CN107283835A - 一种3d打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印装置，应用于3D打印领域，该装置包括：用于产生激光束的激光器；设置于激光器的激光束出射方向的准直透镜，聚焦透镜，设置于准直透镜的准直后光束出射方向；激光传输光纤，激光传输光纤的一端设置于聚焦透镜的汇聚后光束出射方向，激光传输光纤的另一端连接有光纤头，光纤头的端面上设置有用于产生表面等离激元的金属微结构；打印材料容器的容器开口对着光纤头，形成的聚焦光斑指向打印材料容器中，打印材料容器中容置有载物台；用于控制光纤头和载物台进行三维移动的三维移动台与光纤头和载物台均连接。本发明解决了现有小型的3D打印装置打印精度不高的技术问题。

Description

一种3D打印装置
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种3D打印装置。
背景技术
3D打印作为一项新兴的快速成型技术，在产品设计、工业制造、航天航空、科学研究、建筑、汽车、医疗等众多领域具有广泛地应用。
现有3D打印装置的打印精度受到聚焦限制，因此打印精度不高，而精度相对较高的3D打印装置则光路搭建复杂，体积较大。
发明内容
本发明实施例通过提供一种3D打印装置，解决了现有小型的3D打印装置打印精度不高的技术问题。
本发明实施例提供一种3D打印装置，包括：
激光器，用于产生激光束；
准直透镜，设置于所述激光器的激光束出射方向，对所述激光器产生的所述激光束进行准直；
聚焦透镜，设置于所述准直透镜的准直后光束出射方向，对从所述准直透镜出射的所述准直后光束进行汇聚；
激光传输光纤，所述激光传输光纤的一端设置于所述聚焦透镜的汇聚后光束出射方向，所述激光传输光纤的另一端连接有光纤头，所述光纤头的端面上设置有用于产生表面等离激元的金属微结构，基于所述金属微结构对从所述汇聚后光束形成聚焦光斑；
打印材料容器，所述打印材料容器的容器开口对着所述光纤头，所述聚焦光斑指向所述打印材料容器中，其中，所述打印材料容器中容置有载物台；
三维移动台，与所述光纤头和所述载物台均连接，所述三维移动台用于控制所述光纤头和所述载物台进行三维移动。
可选的，所述3D打印装置还包括：光纤夹具，夹持在所述激光传输光纤上。
可选的，所述光纤夹具包括：
第一光纤夹具，夹持于所述激光传输光纤的光束进入端；
第二光纤夹具，夹持于所述激光传输光纤的光束输出端。
可选的，所述第一光纤夹具和所述第二光纤夹具均为柔性聚合物，所述激光传输光纤穿过所述柔性聚合物的中部开孔，以固定所述激光传输光纤。
可选的，所述打印材料容器中容置有3D打印材料，所述载物台处于所述3D打印材料中。
可选的，所述三维移动台通过第一连接杆与所述光纤头连接，所述三维移动台通过第二连接杆与所述载物台连接。
可选的，所述三维移动台具体为：具有X维度运动、Y维度运动和Z维度运动的三维电动移动装置。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
通过激光器产生激光束；准直透镜对激光器产生的激光束进行准直；聚焦透镜对从准直透镜出射的准直后光束进行汇聚，激光传输光纤的光束输出端连接有光纤头，光纤头的端面上设置有用于产生表面等离激元的金属微结构，从而光纤头基于金属微结构，对从聚焦透镜出射的汇聚后光束形成聚焦光斑，打印材料容器的容器开口对着光纤头，从而形成的聚焦光斑指向打印材料容器中，以对打印材料容器中的3D打印材料进行打印，三维移动台与光纤头和载物台均连接，用于控制光纤头和载物台进行三维移动，使光纤头和载物台根据打印轨迹进行移动。通过金属微结构的表面等离激元效应能够实现超分辨聚焦，在之前仅仅通过简单的光路对光束进行调节，就实现了好的聚焦，因此，装置体积缩小的同时还提高了3D打印精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的3D打印装置的结构示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术存在小型的3D打印装置打印精度不高的技术问题，本发明实施例提供了一种3D打印装置，总体思路如下：
光纤头的端面上设置有用于产生表面等离激元的金属微结构，从而光纤头基于金属微结构，对从聚焦透镜出射的汇聚后光束形成聚焦光斑，通过金属微结构的表面等离激元效应能够实现超分辨聚焦，在之前仅仅通过简单的光路对光束进行调节，就实现了好的聚焦，因此，装置体积缩小的同时还提高了3D打印精度。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1所示，本发明实施例提供的一种3D打印装置，包括：激光器1、准直透镜2、聚焦透镜3、激光传输光纤4、打印材料容器9、光纤头7、三维移动台14和载物台11。
激光器1用于产生激光束。准直透镜2设置于激光器1的激光束出射方向，准直透镜2对激光器1产生的激光束进行准直。聚焦透镜3设置于准直透镜2的准直后光束出射方向，聚焦透镜3对从准直透镜2出射的准直后光束进行汇聚。激光传输光纤4的一端设置于聚焦透镜3的汇聚后光束出射方向，激光传输光纤4的另一端连接有光纤头7，激光传输光纤4将汇聚后光束传输至光纤头7，光纤头7的端面上设置有用于产生表面等离激元的金属微结构，基于金属微结构对传输到光纤头7的汇聚后光束形成聚焦光斑。打印材料容器9的容器开口对着光纤头7，形成的聚焦光斑指向打印材料容器9中，打印材料容器9中容置有载物台11；三维移动台14与光纤头7和载物台11均连接，用于控制光纤头7和载物台11进行三维移动。
金属微结构具体为金属亚波长结构，金属亚波长结构产生的表面等离激元效应能够实现超分辨聚焦特性，表面等离激元是金属表面电子产生的集体振荡行为。金属亚波长结构为该结构的尺寸小于其工作波长，。
进一步的，本实施例提供的3D打印装置还包括光纤夹具，夹持在激光传输光纤4上，以固定激光传输光纤4。
具体来讲，光纤夹具包括：第一光纤夹具5夹持于激光传输光纤4的光束进入端；第二光纤夹具6夹持于激光传输光纤4的光束输出端。在本实施例中，通过第一光纤夹具5和第二光纤夹具6良好的支撑激光传输光纤4的两端，使激光传输光纤4的光束进入端对准聚焦透镜3出射的汇聚后光束，使激光传输光纤4的光束输出端出射的聚焦光斑能对准需要进行3D打印的位置。
激光传输光纤4的光束进入端对着聚焦透镜3的汇聚后光束的聚焦点，激光传输光纤4的光束进入端指向打印材料容器9中，从而使得聚焦光斑能够指向打印材料容器9中。
在一具体实施例中，第一光纤夹具5和第二光纤夹具6为柔性聚合物，柔性聚合物具体可以为：PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)，或者PMMA(PolymethylMethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)。第一光纤夹具5和第一光纤夹具6的形状可以是圆柱、长方体、正方体中的一种，激光传输光纤4均穿过第一光纤夹具5和第二光纤夹具6，通过第一光纤夹具5和第二光纤夹具6的弹性夹紧激光传输光纤4。
在具体实施过程中，通过带孔硬性管垂直穿透材质为柔性聚合物的第一光纤夹具5和第二光纤夹具6，将激光传输光纤4穿过带孔硬性管的孔，再从第一光纤夹具5和第二光纤夹具6中取出带孔硬性管，使得第一光纤夹具5和第二光纤夹具6接触并夹紧激光传输光纤4。抽拉激光传输光纤4的两端，使第一光纤夹具5和第二光纤夹具6对应固定在激光传输光纤4的光束进入端与光束输出端，即完成了激光传输光纤4的夹紧固定。
具体的，激光传输光纤4由一体成型的且互为垂直的两段组成，激光器1产生的激光束水平出射，准直透镜2的光心、聚焦透镜3的光心在同一水平直线上。
在具体应用时，打印材料容器9为向上开口的槽，打印材料容器9中容置有3D打印材料10，载物台11处于3D打印材料10中。
需要说明的是，本实施例中所使用的3D打印材料10可以为液体，比如光敏树脂；3D打印材料10也可以为粉末，比如为金属粉末、陶瓷粉末、石膏粉末、人造骨粉、细胞生物原料、砂糖中的一种，金属粉末具体可以为钛合金粉末、钴铬合金粉末、不锈钢粉末、铝合金粉末中的一种。所使用的粉末状的3D打印材料10的粒径选择为1～100μm。具体选择如上多种3D打印材料10中的何种，为根据实际需求选择，因此本发明不进行具体限制。
三维移动台14通过第一连接杆8与光纤头7连接，从而通过第一连接杆8带动光纤头7进行三维移动。三维移动台14通过第二连接杆13与载物台11连接，从而通过第二连接杆13带动载物台11进行三维移动，以使得载物台11和光纤头7根据所需3D打印轨迹进行三维移动。
三维移动台14具体为：具有X维度运动、Y维度运动和Z维度运动的三维电动移动装置。
需要说明的是，在实际应用中，三维电动移动装置可以所指为定位装置或平移装置。
下面，对本发明实施例提供的3D打印装置的工作过程进行如下：
工作时，激光器1产生的激光光束先进入准直透镜2，由准直透镜2对激光器1产生的激光束进行准直，以出射形成平行光束，然后，平行光束进入聚焦透镜3进行汇聚，汇聚后光束耦合进入激光传输光纤4，激光传输光纤4的一端作为光束进入端，激光传输光纤4的另一端作为连接光纤头7的光束输出端，光纤头7的端面上设置的金属微结构在一定距离处产生聚焦光斑，产生聚焦光斑的距离根据金属微结构的类型和激光器1所产生激光的波长确定，从而产生聚焦光斑的焦距、聚焦光斑的光斑直径大小固定了，通过第一连接杆8传递三维移动台14的动作，来控制光纤头7来进行三维移动，通过第二连接杆13传递三维移动台14的动作，来控制载物台11来进行三维移动，从而进行3D打印过程。在载物台11上基于3D打印材料10打印成形的成品12。
本发明实施例提供的一个或多个实施例，至少实现了如下技术效果：
通过激光器产生激光束；准直透镜对激光器产生的激光束进行准直；聚焦透镜对从准直透镜出射的准直后光束进行汇聚，激光传输光纤的光束输出端连接有光纤头，光纤头的端面上设置有用于产生表面等离激元的金属微结构，从而光纤头基于金属微结构，对从聚焦透镜出射的汇聚后光束形成聚焦光斑，打印材料容器的容器开口对着光纤头，从而形成的聚焦光斑指向打印材料容器中，以对打印材料容器中的3D打印材料进行打印，三维移动台与光纤头和载物台均连接，用于控制光纤头和载物台进行三维移动，使光纤头和载物台根据打印轨迹进行移动。通过金属微结构的表面等离激元效应能够实现超分辨聚焦，在之前仅仅通过简单的光路对光束进行调节，就实现了好的聚焦，因此，装置体积缩小的同时还提高了3D打印精度。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种3D打印装置，其特征在于，包括：
激光器，用于产生激光束；
准直透镜，设置于所述激光器的激光束出射方向，对所述激光器产生的所述激光束进行准直；
聚焦透镜，设置于所述准直透镜的准直后光束出射方向，对从所述准直透镜出射的所述准直后光束进行汇聚；
激光传输光纤，所述激光传输光纤的一端设置于所述聚焦透镜的汇聚后光束出射方向，所述激光传输光纤的另一端连接有光纤头，所述光纤头的端面上设置有用于产生表面等离激元的金属微结构，基于所述金属微结构对所述汇聚后光束形成聚焦光斑；
打印材料容器，所述打印材料容器的容器开口对着所述光纤头，所述聚焦光斑指向所述打印材料容器中，其中，所述打印材料容器中容置有载物台；
三维移动台，与所述光纤头和所述载物台均连接，所述三维移动台用于控制所述光纤头和所述载物台进行三维移动。
2.如权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述3D打印装置还包括：光纤夹具，夹持在所述激光传输光纤上。
3.如权利要求2所述的3D打印装置，其特征在于，所述光纤夹具包括：
第一光纤夹具，夹持于所述激光传输光纤的光束进入端；
第二光纤夹具，夹持于所述激光传输光纤的光束输出端。
4.如权利要求3所述的3D打印装置，其特征在于，所述第一光纤夹具和所述第二光纤夹具均为柔性聚合物，所述激光传输光纤穿过所述柔性聚合物的中部开孔，以固定所述激光传输光纤。
5.如权利要求3所述的3D打印装置，其特征在于，所述打印材料容器中容置有3D打印材料，所述载物台处于所述3D打印材料中。
6.如权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，所述三维移动台通过第一连接杆与所述光纤头连接，所述三维移动台通过第二连接杆与所述载物台连接。
7.如权利要求1或6所述的3D打印装置，其特征在于，所述三维移动台具体为：具有X维度运动、Y维度运动和Z维度运动的三维电动移动装置。
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