CN110497618B - 用于三维打印的光路系统及三维打印设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于三维打印的光路系统及三维打印设备,其中光路系统包括光源模块、至少两个具有不同分光率的分光镜、至少两个全透射镜和一全反射镜,至少两个分光镜和一个全反射镜组成分光模块,分光模块中包含的所有镜片彼此平行设置,且所有镜片的正中心在第一直线上,全透射镜位于对应分光镜中反射激光的所属区域,且与对应分光镜的中心在一直线上,以使光源模块发射的激光依次经过分光模块、全透射镜分成为若干束相同分光束,以分别对烧结平面中所有镜片对应的区域进行扫描烧结。本发明巧妙设计分光模块中包含的分光镜和全反射镜,以及全透射镜的结构和布局,使得其可将光源模块发射的激光分成若干相同的光束,以确保了多个待打印制件的高度一致性。
Description
技术领域
本申请涉及3D打印技术领域,特别是涉及一种用于三维打印的光路系统及三维打印设备。
背景技术
现有技术中的三维激光打印设备中,三维打印已经融入工业生产,但是生产效率相比注塑还是略显较慢,特别是生产相同的制件,这一批制件的尺寸受喷头、振镜激光、电子束的运动情况的不一致性而导致不尽相同,这种不一致性造成的原因是,虽然喷头、激光振镜、电子束在建造相同的制件的时候收到的指令是一样的,但是上述运动元件运动时候因环境和元器件内部干扰而导致运动结果不能完全一致,从而使得相同制件的尺寸一致性较差,进而影响了制件的批量化生产。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题,本发明提供了一种保证相同制件一致性,且提高生产效率的用于三维打印的光路系统及三维打印设备。
为实现上述目的,本发明提供了一种用于三维打印的光路系统,包括光源模块、至少两个具有不同分光率的分光镜、至少两个全透射镜和一个全反射镜,所述至少两个分光镜和一个全反射镜组成分光模块,分光模块中包含的所有镜片彼此平行设置,且所有镜片的正中心在第一直线上,所述第一直线与烧结平面呈第一预设夹角,所述全透射镜与分光镜一一对应,全透射镜位于对应分光镜中反射激光的所属区域,且与对应分光镜的中心在一直线上,以使光源模块发射的激光依次经过分光模块、全透射镜后分成为若干束相同的分光束,以分别对烧结平面中所有镜片对应的区域进行扫描烧结。
作为本发明的进一步优选方案,所述光源模块包括激光器、动态聚焦模块和扫描器,激光器发射的激光依次进入动态聚焦模块、扫描器,并在扫描器的控制下入射至分光模块。
作为本发明的进一步优选方案,所述光源模块为面光源。
作为本发明的进一步优选方案,所有全透射镜的中心在第二直线上,所述第二直线与烧结平面呈第二预设夹角。
作为本发明的进一步优选方案,所述第一预设夹角为30度-60度,第二预设夹角为30度-60度。
作为本发明的进一步优选方案,在分光模块中,所述激光依次经过至少两个分光镜的反射和透射,以及一个全反射镜的反射。
作为本发明的进一步优选方案,所述分光模块中每一分光镜大小相等,或者沿着激光入射的方向分光镜的尺寸呈递增趋势。
作为本发明的进一步优选方案,所述分光模块包括沿激光入射方向的第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜,所述全透射镜的数量为三个,且包括第一全透射镜、第二全透射镜和第三全透射镜,当第一分光镜的厚度为x,第二分光镜的厚度为y,第三分光镜的厚度为z时,第一全透射镜的厚度为x+y+z,第二全透射镜的厚度为y+z,第三全透射镜的厚度为z。
作为本发明的进一步优选方案,当第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜的厚度均为a时,第一全透射镜的厚度为3a,第二全透射镜的厚度为2a,第三全透射镜的厚度为a。
本发明还提供了一种三维打印设备,包括上述任一项所述的用于三维打印的光路系统。
本发明的用于三维打印的光路系统及三维打印设备,通过采用分光模块和一组全透射镜,以及巧妙设计分光模块中包含的分光镜和全反射镜,以及全透射镜的结构和布局,使得其可将光源模块发射的激光分成若干相同的光束,每个光束照射到对应的区域以可同时对该区域的制件进行扫描烧结,这样由于若干光束可同时对待打印制件进行扫描烧结,即可大大提高设备的生产效率;而且,由于每一光束的功率、轨迹、焦距、光斑等参数均一致,从而可确保多个待打印制件的高度一致性,从而有利于制件的批量化生产。
附图说明
图1为本发明用于三维打印的光路系统提供的一实施例的结构示意图;
图2为本发明三维打印设备提供的一实施例的俯视图。
图中标记如下:
1、激光器,2、动态聚焦模块,3、扫描器,4、分光模块,4.1、第一分光镜,4.2、第二分光镜,4.3、第三分光镜,4.4、全反射镜,13.1、第一全透射镜,13.2、第二全透射镜,13.3、第三全透射镜,5、待打印制件,6、铺粉器,7、溢粉缸,8、供粉缸,9、工作缸。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
如图1所示,用于三维打印的光路系统用于三维打印的光路系统,包括光源模块、至少两个具有不同分光率的分光镜、至少两个全透射镜和一个全反射镜4.4,所述至少两个分光镜和一个全反射镜4.4组成分光模块4,分光模块4中包含的所有镜片彼此平行设置,且所有镜片的正中心在第一直线上,所述第一直线与烧结平面呈第一预设夹角,所述全透射镜与分光镜一一对应,全透射镜位于对应分光镜中反射激光的所属区域,且与对应分光镜的中心在一直线上,以使光源模块发射的激光依次经过分光模块4(在分光模块4中,所述激光依次经过至少两个分光镜的反射和透射,以及一个全反射镜4.4的反射)、全透射镜后分成为若干束相同的分光束,以分别对烧结平面中所有镜片对应的区域进行扫描烧结。所述第一预设夹角可由设计人员根据具体要求具体设定,其可为30度-60度,优选地,第一预设夹角为45度,这样便于整套光学系统的设计、安装、调试。所述全透射镜的功能是用于补偿由于分光镜对分光束造成的光程差,以实现激光依次经过分光模块4、全透射镜后分成为若干束相同的分光束。
图1中的光源模块包括激光器1、动态聚焦模块2和扫描器3,激光器1发射的激光依次进入动态聚焦模块2、扫描器3,并在扫描器3的控制下入射至分光模块4。所述动态聚焦模块2的作用是对激光器1发射来的激光动态放大,然后聚焦,这样便可保证不同光程得到一致的光斑。具体实施中,所述扫描器3可为一维棱镜或振镜,这样需要控制整套光学系统沿着铺粉方向移动,便可进行二维扫描烧结。另外,所述光源模块还可为面光源(简称DLP),也可由激光器1、二维棱镜和场镜组成。
优选地,所有全透射镜的中心在第二直线上,所述第二直线与烧结平面呈第二预设夹角,所述第二预设夹角可由设计人员根据第一预设夹角具体设定,其一般可为30度-60度。进一步优选地,当第一预设夹角为45度时,第二预设夹角也为45度,以便于整套光学系统的设计、安装、调试。
具体实施中,所述分光模块4中每一分光镜大小相等,或者沿着激光入射的方向分光镜的尺寸呈递增趋势,例如可以是等比例也可以是不等比例依次变大,只要保证4.1-4.4镜片能接收对应区域内的所有光束即可。当然,优选地,沿着激光入射的方向分光镜的尺寸呈比例依次变大,这样便于整套光学系统的设计、安装、调试,且在保证尽量减少镜片尺寸的情况下,可以全部接受扫描范围内的光束;而且由于每块镜片的反射率不一样,这样也便于分辨镜片。
具体地,如图1所示,所述分光模块4包括沿激光入射方向的第一分光镜4.1、第二分光镜4.2和第三分光镜4.3,所述全透射镜的数量为三个,且包括第一全透射镜13.1、第二全透射镜13.2和第三全透射镜13.3,当第一分光镜4.1的厚度为x,第二分光镜4.2的厚度为y,第三分光镜4.3的厚度为z时,第一全透射镜13.1的厚度为x+y+z,第二全透射镜13.2的厚度为y+z,第三全透射镜13.3的厚度为z。
进一步优选方案,当第一分光镜4.1、第二分光镜4.2和第三分光镜4.3的厚度均为a时,第一全透射镜13.1的厚度为3a,第二全透射镜13.2的厚度为2a,第三全透射镜13.3的厚度为a。这样便于镜片的设计、分辨。
具体实施中,所述全透射镜的大小相等,或者沿着激光入射的方向分光镜的尺寸呈递增趋势,例如,所述第一全透射镜13.1的尺寸小于第二全透射镜13.2,所述第二全透射镜13.2的尺寸小于第三全透射镜13.3。
具体实施中,所述每一分光镜可通过镀膜工艺确定其不同的分光率,即根据具体的分光率而选择如何镀膜。例如,如果忽略镜片吸收的光能,由图1所示,扫描器3发出能量为4x的光,通过设计第一分光镜4.1、第二分光镜4.2和第三分光镜4.3的镀膜材料决定镀膜反射比例不同而达到设计想要的反射量和透射量之比,通过反射和透射的能量分配,可以让照射到ABCD四个区域的激光的能量一致都为x。ABCD为该批量生产系统因分光而造成的成型区域,ABCD实际是一个工作缸9的工作区域。为了让某些部件看的更清楚,图1的光源模块、第一全透射镜13.1、第二全透射镜13.2和第三全透射镜13.3未在图2中画出。
在此需说明的是,本发明包括的上述镜片,其布局安装时应该保证各自不接触,且各自工作不相互干扰。
如图2所示,本发明还提供了一种三维打印设备,包括上述任一项所述的用于三维打印的光路系统。在此需说明的是,图2中还包括铺粉器6、工作缸9、两个溢粉缸7(包括左、右溢粉缸)和两个供粉缸8(包括左、右供粉缸)等等,在此需说明的是,由于本发明主要保护的是上述光路系统以及具有上述光路系统的三维打印设备,因此对三维打印设备还包括的其它现有器件在此不做具体阐述,本发明对其也不做任何限制。
为了让本领域的技术人员更好地理解本发明三维打印设备的工作原理,下面具体介绍某一层的烧结过程:左供粉缸8上升一层高度的粉末,铺粉器6(该铺粉器6可为滚筒或者刮刀)从左往右运动,工作缸9活塞下降一层粉末高度,粉末被铺到工作缸9表面,多余粉末经过工作缸9被铺粉器6推到右溢粉缸7,此时,在控制器的控制下,激光器1发射激光束进入动态聚焦模块2,扫描器3将激光光束扫向不同位置,并经过分光模块4和所有全透射镜的共同作用,使得激光在ABCD四个分区域的上表面在粉面二维方向的定位一模一样,且各光束相同,根据此原理可以同时完成四个相同的待打印工件的三维打印,ABCD四个分区域可以得到尺寸在xyz方向上一模一样的工件。上述为一层的扫描过程,循序以往完成整个三维打印。在此需说明的是,可根据待打印工件的大小以及工作缸9的大小合理确定分区域,以及分光镜和全透射镜的数量,例如其可为3个、5个等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种用于三维打印的光路系统,其特征在于,包括光源模块、至少两个具有不同分光率的分光镜、至少两个全透射镜和一个全反射镜,所述至少两个分光镜和一个全反射镜组成分光模块,分光模块中包含的所有镜片彼此平行设置,且所有镜片的正中心在第一直线上,所述第一直线与烧结平面呈第一预设夹角,所述全透射镜与分光镜一一对应,全透射镜位于对应分光镜中反射激光的所属区域,且与对应分光镜的中心在一直线上,以使光源模块发射的激光依次经过分光模块、全透射镜后分成为若干束相同的分光束,以分别对烧结平面中所有镜片对应的区域进行扫描烧结;其中,
所述分光模块包括沿激光入射方向的第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜,所述全透射镜的数量为三个,且包括第一全透射镜、第二全透射镜和第三全透射镜,当第一分光镜的厚度为x,第二分光镜的厚度为y,第三分光镜的厚度为z时,第一全透射镜的厚度为x+y+z,第二全透射镜的厚度为y+z,第三全透射镜的厚度为z。
2.根据权利要求1所述的用于三维打印的光路系统,其特征在于,所述光源模块包括激光器、动态聚焦模块和扫描器,激光器发射的激光依次进入动态聚焦模块、扫描器,并在扫描器的控制下入射至分光模块。
3.根据权利要求1所述的用于三维打印的光路系统,其特征在于,所述光源模块为面光源。
4.根据权利要求1所述的用于三维打印的光路系统,其特征在于,所有全透射镜的中心在第二直线上,所述第二直线与烧结平面呈第二预设夹角。
5.根据权利要求4所述的用于三维打印的光路系统,其特征在于,所述第一预设夹角为30度-60度,第二预设夹角为30度-60度。
6.根据权利要求1所述的用于三维打印的光路系统,其特征在于,在分光模块中,所述激光依次经过至少两个分光镜的反射和透射,以及一个全反射镜的反射。
7.根据权利要求1至6任一项所述的用于三维打印的光路系统,其特征在于,所述分光模块中每一分光镜大小相等,或者沿着激光入射的方向分光镜的尺寸呈递增趋势。
8.根据权利要求7所述的用于三维打印的光路系统,其特征在于,当第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜的厚度均为a时,第一全透射镜的厚度为3a,第二全透射镜的厚度为2a,第三全透射镜的厚度为a。
9.一种三维打印设备,其特征在于,包括权利要求1至8任一项所述的用于三维打印的光路系统。
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