CN105437558A - 模块化激光3d打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模块化激光3D打印机。其目的是为了提供一种稳定性好、打印速度快、打印精度高的模块化3D打印机。本发明包括激光3D打印模组、树脂池、吊台和滑轨，激光3D打印快速成型模组设置在打印机支架下部的底座上，在打印机支架顶端的工作平面上设置有石英玻璃板，石英玻璃板顶端放置有树脂池，打印机支架顶端的边缘位置沿竖直方向设置有滑轨，滑轨上设置有吊台。激光3D打印快速成型模组还包括壳体、激光器、场镜、扫描电机驱动器、X扫描电机和Y扫描电机，壳体侧壁上的场镜位于石英玻璃板的正下方。壳体内部定位安装有激光器、扫描电机驱动器、X扫描电机和Y扫描电机，其中内支架上固定有X扫描电机和Y扫描电机，内支架和激光器密封连接。

Description

模块化激光3D打印机
技术领域
本发明涉及一种3D打印领域，特别是涉及一种模块化激光3D打印机。
背景技术
激光3D打印是以数学模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或者塑料等可粘合材料，通过逐层打印粘合的方法来构造物体的技术。它与传统的材料加工截然相反，是一种通过增加材料从而进行逐层制造的新型立体打印形式。而随着3D打印技术的快速发展，凭借速度和精度的优势，作为新型能源的激光技术被广泛应用到3D打印中，其中光敏树脂选择性固化工艺(SLA)占据了市场的主导地位。SLA采用立体雕刻的原理，在树脂槽中盛满液态光敏树脂，并在紫外激光的扫描照射下快速固化，直接得到树脂或类似工程塑料的产品。
而现有的3D打印光路系统的合理性以及优化程度直接影响打印的精度、速度和稳定性，CN204263551公开的一种3D打印机用成像装置，为达到最佳的聚焦效果，需要将场镜、振镜、第二振镜和凸透镜进行排布分析，从而找到各部件最佳的安装位置，在这个过程中需要对各部件的位置不断进行调整，费时费力，根本无法保证打印的精度、速度和产品稳定性的要求，特别在珠宝建模、牙科齿模、手板模型等应用领域，国产的SLA打印机因为精度、速度和稳定性差等缺陷，已越来越不能满足高端应用的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、稳定性好、打印速度快、打印精度高的模块化激光3D打印机。
本发明模块化激光3D打印机，包括激光3D打印快速成型模组、打印机支架、树脂池、石英玻璃板、吊台和滑轨，激光3D打印快速成型模组设置在打印机支架下部的底座上，在支架顶端的工作平面上设置有石英玻璃板，石英玻璃板顶端放置有树脂池，打印机支架顶端的边缘位置沿竖直方向设置有滑轨，滑轨上设置有吊台，其特征在于：激光3D打印快速成型模组还包括壳体、激光器、场镜、扫描电机驱动器、X扫描电机和Y扫描电机，壳体又包括第一壳体和第二壳体，第二壳体的第一侧壁上开设有第一通孔，与第二壳体的第一侧壁相对的第二壳体的第二侧壁为敞口设置，第一壳体与第二壳体的敞口侧配合连接，第一通孔处安装有场镜，场镜中心位于石英玻璃板中心的正下方，第二壳体内部设置有内支架，内支架的内部开设有空腔，空腔与第一通孔连通，内支架的第一侧壁上开设有第二通孔，与内支架的第一侧壁相邻的内支架的第二侧壁上开设有第三通孔，与内支架的第二侧壁相对的内支架的第三侧壁上开设有第四通孔，第三通孔与第一通孔相互垂直，内支架的第一侧壁外侧设置有X扫描电机，X扫描电机轴穿过第二通孔并伸入到空腔中，X扫描电机轴的端部与X镜片连接，X镜片的中心与第四通孔的中心位于同一水平面上，内支架的第二侧壁外侧设置有Y扫描电机，Y扫描电机轴穿过第三通孔并伸入到空腔中，Y扫描电机轴的端部与Y镜片连接，Y镜片的中心对准第一通孔的中心，内支架的第三侧壁外侧设置有激光器，激光器的激光出光口中心对准第四通孔的中心，激光器的激光出光口端部与第四通孔的边缘之间密封连接。
本发明模块化激光3D打印机，其中所述场镜外侧套设有场镜套，场镜套通过螺纹与第一通孔连接。
本发明模块化激光3D打印机，其中所述内支架的边缘与第二壳体的内壁一体连接，内支架内部的空腔为圆柱形。
本发明模块化激光3D打印机，其中所述第二壳体的第一侧壁内侧开设有限位槽，激光器通过螺钉固定在限位槽内。
本发明模块化激光3D打印机，其中所述内支架的第二侧壁外侧和内支架的第一侧壁外侧分别设置有第一固定件和第二固定件，第一固定件对Y扫描电机进行固定，第二固定件对X扫描电机进行固定。
本发明模块化激光3D打印机，其中所述第二壳体的第四侧壁上开设有散热孔，位于第二壳体内部的散热孔处设置有空气过滤网，散热孔和激光器的散热风扇相邻安装。
本发明模块化激光3D打印机，其中所述扫描电机驱动器为X扫描电机驱动模块、Y扫描电机驱动模块和DA转换模块一体合成。
本发明模块化激光3D打印机，其中所述第一壳体上设置有第一针插座和第二针插座。
本发明模块化激光3D打印机，其中所述第一针插座为DB9针插座，第二针插座为DB25针插座。
本发明模块化激光3D打印机与现有技术不同之处在于：本发明打印机支架下部底座的中间位置设置有激光3D打印快速成型模组，激光3D打印快速成型模组的壳体内部设置有内支架，将激光器、场镜、X扫描电机和Y扫描电机组合成一体，对激光3D打印的整个光路系统进行了紧凑型的模块化设计，将各个部件进行高度整合和光路优化匹配而成。本发明使用的工业级振镜可以确保最大打印速度为15000mm/s，最小打印层高为0.02mm，场镜最大打印幅面为230mm，最小聚焦光斑为30um。激光3D打印快速成型模组的壳体内部设置有内支架，内支架上分别开设有第二通孔、第三通孔和第四通孔，壳体的侧壁上开设有第一通孔，第三通孔与第一通孔相互垂直，第二壳体的第一侧壁内侧开设有激光器的安装限位槽，从而保证了对激光器、X扫描电机、Y扫描电机和场镜的定位安装，使壳体内部的各组件装配一体化、模块化。在进行模块化激光3D打印机内部组件的装配时，无需对激光器、场镜、扫描电机驱动器、X扫描电机和Y扫描电机进行排布分析和多余的调整，只需将各器件对应安装在各自的相应位置就可使对外发射的激光达到最佳的聚焦效果，省时省力，装配方便。通过扫描电机驱动器发给X扫描电机和Y扫描电机的电压控制信号，带动X镜片和Y镜片进行光路扫描，保证了3D打印的精度和稳定性。本发明对3D打印快速成型模组的光路系统进行了双层密闭的优化设计，外支架由第一壳体、第二壳体、端盖和空气过滤网形成一个大密闭区域，激光器安装于限位槽内，其激光器出光口的端部与内支架的第四通孔的边缘之间密封连接，内支架通过X扫描电机、Y扫描电机、激光器、场镜套和场镜之间的紧密装配，形成了大密闭区域里面的小密闭区域，双层密闭结构能够有效的防止灰尘对整个光路系统的侵入，最大化的保证了振镜镜片和场镜镜片长期工作的使用寿命。
下面结合附图对本发明模块化激光3D打印机作进一步说明。
附图说明
图1为本发明模块化激光3D打印机的立体图；
图2为本发明模块化激光3D打印机中激光3D打印快速成型模组的结构分解图；
图3为本发明模块化激光3D打印机中激光3D打印快速成型模组的仰视立体图；
图4为本发明模块化激光3D打印机的激光3D打印快速成型模组中第二壳体的立体图；
图5为本发明模块化激光3D打印机的激光3D打印快速成型模组中第二壳体的俯视；
图6为本发明模块化激光3D打印机的激光3D打印快速成型模组中第二壳体的仰视右视图；
图7为本发明模块化激光3D打印机中激光器、X扫描电机、Y扫描电机、场镜和扫描电机驱动器的位置关系示意图；
图8为本发明模块化激光3D打印机的激光光路原理图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明模块化激光3D打印机的立体图，包括激光3D打印快速成型模组27、打印机支架22、树脂池23、石英玻璃板26、吊台29和滑轨24，激光3D打印快速成型模组27通过螺钉固定在打印机支架22下部底座的中间位置，在打印机支架22顶端的工作平面上设置有石英玻璃板26，石英玻璃板26顶端放置有树脂池23，打印机支架22顶端的边缘位置沿竖直方向设置有滑轨24，滑轨24上安装有吊台29，吊台29可沿滑轨24上下滑动。
如图2、图3所示，激光3D打印快速成型模组27又包括壳体、激光器6、场镜10、扫描电机驱动器28、X扫描电机4和Y扫描电机5，壳体为长方体形结构，壳体又包括第一壳体1和第二壳体2，第一壳体1上设置有第一针插座12和第二针插座13，第二壳体2的第一侧壁上开设有第一通孔18，与第二壳体2的第一侧壁相对的第二壳体2的第二侧壁为敞口设置，第一壳体1与第二壳体2的敞口侧配合连接。第二壳体1的第一侧壁的外侧设置有场镜10，场镜10套设在场镜套11内，场镜套11通过螺纹与第一通孔18连接。如图4、图5、图6、图7所示，第二壳体2内部设置有内支架3，内支架3的边缘与第二壳体2的内壁一体连接，内支架3的内部开设有圆柱形空腔20，空腔20与第一通孔18连通。内支架3的第一侧壁上开设有与空腔20连通的第二通孔17，与内支架3的第一侧壁相邻的内支架3的第二侧壁上开设有与空腔20连通的第三通孔21，内支架3的第二侧壁外侧设置有第一固定件19，与内支架3的第二侧壁相对的内支架3的第三侧壁上开设有与空腔20连通的第四通孔，第四通孔与第二通孔17相互垂直，第二通孔17与第三通孔21相互垂直，第三通孔21与第一通孔18相互垂直。第二壳体2的第一侧壁内侧开设有激光器6的安装限位槽7。内支架3的第一侧壁外侧沿竖直方向设置有X扫描电机4，通过第二固定件对X扫描电机4进行固定，X扫描电机轴穿过第二通孔17并伸入到空腔20中，X扫描电机轴的端部与X镜片16连接，X镜片16可绕X扫描电机轴摆动，X镜片16的中心与第四通孔的中心位于同一水平面上。内支架3的第二侧壁外侧沿水平方向设置有Y扫描电机5，通过第一固定件19对Y扫描电机5进行固定，Y扫描电机轴穿过第三通孔21并伸入到空腔20中，Y扫描电机轴的端部与Y镜片17连接，Y镜片17的中心对准第一通孔18的中心，Y镜片17可绕Y扫描电机轴摆动。内支架3的第三侧壁外侧设置有激光器6，激光器6通过螺钉固定在限位槽7内，激光器6的激光出光口的中心对准第四通孔的中心，激光器的激光出光口端部与内支架3的第四通孔的边缘之间密封连接。第二壳体3内部还安装有用于驱动X扫描电机4和Y扫描电机5的扫描电机驱动器28，扫描电机驱动器28为X扫描电机驱动模块、Y扫描电机驱动模块和DA转换模块一体合成。与第二壳体3的第一侧壁相邻的第三侧壁上开设有第五通孔15，第五通孔15处通过螺钉固定有端盖14，与第二壳体2的第三侧壁相对的第二壳体2的第四侧壁上并排开设有多条散热孔9，位于第二壳体2内部的散热孔9处设置有空气过滤网8，散热孔9和激光器6的散热风扇相邻安装。
本发明的工作过程为：如图8所示，激光器6发出的激光穿过第四通孔射向X镜片16，X镜片16将激光放射到Y镜片17上，Y镜片17再将激光反射向场镜10，被反射的激光透过场镜10和石英玻璃板26聚焦到树脂池23中，从而对树脂池23中的光敏树脂进行固化。在扫描过程中通过X扫描电机4和Y扫描电机5电机轴的摆动，带动X镜片16和Y镜片17进行光路扫描，在树脂池23的聚焦平面上对每一层打印图形进行精确的扫描固化。
本发明的一个实施例中第一针插座12采用DB9针插座，第二针插座13采用DB25针插座。
本发明的一个实施例中所采用的激光3D打印快速成型模组27还可以通过打印机支架安装于3D打印机的上方，树脂池23安装于3D打印机的下方，场镜10的中心对准石英玻璃板26的中心，整个光路由上向下进行3D成型打印。
本发明模块化激光3D打印机，打印机支架22下部底座的中间位置设置有激光3D打印快速成型模组27，激光3D打印快速成型模组27的壳体内部设置有内支架3，将激光器6、场镜10、X扫描电机4和Y扫描电机5组合成一体，对激光3D打印的整个光路系统进行了紧凑型的模块化设计，将各个部件进行高度整合和光路优化匹配而成。本发明使用的工业级振镜可以确保最大打印速度为15000mm/s，最小打印层高为0.02mm，场镜最大打印幅面为230mm，最小聚焦光斑为30um。激光3D打印快速成型模组27的壳体内部设置有内支架3，内支架3上分别开设有第二通孔17、第三通孔21和第四通孔，壳体的侧壁上开设有第一通孔18，第三通孔21与第一通孔18相互垂直，第二壳体2的第一侧壁内侧开设有激光器6的安装限位槽7，从而保证了对激光器6、X扫描电机4、Y扫描电机5和场镜10的定位安装，使壳体内部的各组件装配一体化、模块化。在进行模块化激光3D打印机内部组件的装配时，无需对激光器6、场镜10、扫描电机驱动器28、X扫描电机4和Y扫描电机5进行排布分析和多余的调整，只需将各器件对应安装在各自的相应位置就可使对外发射的激光达到最佳的聚焦效果，省时省力，装配方便。通过扫描电机驱动器28发给X扫描电机4和Y扫描电机5的电压控制信号，带动X镜片16和Y镜片17进行光路扫描，保证了3D打印的精度和稳定性。本发明对3D打印快速成型模组的光路系统进行了双层密闭的优化设计，外支架由第一壳体1、第二壳体2、端盖14和空气过滤网8形成一个大密闭区域，激光器6安装于限位槽内7，其激光器6出光口的端部与内支架3的第四通孔的边缘之间密封连接，内支架3通过X扫描电机4、Y扫描电机5、激光器6、场镜套11和场镜10之间的紧密装配，形成了大密闭区域里面的小密闭区域，双层密闭结构能够有效的防止灰尘对整个光路系统的侵入，最大化的保证了振镜镜片和场镜镜片长期工作的使用寿命。本发明结构简单、稳定性好、打印速度快、打印精度高，与现有技术相比具有明显的优点。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种模块化激光3D打印机，包括激光3D打印快速成型模组(27)、打印机支架(22)、树脂池(23)、石英玻璃板(26)、吊台(29)和滑轨(24)，激光3D打印快速成型模组(27)设置在打印机支架(22)下部的底座上，在支架(22)顶端的工作平面上设置有石英玻璃板(26)，石英玻璃板(26)顶端放置有树脂池(23)，打印机支架(22)顶端的边缘位置沿竖直方向设置有滑轨(24)，滑轨(24)上设置有吊台(29)，其特征在于：激光3D打印快速成型模组(27)还包括壳体、激光器(6)、场镜(10)、扫描电机驱动器(28)、X扫描电机(4)和Y扫描电机(5)，壳体又包括第一壳体(1)和第二壳体(2)，第二壳体(2)的第一侧壁上开设有第一通孔(18)，与第二壳体(2)的第一侧壁相对的第二壳体(2)的第二侧壁为敞口设置，第一壳体(1)与第二壳体(2)的敞口侧配合连接，第一通孔(18)处安装有场镜(10)，场镜(10)中心位于石英玻璃板(26)中心的正下方，第二壳体(2)内部设置有内支架(3)，内支架(3)的内部开设有空腔(20)，空腔(20)与第一通孔(18)连通，内支架(3)的第一侧壁上开设有第二通孔(17)，与内支架(3)的第一侧壁相邻的内支架(3)的第二侧壁上开设有第三通孔(21)，与内支架(3)的第二侧壁相对的内支架(3)的第三侧壁上开设有第四通孔，第三通孔(21)与第一通孔(18)相互垂直，内支架(3)的第一侧壁外侧设置有X扫描电机(4)，X扫描电机轴穿过第二通孔(17)并伸入到空腔(20)中，X扫描电机轴的端部与X镜片(16)连接，X镜片(16)的中心与第四通孔的中心位于同一水平面上，内支架(3)的第二侧壁外侧设置有Y扫描电机(5)，Y扫描电机轴穿过第三通孔(21)并伸入到空腔(20)中，Y扫描电机轴的端部与Y镜片(17)连接，Y镜片(17)的中心对准第一通孔(18)的中心，内支架(3)的第三侧壁外侧设置有激光器(6)，激光器(6)的激光出光口中心对准第四通孔的中心，激光器(6)的激光出光口端部与第四通孔的边缘之间密封连接。
2.根据权利要求1所述的模块化激光3D打印机，其特征在于：所述场镜(10)外侧套设有场镜套(11)，场镜套(11)通过螺纹与第一通孔(18)连接。
3.根据权利要求1所述的模块化激光3D打印机，其特征在于：所述内支架(3)的边缘与第二壳体(2)的内壁一体连接，内支架(3)内部的空腔(20)为圆柱形。
4.根据权利要求1所述的模块化激光3D打印机，其特征在于：所述第二壳体(2)的第一侧壁内侧开设有限位槽(7)，激光器(6)通过螺钉固定在限位槽(7)内。
5.根据权利要求1所述的模块化激光3D打印机，其特征在于：所述内支架(3)的第二侧壁外侧和内支架(3)的第一侧壁外侧分别设置有第一固定件(19)和第二固定件，第一固定件(19)对Y扫描电机(5)进行固定，第二固定件对X扫描电机(4)进行固定。
6.根据权利要求1所述的模块化激光3D打印机，其特征在于：所述第二壳体(2)的第四侧壁上开设有散热孔(9)，位于第二壳体(2)内部的散热孔(9)处设置有空气过滤网(8)，散热孔(9)和激光器(6)的散热风扇相邻安装。
7.根据权利要求1所述的模块化激光3D打印机，其特征在于：所述扫描电机驱动器(28)为X扫描电机驱动模块、Y扫描电机驱动模块和DA转换模块一体合成。
8.根据权利要求1所述的模块化激光3D打印机，其特征在于：所述第一壳体(1)上设置有第一针插座(12)和第二针插座(13)。
9.根据权利要求8所述的模块化激光3D打印机，其特征在于：所述第一针插座(12)为DB9针插座，第二针插座(13)为DB25针插座。
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