CN103426718A - 平板紫外辐射光源3d打印系统及其光源 - Google Patents

平板紫外辐射光源3d打印系统及其光源 Download PDF

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本发明涉及3D打印领域，平板紫外辐射光源3D打印系统及其光源包括一紫外固化光源、一打印平台，以及一打印执行机构，紫外固化光源采用平板紫外辐射光源，平板紫外辐射光源包括一阳极板，阳极板上设有一紫外荧光粉层；平板紫外辐射光源还包括一场发射阴极阵列，场发射阴极阵列朝向阳极板。因平板紫外辐射光源采用的是场发射阴极阵列，故光源整体呈板状，可以直接设在打印平台上，或者作为打印平台上的物料承接箱，而且板状光源射出的光更加均匀，更重要的是场发射阴极为阵列状，方便对局部进行光强调整，实现对局部的固化。

Description

平板紫外辐射光源3D打印系统及其光源
技术领域
本发明涉及打印领域，具体涉及3D打印领域。 
背景技术
3D打印已经成为一种潮流，并开始广泛应用在设计领域，尤其是工业设计，数码产品开模等，可以在数小时内完成一个模具的打印，节约了很多产品到市场的开发时间。 
3D打印机可以用各种原料打印三维模型，使用3D辅助设计软件，工程师设计出一个模型或原型之后，无论设计的是一所房子还是人工心脏瓣膜，之后通过相关公司生产的3D打印机进行打印，打印的原料可以是有机或者无机的的材料，例如橡胶、塑料、甚至是人体器官，不同的打印机厂商所提供的打印材质不同。 
有人认为3D打印机将掀起又一次工业革命。 
3D打印机有多种类型，其中性价比最高的优选3D激光打印机。美国麻省理工学院向外界展示了他们最新研制的3D打印设备“Form1”。这类激光3D打印设备和现有同类型设备之间的主要区别在于被打印物体的成型方式上，可以获得更精准的打印效果。 
研究人员称，目前市面上销售的家用3D打印机都是采用将融化的ABS塑胶进行压缩后再按照图纸完成逐层的喷涂固化过程，但Form1则采用了更加先进的SLA立体雕刻工艺，该工艺也被称为“光敏树脂选择性固化”技术，这项技术的最大特点就在于，它拥有更高的打印精度。 
3D激光打印机虽然前景很好，但是仍然存在诸多需要改进的地方。比如打印速度慢、设备维护成本高等问题。3D激光打印机中的紫外光源对其性能存在至关重要的影响。 
发明内容
本发明的目的在于，提供一种平板紫外辐射光源3D打印系统及其光源，解决以上技术问题。 
本发明的目的还在于，提供一种平板紫外辐射光源，解决以上技术问题。 
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现： 
平板紫外辐射光源3D打印系统包括一紫外固化光源、一打印平台，以及一打印执行机构，其特征在于： 
所述紫外固化光源采用平板紫外辐射光源，所述平板紫外辐射光源包括一阳极板，所述阳极板上设有一紫外荧光粉层； 
所述平板紫外辐射光源还包括一场发射阴极阵列，所述场发射阴极阵列朝向所述阳极板，所述平板紫外辐射光源的照射方向上设有一汇聚透镜。 
使用场发射阴极阵列可以产生电子束，激发紫外荧光粉层上的紫外荧光粉发出紫外光。所述平板紫外辐射光源的照射方向上设有一汇聚透镜，以便于调整照射在打印平台上的光线强度、照射角度等参数。 
所述平板紫外辐射光源还可以位于所述打印执行机构上，所述阳极板的出光面朝向与所述打印执行机构的喷头的朝向一致。以便对喷头喷出的物料进行照射，加快固化。 
作为一种优选方案，所述紫外荧光粉层是掺杂导电微粒的紫外荧光粉层，所述掺杂导电微粒的紫外荧光粉层的下方固定有一阳极用石英玻璃层； 
所述场发射阴极阵列的上方还设有一阴极用石英玻璃层，所述场发射阴极阵列固定在所述阴极用石英玻璃层的下表面上。 
作为另一种优选方案，所述紫外荧光粉层的上方固定有一导电层，所述紫外荧光粉层的下方固定有一阳极用石英玻璃层； 
所述场发射阴极阵列的上方还设有一阴极用石英玻璃层，所述场发射阴极阵列固定在所述阴极用石英玻璃层的下表面上。 
所述光源还包括一玻璃粉烧结层，所述玻璃粉烧结层的上方连接所述场发射阴极阵列，所述玻璃粉烧结层的下方连接所述导电层或所述掺杂导电微粒的紫外荧光粉层。 
为了方便开关电子束或改变电子束强度，从而实现光源的开关或光源强度的改变，所述玻璃粉烧结层与所述场发射阴极阵列之间还设有一由栅极构成的栅极层。这样通过调整栅极电位就可以开关电子束或改变电子束强度， 进而开关光源或改变光源发出紫外的强度。 
所述场发射阴极阵列的阴极优选呈针状的阴极。所述场发射阴极阵列产生的电子束可以是短脉冲电子束或直流电子束。 
该光源正常工作时，阴极接地，栅极接负电位-50V～-100V，铝膜层接5kV～10kV正高压，阳极高压在场发射针尖阴极处形成强电场，场发射针尖发射电子束，经过高压电场加速的电子穿透铝膜轰击紫外荧光粉，激发出相应波段的紫外光从石英玻璃透射出来。调整栅极电位可以开关电子束或改变电子束强度，进而开关光源或改变光源发出紫外的强度。 
一种平板紫外辐射光源，包括一阳极板，所述阳极板上设有一紫外荧光粉层，其特征在于，所述光源还包括一场发射阴极阵列，所述场发射阴极阵列朝向所述阳极板。使用场发射阴极阵列可以产生电子束，激发紫外荧光粉层上的紫外荧光粉发出紫外光。 
所述紫外荧光粉层可以是长波紫外荧光粉层、中波紫外荧光粉层、短波紫外荧光粉层或真空紫外荧光粉层。 
所述紫外荧光粉层可以是掺杂导电微粒的紫外荧光粉层。或者所述紫外荧光粉层的上方固定有一导电层。导电层用于接入高电位并导出电荷。所述导电层优选为铝膜层。所述导电层还可以是碳纳米管排布成的碳纳米管层。 
所述紫外荧光粉层的下方固定有一阳极用石英玻璃层，所述阳极用石英玻璃层、所述紫外荧光粉层、所述导电层构成所述阳极板。 
所述光源还包括一玻璃粉烧结层，所述玻璃粉烧结层的上方连接所述场发射阴极阵列，所述玻璃粉烧结层的下方连接所述导电层或所述掺杂导电微粒的紫外荧光粉层。生产时，所述导电层和所述场发射阴极阵列间隔1～2mm，通过玻璃粉烧结后在排气台上抽真空。 
为了方便开关电子束或改变电子束强度，从而实现光源的开关或光源强度的改变，所述玻璃粉烧结层与所述场发射阴极阵列之间还设有一由栅极构成的栅极层。这样通过调整栅极电位就可以开关电子束或改变电子束强度，进而开关光源或改变光源发出紫外的强度。 
所述场发射阴极阵列的上方还设有一阴极用石英玻璃层，所述场发射阴极阵列固定在所述阴极用石英玻璃层的下表面上。 
所述阴极用石英玻璃层、所述场发射阴极阵列、所述栅极层构成一阴极 板。较之传统热发射电子枪激发的紫外光源，本发明外形轻薄，易于应于不同用途，同时场发射结构设计易于大规模生产。如果无调紫外光强度需求，可以省略栅极以简化生产加工。 
所述场发射阴极阵列的阴极优选呈针状的阴极。所述场发射阴极阵列产生的电子束可以是短脉冲电子束或直流电子束。 
该光源正常工作时，阴极接地，栅极接负电位-50V～-100V，铝膜层接5kV～10kV正高压，阳极高压在场发射针尖阴极处形成强电场，场发射针尖发射电子束，经过高压电场加速的电子穿透铝膜轰击紫外荧光粉，激发出相应波段的紫外光从石英玻璃透射出来。调整栅极电位可以开关电子束或改变电子束强度，进而开关光源或改变光源发出紫外的强度。 
有益效果：本发明较之传统紫外光源，具有以下优点：无汞、节能、长寿命，发光质量好；较之传统热发射电子枪激发的紫外光源，具有外形轻薄，易于应于不同用途，同时场发射结构设计易于大规模生产的特点。 
附图说明
图1为本发明的平板紫外辐射光源的一种结构示意图。 
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。 
参照图1，平板紫外辐射光源3D打印系统包括一紫外固化光源、一打印平台，以及一打印执行机构，紫外固化光源采用平板紫外辐射光源，平板紫外辐射光源包括一阳极板，阳极板上设有一紫外荧光粉层6；平板紫外辐射光源还包括一场发射阴极阵列2，场发射阴极阵列2朝向阳极板。使用场发射阴极阵列2可以产生电子束，激发紫外荧光粉层6上的紫外荧光粉发出紫外光。因平板紫外辐射光源采用的是场发射阴极阵列2，故光源整体呈板状，可以直接设在打印平台上，或者作为打印平台上的物料承接箱，而且板状光源射出的光更加均匀，更重要的是场发射阴极为阵列状，方便对局部进行光强调整，实现对局部的固化。 
平板紫外辐射光源有复数个，复数个平板紫外辐射光源在打印平台上围成一腔体，阳极板的出光面朝向腔体内侧。以便对打印平台上，腔体内的物料进行照射，加快固化。平板紫外辐射光源还可以位于打印执行机构上，阳极板的出光面朝向与打印执行机构的喷头的朝向一致。以便对喷头喷出的物料进行照射，加快固化。 
作为一种优选方案，紫外荧光粉层6是掺杂导电微粒的紫外荧光粉层6，掺杂导电微粒的紫外荧光粉层6的下方固定有一阳极用石英玻璃层7；场发射阴极阵列2的上方还设有一阴极用石英玻璃层1，场发射阴极阵列2固定在阴极用石英玻璃层1的下表面上。作为另一种优选方案，紫外荧光粉层6的上方固定有一导电层5，紫外荧光粉层6的下方固定有一阳极用石英玻璃层7；场发射阴极阵列2的上方还设有一阴极用石英玻璃层1，场发射阴极阵列2固定在阴极用石英玻璃层1的下表面上。 
光源还包括一玻璃粉烧结层4，玻璃粉烧结层4的上方连接场发射阴极阵列2，玻璃粉烧结层4的下方连接导电层5或掺杂导电微粒的紫外荧光粉层6。为了方便开关电子束或改变电子束强度，从而实现光源的开关或光源强度的改变，玻璃粉烧结层4与场发射阴极阵列2之间还设有一由栅极构成的栅极层3。这样通过调整栅极电位就可以开关电子束或改变电子束强度，进而开关光源或改变光源发出紫外的强度。场发射阴极阵列2的阴极优选呈针状的阴极。场发射阴极阵列2产生的电子束可以是短脉冲电子束或直流电子束。 
该光源正常工作时，阴极接地，栅极接负电位-50V～-100V，铝膜层接5kV～10kV正高压，阳极高压在场发射针尖阴极处形成强电场，场发射针尖发射电子束，经过高压电场加速的电子穿透铝膜轰击紫外荧光粉，激发出相应波段的紫外光从石英玻璃透射出来。调整栅极电位可以开关电子束或改变电子束强度，进而开关光源或改变光源发出紫外的强度。 
参照图1，一种平板紫外辐射光源，主要包括阳极板、场发射阴极阵列2，阳极板上设有一紫外荧光粉层6，场发射阴极阵列2朝向阳极板。使用场发射阴极阵列2可以产生电子束，激发紫外荧光粉层6上的紫外荧光粉发出紫外光。紫外荧光粉层6可以是长波紫外荧光粉层、中波紫外荧光粉层、短波紫外荧光粉层或真空紫外荧光粉层。具体根据需要设定。 
光源的主要部分的结构如下： 
具体实施例1 
光源由上到下依次为阴极用石英玻璃层、场发射阴极阵列、玻璃粉烧结层、铝膜层或碳纳米管层、紫外荧光粉层、阳极用石英玻璃层。 
具体实施例2，如图1： 
光源由上到下依次为阴极用石英玻璃层1、场发射阴极阵列2、栅极层3、玻璃粉烧结层4、铝膜层5或碳纳米管层、紫外荧光粉层6、阳极用石英玻璃层7。 
具体实施例3 
光源由上到下依次为阴极用石英玻璃层、场发射阴极阵列、玻璃粉烧结层、掺杂导电微粒的紫外荧光粉层、阳极用石英玻璃层。 
具体实施例4 
光源由上到下依次为阴极用石英玻璃层、场发射阴极阵列、栅极层、玻璃粉烧结层、掺杂导电微粒的紫外荧光粉层、阳极用石英玻璃层。 
其中，铝膜层5用于接入高电位并导出电荷，故为一导电层，可以采用其它导电材料代替，如其它导电金属材料。阳极用石英玻璃层7和阴极用石英玻璃层均采用石英玻璃制成，作为衬底。此处也可以选用其它透明衬底材料，如蓝宝石晶体。较之传统热发射电子枪激发的紫外光源，本发明外形轻薄，易于应于不同用途，同时场发射结构设计易于大规模生产。 
为了方便开关电子束或改变电子束强度，从而实现光源的开关或光源强度的改变，玻璃粉烧结层4与场发射阴极阵列2之间还设有一由栅极构成的栅极层3。这样通过调整栅极电位就可以开关电子束或改变电子束强度，进而开关光源或改变光源发出紫外的强度。如果无调紫外光强度需求，可以省略栅极以简化生产加工。 
生产时，导电层和场发射阴极阵列2间隔1～2mm，通过玻璃粉烧结后在排气台上抽真空。场发射阴极阵列2的阴极优选呈针状的阴极。场发射阴极阵列2产生的电子束可以是短脉冲电子束或直流电子束。 
使用时，阴极接地，栅极接负电位-50V～-100V，铝膜层5接5kV～10kV正高压，阳极高压在场发射针尖阴极处形成强电场，场发射针尖发射电子束，经过高压电场加速的电子穿透铝膜轰击紫外荧光粉，激发出相应波段的紫外光从石英玻璃透射出来。调整栅极电位可以开关电子束或改变电子束强度， 进而开关光源或改变光源发出紫外的强度。 
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (9)

1.平板紫外辐射光源3D打印系统包括一紫外固化光源、一打印平台，以及一打印执行机构，其特征在于：
所述紫外固化光源采用平板紫外辐射光源，所述平板紫外辐射光源包括一阳极板，所述阳极板上设有一紫外荧光粉层；
所述平板紫外辐射光源还包括一场发射阴极阵列，所述场发射阴极阵列朝向所述阳极板，所述平板紫外辐射光源的照射方向上设有一汇聚透镜。
2.根据权利要求1所述的平板紫外辐射光源3D打印系统，其特征在于：所述平板紫外辐射光源位于所述打印执行机构上，所述阳极板的出光面朝向与所述打印执行机构的喷头的朝向一致。
3.根据权利要求1或2所述的平板紫外辐射光源3D打印系统，其特征在于：所述紫外荧光粉层是掺杂导电微粒的紫外荧光粉层，所述掺杂导电微粒的紫外荧光粉层的下方固定有一阳极用石英玻璃层；
所述场发射阴极阵列的上方还设有一阴极用石英玻璃层，所述场发射阴极阵列固定在所述阴极用石英玻璃层的下表面上。
4.根据权利要求1或2所述的平板紫外辐射光源3D打印系统，其特征在于：所述紫外荧光粉层的上方固定有一导电层，所述紫外荧光粉层的下方固定有一阳极用石英玻璃层；
所述场发射阴极阵列的上方还设有一阴极用石英玻璃层，所述场发射阴极阵列固定在所述阴极用石英玻璃层的下表面上。
5.根据权利要求4所述的平板紫外辐射光源3D打印系统，其特征在于：所述光源还包括一玻璃粉烧结层，所述玻璃粉烧结层的上方连接所述场发射阴极阵列，所述玻璃粉烧结层的下方连接所述导电层。
6.根据权利要求5所述的平板紫外辐射光源3D打印系统，其特征在于：所述玻璃粉烧结层与所述场发射阴极阵列之间还设有一由栅极构成的栅极层。
7.根据权利要求1所述的平板紫外辐射光源3D打印系统，其特征在于：所述场发射阴极阵列的阴极为呈针状的阴极。
8.根据权利要求1所述的平板紫外辐射光源3D打印系统，其特征在于：所述场发射阴极阵列产生的电子束是短脉冲电子束或直流电子束。
9.一种平板紫外辐射光源，包括一阳极板，所述阳极板上设有一紫外荧光粉层，其特征在于，所述光源还包括一场发射阴极阵列，所述场发射阴极阵列朝向所述阳极板。
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