CN104959602B - 利用发光二极管的点阵式3d打印光源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用发光二极管的点阵式3D打印光源，包括：发光二极管、安装支架、第一聚光镜、第二聚光镜；发光二极管安装在安装支架上，发光二极管发出的一次光线通过唯一对应的第一聚光镜聚光后形成二次光线；再通过第二聚光镜后汇聚形成聚光点；所有聚光点位于一条直线上。所有聚光点位于粉末材料的成形平面上；控制同一径向上的发光二极管的电源，使对应的聚光点对指定区域的粉末材料进行熔化或烧结；由于采用的发光二极管的电光转换效率在90%以上，且不需要风冷或水冷；本发明能够使采用SLS法的3D打印技术中所使的光源的电光能量转化效率提高，寿命长，散热好，成本低，3D打印的效率更高。

Description

利用发光二极管的点阵式3D打印光源
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种在3D打印技术中利用发光二极管的点阵式3D打印光源。
背景技术
3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
对于粉末状材料，通常采用选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering，简称为SLS法）。SLS法采用激光器作能源，使用的造型材料多为粉末材料。加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍的作用下将粉末铺成平面；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到一烧结好的零件。
SLS法采用激光器作能源，而激光器在应用中最大的缺点和不足是：如常用的光纤激光器的电—光转化效率在30%左右，转化效率偏低，且器件昂贵；而且激光管的寿命也比较短，如光纤激光器寿命受限于半导体激光器泵源的寿命、有源光纤的光暗化效应、以及光隔离器、准直器等器件的可靠性，而且功率越大，寿命越短，一般在几千小时左右；一个激光管的光束只能对应一个扫描区域，工作整体效率偏低。
发明内容
为了克服以往采用SLS法进行3D打印激光光源的电光转化效率低、器件昂贵、寿命短、整体工作效率偏低的缺点和不足，本发明提供一种利用发光二极管的点阵式3D打印光源，能够使采用SLS法的3D打印技术中所使的光源的电光能量转化效率提高，寿命长，散热好，成本低，3D打印的效率更高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种利用发光二极管的点阵式3D打印光源，包括：发光二极管、安装支架、第一聚光镜、第二聚光镜；发光二极管上设置有调向外弧面，能发出扩散角度很小一次光线；安装支架为柱面结构，沿柱面轴向和径向设置至少有一个以上数量的调向内弧面；发光二极管通过调向外弧面安装在安装支架的调向内弧面内，每个调向内弧面内安装一个发光二极管，调向外弧面与调向内弧面之间形成有摩擦可调向的同心球面联接；至少有一个以上数量的第一聚光镜设置在安装支架的弧面内侧；同一径向上的发光二极管对应一个第一聚光镜和一个第二聚光镜；调整位于安装支架上同一径向上的每个发光二极管的指向，使发光二极管发出的一次光线通过唯一对应的第一聚光镜聚光后形成相互平行的二次光线；每个第一聚光镜聚光后形成二次光线之间相互平行；二次光线通过第二聚光镜后汇聚形成聚光点；所有聚光点位于一条直线上。
本发明提供的利用发光二极管的点阵式3D打印光源设置在3D打印装置中，并使所有聚光点位于粉末材料的成形平面上；通过控制同一径向上的发光二极管的电源，使对应的聚光点对指定区域的粉末材料进行熔化或烧结；通过控制不同径向上的发光二极管的电源，使所对应的聚光点对不同区域的粉末材料进行熔化或烧结，使3D打印的效率得到提高；从而实现利用发光二极管的光能进行点阵式3D打印的目的。
本发明提供的利用发光二极管的点阵式3D打印光源，由于采用的发光二极管的电光转换效率在90%以上，且不需要风冷或水冷，因此电光转化效率更高且更加节能；发光二极管的电源开关控制频率很高，可以提高3D打印的速率；发光二极管的寿命约在10万小时左右，且成本很低，从而实现3D打印光源的寿命更长，成本更低的目的。
附图说明
图1是本发明的轴向截面示意图。
图2是本发明的径向结构示意图。
图3是本发明中的安装支架与发光二极管之间的安装示意图。
图中标号说明如下：
9-发光二极管、10-调向外弧面10、11-一次光线、12-二次光线、13-聚光点、20-安装支架、21-调向内弧面、30-第一聚光镜、40第二聚光镜。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
如图1、图2、图3所示，本发明提供一种利用发光二极管的点阵式3D打印光源，包括：发光二极管9、安装支架20、第一聚光镜30、第二聚光镜40；发光二极管9上设置有调向外弧面10，能发出扩散角度很小一次光线11；安装支架20为柱面结构，沿柱面轴向和径向设置至少有一个以上数量的调向内弧面21；发光二极管9通过调向外弧面10安装在安装支架20的调向内弧面21内，每个调向内弧面21内安装一个发光二极管9，调向外弧面10与调向内弧面21之间形成有摩擦可调向的同心球面联接；至少有一个以上数量的第一聚光镜30设置在安装支架20的弧面内侧；同一径向上的发光二极管9对应一个第一聚光镜30和一个第二聚光镜40；调整位于安装支架20上同一径向上的每个发光二极管9的指向，使发光二极管9发出的一次光线11通过唯一对应的第一聚光镜30聚光后形成相互平行的二次光线12；每个第一聚光镜30聚光后形成二次光线12之间相互平行；二次光线12通过第二聚光镜40后汇聚形成聚光点13；所有聚光点13位于一条直线上。
目前，已经工业化批量生产的功率型发光二极管9的功率约在1瓦至5瓦，通过在安装支架20同一径向上设置多个发光二极管9，最终可以得到大功率密度的聚光点13。如采用200个5瓦的发光二极管9，理论上在一个聚光点13上可以得到1000瓦的聚光能量，足以用于很多种类的粉末材料的3D打印。
本发明提供的利用发光二极管的点阵式3D打印光源设置在3D打印装置中，并使所有聚光点13位于粉末材料的成形平面上；通过控制同一径向上的发光二极管9的电源，使对应的聚光点13对指定区域的粉末材料进行熔化或烧结；通过控制不同径向上的发光二极管9的电源，使所对应的聚光点13对不同区域的粉末材料进行熔化或烧结，使3D打印的效率得到提高；从而实现利用发光二极管9的光能进行点阵式3D打印的目的。
本发明提供的利用发光二极管的点阵式3D打印光源，由于采用的发光二极管9的电光转换效率在90%以上，且不需要风冷或水冷，因此电光转化效率更高且更加节能；发光二极管9的电源开关控制频率很高，可以提高3D打印的速率；发光二极管9的寿命约在10万小时左右，且成本很低，从而实现3D打印光源的寿命更长，成本更低的目的。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (1)

1.一种利用发光二极管的点阵式3D打印光源，包括：发光二极管（9）、安装支架（20）、第一聚光镜（30）、第二聚光镜（40），其特征在于：发光二极管（9）上设置有调向外弧面（10），能发出扩散角度很小一次光线（11）；安装支架（20）为柱面结构，沿柱面轴向和径向设置至少有一个以上数量的调向内弧面（21）；发光二极管（9）通过调向外弧面（10）安装在安装支架（20）的调向内弧面（21）内，每个调向内弧面（21）内安装一个发光二极管（9），调向外弧面（10）与调向内弧面（21）之间形成有摩擦可调向的同心球面联接；至少有一个以上数量的第一聚光镜（30）设置在安装支架（20）的弧面内侧；同一径向上的发光二极管（9）对应一个第一聚光镜（30）和一个第二聚光镜（40）；发光二极管（9）发出的一次光线（11）通过唯一对应的第一聚光镜（30）聚光后形成相互平行的二次光线（12）；每个第一聚光镜（30）聚光后形成二次光线（12）之间相互平行；二次光线（12）通过第二聚光镜（40）后汇聚形成聚光点（13）；所有聚光点（13）位于一条直线上；其中：所有聚光点（13）位于粉末材料的成形平面上；通过控制同一径向上的发光二极管（9）的电源，使对应的聚光点（13）对指定区域的粉末材料进行熔化或烧结；通过控制不同径向上的发光二极管（9）的电源，使所对应的聚光点（13）对不同区域的粉末材料进行熔化或烧结。
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