添加一些液體可固化材料(對應(yīng)于未固化的可固化材料)。
[0163]
在用另一投射像素組照射此液體可固化材料(或未固化的可固化材料)之前，以使得投射另一像素組以便覆蓋陰影區(qū)域32c的方式調(diào)整制造系統(tǒng)1。在實踐中，支撐件15可以沿著與可固化材料的表面明顯平行的軸線移位。作為操作上更簡單的替代方案，可以以使得另一投射像素組移位并投射在陰影區(qū)域32c上的方式調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)4。
[0164]
如圖7所示，在初始層35c的頂部上形成另一個層37c，使得與上述亮區(qū)域?qū)?yīng)的、照射另一個層37c的至少一部分可固化表面能的像素覆蓋住至少一個未聚合的區(qū)域32c。通過重復(fù)此步驟，由于對應(yīng)的固化表面能傳輸穿過不同層，與h次照射重疊的初始層35c的部分被聚合成被認(rèn)為是固體的狀態(tài)，這是因為第一固化表面能和其他固化表面能的總和高于或等于固體預(yù)定能量閾值t
s
。應(yīng)提醒的是，術(shù)語“未聚合”用于區(qū)域32c，因為示例是為了簡化如上所述的說明而呈現(xiàn)的。在實踐中，未聚合的區(qū)域32c可能稍微聚合，即使聚合低于亮區(qū)域30c。
[0165]
在管理或不管理陰影區(qū)域的情況下，這種方法的優(yōu)點在于疊置層的可固化材料可以自己組織，方式為由于在處于物質(zhì)中間狀態(tài)時發(fā)生的層間塌陷過程，層的材料相互滲透(這減少了缺陷)。為此，需要高度控制光劑量分布。特別地，相鄰體素之間的物質(zhì)狀態(tài)的變化越小，缺陷減少得越好。圖11和圖12分別示出了在本發(fā)明的情況下和在本發(fā)明人所理解的現(xiàn)有技術(shù)的情況下可固化材料的布置的簡化圖示，不受理論的約束。如圖12(表示現(xiàn)有技術(shù))中可見的，幾個層l
n
?1、l
n
?2、l
n
?3、l
n
?4處于固態(tài)s。然而，當(dāng)用高于臨界jacobs能量e
c
的固化表面能照射每個層時，每個層獨立于其他層變?yōu)楣虘B(tài)s，特別是每個層在形成另一層之前都處于固態(tài)s。因此特別是在層之間的界面處觀察到不連續(xù)的材料特性。如關(guān)于本發(fā)明的圖11所示，層l
n
?3、l
n
?4處于固態(tài)s，層l
n
?1、l
n
?2處于中間狀態(tài)in并且層n是仍處于液態(tài)l。當(dāng)以疊置層可以自己組織的方式照射可固化材料時，可以觀察到連續(xù)的材料特性。
[0166]
使用本發(fā)明的此實施例因此提高了關(guān)于與使用材料層的疊置相關(guān)的光學(xué)缺陷的光學(xué)質(zhì)量。實際上，已經(jīng)注意到具有一堆多個層的光學(xué)裝置的形成引起圖案重復(fù)，該圖案重復(fù)由層的芯與兩個層之間的界面之間的光學(xué)特性的變化形成。光學(xué)特性的這種重復(fù)交替會引起衍射缺陷的形成，下文中是堆疊缺陷，即使在光學(xué)特性輕微變化的情況下。如果光學(xué)裝置被構(gòu)建成層與光學(xué)軸線明顯平行布置，則這些堆疊缺陷甚至?xí)M(jìn)一步明顯。
[0167]
相應(yīng)地，使用本發(fā)明，從一層到另一個層的過渡更加均勻并且那些堆疊缺陷被最小化甚至避免。
[0168]
進(jìn)一步地，如果附加地與上述陰影區(qū)域的管理結(jié)合使用，則關(guān)于與使用像素化能量源或光學(xué)系統(tǒng)4相關(guān)的光學(xué)缺陷的光學(xué)質(zhì)量進(jìn)一步改善。
[0169]
我們考慮說明性示例a，其中可固化材料基于甲基丙烯酸酯單體，實驗地確定的臨界jacobs能量e
c
的值為7mj，并且光深度穿透值d
p
為200。為了構(gòu)建厚度為10μm的層，第一閾值(這里等于jacobs能量e
j
)因此將是t1＝7.56mj(＝e
j
)。第二閾值為約t2＝0.12mj。
[0170]
選擇第一固化表面能以驗證以下關(guān)系t2<e1＝3.2mj<t1，引起在照射約2個另外的層之后達(dá)到第一閾值。
[0171]
考慮到之前在圖13中介紹的像素區(qū)的細(xì)分，示例a對應(yīng)于沒有移位不同像素組的投影的情況。
[0172]
圖18示出了在此示例a的情況下隨相繼照射而變的轉(zhuǎn)化率c
v
的演變。此圖中區(qū)分了兩條曲線。
[0173]
曲線c1是水平的，對應(yīng)于接近0的轉(zhuǎn)化率。此曲線c1對應(yīng)于像素區(qū)的未接收照射的區(qū)域。考慮到投射像素組是圖14中表示的投射像素組，因此曲線c1示出了未被直接照射的區(qū)域z
10
、z
11
、z
12
、z
13
、z
14
、z
15
、z
16
的轉(zhuǎn)化率的演變。由于像素組的投影在照射過程中沒有移位，因此這些區(qū)域z
10
、z
11
、z
12
、z
13
、z
14
、z
15
、z
16
仍然沒有被直接照射。這些區(qū)域因此對應(yīng)于前述未聚合的區(qū)域32c。
[0174]
如圖18中關(guān)于曲線c2可見的，對于像素區(qū)的一些其他區(qū)域，轉(zhuǎn)化率c
v
在照射過程中升高?？紤]到投射像素組是圖14中表示的投射像素組，因此曲線c1示出了被直接照射的區(qū)域z1、z2、z3、z4、z5、z6、z7、z8、z9的轉(zhuǎn)化率的演變。隨著這些區(qū)域被照射幾次，轉(zhuǎn)化率c
v
會升高，直到達(dá)到100％最大轉(zhuǎn)化率。對應(yīng)的區(qū)域z1、z2、z3、z4、z5、z6、z7、z8、z9因此完全固化(并且對應(yīng)于先前介紹的亮區(qū)域30c)。
[0175]
如圖18中可見的，兩種區(qū)域在轉(zhuǎn)化率方面存在很大差異，從而導(dǎo)致缺陷的形成。
[0176]
應(yīng)提醒的是，此示例a是現(xiàn)實發(fā)生的情況的簡化版本，因此在實踐中未聚合的區(qū)域32c最終可能接近完全聚合。然而，該模型顯示它們的聚合在模式、動力學(xué)和節(jié)奏方面與區(qū)域30c完全不同。
[0177]
我們考慮另一個說明性示例，在下面被稱為示例b，使用基于具有7mj的臨界jacobs能量e
c
和200的光深度穿透值d
p
的值的甲基丙烯酸酯單體的相同可固化材料。為了構(gòu)建厚度為10μm的層，第一閾值(這里等于jacobs能量e
j
)因此將是t1＝7.56mj(＝e
j
)。第二閾值為約t2＝0.2mj。
[0178]
選擇第一固化表面能以驗證以下關(guān)系t2<e1＝2.33mj<t1，引起在照射大約2個另外的層之后達(dá)到第一閾值。對于達(dá)到第一閾值的照射總數(shù)，h＝3。
[0179]
關(guān)于每個層的投射圖像的特征，參數(shù)如下：
[0180]
?
像素大小＝30
×
30um
[0181]
?
陰影區(qū)域大?。?0
×
30um
[0182]
考慮到先前在圖13中介紹的像素區(qū)的細(xì)分，示例b對應(yīng)于不同像素組的投影相互移位的情況。這里，投影根據(jù)圖14到圖17中所呈現(xiàn)的方案移位(第一個沿x方向，第二個沿
?
y方向，第三個沿
?
x方向)。在實踐中，示例b展示了第二實施例。因此，像素組的投影的每個位移都與新的層關(guān)聯(lián)。
[0183]
圖19示出了在此示例b的情況下隨相繼照射而變的轉(zhuǎn)化率c
v
的演變。此圖中區(qū)分了九條曲線。
[0184]
每條曲線對應(yīng)于像素區(qū)500的至少一個區(qū)域。
[0185]
如此圖中可見的，與曲線c
11
關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)化率平滑地演變。這意味著對應(yīng)區(qū)域被不同像素組的所有投影直接照射?？紤]到先前介紹的像素區(qū)500的細(xì)分，曲線c
11
對應(yīng)于區(qū)域z1、z3、z7、z9。由于這些區(qū)域始終受到照射，因此轉(zhuǎn)化率c
v
逐漸升高，直至達(dá)到100％的最大轉(zhuǎn)化率。
[0186]
與曲線c3關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)化率每階段升高。在第一次照射期間，不直接照射對應(yīng)區(qū)域。因此，轉(zhuǎn)化率仍然接近于0。當(dāng)像素組的投影移位時，例如在第四次照射時照射此區(qū)域。因此，在像素組的投影循環(huán)期間，此區(qū)域僅被照射一次。然而，由于每一次照射都與在已經(jīng)構(gòu)建的層的頂部上形成新的層關(guān)聯(lián)，因此實際到達(dá)該區(qū)域的固化表面能低于其他區(qū)域直接接收的表面能(因為一部分被頂部的層吸收)。因此轉(zhuǎn)化率較低。
[0187]
在曲線c4、c5、c7、c8、c9中觀察到的演變關(guān)于形式上類似于曲線c3所描述的演變(因此可以使用相同的推理得出)。
[0188]
曲線c3、c4、c5對應(yīng)于投影循環(huán)期間被直接照射一次的區(qū)域z5、z
11
、z
14
、z
16
。
[0189]
然而，曲線c7、c8、c9表示的區(qū)域的轉(zhuǎn)化率較高，因為這些區(qū)域?qū)?yīng)于在投影循環(huán)期間被照射兩次的區(qū)域z2、z4、z6、z8、z
10
、z
12
、z
13
、z
15
。應(yīng)當(dāng)注意，將示例b與示例a進(jìn)行比較顯示，當(dāng)使用旨在管理陰影區(qū)域的方法時，轉(zhuǎn)化率和聚合動力學(xué)或節(jié)奏的均勻性得到改善。實際上，示例b中的轉(zhuǎn)化率變化比示例a中的要小得多。根據(jù)示例b制造的鏡片與根據(jù)示例a制造的鏡片相比，與形成單元3的像素關(guān)聯(lián)的衍射缺陷強度更小。兩種情況均根據(jù)第二實施例，并且設(shè)法減少或消除堆疊衍射缺陷。
[0190]
圖2所示且之前描述的制造系統(tǒng)2適合用于執(zhí)行用于使用增材制造技術(shù)來制造光學(xué)元件的方法。這里介紹的方法的示例是在逐層制造的情況下進(jìn)行描述的。光學(xué)元件因此由不同聚合層的疊置形成。作為替代方案，該方法也可以適合用于根據(jù)其他增材制造技術(shù)(不同于層的疊置)來制造光學(xué)元件。
[0191]
該方法與鏈增長聚合(又稱為加成聚合)或逐步增長聚合(又稱為縮聚合)相容。
[0192]
在該方法開始之前，并考慮要制造的光學(xué)元件，計算機元件6為光學(xué)元件的每個體素確定它將接收的能量以及此體素的物質(zhì)的狀態(tài)和/或聚合速率和/或聚合動力學(xué)。換言之，計算機元件6確定達(dá)到預(yù)期的可固化物質(zhì)的狀態(tài)或期望的聚合的轉(zhuǎn)化率或動力學(xué)所需的照射步驟的數(shù)量以及在每個步驟將提供多少能量。
[0193]
基于這些參數(shù)，計算機元件6這里推導(dǎo)出制造光學(xué)元件100需要形成的層數(shù)、為了可固化材料變?yōu)楣腆w而每層的每個體素必須接收的照射數(shù)量、為了給定層的可固化材料成為固體所使用的不同層的照射數(shù)量h以及相關(guān)聯(lián)的固化表面能。沿著層的堆疊軸線并且可
能在每個層內(nèi)確定所有這些參數(shù)以便制造均勻聚合的光學(xué)元件。
[0194]
特別地，計算機元件6可以將可以在像素組的每個像素的投影之間形成的陰影區(qū)域考慮在內(nèi)。計算機元件6因此還推導(dǎo)出要投影在可固化材料的表面上的像素組的數(shù)量n(因此對應(yīng)于投射圖像的數(shù)量n)。
[0195]
還確定像素組的每個投影相對于其他像素組的相對位置。作為示例，投射像素組的數(shù)量n高于每個體素的各自照射的數(shù)量h，這意味著當(dāng)投射n個像素組時，各個體素的一定比例用比第一預(yù)定能量閾值t1更大的能量照射。作為示例，此比例等于50％，意味著體素體積的一半接收至少第一預(yù)定能量閾值t1。如果數(shù)量n大于數(shù)量h，則在投影第n個像素組之前，每個體素的一部分可能已經(jīng)累積接收到第一預(yù)定能量閾值t1。該方法開始于提供未固化的可固化材料50的初始部分的步驟。在實踐中，這意味著例如移動支撐件15以將其浸入并在支撐件15的頂部具有未固化(或液體)可固化材料50的初始部分。作為替代方案，可固化材料的初始部分可以由重涂器12提供。在實施例中，可固化材料的初始部分50設(shè)置在另一個體積的可固化或固化或部分固化的材料上。
[0196]
該方法然后包括確定與能量源2的第一像素組相關(guān)聯(lián)的第一圖像圖案的步驟。此第一像素組與第一固化表面能e1的施加相關(guān)聯(lián)。此確定步驟之后是將第一像素組投射到可固化材料的表面上的步驟。因此，第一像素組定義了具有第一輪廓的第一投射圖像。
[0197]
因此，這些確定和投影步驟產(chǎn)生形成光學(xué)元件的第一部分的步驟。如前面參考圖3和圖6所提到的，在這個階段，第一部分沒有完全聚合(第一部分處于中間狀態(tài))。在實踐中，第一部分的轉(zhuǎn)化率盡可能低，這取決于第二預(yù)定能量閾值、光深度穿透值和制造速度。較低的起始轉(zhuǎn)化率，對應(yīng)于在達(dá)到j(luò)acobs能量e
j
之前的大的層數(shù)h，允許層之間更好的材料特性連續(xù)性和相鄰部分的更好的相互滲透。
[0198]
為了均勻聚合第一部分(和整個光學(xué)元件)，本方法優(yōu)選地基于先前呈現(xiàn)的第二實施例。作為替代方案，該方法可以基于所述實施例的變化，其中引入了第一實施例的教導(dǎo)，只要在形成另一層之前由層直接接收的表面能低于第一預(yù)定能量閾值t1、優(yōu)選地低于體素的至少70％子部分硬化、優(yōu)選地至少80％、更優(yōu)選地體素的任何部分硬化的臨界jacobs能量e
c
即可。作為替代方案，該方法可以基于先前介紹的第一實施例。
[0199]
作為另一個替代方案，該方法可以基于第一實施例和第二實施例的組合。在這種情況下，通過組合用于形成層的照射和在每個形成的層上照射來形成光學(xué)元件。作為示例，形成光學(xué)元件的方案可以是：形成第一層，然后對此第一層照射兩次(在兩個投影之間有位移)，然后形成第二層，然后遵循移動循環(huán)對第二層照射三次照射(以及通過可固化能量傳輸穿過第二層對第一層進(jìn)行照射)。在這樣的實施例中，在不背離本發(fā)明的這個實施例的情況下，每層的照射數(shù)量可以從一次調(diào)到大約5次或6次或更多。
[0200]
在實踐中，第一層可以如以上關(guān)于第一實施例所述的那樣接收4次照射，考慮到4次照射不足以達(dá)到j(luò)acobs能量e
j
，并且可以在第一層上形成第二層，類似地4個投射像素組稍微移位，以便與第一層相比，將照射差不多的像素部分反轉(zhuǎn)。因此，經(jīng)過2個層后，像素的所有部分都接收到大致相同量的能量，實際上是5次照射。此教導(dǎo)可以加以必要修改適用于具有照射之間的移位的數(shù)量和布置不同的類似情況。換言之，此示例對應(yīng)于具有n＝8個投射像素組的循環(huán)，這些投射像素組被擴散到h＝2層中，被布置成使得沿著循環(huán)，像素的每個部分已經(jīng)被5個照射子步驟照射。在一些變型中，通過形成2個層而達(dá)到j(luò)acobs能量e
j
。在其
他一些變型中，在照射h＝4、6或更多個層后達(dá)到j(luò)acobs能量e
j
。
[0201]
在特定的變型中，每個層可以直接接收n次照射，其中n個投射像素組彼此略微移位，以便用相似量的固化表面能覆蓋可固化材料的整個表面(并因此盡可能均勻地聚合整個初始層)。因此，這幾個像素組需要相繼投射在可固化材料的同一表面上。對應(yīng)的固化表面能因此直接相繼地施加在初始層上，然后將新一層(未固化的)可固化材料添加到此初始層上。然而，與上述第一實施例相比之下，并且根據(jù)上述第二實施例，施加到每個層的n個固化表面能使得它們的總和高于第二預(yù)定能量閾值t2并且它們的總和嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值t1。確定n個固化表面能以便將整個初始層聚合成中間狀態(tài)。n個固化表面能因此通過將如在第二實施例中介紹的第一固化表面能e1分配給幾個投射像素組來確定。初始層接收的這些固化表面能的總和等于第一固化表面能e1，第一固化表面能嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值t1。
[0202]
我們考慮另一個說明性示例，在下面被稱為示例b，使用基于具有7mj的臨界jacobs能量e
c
和200的光深度穿透值d
p
的值的甲基丙烯酸酯單體的相同可固化材料。為了構(gòu)建厚度為10μm的層，第一閾值(這里等于jacobs能量e
j
)因此將是t1＝7.56mj(＝e
j
)。第二閾值為約t2＝0.2mj。
[0203]
選擇第一固化表面能e1以驗證以下關(guān)系t2<e1＝2.33mj<t1，引起在照射大約2個另外的層之后達(dá)到第一閾值。對于達(dá)到第一閾值的照射總數(shù)，h＝3。
[0204]
進(jìn)一步地，在本實施例中，每層分4個像素組被直接照射4次，每組相繼對每個層直接施加一次：與每個像素組的投影相關(guān)聯(lián)的推導(dǎo)出的固化表面能＝e1/(1+3)＝0.8mj。
[0205]
關(guān)于投射圖像的特征，參數(shù)如下：
[0206]
?
像素大?。?0
×
30um
[0207]
?
陰影區(qū)域大?。?0
×
30um
[0208]
考慮之前在圖13中介紹的像素區(qū)的細(xì)分，示例c與第一實施例和第二實施例的組合對應(yīng)(在這種情況下，4個像素組的投影通過一層相互移位并且是形成其他層時重復(fù))。這里，在一個層當(dāng)中，投影根據(jù)圖14到圖17中所呈現(xiàn)的方案移位(第一個沿x方向，第二個沿
?
y方向，第三個沿
?
x方向)。在實踐中，示例b展示了第二實施例。
[0209]
圖20示出了在此示例c的情況下隨相繼照射而變的轉(zhuǎn)化率c
v
的演變。在這個圖中區(qū)分了三條曲線。
[0210]
每條曲線對應(yīng)于像素區(qū)500的至少一個區(qū)域。
[0211]
如這個圖中可見的，根據(jù)此示例c，當(dāng)像素500的每個區(qū)域被直接照射至少一次時(當(dāng)?shù)谝粚嵤├偷诙嵤├@里組合時)，轉(zhuǎn)化率平滑地演變。然而，轉(zhuǎn)化率的大小根據(jù)像素區(qū)500的每個區(qū)域接收的照射數(shù)量而不同。
[0212]
轉(zhuǎn)化率最低的曲線c
20
對應(yīng)于每個層僅被直接照射一次的區(qū)域，這里是區(qū)域z5、z
11
、z
14
、z
16
。轉(zhuǎn)化率中等的曲線c
21
對應(yīng)于每層被直接照射兩次的區(qū)域，這里是z2、z4、z6、z8、z
10
、z
12
、z
13
、z
15
。轉(zhuǎn)化率最高的曲線c
22
對應(yīng)于每層被照射四次的區(qū)域，這里是z1、z3、z7、z9。
[0213]
第二實施例的這個變型顯示，與示例b相比，其也是有趣的解決方案。然而，關(guān)于過程持續(xù)時間和計算方面，其成本要高得多，因為每個層都必須被照射多次，這里是4次，然后轉(zhuǎn)換到另一個層，而在第二實施例的另一變型中，每個層僅被直接照射一次。
[0214]
在實踐中，該方法包括提供未固化的可固化材料和照射可固化材料的表面的h個
步驟，包括提供第一層的第一步驟，使得每個對應(yīng)的固化表面能的一部分(對應(yīng)與每次照射)通過傳輸穿過不同層而被光學(xué)元件的形成的第一層的至少一部分接收。
[0215]
取決于不同的情況下，通過照射所有的h層而提供到第一層的固化表面能的總和可以使得在照射第h個層后達(dá)到第一預(yù)定能量閾值t1。可替代地，第一層的至少一次照射幾乎達(dá)到第一預(yù)定能量t1閾值，使得第二層的第一次照射通過傳輸?shù)降谝粚觼硖峁┳銐虻哪芰?，使得在第一層?nèi)達(dá)到第一預(yù)定能量t1閾值。能量通過h個層附加傳輸?shù)降谝粚幽軌蜻M(jìn)一步固化可固化材料并且可能固化陰影區(qū)域。上述兩種情況之間的任何變化都是可能的。
[0216]
在實踐中，每個照射步驟都與至少一個圖像圖案和用于施加對應(yīng)的固化表面能的相關(guān)聯(lián)的像素組的確定以及定義相關(guān)聯(lián)的投射圖像的這個像素組的投影相關(guān)聯(lián)。在實施例中，關(guān)于第一部分的位置，與每個照射步驟相關(guān)聯(lián)的投影相對于先前的投影移位。換言之，這意味著投射像素組的相對位置是相對于另一組投射像素定義的，使得該投射像素組中的至少一個像素至少部分地覆蓋住另一投射像素組的兩個像素。
[0217]
在實踐中，支撐件15可以沿著與可固化材料的表面明顯平行的軸線移動。另一種配置是調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)4的設(shè)置(例如位置和/或取向)。
[0218]
在這種情況下，一個照射步驟與例如用中間固化表面能至少部分地照射光學(xué)元件的形成的第一部分對應(yīng)。此照射步驟與圖像圖案和用于施加中間固化表面能的相關(guān)聯(lián)的像素組的確定以及定義相關(guān)聯(lián)的投射圖像的這個像素組的投影相關(guān)聯(lián)。第一固化表面能e1與中間固化表面能的總和嚴(yán)格低于第一預(yù)定能量閾值t1，這意味著在這個照射步驟之后，光學(xué)元件的第一部分仍處于中間狀態(tài)。
[0219]
作為補充或作為替代方案，支撐件15可以沿著明顯正交于可固化材料50的表面55的軸線移位。換言之，支撐件15可以豎直移動以便在支撐件15上、特別是在形成的第一部分周圍提供未固化的可固化材料的第二部分。
[0220]
當(dāng)光學(xué)元件逐層制造時，第二部分例如設(shè)置在光學(xué)元件的第一形成部分的頂部上。圖8表示根據(jù)本發(fā)明制造的眼鏡片200的示例。當(dāng)光學(xué)元件是眼鏡片200時，根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一部分和第二部分因此沿著大致正交于此眼鏡片200的光軸l
l
的軸線l
s
疊置(此光軸l
l
例如在單焦點鏡片的情況下是光穿過鏡片時不會偏離的軸線)。作為替代方案，疊置軸線l
s
相對于此光軸l
l
傾斜超過45度。
[0221]
該方法因此包括確定與能量源2的第二像素組相關(guān)聯(lián)的第二圖像圖案的步驟。此第二像素組與第二固化表面能e2的施加相關(guān)聯(lián)。此第二固化表面能e2高于第二預(yù)定能量閾值t2。此確定步驟之后是將第二像素組投射到可固化材料的表面上的步驟。因此，第二像素組定義了第二投射圖像。
[0222]
因此，這些確定和投影步驟產(chǎn)生形成光學(xué)元件的第二部分的步驟。
[0223]
如果第二部分是光學(xué)元件的制造中最后形成的部分，則第一固化表面能e1與第二固化表面能e2的總和大于或等于第一預(yù)定能量閾值t1，從而允許整個光學(xué)元件聚合成具有jacobs意義的固體(取決于可固化材料，對應(yīng)于高于例如70％、或者60％或80％的轉(zhuǎn)化率)。
[0224]
如果第二部分不是在光學(xué)元件的制造中的最后形成的部分，則在形成此第二部分之后重復(fù)照射和形成其他部分的進(jìn)一步步驟。應(yīng)提醒的是，一些中間照射步驟可能發(fā)生在形成第一部分和第二部分之間，例如用于形成中間部分，比如第三部分和/或第四部分。第一固化表面能e1、與中間照射步驟相關(guān)聯(lián)的每個固化表面能以及第二固化表面能e2的總和
高于第一預(yù)定能量閾值t1。進(jìn)一步的步驟可以例如具有完成第二部分和可能的中間部分的聚合的效果，或者可以進(jìn)一步使第一部分能夠接收比僅僅達(dá)到第一預(yù)定能量閾值t1所需的能量更多的能量，并且因此能夠?qū)崿F(xiàn)比僅通過施加第一預(yù)定能量閾值t1、例如jacobs能量e
j
達(dá)到的轉(zhuǎn)化率更高的轉(zhuǎn)化率。
[0225]
該方法可以進(jìn)一步包括用最后的固化表面能照射光學(xué)元件的形成部分以便聚合光學(xué)元件并且特別是其邊緣的最終步驟。最后的固化表面能這里高于或等于第一預(yù)定能量閾值t1。這種最后的固化，有時又稱為后固化，目的是通過uv和/或熱處理完成聚合和/或放松材料的內(nèi)部應(yīng)力。換言之，最后的照射步驟允許在任何仍處于中間狀態(tài)的部件上施加足以直接獲得例如高于70％、更優(yōu)選高于90％的高轉(zhuǎn)化率的固化表面能。然后完全形成光學(xué)元件。
[0226]
最后，一旦獲得光學(xué)元件，該方法包括一個或多個后加工步驟。這些后加工步驟例如是減材機加工(如拋光)或增材加工(如涂覆)的步驟。在這些后加工步驟之后，光學(xué)元件準(zhǔn)備好使用。